УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАТУРНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ СКВАЖИН ГАЗОВЫХ, ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ И НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи и может быть использована для исследования процессов подъема газа и жидкости по вертикальным или наклонным колоннам труб с использованием различных технологических и технических решений (например, газлифта, плунжерного лифта, комбигазлифта, различных погружных насосных агрегатов), испытания приборов, используемых в скважинах для изучения условий движения газожидкостных потоков (например, глубинных манометров, термометров, расходомеров), специального оборудования размещаемого в составе колонн труб, спущенных в скважины (например, погружных штуцеров, газлифтных клапанов, клапанов отсекателей потока и др.) или для удаления песчаных пробок с забоя скважин.
Известна конструкция экспериментальной установки для моделирования натурных условий работы скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений (Коротаев Ю.П. Избранные труды. М., Недра, 1996, с.35-39).
Установка состоит из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, узла подачи и регулирования расхода жидкости, компрессора, устройств ввода в колонну и отвода из колонны смеси газа и жидкости, имеющего выходы для жидкости и газа сепаратора, прибора измерения расхода газа, установленного между компрессором и устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости, прибора измерения расхода жидкости, установленного между узлом подачи и регулирования расхода жидкости и устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости, приборов измерения
давления в колонне труб, а также средств отвода жидкости и газа из установки.
Недостатком известной установки является то, что пропущенный через колонну труб и сепаратор газ сбрасывается в атмосферу, в связи, с чем в этой установке невозможно исследовать особенности подъема жидкости реальными углеводородными газами.
Кроме этого для создания необходимого для исследований расхода и давления забираемого из атмосферы воздуха требуется использовать компрессор большой мощности, производительности с большим коэффициентом сжатия. Воздух после сжатия нагревается и его требуется охлаждать в специальном теплообменнике. После прохождения по вертикальной колонне труб и сепаратор воздух выпускается в атмосферу. В результате установку невозможно использовать при больших давлениях и больших расходах газа (воздуха). Процесс подъема газожидкостной смеси в установке сопровождается большой пульсацией давления, в результате чего измерить инструментальными средствами истинные потери давления на подъем газожидкостной смеси не представляется возможным. Результаты множества измерений обрабатываются математическими методами, а в качестве конечного значения используется среднее значение множества измерений за продолжительный период времени. Полученное усредненное значение измерений не в полной мере отражает физические явления, происходящие во время процесса подъема жидкости газом. В результате приходится использовать осредненные показания измерений, в составе которых присутствуют систематические погрешности (ошибки), причины которых невозможно учесть математическими методами. В результате физические процессы, сопровождающие подъем газожидкостной смеси, остаются до конца неизвестными.
При создании настоящей полезной модели решались технические задачи обеспечение исследований условий подъема жидкости не только воздухом, но и другими газами, расширения области применения установки
при высоких рабочих давлениях, больших расходах газа (воздуха), повышения достоверности результатов измерений технологических параметров процессов подъема жидкости по вертикальным колоннам труб, уменьшение энергетических затрат на эксплуатацию, расширение функциональных возможностей, именно обеспечение испытаний скважинного оборудования в реальных газожидкостных условиях конкретных месторождений.
Поставленные технические задачи решаются тем, что в экспериментальной установке для моделирования натурных условий работы скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений, состоящей из одной или нескольких колонн труб различного диаметра, узла подачи и регулирования расхода жидкости, компрессора, устройств ввода в колонну и отвода из колонны смеси газа и жидкости, имеющего выходы для жидкости и газа сепаратора, прибора измерения расхода газа, установленного между компрессором и устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости, прибора измерения расхода жидкости, установленного между узлом подачи и регулирования расхода жидкости и устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости, приборов измерения давления в колонне труб, а также средств отвода жидкости и газа из установки, согласно полезной модели узел подачи и регулирования расхода жидкости включает накопительную емкость и насос, первый вход которого соединен с накопительной емкостью трубопроводом, снабженным запорно-регулирующим устройством, второй вход насоса соединен с выходом сепаратора для жидкости трубопроводом, снабженным сливным в накопительную емкость патрубком, имеющим запорно-регулирующее устройство, а в обход насоса выполнен байпас с регулятором расхода жидкости. Выход сепаратора для газа соединен с входом в компрессор трубопроводом, который снабжен патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа, патрубки оборудованы запорно-регулирующими устройствами, а в обход компрессора установлен байпас с регулятором расхода газа.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема установки для моделирования натурных условий работы скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений.
Предлагаемая установка состоит из одной или нескольких колонн труб 1, установленных вертикально и состоящих из набора труб различного диаметра, компрессора 2, узла подачи и регулирования расхода жидкости 3, устройств ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 и отвода из колонны этой смеси 5. Установка снабжена не сообщающимся с атмосферой сепаратором 6, имеющего выходы для жидкости и газа, при этом выход для жидкости из сепаратора 6 соединен с узлом подачи и регулирования расхода жидкости 3 трубопроводом 7, а выход для газа - со входом компрессора 2 трубопроводом 8.
