СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОУДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СОСТАВОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПОДЗЕМНОМ РЕМОНТЕ СКВАЖИН
STAND FOR RESEARCHING GAS-HOLDING CAPACITY OF COMPOUNDS USED IN UNDERGROUND WELL REPAIR

Изобретение относится к области эксплуатации и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и может быть использована для исследования условий подъема газа в вертикальных или горизонтальных скважинах, заполненных различными технологическими жидкостями.
Известна установка для моделирования натурных условий работы скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений (патент РФ № 48580, опубл. 27.10.2005), включающая колонну труб различного диаметра, узел подачи и регулирования расхода жидкости, компрессор, устройства ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси. Установка снабжена сепаратором, имеющим выходы для жидкости и газа, при этом выход для жидкости из сепаратора соединен с узлом подачи и регулирования расхода жидкости трубопроводом, а выход для газа – трубопроводом со входом компрессора.
Основным недостатком данного устройства является невысокая точность проводимых исследований вследствие особого расположения входов газа и жидкости в устройстве ввода газожидкостной смеси в лифтовую колонну таким образом (на одном уровне или ниже), что в ходе эксперимента становится возможным перетекание жидкости из трубопровода подачи жидкости, связанной с выходом устройства подачи и регулирования жидкости, в трубопровод подачи газа.
Известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (патент РФ № 121001, опубл. 10.10.2012), содержащий лифтовую колонну труб, устройство подачи и регулирования подачи жидкости, узел 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.
Недостатком конструкции данного стенда является то, что лифтовая колонна состоит только из одной трубы, следовательно имитация процесса движения жидкости и газа по затрубному пространству невозможна, и, следовательно, может наблюдаться низкая сходимость полученных результатов исследований с данными реальной скважины.
Известно устройство для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (патент РФ №118354, опубл. 20.07.2012), состоящее из лифтовой колонны труб, узла подачи и регулирования расхода жидкости и газа, сепаратора, приборов измерения давления на входе в лифтовую колонну труб или на выходе из неё, устройства ввода в колонну и отвода из неё газожидкостной смеси, в котором входы жидкости и газа расположены таким образом, чтобы исключить перетекание жидкости из трубопровода подачи жидкости в трубопровод подачи газа за счет размещения входа жидкости ниже входа газа.
Недостатком конструкции данного стенда является то, что устройство ввода в колонну газожидкостной смеси, в котором производится смешение газа и жидкости обладает усеченной геометрией с входящими в него узлами подачи и регулирования расхода жидкости и газа, в следствие чего, происходит дополнительная турбулизация потока газожикостной смеси и возникновение очагов разной концентрации газа в жидкости, по причине неполного смешения газа и жидкости, в следствие чего полученные данные могут иметь широкий диапазон погрешности.
Известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из газовых скважин (патент РФ №131078, опубл. 10.08.2013), содержащий одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости и газа, включающий компрессор, трубопровод сброса газа из стенда, патрубок для слива жидкости из стенда, сепаратор, вход которого подключен соединительным трубопроводом к устройству отвода из колонны, выход для жидкости сепаратора соединен посредством трубопровода подачи жидкости с входом узла подачи и регулирования подачи жидкости, выход для газа сепаратора подключен к входу узла подачи и регулирования расхода газа, выход которого подключен к входу подачи газа устройства ввода в колонну, отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит трубопровод подачи жидкости в стенд с запорной арматурой, подключенный к узлу подачи и регулирования расхода жидкости, выход которого подключен к входу теплообменника, который является входом блока контроля и регулирования температуры жидкости, выход теплообменника является выходом блока контроля и регулирования температуры жидкости и подключен к входу подачи жидкости устройства ввода в колонну.
Недостатком конструкции стенда является ее сложность из-за содержания большого количества деталей и узлов, трубопроводов, осложняющих процесс сборки оборудования и создания требуемой герметичности всех соединений.
