RU2558570C1 - Gas-liquid flow studying - Google Patents

Gas-liquid flow studying Download PDF

Info

Publication number
RU2558570C1
RU2558570C1 RU2014123101/03A RU2014123101A RU2558570C1 RU 2558570 C1 RU2558570 C1 RU 2558570C1 RU 2014123101/03 A RU2014123101/03 A RU 2014123101/03A RU 2014123101 A RU2014123101 A RU 2014123101A RU 2558570 C1 RU2558570 C1 RU 2558570C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
column
section
liquid flow
Prior art date
Application number
RU2014123101/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Валерьевич Николаев
Дмитрий Викторович Изюмченко
Сергей Александрович Бородин
Василий Михайлович Пищухин
Сергей Александрович Шулепин
Иван Васильевич Стоноженко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Priority to RU2014123101/03A priority Critical patent/RU2558570C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2558570C1 publication Critical patent/RU2558570C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: method includes measurement of pressure, temperature, substance consumption in steady conditions of operation. Gas is injected into the plant loop until it reaches operating pressure, centrifugal gas blower is started up and by the required value of gas consumption is set by regulation of rotor rotation frequency. By means of liquid pump water is supplied to the tested string thus ensuring steady conditions in it due to monotonous growth of pressure losses until it is filled with gas-liquid flow and continuous level of pressure losses at the lower section. According to results of measurements in steady conditions volume of liquid Vl is defined in the studied gas-liquid flow as Vl=ql·(t2-t1), where: t1 is time for commencement of water inflow to the tested string; t2 is time for beginning of steady conditions in the tested string; ql is volumetric flow of liquid in operating conditions; and liquid speed rate reduced to cross-section of the string pipe:
Figure 00000012
where D is inner diameter of the tested vertical string; as well as volumetric water content φ in the studied gas-liquid flow. At that average actual speed of liquid w is defined on the fact that square area of liquid phase in the pipe cross-section is proportional to volumetric water content φ.
EFFECT: expanded functionality of the method that allows determining water content in the tested vertical string in real time.
4 dwg

Description

Изобретение относится к технике для исследования движения жидкостных потоков и газожидкостных потоков, например процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения газожидкостных потоков в вертикальных трубопроводах и отдельных устройствах.The invention relates to techniques for investigating the movement of liquid flows and gas-liquid flows, for example, gas production processes in the oil and gas industry, associated with the study of the processes of gas-liquid flows in vertical pipelines and individual devices.