Установка содержит прибор измерения давления на входе в колонну труб 9 или на выходе из колонны труб 10, или оба прибора. Колонна труб может быть снабжена патрубками для подключения дополнительных приборов измерения давления в колонне труб (условно не показаны).
Между компрессором 2 и устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 установлен прибор измерения расхода газа 11, а между узлом подачи и регулирования расхода жидкости 3 и устройством ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 установлен прибор измерения расхода жидкости 12.
Узел подачи и регулирования расхода жидкости 3 состоит из накопительной емкости 13, насоса 14, первый вход которого соединен трубопроводом 15 с накопительной емкостью 13, а второй вход -трубопроводом 7 с выходом для жидкости из сепаратора 6. В обход насоса 14 выполнен байпас 16 с регулятором расхода 17. Трубопровод 7 снабжен сливным в накопительную емкость патрубком 18. Патрубок 18 и трубопровод 15 снабжены запорно-регулирующими устройствами 19 и 20 соответственно.
Трубопровод 8, соединяющий выход для газа сепаратора 6 и вход компрессора 2, снабжен патрубком подачи избыточного давления газа 21 и
патрубком сброса газа 22, на которых установлены запорно-регулирующие устройства 23 и 24 соответственно. В обход компрессора выполнен байпас 25 с регуляторами расхода газа 26.
Для полного удаления жидкости и газа из установки устройство ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 снабжено сливным патрубком с запорным устройством 27.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Установку подключают к источнику газа высокого давления патрубком подачи избыточного давления газа 21. Затем открывают запорно-регулирующее устройства 23 и 26 и при закрытых запорно-регулирующих устройствах 17, 19, 20 и 24 и запорном устройстве 27 заполняют все устройства установки газом до заданного давления. Величину давления контролируют по показаниям прибора измерения давления на входе в колонну труб 9 или на выходе из колонны труб 10, установленных на нижнем и верхнем концах колонны или в другом участке колонны 1. После того, как давление газа в установке достигнет заданного значения, включают в работу компрессор 2, при этом газ из сепаратора 6 всасывается в компрессор 2, а затем подается через прибор измерения расхода газа 11 и устройство ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 в нижнюю часть колоны 1. Газ поступивший в колонну 1, поднимается по колонне верх и через устройство 5 отвода смеси газа и жидкости из колонны по трубопроводу поступает в сепаратор 6, а затем в компрессор 2. Газ, заполняющий установку, начинает циркулировать по ней в замкнутом цикле.
Жидкость из мерной емкости 13 с помощью насоса 14 подают через прибор измерения расхода жидкости 12 в устройство ввода в колонну смеси газа и жидкости 4, в котором жидкость смешивается с газом и смесь жидкости и газа под действием напора газа поднимается по колонне труб 1. Достигнув верха колонны труб 1, газ и жидкость по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор 6.
В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу 7 в узел подачи жидкости в установку, а газ по трубопроводу 8 в компрессор 2. При постоянном расходе жидкости через колонну труб, моделирующего постоянный приток жидкости к устью скважины, жидкость пропускается через насос 14 при закрытых запорно-регулирующих устройствах 17 и 19. В случае, если гидростатическое давление жидкости на уровне устройства ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 в нижнюю часть колоны 1 достаточно для обеспечения постоянного расхода, то жидкость при выключенном насосе пропускается через байпас 16.
После окончания эксперимента жидкость сливается в накопительную емкость 13 или через сливной патрубок с запорным устройством 27.
Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления в заданных участках колоны, нижней и верхней частях колоны 1 манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы установки: давление, расходы газа (с помощью компрессора 2) и жидкости (с помощью насоса 14) или прекращают работу установки, удалив жидкость из колонны в мерную емкость или слив ее в систему утилизации.
В колонну труб 1 могут быть установлены элементы технологического оборудования скважин с целью изучения влияния их конструктивных параметров на производительность скважин в реальных газожидкостных условиях конкретных месторождений.
Результаты измерений технологических параметров процессов подъема газа и жидкости, полученные с использованием установки позволяют определять с высокой достоверностью и точностью численные значения коэффициентов гидравлического сопротивления лифтовых колонн в условиях близких к условиям в реальных скважинах (давления, температуры, расходов газа и жидкости, состава рабочей среды), проводить сравнительную оценку и выбор эффективных технологий для эксплуатации скважин, назначать оптимальный режим эксплуатации скважин, выбирать и
обосновывать конструкции скважин на этапе проектирования, испытывать различные технические средства, предназначенные для использования в скважинах: средства измерения расхода, давления, температуры, газонасыщенности, наличия фаз газовых, жидких, твердых; средства управления режимом эксплуатации скважин: газлифтные клапаны, клапаны отсекатели потока, летающие скребки, плунжеры, насосы и т.д.