СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗА

Полезная модель относится к технике для исследования процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения газожидкостных потоков в вертикальных и наклонных газовых скважинах.
Известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (RU 48580, U1, опубл. 27.10.2005). Известная экспериментальная установка для изучения условий подъема газа и жидкости по колоннам труб состоит из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, узла подачи и регулирования расхода жидкости, средства подачи и регулирования расхода газа, включающего компрессор, устройств ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, сепаратора, имеющего выходы для жидкости и газа, средств отвода жидкости и газа из установки. Трубопровод снабжен патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа.
Известный стенд позволяет обеспечить исследования условий подъема жидкости не только воздухом, но и другими газами при высоких рабочих давлениях, больших расходах газа (воздуха). Однако, известная установка не позволяет контролировать и поддерживать в заданном диапазоне температуру газа на входе в лифтовую колонну, что негативно отражается на результатах экспериментов.
Технический результат, достигаемый предлагаемым стендом, заключается в обеспечении контроля и поддержания температуры газа в заданном диапазоне во время проведения эксперимента на входе в лифтовую колонну.
Сущность полезной модели заключается в том, что в стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, средство подачи и регулирования расхода газа, устройства ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, сепаратор, приборы измерения давления в лифтовой колонне труб на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб, дополнительно введен блок поддержания заданного температурного режима. В состав блока поддержания заданного температурного режима входят теплообменник, камера теплоносителя, устройство циркуляции теплоносителя, блок управления и датчик температуры. Датчик температуры предназначен для измерения температуры газа, поступающего через устройство ввода газожидкостной смеси и теплообменник от компрессора в лифтовую колонну труб и передачи измеренного значения температуры в блок управления. Блок управления предназначен для подачи управляющих воздействий устройству циркуляции теплоносителя. Устройство циркуляции теплоносителя предназначено для циркуляции теплоносителя от камеры теплоносителя к теплообменнику и обратно под действием полученных управляющих воздействий от блока управления. В средство подачи и регулирования расхода газа входит компрессор. Выход сепаратора для жидкости соединен посредством трубопровода подачи жидкости с устройством ввода в колонну газожидкостной смеси через узел подачи и регулирования подачи жидкости. Выход сепаратора для газа посредством трубопровода подачи газа соединен со средством подачи и регулирования расхода газа. Последнее снабжено патрубком подачи избыточного давления газа и патрубком сброса газа.
Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений представлен на чертеже и включает:
- лифтовую колонну труб (1), устанавливаемую в вертикальном или наклонном положении;
- средство подачи и регулирования расхода газа (2),
- узел подачи и регулирования подачи жидкости (3);
- устройство ввода в колонну газожидкостной смеси (4), в котором производится смешивание газа и жидкости;
- устройство отвода из колонны (5) газожидкостной смеси;
- сепаратор (6), имеющий выходы для жидкости и газа;
- трубопроводы подачи газа (7) и жидкости (8);
- средство подачи и регулирования расхода газа (2) состоит из компрессора (9), патрубков подачи избыточного давления газа и сброса газа, снабженных запорно-регулирующими устройствами;
- стенд содержит измерительную аппаратуру и приборы измерения давления на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб (расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, которые на чертеже не показаны);
- блок поддержания заданного температурного режима (15) включает теплообменник (10), камеру теплоносителя (11), в качестве которой может быть использован или нагреватель, или холодильная камера; устройство циркуляции теплоносителя (12), в качестве которого может быть использован насос либо компрессор, в зависимости от типа используемого теплоносителя;
- блок управления (13), который предназначен для автоматического регулирования температуры смешанного потока путем изменения соотношения потоков теплоносителя, поступающих в блок поддержания заданного температурного режима и для автоматического изменения температуры газожидкостной смеси;
- датчик температуры (14) установлен непосредственно перед входом в лифтовую колонну.
Для полного удаления жидкости и газа из установки устройство ввода в колонну газожидкостной смеси 4 снабжено сливным патрубком с запорным устройством.
Блок управления (13) может быть выполнен на базе однокристальной микроЭВМ, (см. например Устройство управления "Теплур"-1, "Теплур"-3, http://www.ntcasu.ru/Teplur/teplur_1.html, 2009 ООО "НТЦ АСУ" - производство оборудования для автоматизации систем теплоснабжения).
Работа стенда.
Стенд подключают к источнику газа высокого давления патрубком подачи избыточного давления газа средства подачи и регулирования расхода газа (2). Затем открывают запорно-регулирующую арматуру средства подачи и регулирования расхода газа (2) и заполняют все устройства стенда газом до заданного давления. Величину давления контролируют по показаниям приборов измерения давления на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб, установленных на нижнем и верхнем концах лифтовой колонны или в другом участке лифтовой колонны (1). После того, как давление газа в стенде достигнет заданного значения, включают в работу компрессор (9), при этом газ из сепаратора (6) всасывается в компрессор (9), а затем подается через прибор измерения давления газа на входе в лифтовую колонну труб и устройство ввода в лифтовую колонну газожидкостной смеси (4) в нижнюю часть лифтовой колоны (1). Газ, поступивший в лифтовую колонну (1), поднимается по лифтовой колонне вверх и через устройство (5) отвода газожидкостной смеси из лифтовой колонны по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор (6), а затем в компрессор (9). Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле. При этом в автоматическом режиме происходит работа блока поддержания заданного температурного режима работы стенда (15), в котором происходит измерение температуры газа, поступающего в лифтовую колонну (1), посредством датчика температуры (14), и передача этого значения в блок управления (13). В случае отклонения измеренного значения температуры газа от температуры, заданной по условиям эксперимента, блок управления (13) создает управляющее воздействие на устройство циркуляции теплоносителя (12), которое осуществляет циркуляцию теплоносителя из камеры (11) теплоносителя (нагревателя или холодильной камеры) в теплообменник (10) и обратно. Тем самым за счет теплообмена между теплоносителем и газом в корпусе теплообменника (10) температура газа поддерживается в диапазоне, заданном по условиям эксперимента. В роли теплоносителя может выступать воздух, хладагент, вода и прочее.
Жидкость из сепаратора подают в узел подачи и регулирования подачи жидкости (3), а затем в устройство ввода в лифтовую колонну газожидкостной смеси (4), в котором жидкость смешивается с газом и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой колонне (1). Достигнув верха лифтовой колонны труб (1), газожидкостная смесь по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор (6).
В сепараторе (6) жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу (8) подачи жидкости в узел подачи и регулирования подачи жидкости (3), а газ по трубопроводу (7) подачи газа подается в компрессор (9).
После окончания эксперимента жидкость сливается через сливной патрубок с запорным устройством, находящиеся внизу лифтовой колонны труб.
Во время проведения эксперимента измеряют давления в заданных участках колоны (1) манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью компрессора (9), и жидкости - с помощью насоса, или прекращают работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.
Таким образом, стенд позволяет контролировать и поддерживать температуру газа в заданном диапазоне во время проведения эксперимента на входе в лифтовую колонну