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, газосепаратор, 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 продукции 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. Известная система не предусматривает проведение газожидкостных испытаний, т.к. испытания в ней могут проводиться исключительно на жидкости.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании мобильного устройства для испытаний сепарационного оборудования, представляющего собой 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 сниженными энергозатратами под держания рабочих режимов.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Устройство для испытаний сепарационного оборудования включает сепарационный блок, который связан сливным патрубком с накопительной емкостью, блок нагнетания газа. Расходомер предназначен для контроля расхода газа, поступающего из атмосферы в сепарационный блок по трубопроводу для ввода газа, на котором установлены дозатор жидкости и/или дозатор механических примесей и песка, а также входной манометр. Выход сепарационного блока подключен к линии всасывания блока нагнетания газа, 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);
- дозатора жидкости (3);
- дозатора механических примесей или песка (4);
- входного (5) и выходного (6) манометров;
- сливного патрубка (7), расположенного в нижней части сепарационного блока с запорной арматурой;
- накопительной емкости (8), предназначенной для слива жидкости из сепарационного блока;
- расходомера (9).
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 (7). Затем обеспечивают подачу жидкости в дозатор (3) и/или подачу механических примесей в дозатор (4). Если емкость (8) осталась заполненной после проведения предыдущих испытаний, то из нее сливают жидкость и/или очищают от механических примесей. Затем запускают в работу блок нагнетания газа (2), с помощью которого воздушный поток всасывается из атмосферы по линии всасывания и расходомером (5) задают необходимый расход газа. Затем можно проводить испытания сепарационного блока в выбранном условиями эксперимента режиме (либо с добавлением механических примесей либо без них). Время работы при этом определяется конструкцией сепарационного блока (1) - наличием или отсутствием автоматической системы слива жидкости и удаления механических примесей; расходом жидкости и механических примесей, поступающих в устройство из дозаторов (3) и (4), а также зависит от скорости заполнения сепарационного блока продуктами сепарации. При этом входным (5) и выходным (6) манометрами фиксируются значения давления, по разности значений которых определяется перепад давления на сепарационном блоке.
Степень сепарации определяется отношением между количеством отсепарированной жидкости и количеством введенной жидкости (с дополнительными механическими примесями при их введении).
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 (7) с запорной арматурой в накопительную емкость (8).
В процессе работы устройства можно изменять значения расходов жидкости и/или механических примесей с помощью дозаторов (5) и (6), а также возможно производить остановку блока нагнетания газа (2).
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).
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
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. Устройство работало на данном режиме 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 снова 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.
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.