RU48581U1

RU48581U1 - INSTALLATION FOR MODELING NATURAL CONDITIONS FOR WORKING GAS, GAS-CONDENSATE AND OIL DEPOSITS

Info

Publication number: RU48581U1
Application number: RU2005114477/22U
Authority: RU
Inventors: Р.М. Тер-Саркисов; С.Н. Бузинов; И.В. Шулятиков; В.И. Шулятиков; А.Н. Харитонов; С.А. Кузнецов; В.В. Медко; Е.В. Бондарев
Original assignee: ООО "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ"
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Полезная модель направлена на повышение достоверности результатов исследований технологических параметров процессов подъема жидкости по вертикальным колонам труб в реальных газожидкостных условиях конкретных месторождений, уменьшение энергетических затрат на эксплуатацию установки, обеспечение испытаний скважинного оборудования в реальных газожидкостных условиях конкретных месторождений. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в установке, 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, приборов измерения расхода газа и жидкости, приборов измерения давления в колонне труб, а также средств отвода жидкости и газа из установки, 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 со 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.The utility model is aimed at increasing the reliability of research results of technological parameters of fluid lifting processes along vertical pipe columns in real gas-liquid conditions of specific fields, reducing the energy costs of operating the installation, ensuring testing of downhole equipment in real gas-liquid conditions of specific fields. The specified technical result is achieved due to the fact that in an installation consisting of one or several columns of pipes of various diameters, a unit for supplying and regulating the flow of liquid, a compressor, devices for introducing into the column and withdrawing from the column a mixture of gas and liquid having outlets for the liquid and gas separator , instruments for measuring the flow of gas and liquid, instruments for measuring pressure in the pipe string, as well as means for removing liquid and gas from the installation, the unit for supplying and regulating the flow of liquid includes a storage tank and us c, the first inlet of which is connected to the storage tank by a pipe equipped with a shut-off and control device, the second pump inlet is connected to the output of the liquid separator by a pipe equipped with a pipe drain into the storage tank having a shut-off-control device, and a bypass with a flow regulator is bypassed liquids, the gas separator outlet is connected to the compressor inlet by a pipeline, which is equipped with a gas overpressure pipe and a gas discharge pipe, the pipes are equipped with shut-off valves incriminating devices, and bypassing the compressor, a bypass with a gas flow regulator is installed.

Description

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.The utility model relates to the field of oil and gas production and can be used to study the processes of gas and liquid lifting along vertical or inclined pipe columns using various technological and technical solutions (for example, gas lift, plunger lift, combigas lift, various submersible pump units), testing devices used in wells to study the conditions of movement of gas-liquid flows (for example, depth gauges, thermometers, flow meters), special equipment located in tave columns pipe lowered into a well (e.g., submersible nipples, gas lift valves, flow valve stripper et al.) or for removing sand plugs bottomhole.

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).A known design of an experimental installation for modeling the field conditions of gas, gas condensate and oil fields (Korotaev Yu.P. Selected works. M., Nedra, 1996, p. 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 The installation consists of one or several columns of pipes of different diameters, a unit for supplying and regulating the flow of liquid, a compressor, input devices into the column and withdrawal from the column of a mixture of gas and liquid, with outlets for liquid and gas separator, a gas flow measuring device installed between the compressor and a device for introducing into the column a mixture of gas and liquid, a device for measuring the flow of liquid installed between the unit for supplying and regulating the flow of liquid and a device for entering the column of a mixture of gas and liquid, measuring devices Ia

давления в колонне труб, а также средств отвода жидкости и газа из установки.pressure in the pipe string, as well as means for removing liquid and gas from the installation.

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.A disadvantage of the known installation is that the gas passed through the pipe string and the separator is discharged into the atmosphere, and therefore it is impossible to investigate the features of liquid lifting by real hydrocarbon gases in this installation.

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.In addition, in order to create the flow rate and pressure of air drawn from the atmosphere necessary for research, it is required to use a compressor of high power, capacity with a large compression ratio. After compression, the air heats up and needs to be cooled in a special heat exchanger. After passing through a vertical pipe string and separator, air is discharged into the atmosphere. As a result, the installation cannot be used at high pressures and high gas (air) consumption. The process of lifting a gas-liquid mixture in the installation is accompanied by a large pressure pulsation, as a result of which it is not possible to measure the true pressure loss by lifting a gas-liquid mixture. The results of multiple measurements are processed by mathematical methods, and the average value of the multiple measurements over a long period of time is used as the final value. The obtained averaged measurement value does not fully reflect the physical phenomena that occur during the process of raising a liquid by a gas. As a result, it is necessary to use the averaged measurement readings, which contain systematic errors (errors), the causes of which cannot be taken into account by mathematical methods. As a result, the physical processes accompanying the rise of the gas-liquid mixture remain completely unknown.

