RU131078U1 - Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа - Google Patents

Abstract

Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, включающий компрессор, запорную арматуру и трубопроводы подачи газа в стенд и сброса газа из стенда, устройство ввода в колонну, снабженное запорной арматурой и патрубком для слива жидкости из стенда, устройство отвода из колонны, 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, в состав которого входит узел управления, обеспечивающий опрос датчика температуры, установленного на лифтовой колонне труб, узел циркуляции теплоносителя, предназначенный для циркуляции теплоносителя от теплообменника к нагревателю и обратно под действием управляющих воздействий с выхода узла управления, выход теплообменника является выходом блока контроля и регулирования температуры жидкости и подключен к входу подачи жидкости устройства ввода в колонну.

Description

Полезная модель относится к технике для исследования процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения газожидкостных потоков в вертикальных и наклонных газовых скважинах.

Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (RU 48580, Ul, E21B 47/00, опубл. 27.10.2005). Известный стенд предназначен для изучения условий подъема газа и жидкости по лифтовым колоннам труб. Стенд включает одну или несколько колонн труб различного диаметра, узел подачи и регулирования расхода жидкости, средство подачи и регулирования расхода газа, в состав которого входит компрессор, устройство ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, сепаратор, имеющий выходы для жидкости и газа, средство отвода жидкости и газа из установки. Трубопровод снабжен патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа. В известном решении во время проведения эксперимента в стенд закачивается газ до тех пор, пока в лифтовой колонне не установится заданное давление, после чего газ циркулирует по замкнутому циклу при помощи компрессора. Во время эксперимента газ, находящийся в стенде, нагревается за счет трения в элементах компрессора, что приводит к увеличению давления во всем стенде. Известный стенд не позволяет контролировать температуру газа в заданном диапазоне и поддерживать ее в лифтовой колонне труб.

Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа (RU 121001, Ul, E21B 47/00, опубл. 10.10.2012), который является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Известный стенд включает 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. В известном стенде не предусмотрена возможность контроля и поддержания температуры в заданном диапазоне в лифтовой колонне труб.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в создании стенда для исследований условий подъема жидкости с использованием газа, который позволяет устранить указанный выше недостаток, и обеспечивает повышение достоверности получаемых результатов измерений, осуществляемых на нем.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении контроля и повышении достоверности получаемых результатов в заданном диапазоне значений температуры жидкости в лифтовой колонне труб.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа включает, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, содержащий компрессор, запорную арматуру и трубопроводы подачи газа в стенд и сброса газа из стенда, устройство ввода в колонну, снабженное запорной арматурой и патрубком для слива жидкости из стенда, устройство отвода из колонны, 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, причем 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, в состав которого входит узел управления, обеспечивающий опрос датчика температуры, установленного на лифтовой колонне труб, узел циркуляции теплоносителя, предназначенный для циркуляции теплоносителя от теплообменника к нагревателю и обратно под действием управляющих воздействий с выхода узла управления, выход теплообменника является выходом блока контроля и регулирования температуры жидкости и подключен к входу подачи жидкости устройства ввода в колонну.

Жидкость, поступающая в стенд, подается либо из резервуара (емкости), либо напрямую из линии трубопровода холодной воды (система холодного водоснабжения). Поэтому температура поступающей в колонну жидкости может различаться на десятки градусов (особенно заметна разница температур жидкости, поступающей в летний и зимний периоды, когда в большинстве случаев необходимо производить ее нагрев). В связи с этим возникает необходимость контроля и поддержания температуры жидкости в пределах, заданных условиями проводимого эксперимента. Теплоемкость жидкости на несколько порядков превышает теплоемкость газа (воздуха), поэтому определяющим температуру на входе в лифтовую колонну веществом будет являться жидкость.

Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений представлен на чертеже. В состав предлагаемого стенда входят:

- лифтовая колонна труб (1), устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;

- в верхней и нижней частях лифтовой колонны труб установлены соответственно устройство отвода из колонны (3) и устройство ввода в колонну (2);

- узел подачи и регулирования расхода жидкости (4), работающий по замкнутому циклу;

- сепаратор (5);

- узел подачи и регулирования расхода газа (6), состоящий из:

- компрессора (7);

- трубопровода сброса газа из стенда (8);

- трубопровода подачи газа в стенд (9);

- запорной арматуры (10) и (11).

- трубопроводы подачи газа (12) и жидкости (13) в лифтовую колонну труб;

- трубопровод подачи жидкости в стенд (14) с запорной арматурой (15);

- патрубок для слива жидкости из стенда (16) с запорной арматурой;

- блок контроля и регулирования температуры жидкости (17), включающий в себя:

- узел управления - (18);

- датчик температуры (19), установленный в нижней части лифтовой колонны труб;

- узел циркуляции теплоносителя (20), который может быть выполнен в виде насоса или компрессора, где в качестве теплоносителя может выступать как жидкость (например, вода), так и газ;

- теплообменник (21);

- нагреватель (22);

- измерительная аппаратура (расходомеры газа и жидкости, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры; на чертеже не показаны).

