Испытательный стенд для гидравлических испытаний устройств удаления песчаных или проппантных пробок
TEST STAND FOR HYDRAULIC TESTING OF SAND OR PROPPANT REMOVAL DEVICES

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для гидравлических испытаний нефтепромыслового оборудования, в частности может быть использовано для испытания устройства для удаления песчаной или проппантной пробки на базе производственного обслуживания с целью определения исправности устройства перед работой в скважине.
Известно устройство для испытания оборудования (а.с. SU № 697701, опубл.15.11.1979), содержащее испытательную камеру, насос высокого давления, резервуар для подготовки и хранения рабочей смеси и соединительные трубопроводы. Устройство дополнительно снабжено насосом низкого давления, распределительным механизмом, баком для хранения чистой жидкости и сосудом высокого давления, выполненным в виде корпуса, разделенного на две камеры диафрагмой, причём одна камера через распределительный механизм соединена с выходом насоса высокого давления, всасывающая линия которого связана с баком для хранения чистой жидкости, а вторая камера соединена с испытательной камерой и выходом насоса низкого давления, вход которого подключен к резервуару для подготовки и хранения рабочей смеси. Также устройство снабжено дополнительным сосудом высокого давления, подключённым параллельно основному.
Недостатками устройства являются:
- ограничение давлений испытания оборудования давлением рабочей жидкости, сосредоточенной в сосудах высокого давления;
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (два насоса: высокого и низкого давления, бак, два сосуда высокого давления и т.д.);
- высокая себестоимость изготовления стенда (два насоса: высокого и низкого давления, бак, два сосуда высокого давления и т.д.);
- ограниченные эксплуатационные возможности, связанные с невозможностью установки и удерживании испытуемого оборудования в вертикальном положении;
- ограниченные функциональные возможности, связанные с невозможностью последовательного переключения потока жидкости в двух направлениях, а именно при  опрессовке головки, оснащённой гидромониторными каналами и шаром, установленным в клапанной клетке при  прямой закачке рабочей жидкости, а также при проверке возможности ограниченного перемещения шара в клапанной клетке при обратной закачке рабочей жидкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является стенд для опрессовки газонефтепромыслового оборудования, состоящий из насосного агрегата с манометром, линии нагнетания рабочей жидкости, обвязанной с испытуемым оборудованием (патент RU № 2190081, опубл. 27.09.2002). Стенд содержит систему управления, регулирования и контроля давления, причём стенд снабжен двумя линиями нагнетания, управления, регулирования и контроля давления нагнетаемой рабочей жидкости, узлом механизированной герметизации стыка между опрессовочным и арматурным фланцами, а также системой раздельной подачи рабочей жидкости с регулируемыми давлениями в полости испытываемого оборудования и в узел механизированной герметизации стыка.
Недостатками стенда являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (предохранительный клапан, два распределителя рабочей жидкости, два редуктивных клапана, два гидравлических замка, узел механизированной герметизации стыка и т.д.);
- высокая себестоимость изготовления стенда (предохранительный клапан, два распределителя рабочей жидкости, два редуктивных клапана, два гидравлических замка, узел механизированной герметизации стыка и т.д.);
- ограниченные эксплуатационные возможности, связанные с невозможностью установки и удерживания испытуемого оборудования в вертикальном положении;
- ограниченные функциональные возможности, связанные с невозможностью последовательного переключения потока жидкости в двух направлениях, а именно при  опрессовке головки, оснащённой гидромониторными каналами и шаром, установленным в клапанной клетке при  прямой закачке рабочей жидкости, а также при проверке возможности ограниченного перемещения шара в клапанной клетке при обратной закачке рабочей жидкости.
Техническими задачами изобретения являются упрощение конструкции и снижение себестоимости изготовления испытательного стенда, а также расширение эксплуатационных и функциональных возможностей испытательного стенда.
Поставленные технические задачи решаются испытательным стендом, состоящим из насосного агрегата с манометром, линии нагнетания рабочей жидкости, обвязанной с испытуемым оборудованием.
Новым является то, что в линию нагнетания рабочей жидкости установлен двухпозиционный переключатель потока рабочей жидкости, делящий линию нагнетания рабочей жидкости на первую и вторую нагнетательные линии, причём первая нагнетательная линия через переводник обвязана с верхним концом испытуемого оборудования, также испытательный стенд оснащен стойкой, сверху оснащённой внутренней резьбой для крепления испытуемого оборудования, а снизу стойка снабжена боковым отводом, соединённым со второй нагнетательной линией, причем нижний торец стойки заглушен и оснащён опорами, удерживающими испытуемое оборудование в вертикальном положении, головка испытуемого оборудования сверху оснащена наружной резьбой для жесткого крепления со стойкой, также испытательный стенд оснащён заглушками, установленными в гидромониторные каналы головки перед опрессовкой, и баком для рабочей жидкости, причём с одной стороны насосный агрегат всасывающей линией обвязан с баком, а с другой стороны переключатель потока рабочей жидкости сливной линией обвязан с баком.