Из уровня техники известен способ проведения газогидродинамических исследований скважин (см. Ю.П. Коротаев, Избранные труды, в трех томах, том 1, под ред. академика Р.И. Вяхирева, Москва, Недра, 1996, стр. 36-39, рис. 1). В известном способе проводят исследования влияния жидкости на сопротивление при движении газа по трубам. При проведении исследований осуществляют измерения давления и температуры через определенные промежутки времени до тех пор, пока показания не становились неизменными. При этом количество воды измеряли объемным способом дважды: до входа в смеситель и после выхода из сепаратора. Причем воды на входе в смеситель было несколько больше, чем на выходе. При определении расхода воды принималось среднее значение. Известный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в трудоемкости проведения исследований и невысокой точности получения результата.The prior art method for conducting gas-hydrodynamic studies of wells (see Yu.P. Korotaev, Selected Works, in three volumes, volume 1, edited by academician R.I. Vyakhirev, Moscow, Nedra, 1996, pp. 36-39, fig. 1). In the known method, studies are carried out on the effect of a liquid on resistance when gas moves through pipes. When conducting research, measurements of pressure and temperature are carried out at certain intervals until the readings become unchanged. The amount of water was measured in a volumetric way twice: before entering the mixer and after leaving the separator. Moreover, there was slightly more water at the inlet to the mixer than at the outlet. When determining the water flow rate, the average value was taken. The known method has a significant drawback, which consists in the complexity of research and the low accuracy of obtaining the result.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ проведения газогидродинамических исследований (см. патент РФ №2515622 C2, E21B 47/00, 20.05.2014). Известный способ может быть использован для проведения газогидродинамических исследований движения газожидкостных потоков с включением механических примесей в вертикальных, наклонных трубопроводах и отдельных устройствах. Известный способ обеспечивает возможность наблюдения количественных изменений и улучшение качества визуализации происходящих в объеме и по высоте лифтовой колонны труб процессов и проводимых газогидродинамических экспериментов. Источник излучения в известном решении установлен с возможностью освещения лифтовой колонны труб, у которой один участок изготовлен из прозрачного материала с нанесенными на этом участке делениями. В известном способе возможно осуществлять фоторегистрацию и запись панорамных изображений в память блока обработки информации, а также проводить измерения и фоторегистрацию результатов эксперимента в синхронном режиме. Известный способ позволяет идентифицировать и определять размеры газожидкостных и/или сухих пробок, и/или расстояний между ними, и/или отдельных частиц, выявленных в лифтовой колонне труб. Однако с помощью известного способа не представляется возможным определить водосодержание вертикальной колонны в режиме реального времени.Closest to the proposed solution is a method of conducting gas-hydrodynamic studies (see RF patent No. 2515622 C2, E21B 47/00, 05/20/2014). The known method can be used to conduct gas-hydrodynamic studies of the movement of gas-liquid flows with the inclusion of mechanical impurities in vertical, inclined pipelines and individual devices. The known method provides the ability to observe quantitative changes and improve the quality of visualization of processes and gas-hydrodynamic experiments taking place in the volume and height of the pipe string. The radiation source in the known solution is installed with the possibility of lighting the tubing string, in which one section is made of a transparent material with divisions applied on this section. In the known method it is possible to carry out photo-recording and recording of panoramic images in the memory of the information processing unit, as well as to measure and photo-register the results of the experiment in synchronous mode. The known method allows you to identify and determine the size of gas-liquid and / or dry plugs, and / or the distances between them, and / or individual particles identified in the tubing string. However, using the known method it is not possible to determine the water content of the vertical columns in real time.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа проведения исследований газожидкостного потока, позволяющего изучать трубную многофазную гидродинамику путем измерения содержания жидкости в вертикальном газожидкостном потоке, используя для изучения двухфазной гидродинамики лифтовые трубы диаметром от 73 до 168 мм при давлениях до 3,0 МПа и водогазовом факторе в диапазоне 10-6-10-2.The problem solved by the invention is to develop a method for studying gas-liquid flow, which allows to study pipe multiphase hydrodynamics by measuring the liquid content in a vertical gas-liquid flow, using lift pipes with diameters from 73 to 168 mm at pressures up to 3.0 MPa and water-gas to study two-phase hydrodynamics a factor in the range of 10 -6 -10 -2 .

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого способа, обеспечивающего возможность определения водосодержания вертикальной колонны в режиме реального времени.The technical result, which the invention is aimed at, is to expand the functionality of the proposed method, which makes it possible to determine the water content of a vertical column in real time.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что способ проведения исследований газожидкостного потока включает измерение давления, температуры, расхода вещества на установившихся режимах работы. Обработку результатов измерений испытания проводят на установке, содержащей испытываемую колонну, предназначенную для заполнения рабочим веществом с газожидкостным составом. В контур установки нагнетают газ до рабочего давления, запускают центробежный газовый нагнетатель и путем регулирования частоты вращения ротора нагнетателя с помощью частотного преобразователя устанавливают требуемую величину расхода газа. С помощью жидкостного насоса в испытуемую колонну подают воду, обеспечивая в колонне установившийся режим за счет монотонного во времени роста потерь давления до ее заполнения газожидкостным потоком и постоянного уровня потерь давления в ее нижнем участке. По результатам проведенных измерений на установившемся режиме определяют объем жидкости Vж в исследуемом газожидкостном потоке, как:The essence of the proposed method lies in the fact that the method of conducting studies of gas-liquid flow includes measuring pressure, temperature, flow rate of a substance in steady-state operating modes. Processing of the measurement results of the test is carried out on the installation containing the test column, designed to be filled with a working substance with a gas-liquid composition. Gas is pumped to the installation circuit to operating pressure, a centrifugal gas supercharger is started, and by adjusting the rotor speed of the supercharger using a frequency converter, the required gas flow rate is set. Using a liquid pump, water is supplied to the test column, providing a steady state in the column due to the monotonic increase in pressure loss over time until it is filled with a gas-liquid flow and a constant level of pressure loss in its lower section. According to the results of measurements at steady state, determine the volume of liquid V W in the studied gas-liquid flow, as:

Vж=qж·(t2-t1),V W = q W · (t 2 -t 1 ),

где:Where:

t1 - время начала поступления в испытуемую колонну воды;t 1 - the time of the beginning of receipt in the test column of water;

t2 - время начала установившегося режима в испытуемой колонне;t 2 - time of the beginning of the steady state in the test column;

qж - объемный расход жидкости при рабочих условиях;q W - volumetric flow rate under operating conditions;

и скорость жидкости, приведенную к сечению трубы колонны:and fluid velocity reduced to the cross section of the column pipe:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где D - внутренний диаметр вертикальной испытуемой колонны;where D is the inner diameter of the vertical test column;

а также объемное водосодержание φ в исследуемом газожидкостном потоке, как:as well as the volumetric water content φ in the studied gas-liquid flow, as:

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

где Vтр1 - объем участка трубы колонны, в котором установился процесс движения газожидкостного потока.where V Tr1 - the volume of the pipe section of the column, in which the process of movement of the gas-liquid flow.

