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 полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей стенда, за счет проведения экспериментальных исследований не только в условиях, близких к идеальным, но и проведения экспериментальных исследований, приближенных к реальным. Технический результат стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, достигается за счет того, что в стенде, содержащем лифтовую колонну труб, в ее верхней и нижней частях установлены устройства ввода в колонну и отвода из колонны соответственно, узел подачи и регулирования подачи жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, сепаратор, трубопроводы подачи газа и жидкости соответственно, трубопровод подачи газа в стенд, трубопровод сброса газа из стенда, трубопровод подачи жидкости в стенд, запорно-регулирующие арматуры, патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой, лифтовая колонна состоит, по крайней мере, из двух различных участков труб, расположенных под заданным углом отклонения от вертикали (, ), и скрепленных соединительными элементами. 2 ил.

Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (RU 118354, U1, U21B 47/00, опубл. 20.07.2012). Известный стенд включает лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, средство 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. Кроме того, в известном стенде входы жидкости и газа в устройстве ввода расположены таким образом, чтобы исключить перетекание жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа за счет размещения входа жидкости ниже входа газа. Однако известный стенд не позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме и по длине лифтовой колонны труб и по трубопроводу в условиях, приближенных к реальным.

Наиболее близким к предлагаемому стенду техническим решением, известным из уровня техники, является 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 нескольких 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. Известное решение позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме лифтовой колонны труб в условиях, приближенных к идеальным. Однако в реальных условиях газовых и нефтяных месторождений основное количество скважин имеют профиль ствола, состоящий из различных участков, у которых углы отклонения от вертикали различны. Известный стенд не позволяет провести анализ процессов в таких условиях.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании стенда, позволяющего моделировать и изучать газогидродинамические процессы на лифтовой колонне, состоящей из участков труб, имеющих различные углы отклонения от вертикали.

Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей стенда за счет проведения экспериментальных исследований не только в условиях, близких к идеальным, но и проведения экспериментальных исследований в условиях, приближенных к реальным.

В предлагаемом стенде лифтовая колонна состоит из участков труб, имеющих различные отклонения от вертикали и имеющих различные (при необходимости) длины, при этом эти участки соединены между собой при помощи соединительных элементов, осуществляющих плавный переход на новый отрезок колонны.

Сущность полезной модели заключается в том, что в стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, устройства ввода в колонну и отвода из колонны, установленные в нижней и верхней частях лифтовой колонны труб соответственно, сепаратор, приборы измерения давления в лифтовой колонне труб на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб, причем выход сепаратора для жидкости соединен посредством трубопровода подачи жидкости с устройством ввода в колонну через узел подачи и регулирования подачи жидкости, выход сепаратора для газа посредством трубопровода подачи газа соединен с узлом подачи и регулирования расхода газа, подключенным к трубопроводу подачи газа в стенд и трубопроводу сброса газа из стенда, снабженным первой и второй запорно-регулирующей арматурой соответственно, предназначенным для подачи газа и сброса газа в стенде, выход узла подачи и регулирования расхода газа подключен трубопроводом подачи газа к устройству ввода в колонну, снабженному патрубком для слива жидкости из стенда, выход устройства отвода из колонны газожидкостной смеси подключен к входу сепаратора, причем лифтовая колонна труб состоит, по крайней мере, из двух участков труб, расположенных под различными углами отклонения от вертикали и скрепленных соединительными элементами, а вход устройства ввода в колонну, предназначенный для трубопровода подачи газа расположен выше входа, предназначенного для трубопровода подачи жидкости от узла подачи и регулирования подачи жидкости, связанного трубопровод подачи жидкости в стенд через третью запорно-регулирующую арматуру.

Работа стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа поясняется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

В состав стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, входят:

- лифтовая колонна труб (1), выполненная из непрозрачного или прозрачного материала и устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;

- в верхней и нижней частях лифтовой колонны труб (1) установлены устройства ввода в колонну (2) и отвода из колонны (3) соответственно;

- узел подачи и регулирования подачи жидкости (4), работающий по замкнутому циклу;

- узел подачи и регулирования расхода газа (5), который может быть реализован на базе компрессора;

- сепаратор (6);

- трубопроводы подачи газа (7) и жидкости (8) соответственно;

- трубопровод подачи газа в стенд (9)

- трубопровод сброса газа из стенда (10);

- трубопровод подачи жидкости в стенд (11);

- первая и вторая запорно-регулирующие арматуры (12, 13);

- третья запорно-регулирующая арматура (14);

- патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой (15);

- лифтовая колонна (1), состоит, по крайней мере, из двух различных участков труб (16), расположенных под заданным углом отклонения от вертикали (, ), и скрепленных соединительными элементами (17);

- измерительная аппаратура (на чертеже не показана), включает расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры;

Для создания условий визуализации протекающих процессов лифтовая колонна может быть выполнена из прозрачного материала. Также часть трубопроводов подвода газа и жидкости в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси выполняют из гибких материалов, позволяющих изменять положение устройства ввода в колонну газожидкостной смеси в зависимости от угла наклона первого участка лифтовой колонны. Трубопровод подвода газа в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси и трубопровод подвода жидкости установлены на разной высоте с возможностью исключения перетекания жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа.

Датчики давления и/или перепада давления могут устанавливаться как на участках лифтовой колонны, так и на соединительных элементах.