Известен стенд для исследования условий работы и газогидродинамических характеристик лифтовых колонн (патент РФ № 146824, опубл. 20.10.2014), принятый за прототип, состоящий из, по крайней мере, одной центральной лифтовой колонны, узла подачи и регулирования подачи жидкости, узла подачи и регулирования расхода газа, устройства ввода к колонну, установленного в нижней части центральной лифтовой колонны, сепаратора, прибора измерения давления в центральной лифтовой колонне, устройства ввода в колонну, снабженного патрубком для слива жидкости из стенда, причем вход устройства ввода в колонну, предназначенный для трубопровода подачи газа, расположен выше входа, предназначенного для трубопровода подачи жидкости, при этом центральная лифтовая колонна установлена в вертикальном или наклонном положении внутри внешней колонны, с которой центральная лифтовая колонна скреплена устройством крепления, причем обе упомянутые колонны снабжены трубопроводами отвода газожидкостной смеси с возможностью регулирования подачи газожидкостной смеси в сепаратор, выход узла подачи и регулирования расхода газа подключен трубопроводом подачи газа к устройству ввода в колонну через первый расходомер, причем трубопровод отвода газожидкостной смеси из кольцевого канала предназначен для подключения к соответствующему входу сепаратора через второй расходомер.
Недостатком конструкции стенда является то, что газ с заданным давлением подается в трубопровод подачи газа через узел подачи и регулирования расхода газа в стенд, при этом, на входе в стенд через расходомер происходит движение газа с широким диапазоном изменения давления, в следствие чего полученные данные имеют высокую погрешность.
Техническим результатом является создание стенда, повышающего эффективность глушения нефтяных и газовых скважин при их подземном ремонте.
Технический результат достигается тем, что нижняя часть внешней колонны в форме горизонтальной трубы, на верхней и нижней поверхности которой выполнены отверстия, в которые установлены фитинги газовой линии, на которой последовательно установлены манометр, редуктор и газовый баллон, а в верхней части внешней колонны закреплена, с возможностью съема, крышка с отверстиями, через которые, посредством трехходовых кранов, подключена линия контроля выхода газа с счетчиком газа, линия подачи жидкости с последовательно установленными на ней насосом и цилиндр-емкостью с жидкостью, и линия отвода жидкости, которая соединена с технологической емкостью.
Устройство поясняется следующей фигурой:
фиг. 1 - общая схема устройства, где:
1 - газовый баллон;
2 - редуктор;
3 - манометр;
4 - линия сброса газа;
5 - запорная арматура;
6 - газовая линия;
7 - двухходовой кран;
8 - фланцевое соединение;
9 - внешняя колонна;
10 - центральная лифтовая колонна;
11 - крышка с отверстиями;
12 - линия отвода жидкости;
13 - технологическая емкость;
14 - линия подачи жидкости;
15 - цилиндр-емкость с жидкостью;
16 - насос для подачи жидкости;
17 - трехходовой кран;
18 - линия контроля выхода газа;
19 - счетчик газа.
Устройство экспериментального стенда для исследования газоудерживающей способности составов, применяемых при подземном ремонте скважин (фиг. 1) включает внешнюю колонну 9, выполненную в виде сборной конструкции, например из стали, состоящей из трех участков (на фигуре не указаны отдельной позицией), скрепленных герметично между собой посредством фланцевого соединения 8. Нижняя часть внешней колонны 9 выполнена в виде горизонтальной трубы и снабжена съемными двухходовыми кранами 7, закрепленными посредством резьбового соединения. Газовая линия 6 закреплена к горизонтальному участку внешней колонны 9 посредством резьбового соединения или фитингов с навинченными запорными арматурами 5. На газовой линии 6 на входе во внешнюю колонну 9 на переходном тройнике (на фигуре на указан) закреплен манометр 3. У газовой линии 6 выполнен отвод, закрепленный посредством переходного тройника (на фигуре не указан) на линию сброса газа 4 с навинченной запорной арматурой 5. Узел подачи и регулирования расхода газа состоит из последовательно соединенных, посредством резьбовых соединений, газового баллона 1 или компрессора для подачи воздуха, редуктора 2 и газовой линии 6. Внутри внешней колонны 9 соосно расположена центральная лифтовая колонна 10 меньшего диаметра, которая присоединена при помощи сварного соединения к крышке с отверстиями 11, закрепленной к внешней колонне фланцевым соединением 8. На крышке с отверстиями 11 установлены посредством резьбового соединения трехходовые краны 17 для сообщения с внутренней полостью центральной лифтовой колонны 10 и кольцевым пространством, между внешней колонной 9 и центральной лифтовой колонной 10. Линия подачи жидкости 14 посредством резьбового соединения присоединена к трехходовому крану 17 для сообщения с кольцевым пространством. Узел подачи и регулирования подачи жидкости состоит из последовательно соединенных посредством резьбовых соединений насоса для подачи жидкости 16, цилиндра-емкости с жидкостью 15 и линии подачи жидкости 14. Технологическая емкость 13 подключена посредством резьбового соединения к линии отвода жидкости 12, соединенной при помощи резьбы с трехходовым краном 17 для сообщения с внутренней полостью центральной лифтовой колонны 10. Оба трехходовых крана 17, составляющих устройство ввода в колонну, имеют отвод на линию контроля выхода газа 18, подключенную к счетчику газа 19, соединенные при помощи резьбового соединения.