При этом среднюю истинную скорость жидкости w определяют исходя из того, что занимаемая в сечении трубы колонны площадь жидкой фазы пропорциональна объемному водосодержанию φ:In this case, the average true liquid velocity w is determined based on the fact that the area of the liquid phase occupied in the section of the column pipe is proportional to the volumetric water content φ:

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

Предлагаемый способ проведения исследований газожидкостного потока поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена измерительная схема устройства для проведения исследований газожидкостного потока, поясняющая предлагаемый способ. На фиг. 2 продемонстрированы результаты измерения параметров, потерь давления ΔP, расхода газа G через колонну при рабочем давлении и объема жидкости Vж в сепараторе газожидкостного потока в режиме реального времени. На фиг. 3 отображены результаты определения времени заполнения колонны газожидкостной смесью. На фиг. 4 приведен пример распределения газожидкостной смеси по плотности в установившемся вертикальном газожидкостном потоке.The proposed method for conducting studies of gas-liquid flow is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a measuring circuit of a device for conducting studies of gas-liquid flow, explaining the proposed method. In FIG. 2 shows the results of measuring parameters, pressure loss ΔP, gas flow G through the column at operating pressure and liquid volume V W in a real-time gas-liquid separator. In FIG. 3 shows the results of determining the time of filling the column with a gas-liquid mixture. In FIG. 4 shows an example of the density distribution of a gas-liquid mixture in a steady vertical gas-liquid flow.

Устройство для проведения исследований газожидкостного потока (фиг. 1) может содержать:A device for conducting studies of gas-liquid flow (Fig. 1) may contain:

- испытуемую колонну (1), выполненную из прозрачного материала и устанавливаемую в вертикальном положении;- the test column (1) made of a transparent material and installed in a vertical position;

- у основания колонны установлен смеситель газа и жидкости (2);- at the base of the column is installed a gas and liquid mixer (2);

- в устройстве предусмотрен кран впуска и выпуска газа (3), подключенный трубопроводом к выходу газа сепаратора (4) с одной стороны и к входу центробежного газового нагнетателя (5) с другой;- the device has a gas inlet and outlet valve (3) connected by a pipeline to the gas outlet of the separator (4) on the one hand and to the inlet of the centrifugal gas supercharger (5) on the other;

- на выходе жидкостного потока сепаратора установлен жидкостный насос (6), подключенный к расходомеру жидкости (7);- at the outlet of the separator liquid stream, a liquid pump (6) is installed, connected to a liquid flow meter (7);

- центробежный газовый нагнетатель связан через расходомер газа (8) со смесителем газа и жидкости;- a centrifugal gas supercharger is connected through a gas flow meter (8) to a gas and liquid mixer;

- на испытуемой колонне могут быть установлены блок датчиков перепада давления (9) и блок датчиков давления и температуры (10);- a block of differential pressure sensors (9) and a block of pressure and temperature sensors (10) can be installed on the test column;

- показания с блока датчиков перепада давления (9) и блока датчиков давления и температуры (10), а также с расходомера газа поступают через блок аналого-цифрового преобразования (11) в блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения (12).- readings from the differential pressure sensor block (9) and the pressure and temperature sensor block (10), as well as from the gas flow meter, pass through the analog-to-digital conversion block (11) to the data processing and visualization unit of the observation results (12).

Для осуществления предлагаемого изобретения используется стандартное оборудование. Для заполнения колонны может использоваться любая жидкость.To implement the invention, standard equipment is used. Any liquid may be used to fill the column.

В процессе экспериментальных исследований проводится контроль физических параметров изучаемого процесса с помощью цифровых каналов передачи информации , обработка которой осуществляется в блоке 12.In the process of experimental research, the physical parameters of the process under study are monitored using digital information transmission channels, the processing of which is carried out in block 12.

