RU2571473C1 - Устройство для проведения исследований газожидкостного потока - Google Patents
Устройство для проведения исследований газожидкостного потока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571473C1 RU2571473C1 RU2014123096/03A RU2014123096A RU2571473C1 RU 2571473 C1 RU2571473 C1 RU 2571473C1 RU 2014123096/03 A RU2014123096/03 A RU 2014123096/03A RU 2014123096 A RU2014123096 A RU 2014123096A RU 2571473 C1 RU2571473 C1 RU 2571473C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- liquid
- column
- separator
- pressure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
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. Технический результат изобретения заключается в создании упрощенной конструкции устройства, которое обеспечивает высокое качество проведения исследований газожидкостных потоков, за счет повышения точности проводимых экспериментов. Устройство содержит испытуемую колонну, смеситель газа и жидкости, кран впуска и выпуска газа, сепаратор, центробежный газовый нагнетатель, жидкостный насос, расходомер жидкости, расходомер газа, блок датчиков перепада давления, блок датчиков давления и температуры, блок аналого-цифрового преобразования и блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения. 4 ил.
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.
Из уровня техники известна экспериментальная установка для проведения газогидродинамических исследований скважин (Ю.П. Коротаев. Избранные труды, в 3-х томах. Т 1. Под ред. акад. Р.И. Вяхирева. М., Недра, 1996, стр. 36-39, рис. 1), в которой 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. В состав известной установки входят вертикальные трубы различного диаметра, сепаратор, ротаметр, мерный бак, мерный цилиндр, отсекатель, регулировочный вентиль, отводной вентиль, диафрагмы. Известная установка имеет существенный недостаток, заключающийся в большом количестве оборудования и трудоемкости проведения исследований.
Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (патент РФ 48580 U1, 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. Известное решение не позволяет провести качественный анализ процессов, проходящих в объеме лифтовой колонны труб и по трубопроводу, что негативно отражается на достоверности, наглядности и точности результатов и полноте информации проводимых экспериментов.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в разработке устройства для 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.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании упрощенной конструкции устройства, которое обеспечивает высокое качество проведения исследований газожидкостных потоков, за счет повышения точности проводимых экспериментов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что устройство для проведения исследований газожидкостного потока включает по крайней мере одну испытуемую колонну, выполненную из прозрачного материала и устанавливаемую в вертикальном положении, смеситель газа и жидкости, установленный у основания упомянутой колонны. Выход газожидкостной смеси из верхней части колонны предназначен для слива жидкости в сепаратор. К выходу газа сепаратора трубопроводом подключен с одной стороны кран впуска и выпуска газа, подключенный также с другой стороны к входу центробежного газового нагнетателя. На выходе жидкостного потока сепаратора установлен жидкостный насос, подключенный через расходомер жидкости к одному входу смесителя газа и жидкости. Центробежный газовый нагнетатель связан через расходомер газа с другим входом смесителя газа и жидкости. На различных участках испытуемой колонны установлены блок датчиков перепада давления и блок датчиков давления и температуры, показания с которых и показания с расходомера газа предназначены для передачи в режиме реального времени в блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения через блок аналого-цифрового преобразования.
Работа устройства для проведения исследований газожидкостного потока поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена измерительная схема предлагаемого устройства для проведения исследований газожидкостного потока, на фиг. 2 продемонстрированы результаты измерения параметров, потерь давления ΔP и расхода газа G через колонну при рабочем давлении, а также 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.
Устройство для проведения исследований газожидкостного потока (фиг. 1) содержит:
- испытуемую колонну (1), выполненную из прозрачного материала и устанавливаемую в вертикальном положении;
- у основания колонны установлен смеситель газа и жидкости (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;
- на выходе жидкостного потока сепаратора установлен жидкостный насос (6), подключенный к расходомеру жидкости (7);
- центробежный газовый нагнетатель связан через расходомер газа (8) со смесителем газа и жидкости;
- на испытуемой колонне установлены блок датчиков перепада давления (9) и блок датчиков давления и температуры (10);
- 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).
Для осуществления предлагаемого изобретения используется стандартное оборудование. Для заполнения колонны может использоваться любая жидкость.