На фиг. 1 и 2 схематично изображён испытательный стенд в процессе работы.
На фиг. 3 изображено сечение А-А испытательного стенда.
На фиг. 4 изображено сечение Б-Б испытательного стенда.
Испытательный стенд состоит из насосного агрегата 1 (см. фиг. 1 и 2) с манометром 2, линии нагнетания 3 рабочей жидкости, обвязанной с испытуемым оборудованием 4.
В линию нагнетания 3 рабочей жидкости установлен двухпозиционный переключатель потока 5 рабочей жидкости, делящий линию нагнетания 3 рабочей жидкости на первую 6 и вторую 7 нагнетательные линии.
Первая нагнетательная линия 6 через переводник 8 обвязана с верхним концом испытуемого оборудования 4.
Также испытательный стенд оснащен стойкой 9 (см. фиг. 1-4), сверху оснащённой внутренней резьбой 10 для крепления испытуемого оборудования 4, а снизу стойка 9 снабжена боковым отводом 11, соединённым со второй нагнетательной линией 7.
Нижний торец стойки 9 заглушен, например ввернутой по резьбе заглушкой 12 (на фиг. 1, 2 и 3 показано условно), также нижний торец стойки 9 оснащён опорами 13. Опоры 13, например в количестве 4 штук (см. фиг. 3), жестко соединены к нижнему торцу стойки 9 с помощью сварки. Опоры 13 стойки 9 удерживают испытуемое оборудование 4 (см. фиг. 1) в вертикальном положении.
Испытуемое оборудование 4 представляет собой головку 14 (см. фиг. 1-2) с гидромониторными каналами 15, например в количестве 3 штук (см. фиг. 1 и 4), расположенными под углом 120° по отношению друг к другу и наружной резьбой 16 (см. фиг. 1-2) сверху для жесткого крепления со стойкой 9. Головка 14 снабжена центральным каналом 17 (см. фиг. 1 и 4), в который ввёрнута клапанная клетка 18 (см. фиг. 1), оснащённая внутри шаром 19.
Клапанная клетка 18 оснащена снизу посадочным седлом 20 под шар 19.
Боковая поверхность клапанной клетки 18 оснащена продольными сквозными каналами 21, например в количестве 6 штук, для перепуска рабочей жидкости снизу-вверх.
Сверху в клапанную клетку 18 ввернуто ограничительное кольцо 22, ограничивающее перемещение шара 19 вверх. Шар 19 при опрессовке головки 14 имеет возможность герметичного перекрытия центрального канала 17 головки 14.
Испытательный стенд оснащён заглушками 23 (см. фиг. 1-2, 4), вворачиваемыми в гидромониторные каналы 15 головки 14 перед опрессовкой, в количестве, соответствующем количеству гидромониторных каналов, т.е. 3 штук. Для исключения несанкционированных перетоков жидкости заглушки 23 оснащены уплотнительными кольцами (на фиг. 1 и 2 показано условно).
3
Испытательный стенд оснащён баком 24 для рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости применяется техническая вода, например плотностью 1000 кг/м. С одной стороны насосный агрегат 1 всасывающей линией 25 обвязан с баком 24, а с другой стороны переключатель потока 5 рабочей жидкости сливной линией 26 обвязан с баком 24. Снизу к головке 14 жёстко соединены, например с помощью сварки, породоразрушающие лопатки 27, например в количестве 3 штук.
Испытательный стенд работает следующим образом.
Перед проведением испытаний собирают стенд.
Сначала в три гидромониторных канала 15 (см. фиг. 1 и 4) головки 14 вворачивают три заглушки 23, оснащённые уплотнительными кольцами. Далее собирают испытательный стенд как показано на фигуре 1. В клапанную клетку 18 устанавливают шар 19. Вворачивают по резьбе (на фиг. 1 и 2 показано условно) ограничительное кольцо 22 в верхнюю часть клапанной клетки 18.
Вворачивают по резьбе (на фиг. 1 и 2 показано условно) клапанную клетку 18 головки 14. Переводник 8 сверху по резьбе (на фиг. 1 и 2 показано условно) вворачивают в головку 14.
Затем головку 14 наружной резьбой 16 вворачивают во внутреннюю резьбу 10 стойки 9, находящейся в вертикальном положении благодаря опорам 13 (см. фиг. 1 и 3).
Линию нагнетания 3 рабочей жидкости обвязывают с переключателем потока 5.
Первую нагнетательную линию 6 обвязывают с одной стороны с переводником 8, а с другой стороны - с переключателем потока жидкости 5.