Соединительные элементы могут быть выполнены как в виде жесткой конструкции, так и в виде гибкой конструкции. Соединение между участком колонны и соединительным элементом может осуществляться, например, при помощи резьбового или фланцевого соединений. Крепление колонны может осуществляться, например, к металлоконструкции самого стенда, либо при помощи подпорных элементов (подставок).

Работа на стенде начинается с подключения стенда к источнику газа высокого давления посредством трубопровода подачи газа в стенд (9). После открытия запорно-регулирующей арматуры (12) в стенд нагнетают газ до заданного давления, затем запорно-регулирующую арматуру закрывают. Если давление в стенде превышает заданную величину, газ выпускают из стенда по трубопроводу сброса газа из стенда (10) посредством открытия запорно-регулирующей арматуры (13). После этого включают в работу узел подачи и регулирования расхода газа (5). При этом газ из сепаратора (6) всасывается узлом подачи и регулирования расхода газа (5), а затем подается через прибор измерения расхода газа и устройство ввода в лифтовую колонну газожидкостной смеси (2) в нижнюю часть лифтовой колоны (1). Газ, поступивший в лифтовую колонну (1), состоящую, по крайней мере, из двух участков, имеющих разные углы отклонения от вертикали (16) и соединенные между собой посредством соединительных элементов (17), поднимается по лифтовой колонне в верхнюю часть лифтовой колонны труб. Затем газ поступает через устройство (3) отвода из колонны в сепаратор (6) и по трубопроводу (7) подачи газа в узел подачи и регулирования расхода газа (5) Реализованного на базе компрессора. Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле.

Необходимое количество жидкости подают в узел подачи и регулирования подачи жидкости (4) по трубопроводу подачи жидкости в стенд (11) при условии открытия запорно-регулирующей арматуры (14). После этого запорно-регулирующую арматуру (14) закрывают. Далее жидкость поступает в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси (2), в котором жидкость смешивается с газом и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой колонне (1). Достигнув верхней части лифтовой колонны (1), газожидкостная смесь поступает сначала в устройство отвода из колонны газожидкостной смеси (3), а затем по соединительному трубопроводу 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) в узел подачи и регулирования расхода газа (5). Таким образом, жидкость циркулирует по замкнутому циклу.

После окончания эксперимента газ выпускают из стенда по трубопроводу сброса газа из стенда (10), посредством открытия запорно-регулирующей арматуры (13), жидкость сливают через патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой (15), находящийся в нижней части лифтовой колонны.

Во время проведения конкретного эксперимента манометрами или дифференциальными манометрами измеряют давления в заданных участках лифтовой колонны (1). Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью узла подачи и регулирования расхода газа (5), и жидкости - с помощью узла подачи и регулирования расхода жидкости (4) или прекращают работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.

На каждом участке колонны, имеющем свой профиль, структура потока газожидкостной смеси (ГЖС) будет различной, при этом создаются зоны перехода ГЖС из одной структуры течения в другую. Перед началом эксперимента создается необходимый (по условиям эксперимента) профиль колонны, при этом все углы отклонения от вертикали колонны фиксируются. В верхней части колонны, в местах «перегибов», а также в других точках колонны устанавливаются датчики измерения давления/перепада давления. Производится включение стенда (согласно описанной ранее схеме).

По результатам проведения эксперимента производится обработка полученных данных, строятся графические зависимости изменения потерь давления от конкретного профиля, как всей колонны, так и отдельных ее участков (углов наклона). В том случае, если колонна выполнена из прозрачных материалов, возможно проведение фото - видеосъемки с последующей оценкой структур и характеров перехода ГЖС.

Ввиду того, что количество вертикальных скважин в настоящее время сокращается, а наклонно-направленных скважин увеличивается, проведение экспериментов на стенде, в котором лифтовая колонна труб может состоять из различных участков, установленных под различными углами отклонения от вертикали колонны, актуально и позволяет обеспечить проведение эксперимента в условиях, приближенных к реальным.

Таким образом, предлагаемый стенд обеспечивает проведение наблюдений количественных изменений, происходящих в объеме и по длине лифтовой колонны труб, состоящей из участков, не имеющих отклонений от вертикали и/или имеющих различные углы отклонения от вертикали.

Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, устройства ввода в колонну и отвода из колонны, установленные в нижней и верхней частях лифтовой колонны труб соответственно, сепаратор, приборы измерения давления в лифтовой колонне труб на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб, причем выход сепаратора для жидкости соединен посредством трубопровода подачи жидкости с устройством ввода в колонну через узел подачи и регулирования подачи жидкости, выход сепаратора для газа посредством трубопровода подачи газа соединен с узлом подачи и регулирования расхода газа, подключенным к трубопроводам подачи газа в стенд и сброса газа из стенда, снабженным первой и второй запорно-регулирующими арматурами соответственно, предназначенным для подачи газа и сброса газа в стенде, выход узла подачи и регулирования расхода газа подключен трубопроводом подачи газа к устройству ввода в колонну, снабженному патрубком для слива жидкости из стенда, выход устройства отвода из колонны газожидкостной смеси подключен ко входу сепаратора, отличающийся тем, что лифтовая колонна труб состоит, по крайней мере, из двух участков труб, расположенных под различными углами отклонения от вертикали и скрепленных соединительными элементами, а вход устройства ввода в колонну, предназначенный для трубопровода подачи газа, расположен выше входа, предназначенного для трубопровода подачи жидкости от узла подачи и регулирования подачи жидкости, связанного трубопровод подачи жидкости в стенд через третью запорно-регулирующую арматуру.