Гидродинамический стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин

Полезная модель относится к геофизики, предназначена для моделирования реально наблюдаемых в горизонтальных скважинах процессов течения трехфазных флюидов (вода, нефть, газ и их смеси) и может быть использована для изучения структуры потока в горизонтальном стволе скважины, изучения взаимодействия потока с различными датчиками и скважинной аппаратурой, тестирования и усовершенствования специализированной скважинной аппаратуры, предназначенной для проведении геофизических исследований горизонтальных скважин. Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, заключается в расширении диапазона использования гидродинамического стенда и в определении достоверности получаемой скважинным прибором информации при его тестировании на гидродинамическом стенде с последующей оценкой пригодности использования скважинного прибора для проведения геофизических исследований в реально действующих горизонтальных скважинах. Указанный технический результат достигается тем, что гидродинамический стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин содержит горизонтальную трубу из оптически прозрачного материала, модуль интервала перфораций, скважинный прибор, протяжное устройство, состоящее из электродвигателя, редуктора, барабана с тросом, регулятора скорости вращения двигателя и мерного ролика, на одной оси с которым установлено оптико-механическое устройство позиционирования, съемную крышку-заглушку на входе и съемную крышку-заглушку на выходе из горизонтальной трубы с уплотнением в их центральной части, соединительные муфты, систему подачи и регулирования расхода воды, углеводородной жидкости и газа, состоящую из емкостей с водой, углеводородной жидкостью и газом, насосов, компрессора, трубопроводов, запорно-регулирующих устройств, расходомеров воды, углеводородной жидкости и счетчиков газа, домкраты и информационно-измерительный комплекс.

Полезная модель относится к геофизики, предназначена для моделирования реально наблюдаемых в горизонтальных скважинах процессов течения трехфазных флюидов (вода, нефть, газ и их смеси) и может быть использована для изучения структуры потока в горизонтальном стволе скважины, изучения взаимодействия потока с различными датчиками и скважинной аппаратурой, тестирования и усовершенствования специализированной скважинной аппаратуры, предназначенной для проведении геофизических исследований горизонтальных скважин.

Известен гидродинамический стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин, содержащий горизонтальную трубу в виде последовательно соединенных между собой секций стеклянных труб, модуль интервала перфораций, систему подачи и регулирования расхода воды, углеводородной жидкости и газа, состоящую из емкостей с водой, углеводородной жидкостью и газом, насосов, компрессора, трубопроводов, запорно-регулирующих устройств, расходомеров воды, углеводородной жидкости и счетчиков газа, домкраты и информационно-измерительный комплекс (Яруллин Р.К. Гидродинамический стенд для изучения особенностей потоков в горизонтальных скважинах // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС, 2004, вып.127, с.118-123).

Недостатками известного гидродинамического стенда являются:

- отсутствие технических средств, позволяющих моделировать процесс движения скважинного прибора в зоны фильтра в горизонтальном стволе скважины и, как следствие, невозможность оценить реакцию отдельных датчиков скважинного прибора при прохождении им зон притока, а также невозможность оценить влияние конструкции скважинного прибора на структуру многофазного расслоенного потока в интервале исследований;

- отсутствие технических средств, позволяющих позиционировать местонахождение движущегося скважинного прибора в процессе исследований внутри горизонтальной трубы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является гидродинамический стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин, содержащий горизонтальную трубу в виде последовательно соединенных отдельных секций труб из оптически прозрачного материала, модуль интервала перфораций, скважинный прибор, соединительные муфты, съемную крышку-заглушку на входе в горизонтальную трубу с вводами для раздельной подачи воды, углеводородной жидкости и газа, съемную крышку-заглушку на выходе из горизонтальной трубы, систему подачи и регулирования расхода воды, углеводородной жидкости и газа, состоящую из емкостей с водой, углеводородной жидкостью и газом, насосов, компрессора, трубопроводов, запорно-регулирующих устройств, расходомеров воды, углеводородной жидкости и счетчиков газа, домкраты и информационно-измерительный комплекс (Валиуллин Р.А., Яруллин Р.К., Яруллин А.Р., Шако В.М., Паршин А.В. Разработка критериев выделения работающих интервалов в низкодебетных горизонтальных скважинах на основе физического эксперимента и скважинных исследований // SPE 136272 Доклад на Российской нефтегазовой технической конференции и выставке SPE по разведке и добыче. 26-28 октября 2010 г., ВВЦ Москва. DOI 12.2118/136272-RU).