Для осуществления изобретенияFor the implementation of the invention

- в качестве датчиков перепада давления и датчиков давления и температуры могут быть использованы датчики с токовым выходом 4-20 мА;- sensors with a current output of 4-20 mA can be used as differential pressure sensors and pressure and temperature sensors;

- блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения может быть реализован на базе персонального компьютера (ПК) с установленным драйвером обмена, с помощью которого производят сбор, отображение и хранение полученных значений технологических параметров всей системы датчиков, например, в файле формата Microsoft Excel.- the data processing and visualization block of the observation results can be implemented on the basis of a personal computer (PC) with the installed exchange driver, with the help of which they collect, display and store the obtained values of the technological parameters of the entire sensor system, for example, in a Microsoft Excel format file.

Сигналы с датчиков давления и температуры передаются на аналогово-цифровой преобразователь, который связан с ПК по протоколу RS-232.The signals from the pressure and temperature sensors are transmitted to an analog-to-digital converter, which is connected to a PC via RS-232 protocol.

При проведении эксперимента первоначально в контур стенда нагнетается газ до рабочего давления P. Затем в момент времени t=0 (фиг. 2, 3) включается центробежный газовый нагнетатель (5); регулированием частоты вращения ротора нагнетателя с помощью частотного преобразователя устанавливается требуемая величина расхода газа G. После включения жидкостного насоса (6) в момент времени t1 (фиг. 3) в испытуемую колонну (1) начинает поступать вода, одновременно за счет возникновения столба газожидкостной смеси начинается рост потерь давления ΔP в испытуемой колонне, которые замеряются датчиками, установленными в ее верхней части, например, на высоте 30 м. В исходном состоянии в уровнемере сепаратора присутствует некоторое количество воды V (в рассматриваемом эксперименте эта величина равна 1,2 л).During the experiment, gas is initially pumped into the loop circuit to the working pressure P. Then, at time t = 0 (Fig. 2, 3), the centrifugal gas supercharger (5) is turned on; by adjusting the rotor speed of the supercharger rotor by means of a frequency converter, the required gas flow rate G is established. After turning on the liquid pump (6) at time t 1 (Fig. 3), water begins to flow into the test column (1), at the same time due to the appearance of a column of gas-liquid mixture begins to increase pressure losses ΔP in the test column, which are measured by sensors installed in its upper part, for example, at a height of 30 m. In the initial state, a certain amount of water V (in this experiment, this value is equal to 1.2 L).

Существенными условиями поведения газожидкостного потока в экспериментальных исследованиях являются (см. фиг. 2):The essential conditions for the behavior of a gas-liquid flow in experimental studies are (see Fig. 2):

1) потери давления в колонне вплоть до ее заполнения, которые должны монотонно возрастать во времени, обеспечивая при этом установившийся режим;1) pressure loss in the column up to its filling, which should monotonically increase in time, while ensuring a steady state;

2) уровень потерь давления в нижнем участке колонны после достижения столбом газожидкостной смеси уровня 1,3 м должен поддерживаться постоянным.2) the level of pressure loss in the lower section of the column after the column reaches the gas-liquid mixture level of 1.3 m should be maintained constant.

Выполнение указанных условий свидетельствует о равномерном, почти поршнеобразном, поднятии столба двухфазной смеси и постоянной величине локального водосодержания практически по всей высоте колонны. Исключение составляет небольшой верхний участок колонны, заполняемый после момента времени t>t2 (см. фиг. 3), на котором локальное водосодержание и локальные потери давления несколько меньше, чем по всей остальной высоте столба газожидкостной смеси в испытуемой колонне.The fulfillment of these conditions indicates a uniform, almost piston-like, raising the column of the two-phase mixture and a constant value of local water content over almost the entire height of the column. The exception is a small upper section of the column, filled after time t> t 2 (see Fig. 3), in which the local water content and local pressure loss are slightly less than over the entire remaining column height of the gas-liquid mixture in the tested column.

