Способ испытания сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, и стенд для его осуществления (варианты) Российский патент 2024 года по МПК E21B43/38 F04B51/00 

Группа изобретений относится к стендовому оборудованию для испытаний устройств сепарации многофазных сред и может быть применена для исследования процессов сепарации в различных отраслях народного хозяйства, в том числе может быть использована для испытаний скважинного устройства для очистки пластовой жидкости.

Известен из патента RU 2075654 стенд для испытаний гидравлических машин и электродвигателей к ним, содержащий накопительную емкость с подключенным к ней гравитационным газожидкостным сепаратором, насос, систему подготовки газожидкостной смеси с источником газа, выполненную в виде струйного аппарата, а также контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, отличающийся тем, что он снабжен вторым насосом, вспомогательным струйным аппаратом, компрессором, блоком моделирования внутрискважинных условий для размещения испытуемых гидравлических машин и электродвигателей к ним, при этом всасывающая линия второго насоса через регулирующие элементы сообщена с накопительной емкостью, с нагнетательной линией первого насоса, с нагнетательной линией компрессора, с выходом вспомогательного струйного аппарата, с выходом основного струйного аппарата, с выходом по жидкости блока моделирования внутрискважинных условий и со входом гравитационного газожидкостного сепаратора, рабочее сопло вспомогательного струйного аппарата через регулирующие элементы соединено с нагнетательными линиями первого и второго насосов, с нагнетательной линией компрессора, с выходом струйного аппарата и с выходом по жидкости блока моделирования внутрискважинных условий, приемная камера вспомогательного струйного аппарата через регулирующий элемент с атмосферой или источником газа, а выход с рабочим соплом и приемной камерой струйного аппарата, со входом блока моделирования внутрискважинных условий и со входом гравитационного газожидкостного сепаратора, всасывающая линия компрессора через регулирующий элемент сообщена с атмосферой или источником газа, а нагнетательная через регулирующие элементы с рабочим соплом и приемной камерой струйного аппарата и со входом блока моделирования внутрискважинных условий, рабочее сопло и приемная камера струйного аппарата через регулирующие элементы соединены с нагнетательными линиями первого и второго насосов и с выходами по жидкости и по газу блока моделирования внутрискважинных условий, при этом приемная камера струйного аппарата через регулирующие элементы сообщена с накопительной емкостью и с атмосферой или с источником газа, а выход через регулирующие элементы со входом гравитационного газожидкостного сепаратора и со входом блока моделирования внутрискважинных условий, который через регулирующие элементы соединен с нагнетательными линиями первого и второго насосов, при этом выходы по жидкости и по газу блока моделирования внутрискважинных условий через регулирующие элементы сообщены со входом гравитационного газожидкостного сепаратора.

Недостатками известного стенда являются:

- невозможность оценки эффективности работы (построения характеристик) газопесочных сепараторов путем взвешивания масс отсепарированных и не отсепарированных механических примесей;

- невозможность замеров эффективности сепарации газа в испытываемых газопесочных сепараторах гравитационного и инерционного типа.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу и устройству является техническое решение, известное из патента RU 124497. Способ включает измерение расходов в линиях подвода жидкости и газа на входе в десендер, подачу механических примесей на выходе из насоса, сепарацию механических примесей в десендере, отвод потока из сепаратора в накопительную емкость для жидкости через фильтрующий элемент. Стенд содержит накопительную емкость, линии подвода жидкости и газа, байпасную линию, насос, засыпное устройство, соединённое с выкидной линией насоса, корпус, содержащий внутри исследуемый сепаратор, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы.

Однако данное решение имеет следующие недостатки. Механические примеси проникают во все элементы стенда, что приводит к невозможности использования современных средств измерения, например, расходомеров. Шламосборник прикреплен к нижней части корпуса, это искажает работу десендера и соответственно процесс испытаний. Так как в реальной скважине он прикреплен непосредственно к десендеру, образуя единую проточную часть, которая определяет процесс сепарации. Полная установка десендера в корпусе, имитирующем колонну, приводит к трудностям в монтаже и демонтаже, к невозможности наблюдения процесса сепарации, изготовив его элементы из прозрачных материалов, устанавливать специальные измерительные приборы по длине десендера. Засыпное устройство, установленное на выходе из насоса, не обеспечивает заданное содержание механических примесей в мультифазном потоке, так как они могут поступать в поток неравномерно. Отсутствует возможность подготовки газожидкостной смеси с определенной степенью дисперсности, измерения, оценки диаметров пузырьков газа.

