Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений
Полезная модель направлена на обеспечение исследований условий подъема жидкости не только воздухом, но и другими газами, расширения области применения стенда при высоких рабочих давлениях, больших расходах газа (воздуха), повышения достоверности результатов измерений технологических параметров процессов подъема жидкости по вертикальным колонам труб в реальных газожидкостных условиях конкретных месторождений, уменьшение энергетических затрат на эксплуатацию стенда. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в стенде для изучения условий подъема газа и жидкости по колоннам труб, состоящем из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, узла подачи и регулирования расхода жидкости, средств подачи и регулирования расхода газа, включающих компрессор, устройств ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, имеющего выходы для жидкости и газа сепаратора, приборов измерения расхода газа и жидкости, установленных между устройством ввода в колонну газожидкостной смеси и компрессором и узлом подачи и регулирования расхода жидкости соответственно, приборов измерения давления в колонне труб и средств отвода жидкости и газа из установки, выход сепаратора для жидкости гидравлически соединен с устройством ввода в колонну газожидкостной смеси через узел подачи и регулирования расхода жидкости, выход сепаратора для газа соединен с устройством ввода в колонну газожидкостной смеси через средство подачи и регулирования расхода газа, которое снабжено патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа.
Полезная модель относится к области нефтегазодобычи и может быть использована для исследования процессов подъема газа и жидкости по вертикальным или наклонным колоннам труб с использованием различных технологических и технических решений (например, газлифта, плунжерного лифта, комбигазлифта, различных погружных насосных агрегатов).
Известна конструкция экспериментальной установки для изучения условий подъема газа и жидкости по вертикальным колоннам труб (Коротаев Ю.П. Избранные труды. М., Недра, 1996, с.35-39).
Установка состоит из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, средства подачи и регулирования расхода газа, включающего компрессор, узла подачи и регулирования расхода жидкости, устройств ввода в колонну и отвода из колонны смеси газа и жидкости, имеющего выходы для газа и жидкости сепаратора, приборов измерения давления, разности давлений на входе и выходе колонны труб, измерения расхода газа и жидкости, а также средства отвода жидкости и газа из установки.
Недостатком известной установки является то, что пропущенный через колонну труб и сепаратор газ сбрасывается в атмосферу, в связи, с чем в этой установке невозможно исследовать особенности подъема жидкости реальными углеводородными газами.
Кроме этого для создания необходимого для исследований расхода и давления забираемого из атмосферы воздуха требуется использовать компрессор большой мощности и производительности с большим коэффициентом сжатия. Воздух после сжатия нагревается и его требуется охлаждать в специальном теплообменнике. После прохождения по
вертикальной колонне труб и через сепаратор воздух выпускается в атмосферу. В результате установку невозможно использовать при больших давлениях и больших расходах газа (воздуха). Процесс подъема газожидкостной смеси в установке сопровождается большой пульсацией давления, в результате чего измерить инструментальными средствами истинные потери давления на подъем газожидкостной смеси не представляется возможным. Результаты множества измерений обрабатываются математическими методами, а в качестве конечного значения используется среднее значение множества измерений за продолжительный период времени. Полученное усредненное значение измерений не в полной мере отражает физические явления, происходящие во время процесса подъема жидкости газом. В результате приходится использовать осредненные показания измерений, в составе которых присутствуют систематические погрешности (ошибки), причины которых невозможно учесть математическими методами. В результате физические процессы, сопровождающие подъем газожидкостной смеси, остаются до конца неизвестными.
При создании настоящей полезной модели решались технические задачи обеспечение исследований условий подъема жидкости не только воздухом, но и другими газами, расширения области применения установки при высоких рабочих давлениях, больших расходах газа (воздуха), повышения достоверности результатов измерений технологических параметров процессов подъема жидкости по вертикальным колонам труб в реальных газожидкостных условиях конкретных месторождений, уменьшение энергетических затрат на эксплуатацию стенда.
Поставленные технические задачи решаются тем, что экспериментальная установка для изучения условий подъема газа и жидкости по колоннам труб, состоящая из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, узла подачи и регулирования расхода жидкости, средства подачи и регулирования расхода газа, включающего компрессор,
устройств ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, имеющего выходы для жидкости и газа сепаратора, средств отвода жидкости и газа из установки, согласно полезной модели выход сепаратора для жидкости гидравлически соединен с устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости через узел подачи и регулирования расхода жидкости, выход сепаратора для газа соединен со входом средства подачи и регулирования расхода газа трубопроводом, который снабжен патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема экспериментальной установки - стенда.
