РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 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 из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений (см. патент на полезную модель РФ 129553 U1, кл. E21B 47/00, опубл. 27.06.2013). В процессе циркуляции по замкнутому контуру газ, жидкость, рабочая колонна и трубопроводная обвязка стенда нагреваются, вода в нем испаряется, давление в экспериментальной колонне увеличивается. Недостаток известного стенда заключается в том, что он не обеспечивает контроль температурного режима работы установки, а, следовательно, обладает недостаточными точностью и достоверностью проводимых исследований.
Наиболее близким техническим решение является стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (см. патент на полезную модель РФ 118354 U1, кл. E21B 47/00, опубл. 20.07.2012). В состав известного стенда входит блок поддержания заданного температурного режима, который включает теплообменник, камеру теплоносителя, устройство циркуляции (12), 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. Для осуществления контроля температурного режима известная установка требует большое количество оборудования и имеет сложную конструкцию.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции регулятора температурного режима, предназначенного для установки в стенде для исследования условий подъема жидкости с использованием газа.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Регулятор температурного режима работы стенда для исследования подъема жидкости с использованием газа включает камеру охлаждения, снабженную наружным кожухом и предназначенную для установки на трубопровод подачи газа, предварительно заполненную жидкостью и снабженную входным и выходным отверстиями. Отверстия предназначены для установки в них штуцеров подвода из атмосферы и отвода газа в атмосферу соответственно. С двух торцов камеры охлаждения верхняя и нижняя крышки болтовыми соединительными элементами прикреплены к фланцам, предназначенным для установки на трубопроводе подачи газа с уплотнительными кольцами. На боковой поверхности наружного кожуха камеры охлаждения установлены уплотнительные кольца и шайбы, прилегающие к фланцам и закрепленные болтовыми соединительными элементами. Упомянутый регулятор предназначен для работы в составе стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающего, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости, узлы ввода в колонну и отвода из колонны, сепаратор. Вход сепаратора подключен соединительным трубопроводом к узлу отвода из колонны. В упомянутом стенде выход для жидкости сепаратора соединен посредством трубопровода подачи жидкости с входом, предназначенным для подачи жидкости узла ввода в колонну газожидкостной смеси через узел подачи и регулирования подачи жидкости. Выход для газа сепаратора подключен к узлу подачи и регулирования расхода газа трубопроводом подачи газа, подключенным к узлу ввода в колонну газожидкостной смеси. В составе упомянутого стенда также предусмотрен блок управления, обеспечивающий опрос датчика температуры и передачу управляющего воздействия через блок циркуляции воздуха регулятору температурного режима.
На фиг. 1 представлен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, в составе которого предусмотрено использование регулятора температурного режима работы стенда. На фиг. 2 представлена конструкция регулятора температурного режима работы стенда.
В состав стенда для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (фиг. 1) и регулятора температурного режима работы стенда (фиг. 2) входят:
- лифтовая колонна (1), устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;
- в верхней и нижней частях лифтовой колонны размещены узел ввода в колонну (4) с запорно-регулирующей арматурой (19) для слива жидкости и узел отвода из колонны (5) газожидкостной смеси;
- узел подачи и регулирования расхода газа (2), состоящий из компрессора (9), трубопровода подачи газа высокого давления (15) и трубопровода сброса газа высокого давления (16) с запорно-регулирующей арматурой (17) и (18);
- сепаратор (6);
- узел подачи и регулирования подачи жидкости (3), работающий по замкнутому циклу и запорно-регулирующей арматуры;
- трубопроводы подачи газа (7) и жидкости (8);
- измерительная аппаратура, включающая расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры (на чертеже не показаны);
- узел поддержания заданного условиями проведения эксперимента температурного режима (14) включает
a) регулятор температурного режима работы стенда (10);
b) блок циркуляции воздуха (11), который может быть реализован на базе компрессора или воздуходувки;
c) блок управления (12);
d) датчик температуры (13), установленный непосредственно перед входом в лифтовую колонну.
Схема регулятора температурного режима работы стенда (фиг. 2) включает:
- крышки (20);
- уплотнительные кольца (21) и (23);
- фланцы (22);
- шайбы (24);
- наружный кожух (25);
- быстроразъемное соединение (26);
- шайбы (27);
- болтовые соединительные элементы (27);
- штуцеры отвода (28) и подвода (29) газа соответственно;
- камеры охлаждения (30).
Работа регулятора температурного режима в составе стенда для исследования подъема жидкости с использованием газа осуществляется следующим образом. Перед началом проведения испытаний стенд подключают к источнику газа высокого давления трубопроводом подачи газа в стенд (15). При открытой запорно-регулирующей арматуры (17) в стенд нагнетается газ. После достижения необходимого давления в стенде закрывают запорно-регулирующую арматуру (17). После этого включают в работу компрессор (9), при этом газ из сепаратора (6) всасывается в компрессор (9). В компрессоре (9) газ сжимается, температура его повышается, затем газ подается через прибор измерения расхода газа и узел 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 узел (5) отвода газожидкостной смеси из лифтовой колонны по трубопроводу поступает в сепаратор (6), а затем в компрессор (9). Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле. В блоке управления (12) задается значение температуры, необходимое для проведения эксперимента, на входе в лифтовую колонну (1). Блок управления (12) опрашивает датчик температуры (13) и в случае расхождения между заданным и измеренным значениями температуры на величину, превышающую заданный интервал, вырабатывает управляющее воздействие для блока циркуляции воздуха (11), который обеспечивает нагнетание воздух из атмосферы в регулятор температурного режима работы стенда (10) через штуцер подвода газа (29). Предварительно залитая в камеру охлаждения (30) жидкость начинает барботироваться потоком воздуха. При барботаже жидкости происходит ее испарение, сопровождающееся уменьшением температуры жидкости. Далее прошедший через слой жидкости поток воздуха выходит обратно в атмосферу через штуцер отвода газа (28). Через заданные интервалы времени блок управления (12) опрашивает датчик температуры (13) и при достижении заданного значения температуры в стенде отправляет управляющее воздействие блоку циркуляции воздуха (11) для снижения расхода воздуха.
Необходимое количество жидкости подают в узел подачи и регулирования расхода жидкости (3). Далее жидкость поступает в узел 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 поступает сначала в узел отвода газожидкостной смеси (5), а затем по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор (6).
В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу (8) в узел подачи и регулирования расхода жидкости (3), а газ по трубопроводу (7) в компрессор (9). Таким образом, жидкость циркулирует по замкнутому циклу. При этом в автоматическом режиме происходит поддержание заданного значения температуры во время работы стенда, при котором происходит измерение температуры газа на входе в лифтовую колонну. В случае отклонения измеренного значения температуры газа от температуры, заданной условиями проведения эксперимента, блок управления (12) создает управляющее воздействие блоку циркуляции воздуха (11), который осуществляет регулирование подачи воздуха в регулятор температурного режима работы стенда (10). Тем самым значение температуры на входе в лифтовую колонну (1) стенда поддерживается в диапазоне, заданном условиями эксперимента. После окончания эксперимента жидкость сливается через сливной патрубок с запорно-регулирующей арматурой (19), находящиеся в нижней части узла ввода в колонну газожидкостной смеси (4).
Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления в заданных участках колоны (1) манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, изменяют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью компрессора (9), и жидкости - с помощью узла подачи и регулирования расхода жидкости (3) или прекращают работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.