Недостатками гидродинамического стенда, выбранного в качестве прототипа, являются те же недостатки, что и у аналога, а именно:

- отсутствие технических средств, позволяющих моделировать процесс движения скважинного прибора в зоны фильтра в горизонтальном стволе скважины и, как следствие, невозможность оценить реакцию отдельных датчиков скважинного прибора при прохождении им зон притока, а также невозможность оценить влияние конструкции скважинного прибора на структуру многофазного расслоенного потока в интервале исследований;

- отсутствие технических средств, позволяющих позиционировать местонахождение движущегося скважинного прибора в процессе исследований внутри горизонтальной трубы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании гидродинамического стенда, позволяющего моделировать процесс взаимодействия скважинного прибора с потоком флюида в условиях приближенных к реальным в горизонтальных скважинах.

Данная задача достигается тем, что в известный гидродинамический стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин, содержащий горизонтальную трубу в виде последовательно соединенных отдельных секций труб из оптически прозрачного материала, модуль интервала перфораций, скважинный прибор, соединительные муфты, съемную крышку-заглушку на входе в горизонтальную трубу с вводами для раздельной подачи воды, углеводородной жидкости и газа, съемную крышку-заглушку на выходе из горизонтальной трубы, систему подачи и регулирования расхода воды, углеводородной жидкости и газа, состоящую из емкостей с водой, углеводородной жидкостью и газом, насосов, компрессора, трубопроводов, запорно-регулирующих устройств, расходомеров воды, углеводородной жидкости и счетчиков газа, домкраты и информационно-измерительный комплекс дополнительно введены протяжное устройство и устройство позиционирования, при этом протяжное устройство содержит электродвигатель, редуктор, барабан с тросом, регулятор скорости вращения двигателя и мерный ролик, на одной оси с которым установлено устройство позиционирования, а в центре съемной крышки-заглушки на входе в горизонтальную трубу и в центре съемной крышки-заглушки на выходе из горизонтальной трубы выполнено уплотнение.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, заключается в расширении диапазона использования гидродинамического стенда и в определении достоверности получаемой скважинным прибором информации при его тестировании на гидродинамическом стенде с последующей оценкой пригодности использования скважинного прибора для проведения геофизических исследований в реально действующих горизонтальных скважинах.

Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности вышеуказанных отличительных признаков при несомненной применимости в нефтедобывающей промышленности, а отсутствие в известных заявителю источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям «полезной модели».

Полезная модель поясняется рисунком на фиг.1, где представлена схема гидродинамического стенда.

Горизонтальный стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин содержит горизонтальную трубу 1 в виде последовательно соединенных отдельных секций труб 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, выполненных из оптически прозрачного материала, например, стекла или органического стекла, модуль интервала перфораций 10. Трубы 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и модуль интервала перфораций 10 соединены с помощью муфт 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18.

Съемная крышка-заглушка 19 на входе в горизонтальную трубу содержит ввод 20 для подачи воды, ввод 21 для подачи углеводородной жидкости, ввод 22 для подачи газа и уплотнение 23 в ее центральной части, через которое проходит трос 24 протяжного устройства 25.

Съемная крышка-заглушка 26 на выходе из горизонтальной трубы содержит уплотнение 27 в ее центральной части, через которое проходит геофизический кабель 28.

