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.
Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (RU 118354, U1, U21B 47/00, опубл. 20.07.2012). Известный стенд включает лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, средство подачи и регулирования расхода газа, в состав которого входит компрессор, устройство ввода в колонну и отвода из колонны, сепаратор, приборы измерения давления в лифтовой колонне труб на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб. Кроме того, в известном стенде входы жидкости и газа в устройстве ввода расположены таким образом, чтобы исключить перетекание жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа за счет размещения входа жидкости ниже входа газа. Однако известный стенд не позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме и по длине лифтовой колонны труб и по трубопроводу в условиях, приближенных к реальным.
Наиболее близким к предлагаемому стенду техническим решением, известным из уровня техники, является стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (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 нескольких 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 позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме лифтовой колонны труб в условиях, приближенных к идеальным. Однако в реальных условиях газовых и нефтяных месторождений основное количество скважин имеют профиль ствола, состоящий из различных участков, у которых углы отклонения от вертикали различны. Известный стенд не позволяет провести анализ процессов в таких условиях.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании стенда, позволяющего моделировать и изучать газогидродинамические процессы на лифтовой колонне, состоящей из участков труб, имеющих различные углы отклонения от вертикали.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей стенда за счет проведения экспериментальных исследований не только в условиях, близких к идеальным, но и проведения экспериментальных исследований в условиях, приближенных к реальным.
В предлагаемом стенде лифтовая колонна состоит из участков труб, имеющих различные отклонения от вертикали и имеющих различные (при необходимости) длины, при этом эти участки соединены между собой при помощи соединительных элементов, осуществляющих плавный переход на новый отрезок колонны.
Сущность полезной модели заключается в том, что в стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования подачи жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, устройства ввода в колонну и отвода из колонны, установленные в нижней и верхней частях лифтовой колонны труб соответственно, сепаратор, приборы измерения давления в лифтовой колонне труб на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из лифтовой колонны труб, причем выход сепаратора для жидкости соединен посредством трубопровода подачи жидкости с устройством ввода в колонну через узел подачи и регулирования подачи жидкости, выход сепаратора для газа посредством трубопровода подачи газа соединен с узлом подачи и регулирования расхода газа, подключенным к трубопроводу подачи газа в стенд и трубопроводу сброса газа из стенда, снабженным первой и второй запорно-регулирующей арматурой соответственно, предназначенным для подачи газа и сброса газа в стенде, выход узла подачи и регулирования расхода газа подключен трубопроводом подачи газа к устройству ввода в колонну, снабженному патрубком для слива жидкости из стенда, выход устройства отвода из колонны газожидкостной смеси подключен к входу сепаратора, причем лифтовая колонна труб состоит, по крайней мере, из двух участков труб, расположенных под различными углами отклонения от вертикали и скрепленных соединительными элементами, а вход устройства ввода в колонну, предназначенный для трубопровода подачи газа расположен выше входа, предназначенного для трубопровода подачи жидкости от узла подачи и регулирования подачи жидкости, связанного трубопровод подачи жидкости в стенд через третью запорно-регулирующую арматуру.
Работа стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа поясняется чертежами, представленными на фиг.1, 2.
В состав стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, входят:
- лифтовая колонна труб (1), выполненная из непрозрачного или прозрачного материала и устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;
- в верхней и нижней частях лифтовой колонны труб (1) установлены устройства ввода в колонну (2) и отвода из колонны (3) соответственно;
- узел подачи и регулирования подачи жидкости (4), работающий по замкнутому циклу;
- узел подачи и регулирования расхода газа (5), который может быть реализован на базе компрессора;
- сепаратор (6);
- трубопроводы подачи газа (7) и жидкости (8) соответственно;
- трубопровод подачи газа в стенд (9)
- трубопровод сброса газа из стенда (10);
- трубопровод подачи жидкости в стенд (11);
- первая и вторая запорно-регулирующие арматуры (12, 13);
- третья запорно-регулирующая арматура (14);
- патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой (15);
- лифтовая колонна (1), состоит, по крайней мере, из двух различных участков труб (16), расположенных под заданным углом отклонения от вертикали (α, β), и скрепленных соединительными элементами (17);
- измерительная аппаратура (на чертеже не показана), включает расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры;
Для создания условий визуализации протекающих процессов лифтовая колонна может быть выполнена из прозрачного материала. Также часть трубопроводов подвода газа и жидкости в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси выполняют из гибких материалов, позволяющих изменять положение устройства ввода в колонну газожидкостной смеси в зависимости от угла наклона первого участка лифтовой колонны. Трубопровод подвода газа в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси и трубопровод подвода жидкости установлены на разной высоте с возможностью исключения перетекания жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа.