Устройство работает следующим образом. Необходимое количество жидкости направляют по линии подачи жидкости 14 из цилиндр-емкости с жидкостью 15 через крышку с отверстиями 11 в стенд с регулированием расхода жидкости насосом 16, при этом жидкость движется по кольцевому пространству между внешней колонной 9 и центральной лифтовой колонной 10, заполняя пустотное пространство внешней колонны 9, с последующим движением по центральной лифтовой колонне 10 и далее через крышку с отверстиями 11 по линии отвода жидкости 12 к технологической емкости 13. После этого насос для подачи жидкости 16 отключают и изменяют положение трехходовых кранов 17, переключая их на линию контроля выхода газа 18. При этом способ подачи и отвода жидкости из стенда могут быть изменены таким образом, что линия подачи жидкости 14 заменена на линию отвода жидкости 12, либо линия подачи жидкости 14 расположена в нижней части стенда и подключена через двухходовой кран 7.
Далее стенд подключают к газовому баллону 1 через газовую линию 6. Посредством регулирования редуктора 2 в газовую линию 6 нагнетается газ до установленного условиями эксперимента давления, контролируемого манометром 3 на входе во внешнюю колонну 9. После открытия запорной арматуры 5, установленной на газовой линии 6, газ поступает во внешнюю колонну 9 и поднимается по ней вверх до нижней части центральной лифтовой колонны 10, где движение потока возможно по двум каналам ‒ по кольцевому, между внешней колонной 9 и центральной лифтовой колонной 10, и по центральной лифтовой колонне 10. Затем оба потока по линии контроля выхода газа 17 поступают в счетчик газа 19 для обнаружения прорыва и подсчета объема газа.
В ходе проведения экспериментов моделируются различные технологические параметры работы стенда, заключающиеся в изменении давления подачи газа с помощью газового баллона 1 и расхода жидкости с помощью насоса для подачи жидкости 16, обеспечении вариативности способов подачи газа во внешнюю колонну 9 путем попеременного или одновременного открытия запорных арматур 5 в нижней части стенда, исследовании движения газа по строго вертикальным трубам («модель вертикальной скважины») или по горизонтальным и вертикальным трубам («модель горизонтальной скважины), а также включающие работу только по внешней колонне 9 без спуска центральной лифтовой колонны 10.
После окончания эксперимента давление из стенда стравливается посредством линии сброса газа 4, путем открытия запорной арматуры 5, в свою очередь жидкость сливается через двухходовые краны 7 в систему утилизации (на фигуре не указана).
Таким образом, применение заявленного устройства позволит упростить конструкцию оборудования, тем самым уменьшив экономические затраты на его создание, расширить технические характеристики стенда, в частности с возможностью моделирования различных условий притока газа в скважину и исследований подъема не только воздуха, но и других газов, по вертикальным и горизонтальным колоннам труб путем их модификации в условиях, приближенных к реальным, проводить сравнительную оценку и выбор наиболее эффективных блокирующих составов, применяемых при подземном ремонте скважин.