Вторую нагнетательную линию 7 обвязывают с одной стороны с боковым отводом 11 стойки 9, а с другой стороны - с переключателем потока жидкости 5.
1. Производят опрессовку головки 14 (испытуемого оборудования 4) на возможность
герметичной посадки шара 19 на седле 20 клапанной клетки 18 под действием избыточного давления.
Переключатель потока 5 устанавливают в положение «а» для проведения прямой закачки жидкости. Запускают в работу насосный агрегат 1, который перекачивает рабочую жидкость (направление движение рабочей жидкости показано стрелками на фигуре 1) через всасывающую линию 25 из бака 24 во внутреннюю полость 28 (см. фиг. 1-2) головки 14 (испытуемого объекта 4).
Под действием гидравлического давления во внутренней полости 28 головки 14 шар 19 прижимается к седлу седло 20 клапанной клетки 18. Поднимают гидравлическое давление жидкости во внутренней полости 28 головки 14, например до 6,25 МПа по манометру 2, установленному на насосном агрегате 1 и выдерживают в течение 15 минут.
Не допускается течь жидкости из-под клапанной клетки 18 (под шаром 19). Отключают насосный агрегат 1, стравливают гидравлическое давление во внутренней полости 28 головки 14 до нуля. Результат измерений записывают в журнал.
2. Производят проверку возможности ограниченного перемещения шара 19 в клапанной клетке 18 при обратной закачке рабочей жидкости.
Переключатель потока 5 рабочей жидкости устанавливают в положение «б» и производят обратную закачку рабочей жидкости. Запускают в работу насосный агрегат 1, который перекачивает рабочую жидкость (направление движение рабочей жидкости показано стрелками на фигуре 2) через всасывающую линию 25 из бака 24 через вторую нагнетательную линию 7 и боковой отвод 11 во внутреннюю полость 29 (см. фиг. 1-2) стойки 9.
Во внутренней полости 29 стойки 9 под действием давления рабочей жидкости шар 19 поднимается с седла 20 клапанной клетки 18 и перемещается верх до упора в ограничительное кольцо 22. Рабочая жидкость сквозь  продольные сквозные каналы 21 клапанной клетки 18 попадает во внутреннюю полость 28 головки 14 и далее через первую нагнетательную линию 6, переключатель потока 5 рабочей жидкости и сливную линию 26 попадает в бак 24. Таким образом визуально определяют работоспособность испытуемого оборудования 4 на возможность обратной закачки рабочей  жидкости.
При необходимости вышеописанные процессы испытания повторяют необходимое количество раз, например 3 раза, тем самым имитируют процесс очистки скважины от песчаной (проппантной) пробки, т.е. последовательно в три цикла проводят процесс гидромониторного воздействия на песчаную (проппантную) пробку с целью её размыва и обратную закачку рабочей жидкости с целью вымывания размытой песчаной (проппантной) пробки. Для повышения достоверности стендовых испытаний внутренняя полость 29 стойки 9 может быть заполнена кварцевым песком.
Проверка герметичности посадки шара 19 на седле 20 клапанной клетки 18 на испытательном стенде гарантированно исключает возможные пропуски жидкости в процессе работы на скважине, а проверка возможности обратной промывки сквозь продольные сквозные каналы 21 клапанной клетки 18 обеспечивает вынос размытого песка. Всё это является залогом надёжности работы испытуемого объекта 4.
Демонтируют оборудование в обратной последовательности.
В отличии от прототипа предлагаемый испытательный стенд имеет простую конструкцию (стойка 9 с опорами 11 и переключатель потока 5 рабочей жидкости).
Испытательный стенд имеет низкую себестоимость изготовления стенда. Так как кроме насосного агрегата 1 для функционирования испытательного стенда необходимо изготовить стойку 9 с опорами 13 и переключатель потока 5 рабочей жидкости.
Расширяются эксплуатационные возможности испытательного стенда, который благодаря переключателю потока 5 рабочей жидкости позволяет устанавливать и удерживать испытуемое оборудование 4 в вертикальном положении.
Благодаря наличию переключателя потока 5 рабочей жидкости в составе испытательного стенда расширяются функциональные возможности испытательного стенда, что позволяет последовательно и циклически в двух направлениях:
- производить опрессовку головки 14, оснащённой гидромониторными каналами 15 с целью определения герметичности посадки шара 19 на седло 20 клапанной клетки 18 предварительно установив заглушки 23 в отверстия гидромониторных каналов 15 при прямой закачке рабочей жидкости;
- производить проверку возможности ограниченного перемещения шара 19 в клапанной клетке 18 при обратной закачке рабочей жидкости.
Предлагаемый испытательный стенд обеспечивает:
- простую конструкцию;
- низкую себестоимость изготовления;
- расширенные эксплуатационные возможности;
- расширенные функциональные возможности.