УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СЕПАРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к устройствам для испытаний сепарационного оборудования, используемого для процессов добычи и подготовки газа в нефтегазовой отрасли.
Из уровня техники известен способ испытания погружного центробежного газосепаратора и стенд для его осуществления (патент РФ №2331861 C2, G01M 19/00, 20.08.2008). В известном стенде осуществляют испытания газосепараторов (ГС), используемых в погружных электронасосных агрегатах для добычи нефти из скважин. Стенд содержит накопительную емкость, газожидкостный сепаратор, смесительное устройство, блок моделирования внутрискважинных условий, газоспепаратор, погружной насос. Сепарацию газожидкостных смесей испытуемым газосепаратором осуществляют при постоянном расходе жидкости, поступающей в блок моделирования внутрискважинных условий, предотвращающим появление нисходящего потока жидкости в затрубном пространстве, и поддержании постоянного содержания газа в газожидкостной смеси, поступающей в газосепаратор и блок моделирования путем создания восходящего потока в затрубном пространстве. Изобретение направлено на упрощение испытаний, сокращение времени их проведения и получение более достоверных результатов. Однако, известный стенд обладает большим количеством оборудования и сложностью исполнения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является стенд для испытания сепараторов (ГОСТ 17601-90 «Сепараторы центробежные судовые. Приемка и методы испытаний», Москва, Государственный комитет СССР по управлению качеством гфодукции и стандартам, 1990, черт. 1, стр. 3-7), включающий в себя следующие основные элементы: сепаратор, откачивающую секцию насоса сепаратора, манометр, термометр, устройство для отбора проб, бак для отсепарированной воды и шлама, бак для очищенного продукта, насос, бак для неочищенного продукта, устройство для ввода деэмульгатора, насос циркуляционный, устройство для ввода загрязнителя, устройство для ввода воды, штатный фильтр сепаратора, всасывающую секцию насоса сепаратора, устройство для регулирования производительности, бак для буферной воды, подогреватель, расходомер, запорную арматуру. Известный стенд содержит большое количество оборудования, сложен в исполнении, регулировании и поддержании работы в заданном диапазоне рабочих параметров. При этом система циркуляции разомкнутая и давление в стенде определяется давлением на выходе циркуляционного насосного агрегата, т.е. не позволяет работать в широком диапазоне рабочих давлений. Также система не предусматривает проведение газожидкостных испытаний, т.к. испытания в ней могут проводиться исключительно на жидкости.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании мобильного устройства для испытаний сепарационного оборудования, представляющего собой замкнутую систему циркуляции газа, которая снижает требования к блоку нагнетания газа, например, компрессорному или циркуляционному оборудованию.
Технический результат полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства, которые заключаются в возможности проведения испытаний сепарационного оборудования не только с жидкостями, но и с газожидкостными смесями в широком диапазоне термобарических параметров. Предлагаемое устройство также имеет упрощенную конструкцию, позволяющую проводить испытания сепарационного оборудования, работа которого сопровождается пониженными энергозатратами под держания рабочих режимов.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Устройство для испытаний сепарационного оборудования включает сепарационный блок, связанный сливным патрубком с накопительной емкостью, блок нагнетания газа, теплообменный аппарат, блок управления, предназначенный по принятому от датчика температуры показанию, установленного на линии нагнетания газа, формировать управляющие воздействия для теплообменного аппарата, подключенного к расходомеру, предназначенному для контроля расхода газа, поступающего в сепарационный блок по линии нагнетания газа. На линии нагнетания газа установлены дозатор жидкости, дозатор механических примесей и песка, а также входной манометр с трубопроводом подачи давления и трубопроводом сброса давления, снабженным запорной арматурой. Выход сепарационного блока подключен к блоку нагнетания газа, оборудованному байпасной линией, через фильтр, образуя при этом линию всасывания, на которой установлен выходной манометр
На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для испытаний сепарационного оборудования, которое состоит из:
- сепарационного блока (1);
- блока нагнетания газа (2);
- теплообменного аппарата (3);
- блока управления (4), который по принятому от датчика температуры показанию обеспечивает выработку управляющего воздействия для запуска теплообменного аппарата;
- расходомера (5);
- температурного датчика (6);
- дозатора жидкости (7);
- дозатора механических примесей или песка (8);
- сливного патрубка (9), расположенного в нижней части сепарационного блока с запорной арматурой;
- накопительной емкости, предназначенной для слива жидкости из сепарационного блока (10);
- входного (11) и выходного (12) манометров;
- трубопровода подачи давления (13) с запорной арматурой;
- трубопровода сброса давления (14) с запорной арматурой;
- фильтра (15);
- байпасной линии (16) с запорной арматурой.
