Устройство воспроизведения расходов газожидкостных потоков

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к измерительной технике и может быть использована для поверки измерительных установок путем создания и измерения расхода потока двухфазной трехкомпонентной смеси.
Известен аналог - стенд для создания, измерения и тестирования двухфазной трехкомпонентной смеси - RU 138529, 20.03.2014, характеризующийся тем, что содержит функционально объединенные и снабженные требуемыми средствами измерения сепарационный узел, представляющий собой последовательно соединенные газовый сепаратор и жидкостный сепаратор, блок создания и измерения имитатора нефти, блок создания и измерения пластовой воды, блок создания и измерения расхода газа, блок смешивания и измерительную установку, соединенные измерительными линиями с блоком управления, блок смешивания представляет собой горизонтально ориентированную трубную секцию, снабженную патрубками для подвода имитатора нефти, газа и воды от соответственно блока создания и измерения имитатора нефти, блока создания и измерения расхода газа, блока создания и измерения пластовой воды, при этом блок смешивания соединен выходной газожидкостной линией с поверяемой измерительной установкой, указанный сепарационный узел содержит демпфирующую емкость, снабженную входной газожидкостной линией, выходные линии жидкостного сепаратора по воде и имитатору нефти соединены соответственно с блоком создания и измерения пластовой воды и с блоком создания и измерения имитатора нефти, а выходная жидкостная линия газового сепаратора оборудована дополнительной линией для обеспечения непосредственного подключения ее к блоку создания и измерения имитатора нефти.
Недостатком аналога является низкая энергоэффективность стенда, так как он не обеспечивает замкнутый цикл работы по газу и есть необходимость постоянно закачивать воздух и сжимать его до требуемого рабочего давления. Вторым недостатком аналога является то, что он не предназначен для работы при высоких давлениях до 2,5 МПа, что требуется для имитации режимов течения нефтяных скважин.
Известен аналог - устройство воспроизведения расходов газожидкостных потоков - RU 2505790, 29.06.2012, принятое в качестве прототипа, включающее емкости для газа, нефти и воды, линии воспроизведения и измерения расходов, сепарационную емкость, блок смешения нефти и воды, отличающееся тем, что сепарационная емкость и блок смешения нефти и воды гидравлически сообщены и размещены в пространстве первая над другой с возможностью естественного стекания жидких компонентов в блок смешения нефти и воды, выполненным в виде емкости предварительной подготовки жидких компонентов, содержащей смеситель в виде системы циркуляции затопленных струй, сообщенным через жидкостные расходомер и насос с частотным регулированием с активным соплом двухфазного струйного аппарата, газовая полость сепарационной емкости через газовые расходомер и дозирующий кран соединена с его пассивным соплом, а приемная полость через испытуемый и контрольный многофазные расходомеры сообщена с его камерой смешения.
Благодаря применению двухфазного струйного аппарата в прототипе обеспечивается точность воспроизведения расходов газожидкостных потоков при относительно низких энергетических затратах и высокой надежности устройства. Энергетическая эффективность обеспечивается за счет применения одного и того же газа по круговому циклу и отсутствие необходимости расходования энергии на закачку в систему и сжатие до необходимого давления газа. Надежность обеспечивается за счет того, что струйный аппарат имеет простую конструкцию в сравнении с компрессорами, не имеет элементов, подверженных износу и не требует обслуживания.
Недостатком прототипа является зависимость расхода газа через двухфазный струйный аппарат от расхода жидкой фазы смеси, что является препятствием в воспроизведении расходов газожидкостных потоков в широком диапазоне соотношений компонентов смеси и снижает точность смешения компонентов смеси при больших расходах газа.
Технической задачей полезной модели является расширение области применения устройства воспроизведения расхода газожидкостных потоков при сохранении высоких энергетической эффективности и надежности устройства.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в увеличении диапазона соотношений компонентов смеси при сохранении высоких энергетической эффективности и надежности устройства.
