Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа

Авторы патента:

Полезная модель относится к технике для исследования процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения газожидкостных потоков в вертикальных и наклонных газовых скважинах.

Технический результат, достигаемый предлагаемым стендом, заключается в обеспечении контроля и повышении достоверности получаемых результатов в заданном диапазоне измерений на входе в лифтовую колонну либо на выходе из нее. Указанный технический результат достигается за счет того, сто в стенд, состоящий из лифтовой колонны труб, узла подачи и регулирования подачи жидкости, компрессора, устройства ввода в колонну и отвода из колонны смеси газа и жидкости, сепаратора, трубопроводов подачи газа и жидкости, дополнительно введены первый и второй датчики давления, установленные на входе в лифтовую колонну и на выходе из лифтовой колонны соответственно. При этом введенный блок управления обеспечивает опрос датчиков давления и на основе полученных результатов создает управляющие воздействия для первого или второго регулирующих клапанов стенда, установленных на трубопроводах подачи газа в стенд и сброса газа из стенда. 1 ил.

Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (RU 48580, U1, E21B 47/00, опубл. 27.10.2005). Известный стенд предназначен для изучения условий подъема газа и жидкости по лифтовым колоннам труб. Стенд включает одну или несколько колонн труб различного диаметра, узел подачи и регулирования расхода жидкости, средство подачи и регулирования расхода газа, в состав которого входит компрессор, устройство ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, сепаратор, имеющий выходы для жидкости и газа, средство отвода жидкости и газа из установки. Трубопровод снабжен патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа. В известном решении во время проведения эксперимента в стенд закачивается газ до тех пор, пока в лифтовой колонне не установится заданное давление, после чего газ циркулирует по замкнутому циклу при помощи компрессора. Во время эксперимента газ, находящийся в стенде, нагревается за счет трения в элементах компрессора, что приводит к увеличению давления во всем стенде. Известный стенд не позволяет контролировать давление газа в заданном диапазоне и поддерживать его на входе в лифтовую колонну или на выходе из лифтовой колонны.

Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (RU 121001, U1, E21В 47/00, опубл. 10.10.2012), который является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Известный стенд включает лифтовую колонну труб, устройство подачи и регулирования подачи жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, в состав которого входит компрессор, устройство ввода в колонну и отвода из колонны, сепаратор, приборы измерения давления в лифтовой колонне труб на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб. В известном стенде не предусмотрена возможность контроля и поддержания давления газа в заданном диапазоне на входе в лифтовую колонну или на выходе из лифтовой колонны.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в создании стенда для исследований условий подъема жидкости с использованием газа, который позволяет устранить указанный выше недостаток, и обеспечивает повышение достоверности получаемых результатов измерений, осуществляемых на нем.

Технический результат предлагаемой полезной модели достигается за счет того, что в стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости, компрессор, устройства ввода в колонну и отвода из колонны, сепаратор, вход которого подключен соединительным трубопроводом с устройством отвода из колонны, выход для жидкости сепаратора соединен посредством трубопровода подачи жидкости с входом, предназначенным для подачи жидкости устройства ввода в колонну газожидкостной смеси через узел подачи и регулирования подачи жидкости, выход для газа сепаратора подключен к средству подачи и регулирования расхода газа, включающему, по крайней мере, один патрубок избыточного давления газа и один патрубок сброса газа, и посредством трубопровода подачи газа соединен с входом компрессора, выход которого подключен к входу устройства ввода в колонну газожидкостной смеси, предназначенному для подачи газа, дополнительно введен блок управления, обеспечивающий опрос первого и второго датчиков давления, установленных на входе и выходе соответственно лифтовой колонны, средство подачи и регулирования расхода газа дополнительно содержит два регулирующих клапана, один из которых предназначен для открытия и нагнетания газа в стенд, другой регулирующий клапан предназначен для открытия и сброса газа из стенда, оба регулирующих клапана подключены к трубопроводам подачи газа в стенд и сброса газа из стенда, управляющие входы регулирующих клапанов подключены к первому и второму выходам блока управления.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором приведен конкретный пример выполнения стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа.

Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа состоит из лифтовой колонны (1), устанавливаемой в вертикальном или наклонном положении. В верхней и нижней частях лифтовой колонны установлены устройство ввода в колонну (2) и устройство отвода из колонны (3) газожидкостной смеси соответственно. Узел подачи и регулирования расхода жидкости (4) позволяет обеспечить работу стенда по замкнутому циклу. В состав стенда входят также компрессор (5), сепаратора (6), трубопроводов подачи газа (7) и жидкости (8) соответственно. Первый и второй датчики (9, 10) давления установлены на входе в лифтовую колонну и на выходе из лифтовой колонны соответственно. Блок управления (11) опрашивает датчики давления и на основе полученных результатов создает управляющее воздействие соответственно на первый или второй регулирующие клапаны (12, 13) стенда, установленные на трубопроводах подачи газа (14) в стенд и сброса газа из стенда (15) соответственно. Запорная арматура (16) установлена на трубопроводе подачи жидкости в стенд (17). В нижней части лифтовой колонны предусмотрен патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой (18). Измерительная аппаратура (расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры), используемые в стенде, могут быть установлены для контроля рабочих параметров стенда на входе в лифтовую колонну или на выходе из лифтовой колонны, а также в других частях стенда.