Осуществление изобретения подтверждается проведенными экспериментами. На фиг. 2 представлены результаты измерений, полученные во время проведения эксперимента на экране монитора блока обработки данных и визуализации результатов наблюдения в режиме on-line. Эксперимент в рассматриваемом примере проводился на вертикальной колонне длиной L=29,59 м с внутренним диаметром D=100 мм, при рабочем давлении P=1,04 МПа, расходе жидкости qж=11,4 л/час, расходе газа G=146 м3/час. В качестве компонентов газожидкостной смеси использовались вода и воздух. На фиг. 2 обозначено: ΔP (30 м) - результаты измеренных потерь давления в верхней части колонны, (см водного столба); кривая С отражает расход газа через колонну при рабочем давлении, (м3/час); кривая V отражает объем жидкости в сепараторе, (л). Параллельно проводились измерения потерь давления на нижнем участке трубы испытуемой колонны на высоте 1,3 м с целью определения влияния на характеристики газожидкостного потока растущего вышележащего столба смеси. Все полученные данные после аналого-цифрового преобразования в блоке 11 поступают в блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения 12. С помощью блока 12 осуществляется обработка полученных от блока 9 датчиков перепада давления и от блока 10 датчиков давления и температуры данных.The implementation of the invention is confirmed by experiments. In FIG. 2 shows the measurement results obtained during the experiment on the monitor screen of the data processing unit and visualization of the observation results in on-line mode. The experiment in this Example was carried out on a vertical column of length L = 29,59 m with an inner diameter D = 100 mm at an operating pressure P = 1,04 MPa, a liquid flow rate q g = 11.4 L / h, the gas flow rate G = 146 m 3 / hour. As components of a gas-liquid mixture, water and air were used. In FIG. 2 marked: ΔP (30 m) - the results of the measured pressure loss in the upper part of the column, (cm water column); curve C reflects the gas flow through the column at operating pressure, (m 3 / h); curve V reflects the volume of liquid in the separator, (l). At the same time, pressure losses were measured on the lower pipe section of the test column at a height of 1.3 m in order to determine the influence on the characteristics of the gas-liquid flow of the growing overlying column of the mixture. All the data obtained after analog-to-digital conversion in block 11 enters the data processing and visualization block of the observation results 12. Using block 12, the differential pressure sensors received from block 9 and from the pressure and temperature sensor block 10 are processed.

На фиг. 3 отмечены различные фазы проведенного эксперимента. На начальном этапе, после установления расхода газа на уровне G=146 м3/час, потери давления на трение для однофазного газа по всей высоте колонны (30 м) составили 8,6 см вод. ст. В момент времени t1=10,5 мин в испытуемой колонне стала появляться жидкость, что инициировало возникновение и рост столба газожидкостной смеси, сопровождаемого монотонным ростом потерь давления.In FIG. 3, various phases of the experiment are marked. At the initial stage, after the gas flow rate was set at G = 146 m 3 / h, the friction pressure loss for single-phase gas over the entire column height (30 m) was 8.6 cm water. Art. At time t 1 = 10.5 min, a liquid began to appear in the test column, which initiated the appearance and growth of a column of a gas-liquid mixture, accompanied by a monotonic increase in pressure loss.

В момент времени t2=55 мин столб газожидкостной смеси (фиг. 4) достиг уровня H1, выше которого на участке H2 плотность смеси несколько уменьшается по сравнению с нижним участком (фиг. 4). Пренебрегая этим концевым эффектом в условиях проведенного эксперимента, были определены средняя скорость движения жидкости в трубе колонны, то есть скорость заполнения колонны газожидкостной смесью. Окончание периода заполнения колонны завершается в момент времени t3=64 мин (фиг. 3).At time t 2 = 55 min, the column of the gas-liquid mixture (Fig. 4) reached the level of H 1 , above which the density of the mixture somewhat decreases in the plot of H 2 compared with the lower portion (Fig. 4). Neglecting this end effect under the conditions of the experiment, we determined the average velocity of the fluid in the pipe of the column, that is, the speed of filling the column with a gas-liquid mixture. The end of the period of filling the column ends at time t 3 = 64 min (Fig. 3).

После заполнения испытуемой колонны газожидкостной смесью до ее верхней части жидкость из нее сливается в сепаратор (4) (см. кривая V на фиг. 2). Через некоторое время режим устанавливается во всех участках устройства. На фиг. 4 представлено распределение газожидкостной смеси по плотности в установившемся вертикальном газожидкостном потоке. В течение времени (t2-t1) столб газожидкостной смеси поднимается до высоты H1, в течение времени (t3-t2) столб поднимается по верхнему участку трубы колонны II до верхней части трубы колонны высотой L=H1+H2. После установления режима плотность смеси на участке I практически постоянна (или меняется весьма слабо), а на участке II с высотой уменьшается. Принимая равенство (1)After filling the test column with a gas-liquid mixture to its upper part, the liquid from it is drained into the separator (4) (see curve V in Fig. 2). After some time, the mode is set in all areas of the device. In FIG. 4 shows the density distribution of a gas-liquid mixture in a steady vertical gas-liquid flow. During the time (t 2 -t 1 ) the column of gas-liquid mixture rises to a height of H 1 , during the time (t 3 -t 2 ) the column rises along the upper section of the pipe of column II to the upper part of the pipe of the column of height L = H 1 + H 2 . After the regime is established, the density of the mixture in section I is almost constant (or varies very slightly), and in section II it decreases with height. Accepting Equality (1)

Figure 00000004
Figure 00000004

и, решая уравнение с учетом приведенных временных параметров, получаем H1/L=0,84.and, solving the equation, taking into account the given time parameters, we obtain H 1 / L = 0.84.