Для осуществления предлагаемой полезной модели использовалось стандартное оборудование. В качестве блока нагнетания газа может быть использован, например, или компрессор, или циркуляционное устройство.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Перед сборкой устройства узлы проходят проверку на прочность. В предлагаемом устройстве для испытаний сепарационного оборудования испытания могут проводиться как с жидкостью, при использовании в нем жидкостных сепарационных блоков, так и с механическими примесями, при использовании в составе устройства дессендеров или песколовки, или с жидкостью вместе с механическими примесями. Закрытие запорной арматуры проверяют на сливном патрубке (9), трубопроводе подачи давления (13) и трубопроводе сброса давления (14). Затем обеспечивают подачу жидкости в дозатор (7) и подачу механических примесей в дозатор (8). В случае необходимости, (например, емкость осталась заполненной после проведения предь1дущих испытаний), из накопительной емкости (10) сливают жидкость и очищают от механических примесей. Открывают запорную арматуру на трубопроводе подачи давления (13) и заполняют стенд газом от источника давления, создавая сначала давление на несколько атмосфер, затем проверяют герметичность всего устройства. После этого давление поднимают до необходимой величины, задаваемой условиями испытаний. При этом проверяют работоспособность входного (11) и выходного (12) манометров, с помощью которых осуществляют контроль давления на входе и выходе соответственно сепарационного блока (1). При достижении заданного условиями эксперимента значения давления, определяют потери, закрывают запорную арматуру на трубопроводе подачи давления (13). Включают блок нагнетания газа (2) и задают необходимый расход газа, который контролируют по показаниям расходомера (5). Осуществляют подачу в устройство жидкости и механических примесей из дозаторов (7) и (8) с заданными расходами. Происходит работа в выбранном условиями эксперимента режиме. Время работы в выбранных условиях проведения эксперимента зависит от конструкции сепарационного блока (1) -наличия автоматической системы слива жидкости и удаления механических примесей; от расхода жидкости и механических примесей, поступающих в устройство из дозаторов (7) и (8) - зависит от скорости заполнения сепарационного блока продуктами сепарации. При этом на входном (11) и выходном (12) манометрах фиксируются значения давления, по разности значений которых определяется перепад давления на сепарационном блоке.
Степень сепарации определяется отношением между количествами отсепарированной и введенной жидкости (с добавлением механических примесей.
Производительность сепарационного блока определяется исходя из условий резкого снижения степени сепарации, как при малых, так и при больших расходах газа.
В зависимости от конструкции и исполнения сепарационного блока (1) может использоваться автоматическая или ручная система слива жидкости и удаления механических примесей по сливному патрубку (9) с запорной арматурой в накопительную емкость (10).
В процессе работы устройства можно изменять значения расходов жидкости и/или механических примесей с помощью дозаторов (7) и (8), а также возможно производить остановку блока нагнетания газа (2).
По окончании работы устройства после остановки блока нагнетания газа (2) открывают запорную арматуру на трубопроводе сброса давления (14) и снижают давление до атмосферного. В случае необходимости сепарационный блок (1) может быть демонтирован и смонтирован снова.
В случае длительных работ теплообменный аппарат (3) используется для под держания постоянного температурного режима. Для автоматической системы поддержания температурного режима работы в устройстве используется блок управления (4) с температурным датчиком (6), установленным на линии нагнетания устройства.
В ходе испытаний в зависимости от выбранного режима проведения эксперимента, (расхода газа, количества жидкости и/или механических примесей, находящихся в газовом потоке, и давления) производится оценка основных характеристик сепарационного блока:
- производительности сепарационного блока;
- степени сепарации;
- содержания жидкости на выходе сепарационного блока;
- потери напора (потери давления на сепарационном блоке).