Внутрь трубы помещен скважинный прибор 29. К обтекателю скважинного прибора крепится трос 24, а другой конец троса намотан на барабан 70 протяжного устройства 25. Кабельный наконечник скважинного прибора соединен с геофизическим кабелем 28, а другой конец кабеля соединен с информационно-измерительным комплексом (на фиг.1 не показано).

Домкраты 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 размещены на стойке-основании стенда и с их помощью устанавливается требуемая траектория ствола горизонтальной трубы.

Система подачи и регулирования расхода воды, углеводородной жидкости и газа 39 состоит из емкости с водой 40, емкости с углеводородной жидкостью 41, емкости с газом 42, насосов 43 и 44 для подачи соответственно воды и углеводородной жидкости, компрессора 45 для подачи газа, трубопровода канала воды 46, трубопровода канала углеводородной жидкости 47, трубопровода газа 48, запорно-регулирующих устройств 51, 52, 53, 54 канала подачи воды, запорно-регулирующих устройств 55, 56, 57, 58 канала подачи углеводородной жидкости, запорно-регулирующих устройств 59, 60, 61 канала подачи газа, расходомеров воды 62, 63, расходомеров углеводородной жидкости 64, 65 и счетчиков газа 66, 67. На выходе из горизонтальной трубы смесь воды и углеводородной жидкости по трубопроводу 49 поступает в емкость с водой 40, где расслаивается и углеводородная жидкость, как менее плотная, по трубопроводу 50 поступает в емкость 41.

В качестве углеводородной жидкости могут быть использованы жидкости близкие к нефти по удельному весу и вязкости, например, дизельное топливо, минеральные масла. В качестве газа может быть использован атмосферный воздух.

Протяжное устройство 25 размещено на стойке-основании стенда и содержит электродвигатель 68, редуктор 69, барабан 70, на который намотан трос 24, мерный ролик 71 и регулятор скорости вращения 72 электродвигателя. На одной оси с мерным роликом 71 установлено оптико-механическое устройство позиционирования 73.

Гидродинамический стенд работает следующим образом.

При снятой крышке-заглушке 26 в трубу 1 помещается скважинный прибор 29. Сквозь трубу протягивается трос 24 и закрепляется на обтекателе скважинного прибора. Геофизический кабель 28 продевается сквозь уплотнение 27 в съемной крышке-заглушке 26 и соединяется с кабельным наконечником скважинного прибора. После чего торец трубы закрывается крышкой-заглушкой 26.

Известными являются длина всей трубы 1, длина отдельных секций труб 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и длина модуля интервала перфораций 10.

Домкратами 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 устанавливается требуемая траектория ствола горизонтальной трубы. Траектория ствола может быть задана горизонтальной, нисходящей, восходящей, волнообразной и комбинированной, включающей в себя несколько перечисленных выше видов.

С помощью компрессора 45 емкость 42 заполняется газом (в данном случае атмосферным воздухом) до определенного давления. При включении насосов 43, 44 и открытии запорно-регулирующих устройств 51, 52, 55, 56, 59 компоненты нефтегазового потока вода, углеводородная жидкость и газ по трубопроводам 46, 47, 48 подводятся, но еще не поступают в модуль интервала перфораций 10 и на вход горизонтальной трубы 1.

При открытии запорно-регулирующих устройств 54, 58, 61 вода, углеводородная жидкость и газ через раздельные вводы 20, 21, 22 в съемной крышке-заглушке 19 поступают во внутреннюю полость горизонтальной трубы 1. Расход жидкостей контролируется с помощью расходомеров 62, 64, а расход газа контролируется счетчиком газа 66. Сигналы с расходомеров 62, 64 и счетчика газа 66 поступают в информационно-измерительный комплекс (на фиг.1 не показано).

