СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к технике для исследования движения потоков и сыпучих материалов, газожидкостных потоков, например, процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения газожидкостных потоков в вертикальных, наклонных трубопроводах и отдельных устройствах.
Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (RU 48580, U1, 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 не позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме лифтовой колонны труб и по трубопроводу, что негативно отражается на достоверности, наглядности и точности результатов и полноте информации проводимых экспериментов.
Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (RU 118354, U1, опубл. 20.07.2012), который является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. 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 также не позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме и по длине лифтовой колонны труб и по трубопроводу, и не позволяет обнаружить детали и общие характеристики исследуемых в колонне потоков.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании стенда, позволяющего проводить исследования газогидродинамических процессов в лифтовой колонне труб.
Технический результат заявляемого предложения заключается в возможности наблюдения количественных изменений и улучшении качества визуализации происходящих процессов в объеме и по длине лифтовой колонны труб и трубопровода, следовательно - повышении точности результатов проводимых экспериментов.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в создании стенда
для исследования газогидродинамических процессов. Стенд включает, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, содержащий компрессор, устройства ввода в колонну и отвода из колонны, сепаратор, измерительную аппаратуру. Вход сепаратора связан с устройством отвода из колонны. Выход для жидкости сепаратора соединен посредством трубопровода подачи жидкости с устройством ввода в колонну через узел подачи и регулирования подачи жидкости. Выход для газа сепаратора посредством трубопровода подачи газа соединен с узлом подачи и регулирования расхода газа, которое снабжено, по крайней мере, одним патрубком избыточного давления газа и одним патрубком сброса газа. Входы жидкости и газа устройства ввода в колонну установлены на разной высоте с возможностью исключения перетекания жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа. Выход узла подачи и регулирования расхода газа связан с трубопроводом подачи газа с устройством ввода в колонну. Стенд дополнительно содержит, по крайней мере, один источник излучения, установленный с возможностью освещения лифтовой колонны труб в диапазонах ультрафиолетового спектра, изготовленной из прозрачного материала, и фоторегистратор, установленный с возможностью фоторегистрации изображений и отображения информации на экране монитора, сливной патрубок, установленный на выходе устройства ввода в колонну.
В состав стенда для исследования газогидродинамических процессов, входят:
- лифтовая колонна труб (1), выполненная из прозрачного материала и устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;
- в верхней и нижней частях лифтовой колонны труб установлены устройства ввода в колонну (2) и отвода из колонны (3) соответственно;
- узел подачи и регулирования расхода газа (4), состоящий из компрессора (5) и запорно-регулирующей арматуры;
- сепаратор (6);
- узел подачи и регулирования подачи жидкости (7), работающий по замкнутому циклу и запорно-регулирующей арматуры;
- трубопроводы подачи газа (8) и жидкости (9) соответственно;
- источник излучения (10) в диапазонах ультрафиолетового спектра, в качестве которого могут быть использованы ультрафиолетовые лампы или лазерные излучатели;
- фоторегистратор (11), предназначенный для съемки изображений, полученных с помощью предлагаемого стенда под воздействием источника излучения (10) в диапазонах ультрафиолетового спектра, в качестве фоторегистратора (11) могут быть применены фотопленка, либо позиционно чувствительный детектор, либо люминесцентный экран, либо цифровая видеокамера;
- сливной патрубок (12);
- измерительная линейка или люминесцентный экран с нанесенными на нем делениями (13), шкала которой обработана люминесцентными веществами, линейка предназначена для обеспечения ее видимости при отсутствии источника внешнего освещения, а также для идентификации размеров газожидкостных пробок, сухих пробок, расстояний между ними с помощью движущихся трассеров;
- измерительная аппаратура (на чертеже не показана), включает расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры;
Работа на стенде может выполняться без жидкости (в «сухом» режиме - с песком или без него) или с жидкостью (в «мокром» режиме - с песком или без него).
Во время работы стенд подключают к источнику газа высокого давления патрубком подачи избыточного давления газа. Затем открывают запорно-регулирующие устройства и заполняют все устройства стенда газом до заданного давления. Величину давления контролируют по показаниям приборов измерения давления, установленных на входе в лифтовую колонну труб (1) и/или на ее выходе, в нижней и/или верхней ее частях, и/или на каком-либо другом ее участке. После того, как давление газа в стенде достигнет заданного значения, включают в работу компрессор (5). При этом газ из сепаратора (6) всасывается в компрессор (5), а затем подается через прибор измерения расхода газа и устройство ввода в колонну (2) в нижнюю часть лифтовой колонны труб (1). Газ, поступивший в лифтовую колонну труб (1), поднимается по ней вверх и через устройство (3) отвода из колонны по трубопроводу поступает в сепаратор (6), а затем в компрессор (5). Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле. В случае необходимости в стенд также могут подаваться механические примеси, например, песок, обработанный флуоресцентными материалами (при наличии песка различных фракций, каждая фракция обрабатывается отдельным цветом), обеспечивая визуальное наблюдение распределения фракций песка в осевом и радиальном направлении в лифтовой колонне труб.
Жидкость (при необходимости) подают в узел подачи и регулирования подачи жидкости (7), а затем в устройство ввода в колонну (2), в котором жидкость смешивается с газом и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой колонне труб (1). В качестве жидкости используется жидкость, в состав которой входят вещества, обладающие свойствами флуоресценции. Достигнув верха лифтовой колонны труб (1), газожидкостная смесь через устройство (3) отвода из колонны по трубопроводу поступает в сепаратор (6).
В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по сливному патрубку в трубопровод (9) в узел подачи и регулирования подачи жидкости (7), а газ по трубопроводу (8) в компрессор (5). После включения источника излучения (10) в диапазонах ультрафиолетового спектра в работу включают фоторегистратор (11). Установленные вдоль колонны источники излучения (10) в диапазонах ультрафиолетового спектра позволяют светиться жидкости и механическим примесям (песку), циркулирующим в работающем стенде. Эксперименты целесообразно проводить при слабом либо полностью отсутствующем источнике внешнего освещения.
Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления в заданных участках лифтовой колоны труб (1) манометрами или дифференциальными манометрами. С помощью фоторегистратора производят фото и видеорегистрацию протекающего в стенде и заданные протекающим экспериментом измерения параметров процесса. Вдоль лифтовой колонны труб установлена линейка со штриховой шкалой и/или экран, имеющий на своем поле вертикально и горизонтально расположенные штрихи шкал. Шкала линейки обработана люминесцентными веществами для обеспечения ее видимости при отсутствии источника внешнего освещения, а также для идентификации размеров (газожидкостных пробок, сухих пробок, отдельных частиц, расстояний между ними и т.п.). В результате получается изображение движущегося потока на фоне штрихов шкал экрана и/или линейки.
Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью компрессора (5), и жидкости - с помощью насоса или прекращают работу стенда, удалив жидкость и песок из колонны в систему утилизации.
После окончания эксперимента жидкость с песком сливают через сливной патрубок (12) с запорным устройством, находящиеся в нижней части лифтовой колонны труб.
Таким образом, предлагаемый стенд позволяет проводить наблюдения количественных изменений с улучшенным качеством визуализации происходящих в объеме и по длине лифтовой колонны труб и трубопровода процессов, следовательно - повысить точность результатов проводимых экспериментов.