СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ СКВАЖИННЫХ ГАЗОПЕСОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ

Полезная модель относится к стендовому оборудованию для испытаний устройств сепарации многофазных сред и может быть применена для исследования процессов сепарации в различных отраслях народного хозяйства, в том числе может быть использована для испытаний скважинного устройства для очистки флюида.
Известен стенд для испытаний гидравлических машин и электродвигателей к ним, содержащий накопительную емкость с подключенным к ней гравитационным газожидкостным сепаратором, насос, систему подготовки газожидкостной смеси с источником газа, выполненную в виде струйного аппарата, а также контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, отличающийся тем, что он снабжен вторым насосом, вспомогательным струйным аппаратом, компрессором, блоком моделирования внутрискважинных условий для размещения испытуемых гидравлических машин и электродвигателей к ним, при этом всасывающая линия второго насоса через регулирующие элементы сообщена с накопительной емкостью, с нагнетательной линией первого насоса, с нагнетательной линией компрессора, с выходом вспомогательного струйного аппарата, с выходом основного струйного аппарата, с выходом по жидкости блока моделирования внутрискважинных условий и со входом гравитационного газожидкостного сепаратора, рабочее сопло вспомогательного струйного аппарата через регулирующие элементы соединено с нагнетательными линиями первого и второго насосов, с нагнетательной линией компрессора, с выходом струйного аппарата и с выходом по жидкости блока моделирования внутрискважинных условий, приемная камера вспомогательного струйного аппарата через регулирующий элемент с атмосферой или источником газа, а выход с рабочим соплом и приемной камерой струйного аппарата, со входом блока моделирования внутрискважинных условий и со входом гравитационного газожидкостного сепаратора, всасывающая линия компрессора через регулирующий элемент сообщена с атмосферой или источником газа, а нагнетательная через регулирующие элементы с рабочим соплом и приемной камерой струйного аппарата и со входом блока моделирования внутрискважинных условий, рабочее сопло и приемная камера струйного аппарата через регулирующие элементы соединены с нагнетательными линиями первого и второго насосов и с выходами по жидкости и по газу блока моделирования внутрискважинных условий, при этом приемная камера струйного аппарата через регулирующие элементы сообщена с накопительной емкостью и с атмосферой или с источником газа, а выход через регулирующие элементы со входом гравитационного газожидкостного сепаратора и со входом блока моделирования внутрискважинных условий, который через регулирующие элементы соединен с нагнетательными линиями первого и второго насосов, при этом выходы по жидкости и по газу блока моделирования внутрискважинных условий через регулирующие элементы сообщены со входом гравитационного газожидкостного сепаратора (см. RU 95103498 Л1, опуб. 10.02.1997).
Недостатками известного стенда являются:
- невозможность оценки эффективности работы (построения характеристик) газопесочных сепараторов путем взвешивания масс отсепарированных и неотсепарировапных механических примесей;
- невозможность замеров эффективности сепарации газа в испытываемых газопесочных сепараторах гравитационного и инерционного типа.
Технический результат заключается в повышении точности проведения физических экспериментов для оценки эффективности работы скважинных сепарационных устройств с широким использованием возможностей унификации.
Технический результат достигается тем, что стенд для проведения испытаний скважинных газопесочных сепараторов, включает накопительную емкость, насос, засыпное устройство, корпус, содержащий внутри исследуемый сепаратор, герметизирующий элемент между внутренней полостью корпуса и сепаратором, шламосборник, прикрепленный к нижней части корпуса, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, при этом согласно полезной модели засыпное устройство соединено с выкидной линией насоса, корпус, содержащий внутри исследуемый сепаратор, выполнен в виде вертикальной обсадной колонны, устье которой сообщается с выкидной линией сепаратора, а на забое установлено запорно-регулирующее устройство для слива модельной жидкости и отсепарированных механических примесей, при этом на выкидной линии сепаратора установлен фильтрующий элемент.
Кроме того, технический результат достигается тем, что газопесочный сепаратор закреплен в корпусе стенда с использованием герметизирующего элемента таким образом, что все механические примеси из засыпного устройства имеют возможность гарантированно попадать во входные отверстия газопесочного сепаратора.
Кроме того, технический результат достигается тем, что патрубок напорной линии после засыпного устройства имеет дополнительный вход для газовой линии, имеющей возможность подавать воздух прямо на вход в газопесочный сепаратор.