При создании настоящей полезной модели решались технические задачи обеспечение исследований условий подъема жидкости не только воздухом, но и другими газами, расширения области применения установки When creating this utility model, technical problems were solved providing studies of the conditions for raising the liquid not only by air, but also by other gases, expanding the scope of the installation

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.at high working pressures, high gas (air) consumption, increasing the reliability of the measurement results of the technological parameters of the liquid lifting processes along the vertical pipe columns, reducing the energy costs of operation, expanding the functionality, namely ensuring testing of downhole equipment in real gas-liquid conditions of specific fields.

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.The stated technical problems are solved by the fact that in an experimental installation for modeling the field conditions for the operation of gas, gas condensate and oil fields, consisting of one or more pipe columns of various diameters, a supply and control unit for fluid flow, a compressor, input devices to the column and discharge from the column a mixture of gas and liquid having outlets for a liquid and a gas separator, a gas flow meter installed between the compressor and the device for introducing a mixture of gas and liquid into the column a tee, a fluid flow meter installed between the fluid supply and control unit and the gas and liquid mixture input device, pressure measuring instruments in the pipe string, and liquid and gas removal means from the installation, according to the utility model, the flow supply and control unit liquid includes a storage tank and a pump, the first input of which is connected to the storage tank by a pipe equipped with a shut-off and control device, the second pump inlet is connected to the output of the separator for liquid It is equipped with a pipe equipped with a pipe discharge into the storage tank, which has a locking-regulating device, and a bypass with a fluid flow regulator is bypassed the pump. The output of the gas separator is connected to the compressor inlet by a pipeline, which is equipped with a gas overpressure pipe and a gas discharge pipe, the pipes are equipped with shut-off and control devices, and a bypass with a gas flow regulator is installed around the compressor.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема установки для моделирования натурных условий работы скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений.The utility model is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows a diagram of an installation for modeling the field conditions of gas, gas condensate and oil fields.

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.The proposed installation consists of one or more columns of pipes 1 mounted vertically and consisting of a set of pipes of various diameters, a compressor 2, a unit for supplying and regulating the flow of liquid 3, input devices into the column of a mixture of gas and liquid 4 and removal from the column of this mixture 5. Installation equipped with a separator 6, not communicating with the atmosphere, having exits for liquid and gas, while the outlet for liquid from the separator 6 is connected to the supply and control unit for the flow of liquid 3 by pipeline 7, and the gas outlet is connected to the compressor inlet 2 by piping 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).The installation comprises a pressure measuring device at the inlet to the pipe string 9 or at the outlet of the pipe string 10, or both. The pipe string can be equipped with nozzles for connecting additional pressure measuring devices in the pipe string (not shown conditionally).

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.Between the compressor 2 and the input device into the column of a mixture of gas and liquid 4, a device for measuring the flow of gas 11 is installed, and between the node supply and control of the flow of liquid 3 and the input device into the column of the mixture of gas and liquid 4, a device for measuring the flow of liquid 12 is installed.

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.The node for supplying and regulating the flow of liquid 3 consists of a storage tank 13, a pump 14, the first input of which is connected by a pipe 15 to a storage tank 13, and the second input by a pipe 7 with an outlet for liquid from the separator 6. A bypass 16 with a regulator is made around the pump 14 flow rate 17. The pipeline 7 is equipped with a discharge pipe 18. The pipe 18 and the pipe 15 are equipped with shut-off and control devices 19 and 20, respectively.

Трубопровод 8, соединяющий выход для газа сепаратора 6 и вход компрессора 2, снабжен патрубком подачи избыточного давления газа 21 и The pipe 8 connecting the gas outlet of the separator 6 and the inlet of the compressor 2 is equipped with a pipe for supplying excess gas pressure 21 and

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.gas discharge pipe 22, on which the locking and regulating devices 23 and 24 are installed, respectively. Bypassing the compressor, a bypass 25 with gas flow controllers 26 was made.

Для полного удаления жидкости и газа из установки устройство ввода в колонну смеси газа и жидкости 4 снабжено сливным патрубком с запорным устройством 27.To completely remove the liquid and gas from the installation, the input device to the column of the mixture of gas and liquid 4 is equipped with a drain pipe with a locking device 27.