В качестве примера выполнения блока управления может служить устройство регулирующее пневматическое пропорционально-интегральное с местным задатчиком, ФР0092, выпускаемое «ООО завод «Тизприбор».

Перед началом работы стенд подключают к источнику газа высокого давления трубопроводом подачи газа в стенд (14). В блок управления (11) вводят значение давления, необходимое для проведения эксперимента, на входе в лифтовую колонну (1) либо на выходе из нее. Во время работы стенда блок управления (11) опрашивает один из датчиков давления (9) либо (10), показания которого сравнивают и в случае расхождения между заданным значением давления и измеренным на величину, превышающую допустимый интервал, блок управления подает регулирующему клапану (12) управляющее воздействие на открытие. В стенд начинает нагнетаться газ. Через заданные интервалы времени блок управления (11) опрашивает один из датчиков давления (9) или (10). При достижении заданного значения давления в стенде, блок управления (11) передает регулирующему клапану (12) управляющее воздействие на закрытие. После этого включают в работу компрессор (5). При этом газ из сепаратора (6) всасывается компрессором (5), а затем подается через прибор измерения расхода газа (на чертеже не показан) и устройство ввода в лифтовую колонну газожидкостной смеси (2) в нижнюю часть лифтовой колоны (1). Газ, поступивший в лифтовую колонну (1), поднимается по лифтовой колонне в верхнюю часть лифтовой колонны (1) и через устройство (3) отвода газожидкостной смеси из лифтовой колонны по трубопроводу поступает в сепаратор (6), а затем в компрессор (5). Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле. В автоматическом режиме задают и поддерживают значения давления, заданные условиями эксперимента во время работы стенда, контролируя их. В случае отклонения измеренного значения давления газа от давления, заданного по условиям эксперимента, блок управления (11) создает управляющее воздействие на регулирующий клапан (12), который осуществляет открытие и нагнетание газа в стенд, либо на регулирующий клапан (13), который осуществляет открытие и сброс газа из стенда. Тем самым значение давления в стенде поддерживается в диапазоне, заданном условиями эксперимента. Управляющее воздействие на регулирующий клапан, может быть, например, или электрическим или пневматическим.

Подачу необходимого количества жидкости обеспечивают в узел подачи и регулирования расхода жидкости (4) по трубопроводу подачи жидкости в стенд (17), путем открытия запорной арматуры (16). После этого запорная арматура (16) закрывается, а жидкость далее поступает в устройство ввода в лифтовую колонну газожидкостной смеси (2), в котором жидкость смешивается с газом, и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой колонне (1) в ее верхнюю часть. Достигнув верхней части лифтовой колонны труб (1), газожидкостная смесь поступает сначала в устройство отвода газожидкостной смеси (3), а затем по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор (6).

В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу (8) в узел подачи и регулирования расхода жидкости (4), а газ по трубопроводу (7) поступает в компрессор (5). Таким образом, жидкость циркулирует по замкнутому циклу.

После окончания эксперимента жидкость сливается через сливной патрубок с запорным устройством (18), находящийся в нижней части лифтовой колонны.

Во время проведения конкретного эксперимента давление целесообразно замерять в заданных участках колоны (1) манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, возможно изменять технологические параметры режима работы стенда: давление задавать блоком управления, расходы газа - с помощью компрессора (5), и жидкости - с помощью узла подачи и регулирования расхода жидкости (4), или прекратить работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.

Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости, компрессор, устройства ввода в колонну и отвода из колонны, сепаратор, вход которого подключен соединительным трубопроводом с устройством отвода из колонны, выход для жидкости сепаратора соединен посредством трубопровода подачи жидкости с входом, предназначенным для подачи жидкости устройства ввода в колонну газожидкостной смеси через узел подачи и регулирования подачи жидкости, выход для газа сепаратора подключен к средству подачи и регулирования расхода газа, включающему, по крайней мере, один патрубок избыточного давления газа и один патрубок сброса газа, и посредством трубопровода подачи газа соединен с входом компрессора, выход которого подключен к входу устройства ввода в колонну газожидкостной смеси, предназначенному для подачи газа, отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит блок управления, обеспечивающий опрос первого и второго датчиков давления, установленных на входе и выходе соответственно лифтовой колонны, средство подачи и регулирования расхода газа дополнительно содержит два регулирующих клапана, один из которых предназначен для открытия и нагнетания газа в стенд, другой регулирующий клапан предназначен для открытия и сброса газа из стенда, оба регулирующих клапана подключены к трубопроводам подачи газа в стенд и сброса газа из стенда, управляющие входы регулирующих клапанов подключены к первому и второму выходам блока управления.