Технический результат достигается в устройстве воспроизведения расходов газожидкостных потоков, включающем линии воспроизведения и измерения расходов, блок смешения, сепаратор, двухфазный струйный аппарат, жидкостный сепаратор связан с блоком измерения расхода имитатора нефти и блоком измерения расхода воды, каждый из блоков измерения расходов имитатора нефти, измерения расхода воды, измерения расхода газа связан с тремя блоками смешения, отличающихся обеспечиваемыми расходами смеси, каждый из вышеперечисленных блоков смешения связан линией воспроизведения и измерения расходов с газовым сепаратором, каждая из линий воспроизведения и измерения расходов выполнена с возможностью размещения в ней испытуемого расходомера, газовый сепаратор связан с жидкостным сепаратором линией подачи жидкости и линией подачи газа со станцией повышения давления газа, которая содержит три водоструйных компрессора газа, выполненных с возможностью использования по отдельности или совместно, в качестве рабочей жидкости в которых применяется вода, не используемая для подготовки исследуемой смеси, станция повышения давления газа имеет осушитель газа, станция повышения давления газа связана с блоком измерения газа.
На фиг. 1 изображена схема устройства воспроизведения расходов газожидкостных потоков.
Устройство воспроизведения расходов газожидкостных потоков включают линии воспроизведения и измерения расходов 1, блок смешения 2, сепаратор 3, двухфазный струйный аппарат 4, жидкостный сепаратор 5 связан с блоком измерения расхода имитатора нефти 6 и блоком измерения расхода воды 7, каждый из блоков измерения расходов имитатора нефти 6, измерения расхода воды 7, измерения расхода газа 8 связан с тремя блоками смешения 9, 10, 11, отличающихся обеспечиваемыми расходами смеси, каждый из вышеперечисленных блоков смешения 9, 10, 11 связан линией воспроизведения и измерения расходов 1 с газовым сепаратором 12, каждая из линий воспроизведения и измерения расходов 1 выполнена с возможностью размещения в ней испытуемого расходомера 13, газовый сепаратор 12 связан с жидкостным сепаратором 5 линией подачи жидкости и линией подачи газа со станцией повышения давления газа 14, которая содержит три водоструйных компрессоров газа, выполненных с возможностью использования по отдельности или совместно, в качестве рабочей жидкости в которых применяется вода, не используемая для подготовки исследуемой смеси, станция повышения давления газа имеет осушители газа, станция повышения давления газа 14 связана с блоком измерения расхода газа 8.
Рассмотрим пример конкретной реализации устройства воспроизведения расходов газожидкостных потоков. Устройство воспроизведения расходов газожидкостных потоков предназначено для поверки измерительных установок путем создания и измерения расхода потока двухфазной трехкомпонентной смеси. Устройство применяют для поверки средств измерений - расходомеров 13. Каждая из линий воспроизведения и измерения расходов 1 и все связи между блоками выполнены в виде стальных трубопроводов различного сечения. Линия воспроизведения и измерения расходов 1 выполнена в виде трубопровода, в разрыве которого имеются присоединительные фланцы с возможностью присоединения испытуемого расходомера 13. Блоки смешения 6, 7, 8, сепараторы 5, 12 выполнены в виде сосудов из нержавеющий стали. Блоки измерения расходов имитатора нефти 6, измерения воды 7 содержат массовые кориолисовы расходомеры для измерения расхода каждого компонента смеси, протекающего через блок, в отдельности. Расход газа измеряется с помощью критических сопел, которые обеспечивают максимально возможный расход при используемых размерах. Благодаря этому, зная давление перед соплом, точно определяется расход газа. Станция повышения давления газа 14 содержит три водоструйных компрессоров газа, выполненных с возможностью использования по отдельности или совместно, что позволяет гибко настраивать требуемый расход рабочей смеси, увеличивая диапазон соотношений компонентов смеси. Применение