Узел управления выполняет функцию регулятора температуры и может быть выполнен, например, на базе регулятора температуры (терморегулятор) TZN4, или регулятора температуры RT-820M.

Работа стенда осуществляется следующим образом.

Перед началом работы стенд подключают к источнику газа высокого давления трубопроводом подачи газа в стенд (9). Затем открывают запорную арматуру (10) и начинают нагнетать в стенд газ до заданного давления, после этого запорную арматуру закрывают.В случае превышения давления в стенде над заданной величиной газ выпускают по трубопроводу сброса газа из стенда (8), открывая запорную арматуру (11). Величину давления в стенде контролируют показаниями приборов измерения давления на входе или на выходе из колонны труб, установленных в нижней и верхней частях лифтовой колонны труб или на другом ее участке. После того, как давление газа в стенде достигнет заданного значения, включают в работу компрессор (7). При этом газ из сепаратора (5) всасывается в компрессор (7) и подается через узел подачи и регулирования расхода газа и устройство ввода в лифтовую колонну (2) в нижнюю часть лифтовой колоны труб (1). Газ, поступивший в лифтовую колонну труб (1), поднимается по лифтовой колонне в верхнюю ее часть и через устройство (3) отвода из колонны газожидкостная смесь из лифтовой колонны по трубопроводу поступает в сепаратор (5), а затем в компрессор (7). Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле.

По трубопроводу подачи жидкости в стенд (14), открывая запорную арматуру (15), необходимое количество жидкости подают в узел подачи и регулирования расхода жидкости (4). После этого запорная арматура (15) закрывается. Далее жидкость поступает в устройство ввода в колонну (2), где жидкость смешивается с газом и газожидкостная смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой колонне (1). Достигнув верхней части лифтовой колонны труб (1), газожидкостная смесь поступает сначала в устройство отвода из колонны (3), а затем по соединительному трубопроводу поступает в сепаратор (5).

В сепараторе жидкость отделяется от газа и стекает по трубопроводу (13) в узел подачи и регулирования расхода жидкости (4), а газ по трубопроводу (12) поступает в компрессор (7). Таким образом, жидкость циркулирует по замкнутому циклу.

При этом в автоматическом режиме происходит работа блока контроля и поддержания температуры жидкости (17), в котором осуществляют измерение температуры газа, поступающего в лифтовую колонну труб (1), посредством датчика температуры (19), и передачи этого значения в узел управления (18). В случае отклонения измеренного значения температуры жидкости от температуры, заданной по условиям эксперимента, узел управления (18) передает управляющее воздействие на узел циркуляции теплоносителя (20), который осуществляет циркуляцию теплоносителя из нагревателя (или холодильной камеры) (22) в теплообменник (21) и обратно. Тем самым за счет теплообмена между теплоносителем и жидкостью в корпусе теплообменника (21) температура жидкости поддерживается в диапазоне, заданном по условиям эксперимента. В качестве теплоносителя могут быть использованы воздух или вода. При достижении температуры жидкости выше заданной на установленную величину, узел управления (18) вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на узел циркуляции теплоносителя (20), который прекращает циркуляцию теплоносителя из нагревателя (или холодильной камеры) (22) в теплообменник (21) и обратно. Таким образом, за счет создания и прекращения циркуляции теплоносителя температура жидкости поддерживается в заданном диапазоне.

После окончания эксперимента газ выпускают по трубопроводу сброса газа из стенда (8), посредством открытия запорной арматуры (11), жидкость сливают через патрубок для слива жидкости из стенда с запорной арматурой (16), находящиеся в нижней части лифтовой колонны труб.

Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления и температуру в заданных участках колонны труб (1) манометрами или дифференциальными манометрами и термометрами соответственно. Выполнив требуемые измерения на заданном режиме, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью компрессора (7), и жидкости - с помощью узла подачи и регулирования расхода жидкости (4) или прекращают работу стенда, удалив жидкость из колонны в систему утилизации.

Claims (1)

1. Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую колонну труб, узел подачи и регулирования расхода жидкости, узел подачи и регулирования расхода газа, включающий компрессор, запорную арматуру и трубопроводы подачи газа в стенд и сброса газа из стенда, устройство ввода в колонну, снабженное запорной арматурой и патрубком для слива жидкости из стенда, устройство отвода из колонны, 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, в состав которого входит узел управления, обеспечивающий опрос датчика температуры, установленного на лифтовой колонне труб, узел циркуляции теплоносителя, предназначенный для циркуляции теплоносителя от теплообменника к нагревателю и обратно под действием управляющих воздействий с выхода узла управления, выход теплообменника является выходом блока контроля и регулирования температуры жидкости и подключен к входу подачи жидкости устройства ввода в колонну.

   

Images