Технической проблемой заявляемой группы изобретений является создание способа и устройства для его осуществления, лишённых вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в повышении точности проведения физических экспериментов для оценки эффективности работы скважинных сепарационных устройств.

Заявленный технический результат достигается за счёт того, что в способе испытания сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, включающем измерение расходов в линиях подвода жидкости и газа на входе в сепаратор, подачу механических примесей на выходе из насоса, сепарацию механических примесей в сепараторе, отвод потока из сепаратора в накопительную емкость для жидкости через фильтрующий элемент, используют механические примеси, которые задерживаются фильтрующим элементом, осуществляют предварительную загрузку механических примесей непосредственно в подводящий трубопровод, измеряют подачу жидкости расходомером, осуществляют подачу подготовленной мультифазной смеси в герметичный кожух, внутри которого установлена верхняя часть сепаратора, собирают отсепарированные механические примеси в штатном контейнере подходящей длины, установленном в нижней части сепаратора.

В частном случае осуществляют подвод газа в линию подвода жидкости

Заявленный технический результат достигается также за счёт того, что в способе испытания сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, включающем измерение расходов в линиях подвода жидкости и газа на входе в сепаратор, подачу механических примесей на выходе из насоса, сепарацию механических примесей в сепараторе, отвод потока из сепаратора в накопительную емкость для жидкости через фильтрующий элемент, осуществляют подвод газа в линию подвода жидкости, формируют газожидкостную смесь требуемой дисперсности, используют механические примеси, которые задерживаются фильтрующим элементом, осуществляют предварительную загрузку механических примесей непосредственно в подводящий трубопровод, измеряют подачу жидкости расходомером, подают подготовленную мультифазную смесь в герметичный кожух, внутри которого установлена верхняя часть сепаратора, собирают отсепарированные механические примеси в штатном контейнере подходящей длины, установленном в нижней части сепаратора, замеряют дисперсность пузырьков газа в выкидной линии сепаратора.

Заявленный технический результат достигается также за счёт того, что стенд, содержащий накопительную емкость, линии подвода жидкости и газа, байпасную линию, насос, засыпное устройство, соединённое с выкидной линией насоса, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, содержит герметичный кожух, устанавливаемый снаружи верхней части исследуемого сепаратора, засыпное устройство выполнено в виде трубы, расположенной параллельно байпасной линии, в нижней части сепаратора установлен штатный контейнер, на выходе насоса установлен расходомер.

В частном случае линия подвода газа соединена с линией подвода воды.

В частном случае труба выполнена в виде шланга.

Заявленный технический результат достигается также за счёт того, что стенд, содержащий накопительную емкость, линии подвода жидкости и газа, байпасную линию, насос, засыпное устройство, соединённое с выкидной линией насоса, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, содержит герметичный кожух, устанавливаемый снаружи верхней части исследуемого сепаратора, засыпное устройство выполнено в виде трубы, расположенной параллельно байпасной линии, в нижней части сепаратора установлен штатный контейнер, на выходе насоса установлен расходомер.

В частном случае труба выполнена в виде шланга.

Заявленный технический результат поясняется следующим образом.

Механические примеси должны быть заранее подготовлены, отфильтрованы, должны использоваться только те твердые частицы, которые задерживаются фильтрующим элементом, установленным на выходе из десендера (сепаратора). Это делается для того, чтобы избежать проникновения твердых частиц, что может привести к выходу из строя приборов измерения, износу сопрягаемых деталей, пар трения и т.д.

Работа элементов стенда на чистой жидкости позволяет использовать расходомеры для измерения подачи жидкости, которые более предпочтительны по сравнению с мерными бачками, так как позволяют получать мгновенный, не усредненный по времени результат. Это важно, так как при работе на мультифазных смесях, содержащих свободный газ, расход может меняться по времени.

Если предварительная загрузка механических примесей осуществляется непосредственно в подводящий трубопровод, при этом засыпное устройство может быть выполнено в виде трубы (шланга), параллельно которой проходит байпасная линия, то гарантировано заданное содержание механических примесей в мультифазном потоке, так как они все поступают в поток.

