СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ СЕПАРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
TEST METHOD FOR SEPARATION EQUIPMENT

Изобретение 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 для испытания сепараторов (ГОСТ 17601-90 «Сепараторы центробежные судовые. Приемка и методы испытаний», Москва, Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1990, черт. 1, стр. 3-7). Известный способ испытания по определению производительностей сепаратора предусматривает подачу нефтепродукта в сепаратор и установку необходимого режима; подачу загрязнителя в нефтепродукт или воду в заданных количествах посредством дозерных насосов; проведение испытаний в течение не менее 5 мин; отбор двух проб нефтепродукта при установившемся режиме сепарации до и после сепаратора и пробы отсепарированной воды с интервалом не менее 1 мин; после окончания проведения испытаний на каждом нефтепродукте предусмотрена очистка барабана сепаратора; после проведения отбора проб на одном режиме предусмотрен следующий режим в соответствии с программой испытаний; в процессе испытаний на установившемся режиме измеряют производительность сепаратора, температуру нефтепродукта на входе в сепаратор и частоту вращения барабана. В известном способе давление определяется давлением на выходе циркуляционного насосного агрегата, т.е. способ не позволяет работать в широком диапазоне рабочих давлений и не предусматривает проведение газожидкостных испытаний, т.к. испытания в ней могут проводиться исключительно на жидкости.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ испытания погружного центробежного газосепаратора (патент РФ №2331861 C2, G01M 19/00, 20.08.2008). В известном способе осуществляют испытания газосепараторов (ГС), используемых в погружных электронасосных агрегатах для добычи нефти из скважин. Известный способ испытания включает в себя формирование газожидкостной смеси (ГЖС), подачу ее по нагнетательной линии в блок моделирования внутрискважинных условий (БМВУ), сепарацию ГЖС испытуемым ГС, поступление дегазированной жидкости в накопительную емкость, а отсепарированного газа в затрубное пространство БМВУ. В способе производят плавное регулирование расходов и давлений газа и жидкости, дискретное изменение режимов сепарации, регулирование в процессе испытаний пенообразующих свойств циркулирующего объема ГЖС, определение входного, выходного и остаточного содержания свободного газа, расходов жидкости и газа на входе в БМВУ, и вычисление коэффициента сепарации и расходов жидкости и газа в соответствующих выходных линиях БМВУ. Сепарацию ГЖС испытуемым ГС осуществляют при постоянном расходе жидкости, поступающей в БМВУ, предотвращающим появление нисходящего потока жидкости в затрубном пространстве, и поддержании постоянного содержания газа в ГЖС, поступающей в ГС и БМВУ путем создания восходящего потока ГЖС в затрубном пространстве. Изобретение направлено на упрощение испытаний, сокращение времени их проведения и получение более достоверных результатов. Однако известный способ сложен в исполнении и требует большого количества энергозатрат.
Задача, на решение которой направлена предлагаемое изобретение, заключается в создании способа для испытаний сепарационного оборудования, представляющего собой систему циркуляции газа, которая снижает требования к блоку нагнетания газа, например компрессорному или циркуляционному оборудованию.
Технический результат изобретения - снижение энергозатрат поддержания рабочих режимов испытаний.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Способ испытаний сепарационного оборудования включает этап формирования двухфазной или трехфазной смеси. После этого этапа осуществляют подачу полученной двухфазной или трехфазной смеси по линии всасывания в нагнетательный блок, сепарацию двухфазной или трехфазной смеси испытуемым сепарационным блоком, поступление отсепарированной жидкости или смеси в накопительную емкость, а очищенного газа в атмосферу или на вход сепаратора. Причем сепарацию двухфазной или трехфазной смеси осуществляют при постоянном контроле давления на входе и на выходе газа сепаратора и контролируя расходомером расход газа, поступающего в сепаратор по трубопроводу для ввода газа из атмосферы. Степень сепарации определяют как отношение отсепарированной двухфазной или трехфазной смеси к введенному количеству.