Объем жидкости Vж в колонне на участке I после ее заполнения можно рассчитать исходя из балансового соотношения (2):The liquid volume V W in the column in section I after filling it can be calculated based on the balance ratio (2):

Figure 00000005
Figure 00000005

где qж - объемный расход жидкости при рабочих условиях.where q W is the volumetric flow rate of the liquid under operating conditions.

Учитывая, что объем участка трубы колонны составляет Vmp1=194 л, объемное водосодержание φ в исследуемом газожидкостным потоке на установившемся режиме (участок I фиг. 4) определяется как:Given that the volume of the pipe section of the column is V mp1 = 194 l, the volumetric water content φ in the investigated gas-liquid flow at steady state (section I of Fig. 4) is defined as:

Figure 00000006
Figure 00000006

Результаты проведенных экспериментов позволяют определить среднюю истинную скорость жидкости течения w. Обозначим v - скорость жидкости, приведенную к сечению трубы колонны. В рассмотренном эксперименте она равна

Figure 00000007
The results of the experiments allow us to determine the average true velocity of the fluid flow w. Let v be the fluid velocity reduced to the cross section of the column pipe. In the experiment considered, it is equal to
Figure 00000007

Тогда, считая, что занимаемая в сечении колонны площадь жидкой фазы пропорциональна объемному водосодержанию φ, можно определить среднюю истинную скорость жидкости wThen, assuming that the area of the liquid phase occupied in the column section is proportional to the volumetric water content φ, we can determine the average true liquid velocity w

Figure 00000008
Figure 00000008

или w=9 мм/сек. Таким образом, со средней скоростью движения жидкости в колонне в процессе рассматриваемого эксперимента происходит заполнение ее газожидкостной смесью, что отражается углом наклона α графика ΔP (30 м) на фиг. 3.or w = 9 mm / sec. Thus, with an average liquid velocity in the column during the experiment under consideration, it is filled with a gas-liquid mixture, which is reflected by the slope α of the graph ΔP (30 m) in FIG. 3.

По описанной методике была проведена серия экспериментов на колоннах, диаметр труб которых составляет 62 и 100 мм. Целью исследований является изучение гидродинамики двухфазных потоков применительно к условиям эксплуатации сеноманских скважин на поздней стадии.According to the described method, a series of experiments was conducted on columns whose pipe diameters were 62 and 100 mm. The aim of the research is to study the hydrodynamics of two-phase flows in relation to the operating conditions of Cenomanian wells at a late stage.

Сравнение измеренных значений объемного водосодержания в вертикальных колоннах с расчетными по существующим соотношениям показало, что предлагаемое решение определения характеристик восходящих газожидкостных потоков позволяет проводить актуальные для практики исследования двухфазной гидродинамики в слабо изученных диапазонах физических параметров, характерных для поздней стадии разработки газовых месторождений.Comparison of the measured values of the volumetric water content in vertical columns with the calculated ones according to existing ratios showed that the proposed solution for determining the characteristics of ascending gas-liquid flows makes it possible to conduct practical studies of two-phase hydrodynamics in poorly studied ranges of physical parameters characteristic of the late stage of gas field development.

Из анализа экспериментальных результатов следует, что локальные потери давления, объемное водосодержание и скорость жидкой фазы в вертикальном газожидкостном потоке являются однозначными функциями диаметра трубы колонны, расхода жидкости, расхода газа и давления. По замеренным на устье скважины давлению, дебиту газа и дебиту воды можно определить давление и объемное водосодержание в любой точке работающей скважины от забоя до устья. Кроме того, открывается возможность разработки новых математических моделей для определения как стационарных, так и нестационарных режимов работы обводненных газовых скважин (включая, например, задавливание и продувку).From the analysis of the experimental results, it follows that the local pressure loss, volumetric water content and the velocity of the liquid phase in the vertical gas-liquid flow are unambiguous functions of the column pipe diameter, liquid flow rate, gas flow rate and pressure. From the pressure measured at the wellhead, the gas flow rate and the water flow rate, one can determine the pressure and volumetric water content at any point of the working well from the bottom to the wellhead. In addition, it opens the possibility of developing new mathematical models for determining both stationary and non-stationary modes of operation of waterlogged gas wells (including, for example, crushing and blowing).