Кроме того, технический результат достигается тем, что на выкидной линии стенда установлено устройство для замера количества газа, позволяющее определить количество неотсепарированного газа.
На фиг.1 показана схема стенда для проведения испытаний скважинных газопесочных сепараторов.
Стенд для проведения испытаний скважинных газопесочных сепараторов состоит из насоса 1, станции управления (СУ) 2, обратного клапана 3, накопительной емкости 4, манометра 5, засыпного устройства 6, вертикальной обсадной колонны 7, исследуемого сепаратора 8, шламосборника 9, выкидной линии 10, фильтрующего элемента 11, мерного бака 12, кранов 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 и 25, герметизирующего элемента 26, компрессора 27, регулировочного дросселя 28, диафрагмы 29, газового счетчика 30, обратного газового клапана 31, нагревательного элемента 32 и устройства 33 замера свободного газа (например, газового счетчика).
Стенд для проведения испытаний скважинных газопесочных сепараторов работает следующим образом. Насос 1 подает модельную жидкость в напорную линию. Забор жидкости осуществляется через обратный клапан 3 из накопительной емкости 4. В накопительной емкости установлен нагревательный элемент 32 для проведения испытаний с изменением вязкости модельной жидкости. Частота вращения вала насоса устанавливается при помощи СУ 2. Давление модельной жидкости измеряется при помощи манометра 5. Для обеспечения точности и возможности работы в области низких подач в напорной линии используется кран 17. Смешивание модельной жидкости и модельных механических примесей происходит в засыпном устройстве 6, что позволяет обеспечить высокую равномерность концентрации примесей, а так же защитить насос 1 от абразивного износа. Поток жидкости с механическими примесями поступает на вход в сепаратор 8. Это обеспечивается за счет применения герметизирующего элемента 26. Проходя через сепаратор 8, механические примеси разделяются: часть оседает в шламобсорнике 9, другая часть увлекается потоком в выкидную линию 10. Кран 20 позволяет заполнить всю обсадную колонну 7 модельной жидкостью. Поток жидкости из выкидной линии 10 проходит через крап 14 и фильтрующий элемент 11, где происходит полное улавливание оставшихся механических примесей. Чистая модельная жидкость поступает в мерный бак 12, а затем сливается в накопительную емкость 4. Мерный бак позволяет определить расход модельной жидкости при тарировке системы. В этом случае поток направляется через кран 15.
Подача свободного газа непосредственно на вход в исследуемый сепаратор обеспечивается газовой линией, включающей в себя компрессор 27, регулировочный дроссель 28, диафрагму 29, газовый счетчик 30 и обратный газовый клапан 31. Так же присутствуют запорные устройства различного диаметра. Количество отсепарированного газа измеряется газовым счетчиком 30, при этом обратный газовый клапан 31 обеспечивает выход через выкидную линию 10 только газа.
Исследование эффективности сепараторов проводится в следующей последовательности.
Сепаратор 8, который успешно прошел визуальный осмотр, устанавливается в стенд (см. фиг.1) для проведения исследования его эффективности. После установки сепаратора в испытательный стенд проводится опрессовка стенда и сепаратора 8 чистой технической водой для определения правильности установки оборудования и отсутствия негерметичности. Опрессовка проводится в течение 3 минут при давлении, соответствующем пробному давлению (пробное давление должно составлять 1,5 рабочего давления).
При отсутствии утечек модельной жидкости и постоянстве давления проливки приступают к тарировке. При помощи нагревательного элемента 32 обеспечивается заданная вязкость модельной жидкости. В мерном баке 12 имеется отвод с устройством 33 замера свободного газа (воздуха), неотсепарированного испытуемым сепаратором 8. При тарировке крапы 13, 15, 16, 20,21 находятся в положении «открыты», остальные - «закрыты». С помощью СУ 2, устанавливается частота тока в сети силового насоса 1. Производится пуск насоса 1, в журнал испытаний записываются давление на манометре 5 и время наполнения мерного бака 12, объемом 50 л. Время наполнения замеряется при помощи секундомера, проводится 5 измерений и вычисляется среднее значение. Затем изменяется частота тока и измерения повторяются, диапазон изменений частоты тока - от 15 до 55 Гц. Данные тарировки обрабатываются и определяются необходимые исходные условия (частота тока, Гц и давление, атм) для обеспечения требуемой подачи модельной жидкости через сепаратор 8. Полученные данные заносятся в журнал испытаний.
