УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПОТОКОВ

Полезная модель относится к технике для исследования движения жидкостных 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 (патент RU 48580 U1, E21B 47/00, опубл. 27.10.2005). Известный стенд предназначен для изучения условий подъема газа и жидкости по лифтовым колоннам труб. Стенд включает одну или несколько 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.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является стенд для исследования газогидродинамических процессов (патент RU 123454, U1, E21B 47/00, опубл. 27.12.2012). Известный стенд позволяет исследовать 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. Стенд состоит из лифтовой колонны труб, узла подачи и регулирования подачи жидкости, узла подачи и регулирования расхода газа, включающего компрессор, устройств ввода в колонну и отвода из колонны, источника излучения в диапазонах ультрафиолетового спектра, фоторегистратора, предназначенного для съемки изображений, полученных с помощью стенда под воздействием источника излучения в диапазонах ультрафиолетового спектра. Однако известное решение обладает недостатками, заключающимися в том, что полученные с помощью известного стенда изображения не обладают хорошим качеством, кроме того, в известном стенде отсутствует возможность применения полученных фотоснимков для определения газосодержания потока в лифтовой колонне труб в заданный момент времени, как вдоль всей колонны, так и в отдельно взятом сечении либо на заданном ее участке из-за неравномерности по длине и по площади источника освещения и/или облучения.
Технический результат полезной модели заключается в возможности наблюдения с улучшенным качеством визуализации происходящих процессов в объеме и по длине лифтовой колонны труб и трубопровода, повышении точности результатов проводимых экспериментов и в расширении функциональных возможностей за счет возможности определения газосодержания потока, как вдоль заданного сечения, так и на заданном ограниченном участке.
Сущность предложения заключается в том, что устройство для исследования газожидкостных потоков, включающее, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, выполненную из прозрачного материала, блоки ввода в колонну и отвода из колонны, установленные соответственно в нижней и верхней частях лифтовой колонны труб, измерительную аппаратуру, входы подачи жидкости и газа блока ввода в колонну предназначены соответственно для подачи жидкости и газа и установлены на разной высоте с возможностью исключения перетекания жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа, блок ввода в колонну снабжен сливным патрубком, выход блока отвода из колонны предназначен для вывода газожидкостной смеси, фото-видеорегистратор, предназначенный для передачи и отображения изображений с последующей их обработкой, снабжено экраном, плотно прилегающим к лифтовой колонне труб, ось которой перпендикулярна оси экрана, вдоль лифтовой колонны труб перпендикулярно оси экрана на заданном расстоянии от нее размещены импульсные вспышки с установленными на них софтбоксами, ширина и суммарная высота которых не превышают соответственно ширину и высоту экрана, снабженного отверстиями, расположенными на заданном расстоянии друг от друга с обеих прилегающих к лифтовой колонне труб сторон экрана, устройство дополнительно снабжено радиосинхронизатором фотовспышек, предназначенным для управления работой импульсных вспышек и софтбоксов, объединенных разветвителем для синхрокорда, фотовидеорегистратор расположен на одной оси с импульсными вспышками и софтбоксами с противоположной стороны экрана.
Работа устройства для исследования газожидкостных потоков поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема устройства для исследования газожидкостных потоков, фиг. 2 демонстрирует схему расположения заданного участка лифтовой колонны труб и экрана с размещенными в нем отверстиями. На фиг. 3 отображена условная схема расположения экрана по отношению к лифтовой колонне труб (сечение A-A).
Устройство для исследования газожидкостных потоков (фиг. 1-3) содержит:
- лифтовую колонну труб (1), выполненную из прозрачного материала и устанавливаемую в вертикальном или наклонном положении.
- в нижней и верхней частях лифтовой колонны установлены соответственно блок ввода в колонну (2) и блок отвода из колонны (3);
- фото-видеорегистратор (4), который представляет собой переносную систему наблюдения высокой четкости с фото-видеозаписью событий, он позволяет сделать удаленное наблюдение более простым, эффективным и полезным и удаленно контролировать наблюдения процессов, проходящих внутри лифтовой колонны труб в произвольные моменты времени;
- импульсные вспышки (5) с установленными на них софтбоксами (6), предназначенными для создания мягкого и равномерного света, которые представляют собой закрытую конструкцию, состоящую из двух частей: отражателя и рассеивателя, выполненного, например, из белой ткани;
- радиосинхронизатор фотовспышек, состоящий из источника сигнала (7), установленного на фото-видеорегистраторе и приемника сигнала (8), использование которого позволяет быстро и удобно дистанционно осуществлять запуск вспышек по радиоканалу;
- экран (9) с имеющимися в нем отверстиями (10);
- сливной патрубок (11);
- разветвитель для синхрокорда (12), например, REKAM MST-01 (http://www.foto.ru/product.php?id=28959&acc=1);
- измерительную аппаратуру (расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры);
В предлагаемом устройстве может использоваться любая жидкость. Импульсные вспышки устанавливают на одной линии с фоторегистраторами с обратной стороны лифтовой колонны труб. Импульсная вспышка может быть выполнена на базе, например, импульсной студийной вспышки Jinbei DM2-400 (http://www.pleer.ru/_64289_Jinbei_DM2_400.html в рассевающих коробах (софтбоксах), например, Visico Soft Box SB-030 (http://pixel24.ru/vcd-465-1-9456/goodsinfo.html) неавтоматические, дающие заранее установленное количество света для получения равномерного мягкого освещения.