Claims (1)

Способ проведения исследований газожидкостного потока, включающий измерение давления, температуры, расхода вещества на установившихся режимах работы, при этом обработку результатов измерений испытания проводят на установке, содержащей испытываемую колонну, установленную вертикально и предназначенную для заполнения рабочим веществом с газожидкостным составом, отличающийся тем, что в контур установки нагнетают газ до рабочего давления, запускают центробежный газовый нагнетатель и путем регулирования частоты вращения ротора устанавливают требуемую величину расхода газа, с помощью жидкостного насоса в испытуемую колонну подают воду, обеспечивая в ней установившийся режим за счет монотонного во времени роста потерь давления до ее заполнения газожидкостным потоком и постоянного уровня потерь давления в ее нижнем участке, по результатам проведенных измерений на установившемся режиме определяют объем жидкости Vж в исследуемом газожидкостном потоке, как:
Vж=qж·(t2-t1),
где:
t1 - время начала поступления в испытуемую колонну воды;
t2 - время начала установившегося режима в испытуемой колонне;
qж - объемный расход жидкости при рабочих условиях;
и скорость жидкости, приведенную к сечению трубы колонны:
Figure 00000009
,
где D - внутренний диаметр вертикальной испытуемой колонны;
а также объемное водосодержание φ в исследуемом газожидкостном потоке, как:
Figure 00000010
.
где Vтр1 - объем участка трубы колонны, в котором установился процесс движения газожидкостного потока;
при этом среднюю истинную скорость жидкости w определяют исходя из того, что занимаемая в сечении трубы колонны площадь жидкой фазы пропорциональна объемному водосодержанию φ:
Figure 00000011
A method of conducting gas-liquid flow studies, including measuring pressure, temperature, flow rate of a substance under steady-state operating conditions, while processing the test measurement results is carried out on a setup containing a test column mounted vertically and designed to be filled with a working substance with a gas-liquid composition, characterized in that the installation circuit pumps gas to operating pressure, starts the centrifugal gas supercharger and, by adjusting the rotor speed, sets the required gas flow rate is poured, water is supplied to the test column using a liquid pump, providing a steady state due to the monotonic increase in pressure loss in time until it is filled with a gas-liquid flow and a constant level of pressure loss in its lower section, according to the results of measurements at a steady state mode determine the volume of liquid V W in the studied gas-liquid flow, as:
V W = q W · (t 2 -t 1 ),
Where:
t 1 - the time of the beginning of receipt in the test column of water;
t 2 - time of the beginning of the steady state in the test column;
q W - volumetric flow rate under operating conditions;
and fluid velocity reduced to the cross section of the column pipe:
Figure 00000009
,
where D is the inner diameter of the vertical test column;
as well as the volumetric water content φ in the studied gas-liquid flow, as:
Figure 00000010
.
where V Tr1 - the volume of the pipe section of the column, in which the process of movement of the gas-liquid stream
in this case, the average true liquid velocity w is determined on the basis that the area of the liquid phase occupied in the section of the column pipe is proportional to the volumetric water content φ:
Figure 00000011
RU2014123101/03A 2014-06-06 2014-06-06 Gas-liquid flow studying RU2558570C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123101/03A RU2558570C1 (en) 2014-06-06 2014-06-06 Gas-liquid flow studying

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123101/03A RU2558570C1 (en) 2014-06-06 2014-06-06 Gas-liquid flow studying

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2558570C1 true RU2558570C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53795932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123101/03A RU2558570C1 (en) 2014-06-06 2014-06-06 Gas-liquid flow studying

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558570C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641337C1 (en) * 2017-02-03 2018-01-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Stand for simulating process of inclined-directed gas-liquid flows
RU2752716C1 (en) * 2020-11-10 2021-07-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет Hydrodynamic experimental stand
RU2795509C2 (en) * 2021-02-12 2023-05-04 Акционерное Общество "Озна-Измерительные Системы" Method for improving the reliability of the results of cyclic determination of the water content of produced oil