Эксперимент проводится в следующей последовательности. На СУ 2 устанавливается частота, соответствующая требуемой подачи модельной жидкости. При помощи регулировочного дросселя 28 устанавливается подача газа, которая соответствует требуемому газосодержанию. В засыпное устройство 6 загружается исходное количество исследуемой модельной механической примеси. Взвешивание производится па электронных весах (на фиг. не показаны) (погрешность ±0,1 г) в сухом виде. Засыпное устройство обеспечивает равномерное распределение механических примесей в объеме модельной жидкости. Данный эффект достигается за счет использования струйного аппарата. Перед запуском насоса проверяется положения запорных устройств: краны 13, 14, 20, 21 - открыты, остальные - закрыты. Производится запуск силового насоса 1. После выхода воздуха из системы, кран 20 закрывается. Для подачи газа открывается задвижка 24.
Замеряется расход жидкости на выходе из системы при помощи мерного бака 12 и секундомера, давление на входе по манометру 5. Если данные замера совпадают с данными тарировки - начинается эксперимент. Краны 18 и 19 открывают, а кран 21 - закрывают. При помощи регулировочной задвижки в засыпном устройстве 6 устанавливается концентрация механических примесей. Объем жидкости для проведения эксперимента должен составлять не менее 100 л. Концентрация механических примесей должна составлять не менее 1 г/л (или 1,0% по весу). Затем краны переключаются и в течении 5 минут производится промывка системы. После этого насос 1 выключается. Собирается весь объем механических примесей, вынесенных из исследуемого сепаратора 8 из фильтра 11, и объем механических примесей, отделенных от потока модельной жидкости сепаратором из шламосборника 9. Также собирается весь объем механических примесей, оставшихся в засыпном устройстве 6.
При демонтаже собирается весь объем механических примесей, собравшихся в элементах стенда: подводящем трубопроводе, камере, отводящем трубопроводе. Собранные механические примеси складируются в специальную емкость и просушиваются горячим воздухом при температуре +40ºС в течение 1 часа.
Σ
Просушенные механические примеси завешиваются с помощью электронных весов, результаты замеров заносятся в журнал наблюдений. Общая масса собранных после испытания механических примесей М не должна отличаться от массы механических примесей, внесенных в модельную жидкость перед началом испытания, более, чем на 5%.
Σ
M=M1+М2+М3+М4+М5, где:
M1 - масса механических примесей в засыпном устройстве;
М2 - масса механических примесей в песочной трубе;
М3 - масса механических примесей в шламоприемпике;
М4 - масса механических примесей выкидной линии стенда;
М5 - масса механических примесей в фильтре приемного бака стенда.
Если различие масс составляет более 5% результаты эксперимента считаются недействительными. По результатам замеров масс механических примесей проводится определение коэффициента сепарации исследуемого сепараьора по формуле:
сеп
К=М3/(М3+М4+М5)
Результаты расчетов заносятся в журнал испытаний. Для обеспечения точности результатов эксперимента, для каждого набора параметров испытаний (гранулометрический состав, тип и концентрация механических примесей, расход модельной жидкости) проводится несколько повторяющихся опытов.
Исследования при других параметрах (расход модельной жидкости, размер механических примесей) производятся аналогично.
Для определения коэффициента сепарации по газу Ксеп.г. используется формула:
сеп
1
2
1
К.г.=(V-V)/V
1
2
где: V - объемный расход газа па входе в стенд, V - объемный расход газа на отводе из бака 12.
К
сеп
В результате проведения серии экспериментов строится график зависимости коэффициентов  и Ксеп.г. от расхода модельной жидкости (параметрами испытания при этом считаются гранулярный состав механических примесей, вязкость, температура и давление), а также от гранулярного состава механических примесей (параметрами испытания при этом считаются расход, тип модельной жидкости, температура и давление).
Предлагаемый стенд позволяет повысить точность проведения физических экспериментов для оценки эффективности работы скважинных сепарационных устройств с широким использованием возможностей унификации и обеспечивает возможность оценить эффективность работы скважинных газопесочных сепараторов в условиях работы, максимально приближенных к режимам работы в реальных скважинах, в широком диапазоне дебитов и при различном гранулометрическом составе механических примесей.