Датчики давления и/или перепада давления могут устанавливаться как на участках лифтовой колонны, так и на соединительных элементах.
Соединительные элементы могут быть выполнены как в виде жесткой конструкции, так и в виде гибкой конструкции. Соединение между участком колонны и соединительным элементом может осуществляться, например, при помощи резьбового или фланцевого соединений. Крепление колонны может осуществляться, например, к металлоконструкции самого стенда, либо при помощи подпорных элементов (подставок).
Работа на стенде начинается с подключения стенда к источнику газа высокого давления посредством трубопровода подачи газа в стенд (9). После открытия запорно-регулирующей арматуры (12) в стенд нагнетают газ до заданного давления, затем запорно-регулирующую арматуру закрывают. Если давление в стенде превышает заданную величину, газ выпускают из стенда по трубопроводу сброса газа из стенда (10) посредством открытия запорно-регулирующей арматуры (13). После этого включают в работу узел подачи и регулирования расхода газа (5). При этом газ из сепаратора (6) всасывается узлом подачи и регулирования расхода газа (5), а затем подается через прибор измерения расхода газа и устройство ввода в лифтовую колонну газожидкостной смеси (2) в нижнюю часть лифтовой колоны (1). Газ, поступивший в лифтовую колонну (1), состоящую, по крайней мере, из двух участков, имеющих разные углы отклонения от вертикали (16) и соединенные между собой посредством соединительных элементов (17), поднимается по лифтовой колонне в верхнюю часть лифтовой колонны труб. Затем газ поступает через устройство (3) отвода из колонны в сепаратор (6) и по трубопроводу (7) подачи газа в узел подачи и регулирования расхода газа (5) Реализованного на базе компрессора. Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле.
Необходимое количество жидкости подают в узел подачи и регулирования подачи жидкости (4) по трубопроводу подачи жидкости в стенд (11) при условии открытия запорно-регулирующей арматуры (14). После этого запорно-регулирующую арматуру (14) закрывают. Далее жидкость поступает в устройство ввода в колонну газожидкостной смеси (2), в котором жидкость смешивается с газом и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой колонне (1). Достигнув верхней части лифтовой колонны (1), газожидкостная смесь поступает сначала в устройство отвода из колонны газожидкостной смеси (3), а затем по соединительному трубопроводу в сепаратор (6).
В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу (8) в узел подачи и регулирования расхода жидкости (4), а газ по трубопроводу (7) в узел подачи и регулирования расхода газа (5). Таким образом, жидкость циркулирует по замкнутому циклу.
После окончания эксперимента газ выпускают из стенда по трубопроводу сброса газа из стенда (10), посредством открытия запорно-регулирующей арматуры (13), жидкость сливают через патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой (15), находящийся в нижней части лифтовой колонны.
Во время проведения конкретного эксперимента манометрами или дифференциальными манометрами измеряют давления в заданных участках лифтовой колонны (1). Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью узла подачи и регулирования расхода газа (5), и жидкости - с помощью узла подачи и регулирования расхода жидкости (4) или прекращают работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.
На каждом участке колонны, имеющем свой профиль, структура потока газожидкостной смеси (ГЖС) будет различной, при этом создаются зоны перехода ГЖС из одной структуры течения в другую. Перед началом эксперимента создается необходимый (по условиям эксперимента) профиль колонны, при этом все углы отклонения от вертикали колонны фиксируются. В верхней части колонны, в местах «перегибов», а также в других точках колонны устанавливаются датчики измерения давления/перепада давления. Производится включение стенда (согласно описанной ранее схеме).
По результатам проведения эксперимента производится обработка полученных данных, строятся графические зависимости изменения потерь давления от конкретного профиля, как всей колонны, так и отдельных ее участков (углов наклона). В том случае, если колонна выполнена из прозрачных материалов, возможно проведение фото - видеосъемки с последующей оценкой структур и характеров перехода ГЖС.
Ввиду того, что количество вертикальных скважин в настоящее время сокращается, а наклонно-направленных скважин увеличивается, проведение экспериментов на стенде, в котором лифтовая колонна труб может состоять из различных участков, установленных под различными углами отклонения от вертикали колонны, актуально и позволяет обеспечить проведение эксперимента в условиях, приближенных к реальным.
Таким образом, предлагаемый стенд обеспечивает проведение наблюдений количественных изменений, происходящих в объеме и по длине лифтовой колонны труб, состоящей из участков, не имеющих отклонений от вертикали и/или имеющих различные углы отклонения от вертикали.