Радиосинхронизатор фотовспышек используется для синхронизации импульсных вспышек в момент фотосъемки. Он может быть выполнен, например, на базе 4-х канального радиосинхронизатора RRT-WT4-C (http://www.foto.ru/raylab_4-kh_kanalnyy_radiosinkhronizator_dlya_canon_rrt-wt4-c.html), который позволяет управлять вспышками либо посредством кабельного соединения с камерой, либо беспроводным способом (радио), обеспечивая одновременное управление несколькими вспышками и возможность освещения объекта с разных углов.
Вдоль лифтовой колонны труб установлены фоторегистраторы, фиксирующие изменения структуры потока в единицу времени. Они могут быть представлены цифровыми зеркальными фотоаппаратами, например Canon 1100D (http://www.canon.ru/For_Home/Product_Finder/Cameras/Digital_SLR/EOS_1100D/)
Вдоль колонны, перпендикулярно фоторегистратору установлен экран из материала, не пропускающего свет в момент срабатывания импульсных вспышек, который предназначен предотвратить попадание света, проходящего мимо лифтовой колонны, в объектив фоторегистратора. Расположенные по обеим сторонам от лифтовой колонны труб экрана на небольшом (около 50 мм) расстоянии от нее вдоль всего экрана имеются отверстия, выполняющие роль:
- метрической шкалы для идентификации линейных размеров (газожидкостных пробок, сухих пробок, расстояний между ними и т.п.)
- «эталонных» отверстий для идентификации равномерности поступающего освещения с минимальной погрешностью в момент фотосъемки при последующей обработке фотоснимков.
Работа на стенде осуществляется следующим образом.
Перед началом работы фоторегистраторы настраивают таким образом, чтобы без использования импульсных вспышек получать абсолютно черное изображение.
Устанавливают на лифтовую колонну труб экран (9), например, при помощи хомутов, таким образом, чтобы предотвратить попадание проходящего мимо света от импульсных вспышек (5), для этого зазор между лифтовой колонной (1) и экраном (9) должен быть минимальным. Вдоль лифтовой колонны труб (1) перпендикулярно экрану (9) за лифтовой колонной труб устанавливают импульсные вспышки (5) и софтбоксы (6). При этом края софтбоксов (6) не должны выступать за края экрана (9). При помощи разветвителя для синхрокорда (12) соединяют импульсные вспышки (5) с приемником сигнала радиосинхронизатора (8). После установки фоторегистратора (4) на таком расстоянии, чтобы в объектив попадал необходимый участок лифтовой колонны, включают импульсные вспышки (5) и приемник сигнала радиосинхронизатора (8), обеспечивая нахождение фоторегистратора на одной линии с импульсными вспышками, расположенными с противоположной стороны перпендикулярно экрану (9). Производя несколько пробных снимков, настраивают фоторегистратор (4) таким образом, чтобы области в кадре, не освещенные импульсными вспышками (5), были абсолютно черными. Затем осуществляют настройку импульсных вспышек (5) необходимой мощности таким образом, чтобы газожидкостная смесь отображалась на снимках с максимальной четкостью и контрастностью. Затем обеспечивают съемку колонны с выключенным устройством для исследования газожидкостных потоков без жидкости и со столбом жидкости внутри лифтовой колонны труб. Задавая необходимые режимы работы стенда, путем изменения расхода воздуха и жидкости, осуществляют фото- и видеосъемку процессов, проходящих в лифтовой колонне труб, подавая в случае необходимости в стенд механические примеси (например, песок). Смешение газа и жидкости осуществляют в блоке ввода в колонну (2). Газожидкостная смесь поднимается по лифтовой колонне и через блок отвода (3) отводится из лифтовой колонны труб.
После произведенного в результате эксперимента необходимого количества снимков газожидкостного потока изменяют режим работы устройства, меняя расход газа и жидкости и повторяя фотосъемку, либо производят выключение стенда.
После окончания эксперимента жидкость с песком сливают через сливной патрубок (11) с запорным устройством, находящиеся в нижней части лифтовой колонны труб.
Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления в заданных участках лифтовой колонны труб (1) манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, изменяют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа и жидкости или прекращают работу стенда, удалив жидкость и песок из колонны в систему утилизации.
Значения яркости в области отверстий (10) экрана (9) принимаются за эталонные значения и служат для контроля погрешности обработки.