В случае испытаний сепарационных блоков, работающих только с жидкостью, дозатор механических примесей (песка) может отсутствовать в составе предлагаемого устройства.
В случае испытаний сепарационных блоков, работающих только с механическими примесями (песком) - десендеров или песколовок, нет необходимости для включения дозатора жидкости в состав устройства.
Испытания предлагаемой полезной модели проводились следующим образом.
3
Перед исследованием была измерена масса фильтра, которая составила 0,500 кг. Затем стенд был заполнен воздухом от источника высокого давления до 2 атмосфер. При этом была проведена проверка работоспособности манометров. По показаниям входного манометра фиксировалась герметичность системы (значение давления, равное 2 атмосферам держится на протяжении 10-15 минут). Далее поднималось значение давления до необходимого, т.е. определяемого условиями проводимого эксперимента, например, до 15 атмосфер, которое тоже фиксировалось по показаниям входного манометра. После этого осуществляется переход в режим ожидания и наблюдения за процессом в течение, например, 15 минут, по истечении указанного времени было зафиксировано, что значение давления держится на отметке 15 атмосфер. Затем в работу был включен блок нагнетания газа и задано значение расхода газа, равное 150 м/час, значение которого контролировали расходомером газа. Блоком управления (4) был обеспечен режим поддержания температуры газа, 20°С±0,5°С. С периодичностью 1 минуты блоком (4) опрашивался датчик температуры (6). В случае превышения температуры газа выше заданного значения (20°С), блок (4) формировал управляющее воздействие для теплообменного аппарата, запускающее процесс охлаждения газа до температурного значения 20°С.
В том случае, если температура газа оставалась ниже заданного значения (20°C), блок (4) формировал управляющее воздействие для теплообменного аппарата, обеспечивая подогрев газа до температурного значения 20°C. По достижении значения температуры 20°C в поток газа из дозатора была подана жидкость с расходом 0,9 кг/ч и механические примеси из дозатора механических примесей с расходом 0,009 кг/ч. Устройство работало на данном режиме в течение 1 часа. При этом с частотой 1 минута входным манометром (11) фиксировали значение давления на входе сепарационного блока, которое составило 20 атм, и выходным манометром (12) на выходе сепарационного блока. Давление должно составлять 19,9 атм. и перепад давления на сепарационном устройстве - 0,1 атм. Установленный перед блоком нагнетания газа фильтр (15) позволяет улавливать оставшиеся частицы механических примесей и жидкости. При этом перед фильтром и после него замеряется давление и далее - перепад. После проведения исследования фильтр снимается и измеряется его масса, которая во время проведенного эксперимента составила 0,800 кг. Затем жидкость из фильтра выпаривается и снова замеряется его масса, которая составила 0,501 кг. После вычисления изменения массы фильтра, как разницы между массой после выпаривания и начальной до эксперимента, получили 0,001 кг. Таким образом, коэффициент сепарации механических примесей составил: 0,008/0,009=0,889 (или в процентном отношении 88,9%). Масса выпаренной жидкости составила 0,299 кг. Коэффициент сепарации по жидкости составил: (0,900-0,299)/0,900=0,668 (или в процентном отношении 66,8%).
3
3
Для повторения исследования могут быть изменены условия проведения эксперимента. Были также проведены исследования при измененном значении расхода газа, например, со 150 м/ч до 170 м/ч, по итогам которого получили коэффициент сепарации по жидкости 0,652 и по механическим примесям 0,850, то есть, было установлено, что степень сепарации ухудшается.
3
3
При снижении расхода газа со 170 м/ч до 130 м/ч были получены новые коэффициенты сепарации по жидкости 0,954 и по механическим примесям 0,905, то есть, установили улучшение степени сепарации.
Таким образом, проведение исследований с помощью предлагаемого устройства позволяет подобрать оптимальные режимы производительности сепарационного блока как в зависимости от расхода газа, так и в зависимости от расходов жидкости и механических примесей, подаваемых в поток газа.°
После проведения исследования из системы стравливается давление и удаляется жидкость и механические примеси из накопительной емкости.