Предлагаемый стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений состоит из одной или нескольких колонн труб 1, установленных вертикально и состоящих из набора труб различного диаметра, средства подачи и регулирования расхода газа 2, узла подачи и регулирования расхода жидкости 3 (может быть выполнен в виде насоса), устройств ввода в колонну газожидкостной смеси 4 и отвода из колонны этой смеси 5. В устройстве ввода в колонну газожидкостной смеси 4 производится смешивание газа и жидкости.
Стенд снабжен не сообщающимся с атмосферой сепаратором 6, имеющего выходы для жидкости и газа, при этом выход для газа из сепаратора 6 соединен с входом средства подачи и регулирования расхода газа 2 трубопроводом 7, а выход для жидкости - с узлом подачи и регулирования расхода жидкости 3 трубопроводом 8.
Средство подачи и регулирования расхода газа 2 содержит компрессор 9, патрубок подачи избыточного давления газа 10 и патрубок сброса газа 11, снабженные запорно-регулирующими устройствами 12 и 13. Для полного удаления жидкости и газа из установки устройство ввода в колонну газожидкостной смеси 4 снабжено сливным патрубком с запорным устройством 14.
Стенд содержит приборы (условно не показаны) измерения давления газожидкостной смеси в колонне труб 1, а также приборы измерения расхода газа и жидкости (условно не показаны), установленные между устройством ввода в колонну газожидкостной смеси 4 и компрессором 9 и узлом подачи и регулирования расхода жидкости 3 соответственно.
Предлагаемый стенд работает следующим образом.
Стенд подключают к источнику газа высокого давления патрубком подачи избыточного давления газа 10. Затем открывают запорно-регулирующее устройство 12 и при закрытых запорно-регулирующем устройстве 13 и запорном устройстве 14 заполняют все устройства стенда газом до заданного давления. Величину давления контролируют по показаниям приборов измерения давления на входе в колонну труб или на выходе из колонны труб, установленных на нижнем и верхнем концах колонны или в другом участке колонны 1. После того, как давление газа в стенде достигнет заданного значения, включают в работу компрессор 9, при этом газ из сепаратора 6 всасывается в компрессор 9, а затем подается через прибор измерения расхода газа и устройство ввода в колонну газожидкостной смеси 4 в нижнюю часть колоны 1. Газ поступивший в колонну 1, поднимается по колонне верх и через устройство 5 отвода газожидкостной смеси из колонны по трубопроводу поступает в сепаратор 6, а затем в компрессор 9. Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле.
Жидкость подают в узел подачи и регулирования расхода жидкости 3, а затем в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси 4, в котором жидкость смешивается с газом и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по колонне труб 1. Достигнув верха колонны труб 1, газожидкостная смесь по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор 6.
В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу 7 в узел подачи и регулирования расхода жидкости 3, а газ по трубопроводу 8 в компрессор 9.
После окончания эксперимента жидкость сливается через сливной патрубок с запорным устройством 14.
Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления в заданных участках колоны 1 манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью компрессора 9, и жидкости - с помощью насоса или прекращают работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.
Результаты измерений технологических параметров процессов подъема газа и жидкости, полученные с использованием стенда позволяют определять с высокой достоверностью и точностью численные значения коэффициентов гидравлического сопротивления лифтовых колонн в условиях близких к условиям в реальных скважинах (давления, температуры, расходов газа и жидкости, состава рабочей среды), проводить сравнительную оценку и выбор эффективных технологий для эксплуатации скважин, назначать оптимальный режим эксплуатации скважин, выбирать и обосновывать конструкции скважин на этапе проектирования.
Экспериментальная установка для изучения условий подъема газа и жидкости по колоннам труб, состоящая из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, узла подачи и регулирования расхода жидкости, средств подачи и регулирования расхода газа, включающих компрессор, устройств ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, имеющего выходы для жидкости и газа сепаратора, приборов измерения расхода газа и жидкости, установленных между устройством ввода в колонну газожидкостной смеси и компрессором и узлом подачи и регулирования расхода жидкости соответственно, приборов измерения давления в колонне труб и средств отвода жидкости и газа из установки, отличающаяся тем, что выход сепаратора для жидкости гидравлически соединен с устройством ввода в колонну газожидкостной смеси через узел подачи и регулирования расхода жидкости, выход сепаратора для газа соединен с устройством ввода в колонну газожидкостной смеси через средство подачи и регулирования расхода газа, которое снабжено патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа.