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5287752A (en) * 1991-04-26 1994-02-22 Shell Oil Company Measurment of gas and liquid flowrates and watercut of multiphase mixtures of oil, water and gas
RU2243376C1 (en) * 2003-11-11 2004-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Лениногорский опытный завод нефтеавтоматики" Device for measuring debit of oil well
RU58128U1 (en) * 2006-06-30 2006-11-10 Открытое акционерное общество "Техприбор" COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-FLUID FLOW
RU2301887C2 (en) * 2005-01-31 2007-06-27 Эдуард Евгеньевич Лукьянов Measurement method and device for component flow-rate of three-component gas-and-liquid flow
RU2319003C1 (en) * 2006-08-14 2008-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" Method to determine mass flow rate of gas-and-liquid mixture
RU123454U1 (en) * 2012-08-21 2012-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" STAND FOR RESEARCH OF GAS-HYDRODYNAMIC PROCESSES
RU2515622C2 (en) * 2012-09-13 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-Газпром ВНИИГАЗ" Method of gas-hydrodynamic survey and plant for its implementation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5287752A (en) * 1991-04-26 1994-02-22 Shell Oil Company Measurment of gas and liquid flowrates and watercut of multiphase mixtures of oil, water and gas
RU2243376C1 (en) * 2003-11-11 2004-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Лениногорский опытный завод нефтеавтоматики" Device for measuring debit of oil well
RU2301887C2 (en) * 2005-01-31 2007-06-27 Эдуард Евгеньевич Лукьянов Measurement method and device for component flow-rate of three-component gas-and-liquid flow
RU58128U1 (en) * 2006-06-30 2006-11-10 Открытое акционерное общество "Техприбор" COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-FLUID FLOW
RU2319003C1 (en) * 2006-08-14 2008-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" Method to determine mass flow rate of gas-and-liquid mixture
RU123454U1 (en) * 2012-08-21 2012-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" STAND FOR RESEARCH OF GAS-HYDRODYNAMIC PROCESSES
RU2515622C2 (en) * 2012-09-13 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-Газпром ВНИИГАЗ" Method of gas-hydrodynamic survey and plant for its implementation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641337C1 (en) * 2017-02-03 2018-01-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Stand for simulating process of inclined-directed gas-liquid flows
RU2752716C1 (en) * 2020-11-10 2021-07-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет Hydrodynamic experimental stand
RU2795509C2 (en) * 2021-02-12 2023-05-04 Акционерное Общество "Озна-Измерительные Системы" Method for improving the reliability of the results of cyclic determination of the water content of produced oil
RU2799026C1 (en) * 2022-05-04 2023-07-03 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method and device for studying the movement of gas-liquid mixtures in wells, as well as flowlines and pipelines from wells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11300638B2 (en) Laboratory test device for permeation grouting of impermeable material
DK1893952T3 (en) Method and apparatus for measuring non-homogeneous flow phase velocities.
CN103940715B (en) The natural percolation ability analogue experiment method of rock
CN103529237B (en) The measuring method of a kind of fo Sediment Group Settling speed and measurement apparatus
CN108119132B (en) Tight sandstone gas reservoir near-wellbore-zone radial seepage water saturation simulation device and method
US20240011395A1 (en) Method and system for determining the flow rates of multiphase and/or multi-component fluid produced from an oil and gas well
CN104776971A (en) Visualization experiment device for liquid and sand carrying of gas flow
RU2558570C1 (en) Gas-liquid flow studying
Isaev et al. Development of novel methods and devices for measuring the total gas-oil ratio, oil and water production rates and fluid viscosity
US10712183B2 (en) Determining flow rates of multiphase fluids
RU2571473C1 (en) Device for carrying out research of gas-liquid stream
RU2674351C1 (en) Method for estimating the water cut of well oil
CN106401580B (en) Multiphase flow experimental device for complex inner boundary multi-heat source lifting shaft
EA038439B1 (en) Method and arrangement for operating an extraction of a fluid in a borehole
Vieira et al. Experimental investigation of gas-liquid separation for two-phase flow within annular duct of an ESP skid
RU166252U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING PHASE PERMEABILITY
CN206618662U (en) Novel experimental simulating test device
RU158561U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING PHASE PERMEABILITY
RU2441153C2 (en) Method of defining extreme fluid flow rates in well (versions)
RU2676109C1 (en) Method for controlling moisture content in oil-drilling well products
RU2634081C2 (en) Device for measuring parameters of gas-liquid mixture obtained from oil wells
RU73485U1 (en) DENSITY-FLOW METER FLUID
RU2459953C1 (en) Method for determination of gas flow rate and gas factor of wells product
RU2632999C2 (en) Device for measuring parameters of liquid media in pipeline
RU2542030C1 (en) Method of regulating well operation in regard to initial water separation

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20201016