На чертеже представлена схема устройства для испытаний сепарационного оборудования, с помощью которой может быть осуществлено предлагаемое изобретение. В состав устройства входят:
- сепарационный блок (1);
- блок нагнетания газа (2);
- дозатор жидкости (3);
- дозатор механических примесей или песка (4);
- входной (5) и выходной (6) манометры;
- сливной патрубок (7), расположенный в нижней части сепарационного блока с запорной арматурой;
- накопительная емкость (8), предназначенная для слива жидкости из сепарационного блока;
- расходомер (9).
Для осуществления предлагаемого изобретения может быть использовано стандартное оборудование. В качестве блока нагнетания газа может быть использован, например, или компрессор, или циркуляционное устройство.
Перед проведением испытаний необходимо собрать устройство и проверить узлы на прочность. Испытания сепарационного оборудования могут проводиться как с двухфазной, например газожидкостной, так и с трехфазной смесью, включающей дополнительно механические примеси или песок. Предварительно необходимо проверить, чтобы была закрыта запорная арматура на сливном патрубке (7). Затем обеспечивают подачу жидкости в дозатор (3) и подачу механических примесей в дозатор (4). В случае необходимости (например, емкость осталась заполненной после проведения предыдущих испытаний), из накопительной емкости (8) сливают жидкость и очищают от механических примесей. Затем необходимо проверить герметичность всего устройства и работоспособность входного (5) и выходного (6) манометров, с помощью которых осуществляют контроль давления на входе и выходе соответственно сепарационного блока (1). При достижении заданного условиями эксперимента значения давления, определяют его потери. После включения блока нагнетания газа (2) задают необходимый расход газа, который контролируют по показаниям расходомера (5). Осуществляют подачу в устройство жидкости и механических примесей из дозаторов (3) и (4) с заданными расходами. Проводят испытания 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 (3) и (4), зависит от скорости заполнения сепарационного блока продуктами сепарации. При этом на входном (5) и выходном (6) манометрах фиксируются значения давления, по разности значений которых определяется перепад давления на сепарационном блоке.
Степень сепарации определяют как отношение между количеством отсепарированной двухфазной или трехфазной смеси и введенной жидкости или жидкости с механическими примесями.
Производительность сепарационного блока определяется исходя из условий резкого снижения степени сепарации как при малых, так и при больших расходах газа.
В предлагаемом устройстве для задания различных режимов работы можно изменять значения расходов жидкости и/или механических примесей из дозаторов (3) и (4), а также производить остановку блока нагнетания газа (2).
В зависимости от конструкции и исполнения сепарационного блока (1) может использоваться автоматическая или ручная система слива жидкости и удаления механических примесей по сливному патрубку (7) с запорной арматурой в накопительную емкость (8).
По окончании работы устройства после остановки блока нагнетания газа (2) в случае необходимости сепарационный блок (1) может быть демонтирован и смонтирован снова.
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).
Для подтверждения возможности осуществления предлагаемого способа были проведены экспериментальные исследования, которые выполнялись следующим образом.
3
В работу был включен блок нагнетания газа и задано значение расхода газа, равное 150 м/час, значение которого контролировали расходомером газа.
В поток газа из дозатора (3) была подана жидкость с расходом 0,9 кг/ч и механические примеси из дозатора механических примесей (4) с расходом 0,009 кг/ч. Работа в выбранном режиме проводилась в течение 1 часа. При этом с частотой 1 минута входным манометром (5) фиксировали значение давления на входе сепарационного блока, которое составило 1 ата, и выходным манометром (6) - на выходе сепарационного блока. Давление на выходе сепарационного блока (1), замеренное манометром (6), составило 0,95 ата, а перепад давления на сепарационном устройстве - 0,05 ата.
После проведения эксперимента жидкость из емкости (8) была слита, масса воды составила 0,601 кг. Оставшееся в накопительной емкости количество смеси (песок + жидкость) было измерено и составило 0,307 кг. Затем жидкость выпаривается и замеряется масса оставшегося песка, которая составила 0,008 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 возможны изменения условий 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.
После проведения исследования из системы стравливается давление и удаляется жидкость и механические примеси из накопительной емкости.