водоструйных компрессоров газа обеспечивает высокую энергетическую эффективность за счет отсутствия необходимости применения компрессоров. Опыт показал, что в рассматриваемом устройстве воспроизведения расходов газожидкостных потоков наиболее приемлемым является вариант водоструйных компрессоров. Близкий по характеристикам и стоимости вариант применения поршневых компрессоров фирмы Remeza ВА30 требует применения 84 бустеров, что влечет значительное увеличение, по сравнению с использованием водоструйных компрессоров, потребной площади для размещения оборудования и энергозатрат, а также затрат на обслуживание. Водоструйные компрессоры обеспечивают самую высокую надежность за счет простоты конструкций. Благодаря применению трех водоструйных компрессоров газа обеспечивается гибкая настройка требуемого расхода и давления газа, тем самым достигается широкий диапазон соотношений компонентов смеси. При малом расходе применяется один компрессор, а если требуется его увеличение осуществляется задействование второго и третьего. Благодаря тому, что в качестве рабочей жидкости в водоструйных компрессорах применяется вода, не используемая для подготовки исследуемой смеси, обеспечивается увеличенный по сравнению с прототипом широкий диапазон соотношений компонентов смеси, так как расход газа в этом случае не зависит от протекающего через водоструйный насос жидкого компонента смеси. Расход рабочей жидкости в струйном компрессоре обеспечивают водяным центробежным насосом. Блоки смешения 9, 10, 11, отличаются обеспечиваемыми расходами смеси благодаря тому, что имеют различное проходное сечение входящих в них трубопроводов и смесительных камер. Благодаря наличию трех блоков смешения 9, 10, 11 обеспечивается широкий диапазон соотношений компонентов смеси. Осушители газа 15 предназначены для отделения воды, являющейся рабочей жидкостью в водоструйном компрессоре газа, обеспечивающей сжатие газа до требуемого давления. Это необходимо для измерения чистого газа без примесей жидкости в блоке измерения расхода газа 8, что является важным для воспроизведения единицы массового расхода газожидкостных смесей. Расход газожидкостной смеси через блоки и трубопроводы устройства обеспечивают водяным центробежным насосом.
Рассмотрим работу устройства воспроизведения расходов газожидкостных потоков. Устройства воспроизведения расходов газожидкостных потоков используют для поверки расходомера 13. В разрыв трубопровода одной из линий воспроизведения и измерения расходов 1 устанавливают испытуемый расходомер 13. При выборе конкретной линии 1 руководствуются расходом, который может обеспечить линия 1. Линий воспроизведения и измерения расходов 1 три, и они отличаются проходными сечениями и предельными значениями расходов, замер которых обеспечивают расходомеры трех блоков измерения 6, 7, 8. Создают расход смеси через устройство. Вода, отделенная от имитатора нефти в жидкостном сепараторе 5 поступает в блок измерения расхода воды 7, где осуществляют измерения ее расхода расходометром. Имитатор нефти, отделенный от воды в жидкостном сепараторе 5 поступает в блок измерения расхода имитатора нефти 6, где осуществляют измерение расхода имитатора нефти. Газ, отделенный в газовом сепараторе 12, и доведенный в станции повышения давления газа 14 до давления 2,5 атм. поступает в блок измерения газа 8, где осуществляют измерение расхода газа. После этого газ, вода и имитатор нефти направляют в один из блоков смешения 9, 10, И, в зависимости от требуемого расхода смеси, который определяется расходом того расходомера 13, поверку которого осуществляют. В блоке смешения осуществляют смешение компонентов смеси и обеспечивают его расход через поверяемый расходомер 13. На основании измеренных расходов компонентов смеси вычисляют расход смеси и сравнивают с показаниями поверяемого расходомера 13. При совпадении значений расходов считают расходомер поверенным, при расхождении, превышающем допустимое, расходомер 13 считают не прошедшим поверку с положительным результатом.