УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для отбора проб механических примесей из газового потока в газопроводе обвязки устья скважины или в шлейфе газосборного коллектора.
Обнаружение и отбор механических примесей из скважин в отечественной и зарубежной практике осуществляется с помощью породоуловителей [Зотов Г.А., Тверковкин С.М. Гидродинамическик методы исследования газовых скважин.- М.: Недра, 1970. - С.162-166], которые устанавливаются во время отбора на устье скважины.
Основным недостатком этих устройств является их громоздкость и то обстоятельство, что отобранный газ из породоуловителя выпускается в атмосферу, загрязняя ее, и не используется в дальнейшем.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в разработке устройства, обеспечивающего мобильность и оперативность отбора проб механических примесей из газового потока в газопроводе при минимальных выпусках газа в атмосферу.
При осуществлении поставленной задачи достигается технический результат, который заключается в снижении трудоемкости и сокращении продолжительности отбора проб механических примесей из газового потока в газопроводе.
вн
пр
г
3
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что устройство для отбора механических примесей из газового потока в газопроводе, характеризующееся тем, что содержит породоуловитель, к которому через линию питания со стороны входа присоединен пробоотборный зонд, расположенный в газопроводе, и впрыскивающее устройство, а стороны выхода - регулятор давления и газовый счетчик, при этом корпус породоуловителя закрыт с одной стороны крышкой, с другой стороны колпаком, внутри корпуса установлен сепарационный элемент, состоящий из завихрителя газового потока и конусообразного патрубка, совмещенного с корпусом, под сепарационным элементом размещен блок отбойных перегородок, разделяющий внутреннюю полость корпуса на накопительную и промежуточные камеры, а промежуточную камеру дополнительно на ряд отсеков, накопительная и промежуточная камеры отделены от камеры выхода фильтрационной перегородкой с отверстиями, перекрытыми сеткой и фильтром, причем пробоотборный зонд расположен на прямом участке газопровода с минимальной длиной, равной 8D до пробоотборного зонда и 2D - после него, где D - диаметр газопровода, м, при выполнении условия равенства скоростей газа в газопроводе и пробоотборном зонде, при этом внутренний диаметр пробоотборного зонда D определен из уравнения: , где V и V - скорости газа соответственно в пробоотборнике и газопроводе, м/с.
На фиг.1 показано устройство для отбора механических примесей из газового потока в газопроводе, на фиг.2 - конструкция породоуловителя устройства.
Устройство (фиг.1) содержит породоуловитель 1, к которому через линию питания 2 со стороны входа присоединен пробоотборный зонд 3, расположенный в гзопроводе, и впрыскивающее устройство 4, а стороны выхода на линии выхода 5 - регулятор давления 6, впрыскивающее устройство 7 и газовый счетчик 8.
Породоуловитель (фиг.2) представляет собой вертикальный аппарат с входным 1 и выходным 2 штуцерами, корпус 3 которого закрыт с одной стороны крышкой 4, с другой - колпаком 5. Внутри корпуса 3 установлен сепарационный элемент, состоящий из завихрителя потока газа 6 и конусообразного патрубка, совмещенного с корпусом 3. Завихритель потока газа 6 в верхней части сепарационного элемента фиксируется гайкой 7 с шайбой 8. Под сепарационным элементом расположен блок отбойных перегородок 9, которые разделяют полость корпуса 3 на накопительную 10 и промежуточную 11 камеры. Промежуточная камера 11, в свою очередь, разделена перегородками на ряд отсеков. Накопительная 10 и промежуточная 11 камеры отделены от камеры выхода 12 фильтрационной перегородкой 13 с отверстиями 14, перекрытыми сеткой 15 и фильтром 16. Все части породоуловителя монтируются между собой соосно. При этом крышка 4 закреплена к корпусу 3 при помощи шпилек 17. Герметизация осуществляется уплотнительными кольцами 18, 19, 20.
Устройство работает следующим образом.