Предлагаемая установка работает следующим образом.The proposed installation works as follows.

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.The installation is connected to the high-pressure gas source by the overpressure supply pipe of gas 21. Then, the shut-off and control devices 23 and 26 are opened and, when the shut-off-control devices 17, 19, 20 and 24 are closed and the shut-off device 27, fill all the installation devices with gas to a predetermined pressure. The pressure value is controlled by the readings of the pressure measuring device at the inlet to the pipe string 9 or at the outlet of the pipe string 10 installed at the lower and upper ends of the column or in another section of the column 1. After the gas pressure in the installation reaches a predetermined value, include compressor 2 works, while the gas from the separator 6 is sucked into the compressor 2, and then fed through a gas flow meter 11 and an input device into the column of a mixture of gas and liquid 4 into the lower part of column 1. The gas entering column 1 rises This is not the top and through the device 5 for discharging the mixture of gas and liquid from the column through the pipeline it enters the separator 6, and then to the compressor 2. The gas filling the installation begins to circulate through it in a closed cycle.

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.The liquid from the measuring tank 13 is pumped through a liquid flow meter 12 to a gas and liquid mixture inlet 4 into the column input device, in which the liquid is mixed with gas and the liquid and gas mixture rises along the pipe string under the influence of gas pressure 1. Having reached the top pipe string 1, gas and liquid through a connecting pipe enters the separator 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.In the separator, the liquid is separated from the gas and flows through the pipe 7 to the fluid supply unit to the installation, and the gas through the pipe 8 to the compressor 2. At a constant flow rate through the pipe string, simulating a constant flow of fluid to the wellhead, the fluid is passed through the pump 14 when closed locking and regulating devices 17 and 19. If the hydrostatic pressure of the liquid at the level of the device for introducing into the column a mixture of gas and liquid 4 in the lower part of column 1 is sufficient to ensure a constant flow rate, then the liquid at The main pump is passed through bypass 16.

После окончания эксперимента жидкость сливается в накопительную емкость 13 или через сливной патрубок с запорным устройством 27.After the experiment, the liquid is drained into the storage tank 13 or through a drain pipe with a locking device 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.During a specific experiment, pressure is measured in predetermined sections of the column, the lower and upper parts of the column 1 with pressure gauges or differential pressure gauges. Having made the required measurements, they change the technological parameters of the unit's operating mode: pressure, gas flow rates (using compressor 2) and liquids (using pump 14), or stop the installation by removing liquid from the column into a measured tank or draining it into a disposal system.

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.Elements of technological equipment of wells can be installed in the pipe string 1 in order to study the influence of their design parameters on the productivity of wells in real gas-liquid conditions of specific fields.

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 The measurement results of the technological parameters of the processes of gas and liquid lifting obtained using the installation allow us to determine with high reliability and accuracy the numerical values of the hydraulic resistance coefficients of the lift columns in conditions close to the conditions in real wells (pressure, temperature, gas and liquid flow rates, composition of the working medium) , conduct a comparative assessment and selection of effective technologies for the operation of wells, determine the optimal mode of operation of wells, choose and

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.substantiate well designs at the design stage, test various technical means intended for use in wells: means for measuring flow, pressure, temperature, gas saturation, the presence of gas, liquid, solid phases; means of controlling the operation mode of the wells: gas lift valves, valves, flow shutoff valves, flying scrapers, plungers, pumps, etc.

Claims

Installation for modeling the natural working conditions of gas, gas condensate and oil field wells, consisting of one or several columns of pipes of various diameters, a unit for supplying and regulating the flow of liquid, a compressor, input devices into the column and withdrawing from the column a mixture of gas and liquid having outlets for liquid and a gas separator, a gas flow meter installed between the compressor and a gas and liquid mixture input device, a liquid flow meter installed between the unit under Achi and regulating the flow of liquid and a device for introducing into the column a mixture of gas and liquid, pressure measuring instruments in the pipe string, and means for removing liquid and gas from the installation, characterized in that the supply and control unit for the flow of liquid includes a storage tank and a pump, a first inlet which is connected to the storage tank by a pipe equipped with a locking-regulating device, the second pump inlet is connected to the output of the liquid separator by a pipe equipped with a pipe drain to the storage tank, having a shut-off and regulating device, and bypassing the pump, a bypass with a fluid flow regulator is made, the gas separator outlet is connected to the compressor inlet by a pipe that is equipped with a gas overpressure pipe and a gas discharge nozzle, the nozzles are equipped with shut-off and regulating devices, and bypassing the compressor installed bypass with gas flow regulator.