При открытии запорно-регулирующих устройств 53, 57, 60 вода, углеводородная жидкость и газ поступают в модуль интервала перфораций 10, где распределяются по всей длине модуля. Проходя сквозь слой наполнителя во внутренней полости модуля 10 и далее через перфорационные отверстия в металлической трубе компоненты нефтегазового потока попадают во внутреннюю полость металлической трубы, где смешиваются с потоком флюида, поступающего с входа в горизонтальную трубу. Расход жидкостей контролируется с помощью расходомеров 63, 65, а расход газа контролируется счетчиком газа 67. Сигналы с расходомеров 63, 65 и счетчика газа 67 поступают в информационно-измерительный комплекс (на фиг.1 не показано).

Использование модуля интервала перфораций позволяет моделировать внедрение одной из трех компонент нефтегазового потока или их комбинацию с заданным расходом.

Гидравлическая система стенда выполнена таким образом, что позволяет многократно использовать воду и углеводородную жидкость по замкнутому циклу.

В исходном состоянии, когда скважинный прибор 29 без движения находится в крайнем положении на выходе из трубы 1, на информационно-измерительном комплексе устанавливается начальная (нулевая) точка отсчета пройденного расстояния. С помощью регулятора скорости вращения 72 электродвигателя устанавливается требуемая скорость протяжки. При включении электродвигателя 68 трос 24 будет наматываться на барабан 70 и тянуть скважинный прибор по трубе против потока флюида. Движущийся трос 24 одновременно вращает мерный ролик 71 и находящуюся с ним на одной оси механическую часть оптико-механического устройства позиционирования 73. Диаметр мерного ролика 71 подбирается таким образом, что один оборот его будет равен пройденному тросом 24 расстоянию L, чему будет соответствовать N количество меток (импульсов) на выходе оптико-механического устройства позиционирования 73. Считывая количество меток (импульсов), поступающих с устройства позиционирования в информационно-измерительный комплекс, а также зная длину трубы в целом, длину отдельных ее секций и время протяжки от начальной точки до конечной мы имеем достоверную информацию о местоположении движущегося в потоке флюида скважинного прибора и о скорости его движения.

Использование оптически прозрачных труб позволяет вести визуальный контроль за структурой потока в зоне расположения скважинного прибора и определить, например, в скважинных приборах с механическим расходомером порог страгивания турбинки. При необходимости результаты наблюдения могут быть записаны на видеорегистратор. Анализируя данные реакции отдельных датчиков скважинного прибора и сопоставляя их с данными визуального наблюдения потока в трубе можно сделать вывод о пригодности или непригодности использования данного скважинного прибора для исследования в действующих горизонтальных скважинах или, если это сочтется необходимым, выдать рекомендации о внесении в его конструкцию соответствующих изменений.

Таким образом, заявляемое техническое решение по сравнению с известным позволяет смоделировать процесс взаимодействия скважинного прибора с потоком флюида в условиях приближенных к реальным в горизонтальных скважинах и тем самым расширяет диапазон использования гидродинамического стенда.

Гидродинамический стенд для моделирования работы горизонтальных нефтегазовых скважин, содержащий горизонтальную трубу в виде последовательно соединенных отдельных секций труб из оптически прозрачного материала, модуль интервала перфораций, скважинный прибор, соединительные муфты, съемную крышку-заглушку на входе в горизонтальную трубу с вводами для раздельной подачи воды, углеводородной жидкости и газа, съемную крышку-заглушку на выходе из горизонтальной трубы, систему подачи и регулирования расхода воды, углеводородной жидкости и газа, состоящую из емкостей с водой, углеводородной жидкостью и газом, насосов, компрессора, трубопроводов, запорно-регулирующих устройств, расходомеров воды, углеводородной жидкости и счетчиков газа, домкраты и информационно-измерительный комплекс, отличающийся тем, что в него дополнительно введены протяжное устройство и устройство позиционирования, при этом протяжное устройство содержит электродвигатель, редуктор, барабан с тросом, регулятор скорости вращения двигателя и мерный ролик, на одной оси с которым установлено устройство позиционирования, а в центре съемной крышки-заглушки на входе в горизонтальную трубу и в центре съемной крышки-заглушки на выходе из горизонтальной трубы выполнено уплотнение.