В процессе проведения экспериментальных исследований проводится контроль физических параметров изучаемого процесса с помощью цифровых каналов передачи информации, обработка которой осуществляется в блоке 12.
При осуществлении изобретения
- в качестве датчиков перепада давления и датчиков давления и температуры могут быть использованы датчики с токовым выходом 4-20 мА;
- блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения может быть реализован на базе персонального компьютера (ПК) с установленным драйвером обмена, который производит сбор, отображение и хранение полученных значений технологических параметров всей системы датчиков, например, в файле формата Microsoft Excel.
Сигналы с датчиков давления и температуры передаются на аналогово-цифровой преобразователь, который связан с ПК по протоколу RS-232.
Работа на стенде осуществляется следующим образом.
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).
Существенными условиями поведения газожидкостного потока в экспериментальных исследованиях являются (см. фиг. 2):
1) потери давления в колонне вплоть до ее заполнения, которые должны монотонно возрастать во времени до тех пор, пока не будет обеспечен установившийся режим;
2) уровень потерь давления в нижнем участке колонны после достижения столбом газожидкостной смеси уровня 1,3 м должен поддерживаться постоянным.
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.
На фиг. 2 представлены результаты измерений, полученные во время проведения эксперимента на экране монитора блока обработки данных и визуализации результатов наблюдения предлагаемого устройства 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 м /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 вод. ст.); кривая G 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.
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.
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).
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):
и решая уравнение с учетом приведенных временных параметров, получаем H1/L=0,84.
Количество жидкости Vж в колонне на участке I после ее заполнения можно рассчитать исходя из балансового соотношения (2):
где qж - объемный расход жидкости при рабочих условиях.
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.
Сравнение измеренных значений объемного водосодержания в вертикальных колоннах с расчетными по существующим соотношениям показало, что с помощью предлагаемого устройства возможно определять характеристики восходящих газожидкостных потоков и проводить актуальные для поздней стадии разработки газовых месторождений исследования двухфазной гидродинамики в слабо изученных диапазонах физических параметров с высокой достоверностью результатов.
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.
Claims (1)
- Устройство для проведения исследований газожидкостного потока, включающее по крайней мере одну испытуемую колонну, выполненную из прозрачного материала и устанавливаемую в вертикальном положении, смеситель газа и жидкости, установленный у основания упомянутой колонны, выход газожидкостной смеси из верхней части которой предназначен для слива жидкости в сепаратор, к выходу газа которого трубопроводом подключен с одной стороны кран впуска и выпуска газа, подключенный также с другой стороны к входу центробежного газового нагнетателя, на выходе жидкостного потока сепаратора установлен жидкостный насос, подключенный через расходомер жидкости к одному входу смесителя газа и жидкости, центробежный газовый нагнетатель связан через расходомер газа с другим входом смесителя газа и жидкости, на различных участках испытуемой колонны установлены блок датчиков перепада давления и блок датчиков давления и температуры, показания с которых и показания с расходомера газа предназначены для передачи в режиме реального времени в блок обработки данных и визуализации результатов наблюдения через блок аналого-цифрового преобразования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123096/03A RU2571473C1 (ru) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | Устройство для проведения исследований газожидкостного потока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123096/03A RU2571473C1 (ru) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | Устройство для проведения исследований газожидкостного потока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2571473C1 true RU2571473C1 (ru) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871374
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123096/03A RU2571473C1 (ru) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | Устройство для проведения исследований газожидкостного потока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571473C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654889C1 (ru) * | 2017-05-22 | 2018-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ГазВелл Системы" | Экспериментальная установка для имитации газожидкостной смеси и динамических процессов в стволе газовой скважины |