В газопровод 9 (фиг.1) вводится пробоотборный зонд 3, присоединенный к породоуловителю 1 посредством линии питания 2. Для предотвращения гидратообразования в линию питания 2 через впрыскивающее устройство 3 подают ингибитор гидратообразования, например, метанол или др.
Поток газа, отбираемый из газопровода 9 пробоотборным зондом 3, по линии питания 2 поступает через входной штуцер 12 (фиг.2) в камеру входа 23 и далее в полость завихрителя потока газа 17, где приобретает спиралеобразное вращение вокруг продольной оси сепарационного элемента, совмещенного с корпусом 14. Под действием центробежной силы жидкая и твердая фазы приобретают направление движения от оси к стенке и через кольцевой зазор между сепарационным элементом и блоком отбойных перегородок 20 попадают в накопительную камеру 21. Здесь механические примеси, представляющие собой песчинки и другие твердые частицы задерживаются фильтром 27, а жидкие частицы вместе с потоком газа через отверстия 25 в фильтрационной перегородке 24 выносятся в камеру выхода 23.
Частицы, не успевшие под действием центробежных сил дойти до внутренней стенки сепарационного элемента или отскочившие от нее, пролетают мимо кольцевого зазора и отбиваются в кольцевые зазоры последующих ступеней блока отбойных перегородок 9.
Очищенный от механических примесей газ через выходной штуцер 13 выводится наружу для замера объема отобранного газа.
Газ от породоуловителя 1 (фиг.1) через регулятор давления 6 по линии вывода 5 направляется в газовый счетчик 8. Для предотвращения гидратообразования в линию вывода газа 5 подается через впрыскивающее устройство 7 ингибитор гидратообразования. Для регулирования процессом устройство снабжено системой запорной и контрольно-измерительной аппаратурой (вентили 10, ниппели 11, манометры).
г
пр
При внесении пробоотборного зонда 3 (фиг.1) в газовый поток происходит его возмущение, причем длина зоны возмущения зависит от соотношений скоростей газа в газопроводе или колонне НКТ (V) и пробоотборнике (V). Это приводит к неизбежному искажению величины концентрации механических примесей внутри пробоотборника. Для количественного описания изменений характеристик газового потока и механических примесей при пробоотборе вводится коэффициент аспирации (А).
,
a
где C - концентрация механических примесей в сечении входа в пробоотборный зонд;
C - концентрация механических примесей в невозмущенном аспирацией потоке.
г
пр
Определение концентрации механических примесей в промысловых условиях осложнено, что в свою очередь затрудняет расчет погрешности, поэтому при проведении исследований обязательно должно соблюдаться условие изокинетичности, т.е. равенства V и V.
Для получения представительной пробы необходимо соблюдение следующих условий: место отбора газа пробоотборным зондом должно размещаться на прямом участке газопровода с минимальной длиной 8D до пробоотборного зонда и 2D - после него, где D - диаметр газопровода; пробоотборный зонд следует помещать в сечение, где имеет место установившееся распределение концентрации механических примесей; желательно, чтобы пробоотборный зонд был тонкостенным, а его внутренний диаметр должен выбираться из соотношения:
,
вн
где D - диаметр внутренний входного отверстия пробоотборного зонда, м.
После завершения испытания из накопительной камеры отбираются механические примеси, замеряется их масса и проводится химический анализ состава механических примесей. Устройство после завершения испытания демонтируется либо остается на газопроводе для проведения дальнейших испытаний в последствии.
Технические характеристики устройства для отбора проб механических примесей из газового потока, испытанного на газопроводе обвязки скважины, приведены в таблице.
Таблица
Технические характеристики пробоотборников твердой и жидкой фазы
Показатели
Значение
Место установки
На газопроводе
Пропускная способность, м<sup>3</sup>/с
0,01
Рабочее давление, МПа
10-16
Температура газа, °C
0-35
Температура окружающей среды, °C
от минус 35 до +40
Масса накапливаемой твердой фазы, г
до 1000
Заявляемое устройство обеспечивает снижение трудоемкости и продолжительности операции по отбору проб механических примесей из газового потока в газопроводе. Позволяет снизить выпуск газа в атмосферу в 10-20 раз.