RU2706283C2 (ru) * | 2018-03-13 | 2019-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ГазВелл Системы" | Способ оптимальной эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин с высоким содержанием жидкости |
RU2818798C1 (ru) * | 2023-12-27 | 2024-05-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" | Стенд для исследования газоудерживающей способности блокирующих составов при глушении скважин |
Citations (6)
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 |
RU48580U1 (ru) * | 2005-05-12 | 2005-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ" | Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений |
RU58128U1 (ru) * | 2006-06-30 | 2006-11-10 | Открытое акционерное общество "Техприбор" | Комплекс измерения покомпонентного расхода газожидкостного потока |
RU2319003C1 (ru) * | 2006-08-14 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" | Способ определения массового расхода газожидкостной смеси |
RU123454U1 (ru) * | 2012-08-21 | 2012-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Стенд для исследования газогидродинамических процессов |
RU135713U1 (ru) * | 2013-07-31 | 2013-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Устройство для исследования газожидкостных потоков |
-
2014
- 2014-06-06 RU RU2014123096/03A patent/RU2571473C1/ru active
Patent Citations (6)
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 |
RU48580U1 (ru) * | 2005-05-12 | 2005-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ" | Стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений |
RU58128U1 (ru) * | 2006-06-30 | 2006-11-10 | Открытое акционерное общество "Техприбор" | Комплекс измерения покомпонентного расхода газожидкостного потока |
RU2319003C1 (ru) * | 2006-08-14 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" | Способ определения массового расхода газожидкостной смеси |
RU123454U1 (ru) * | 2012-08-21 | 2012-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Стенд для исследования газогидродинамических процессов |
RU135713U1 (ru) * | 2013-07-31 | 2013-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Устройство для исследования газожидкостных потоков |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654889C1 (ru) * | 2017-05-22 | 2018-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ГазВелл Системы" | Экспериментальная установка для имитации газожидкостной смеси и динамических процессов в стволе газовой скважины |
RU2706283C2 (ru) * | 2018-03-13 | 2019-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ГазВелл Системы" | Способ оптимальной эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин с высоким содержанием жидкости |
RU2818798C1 (ru) * | 2023-12-27 | 2024-05-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" | Стенд для исследования газоудерживающей способности блокирующих составов при глушении скважин |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DK1893952T3 (en) | Method and apparatus for measuring non-homogeneous flow phase velocities. | |
US9334728B2 (en) | Oil well production analyzing system | |
CN108119132B (zh) | 致密砂岩气藏近井带径向渗流含水饱和度模拟装置及方法 | |
RU2604463C1 (ru) | Способ испытания газосепараторов погружных нефтяных насосов и стенд для осуществления такого способа | |
CN103529237B (zh) | 一种泥沙群体沉速的测量方法及测量装置 | |
US10852288B2 (en) | Oil well gauging system and method of using the same | |
CN104776971A (zh) | 一种气流携液携砂可视化实验装置 | |
CN102889975A (zh) | 特低渗透油藏水平微管束模拟仪 | |
RU2571473C1 (ru) | Устройство для проведения исследований газожидкостного потока | |
CN105675444A (zh) | 一种三管混联式塑性流体漏斗黏度在线测量装置及方法 | |
RU2558570C1 (ru) | Способ проведения исследований газожидкостного потока | |
CN103924961A (zh) | 油井油气水三相自动计量系统 | |
RU2629787C2 (ru) | Установка для раздельного измерения дебита нефтяных скважин по нефти, газу и воде | |
CN106401580B (zh) | 复杂内边界多热源举升井筒多相流动实验装置 | |
RU2378638C2 (ru) | Плотномер-расходомер жидких сред | |
CN110630243B (zh) | 基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法 | |
RU2634081C2 (ru) | Устройство для измерения параметров газожидкостной смеси, добываемой из нефтяных скважин | |
RU166252U1 (ru) | Устройство для определения фазовых проницаемостей | |
RU73485U1 (ru) | Плотномер-расходомер жидких сред | |
RU2577797C1 (ru) | Турбулентный реометр и способ определения эффективности противотурбулентных присадок (птп), реализуемый посредством турбулентного реометра | |
CN104948175B (zh) | 一种监测层间产液能力差异的室内试验方法 | |
RU2632999C2 (ru) | Устройство для измерения параметров жидких сред в трубопроводе | |
Rosettani et al. | Instantaneous void fraction signal using capacitance sensor for two-phase flow pattern identification | |
RU2636139C2 (ru) | Расходомер переменного уровня | |
RU2588332C1 (ru) | Стенд для испытания газосепараторов к погружным электронасосным агрегатам |
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 |