Если осуществляется подача подготовленной мультифазной смеси в герметичный кожух, эмитирующий скважину, внутри которого установлена только верхняя часть сепаратора, меньше трудностей при монтаже и демонтаже, имеются возможности наблюдения процесса сепарации, изготовив его элементы из прозрачных материалов, устанавливать специальные измерительные приборы по длине сепаратора.

Если осуществляется сбор отсепарированных механических примесей в (штатном контейнере [ЮШ1] подходящей длины, установленном в нижней части сепаратора, то в этом случае полностью моделируется работа сепаратора в реальной скважине. Так как в реальной скважине контейнер прикреплен непосредственно к сепаратору, образуя единую проточную часть, которая определяет процесс сепарации. Штатный контейнер может отличаться лишь длиной от контейнера, с которым сепаратор будет работать в реальной скважине.

Если осуществляется подвод газа в линию подвода жидкости, при этом линия подвода газа соединяется с линией подвода воды, с образованием линии подвода газожидкостной смеси, в которой установлено диспергирующее устройство, в выкидной линии сепаратора установлено устройство для замера дисперсности пузырьков газа. То в этом случае можно изучать и оценивать способность сепаратора сепарировать пузырьки газа в центр, укрупнять пузырьки. Это необходимо для облегчения их последующей сепарации на входе в добывающий насос.

Сущность группы изобретений поясняется фигурами 1-2, на которых показаны:

На фиг. 1 - схема стенда;

На фиг. 2 - схема стенда с диспергирующим устройством.

На фигурах 1-2 позициями 1-24 обозначены:

1 - насос с входным модулем (ВМ);

2 - электродвигатель;

3 - линия подвода жидкости;

4 - бак (накопительная емкость);

5 - манометр на выходе насоса;

6 - расходомер по жидкости;

7 - линия подвода газа;

8 - обратный клапан;

9 - расходомер по газу;

10, 11 - регулирующие краны;

12 - устройство для подачи механических примесей в виде трубы (шланга);

13 - байпасная линия;

14 - трехходовой кран;

15 - запорный кран;

16 - сепаратор (десендер);

17 - герметичный кожух;

18 - контейнер;

19 - линия отвода жидкости (выкидная линия);

20 - фильтр;

21 - манометр на входе в бак;

22 - устройство для замера дисперсности пузырьков газа;

23 - линии подвода газожидкостной смеси;

24 - диспергирующее устройство.

Стенд для проведения испытаний скважинных сепараторов механических примесей - укрупнителей газовой фазы, содержит насос 1 с входным модулем (ВМ), электродвигатель 2, линию подвода жидкости 3, бак 4, манометр 5, расходомер по жидкости 6, установленные на линии подвода жидкости 3, на выходе из насоса 1. Стенд также содержит линию подвода газа 7, обратный клапан 8, расходомер по газу 9. Регулирующие элементы представлены регулирующими кранами 10, 11. Устройство для подачи механических примесей в виде трубы (шланга) 12 расположено параллельно байпасной линии 13 и снабжено трехходовым краном 14 и запорным краном 15. Верхняя часть сепаратора (десендера) 16 установлена в герметичный кожух 17. В нижней части сепаратора 16 установлен штатный контейнер 18 подходящей длины. На выходе установлены линия отвода очищенной жидкости 19, фильтр 20, манометр 21. В варианте конструктивного исполнения в линии отвода очищенной жидкости 19 может быть установлено устройство для замера дисперсности пузырьков газа 22, на входе в сепаратор (десендер) 16, в линии подвода газожидкостной смеси 23 может быть установлено диспергирующее устройство 24 с возможностью замера дисперсности пузырьков газа.

Штатный контейнер 18 представляет собой контейнер, с которым сепаратор работает в скважине, только меньшей длины.

Стенд работает следующим образом.

Силовой насос 1, приводимый в действие электродвигателем 2, подает модельную жидкость в линию подачи воды 3. Забор жидкости осуществляется из бака 4. Давление и расход модельной жидкости измеряют при помощи манометра 5 и расходомера 6. Сжатый воздух подают в линию подачи воздуха 7 через обратный клапан 8. Расход воздуха измеряют при помощи расходомера 9. Расходы воды и воздуха регулируют кранами 10 и 11. Механические примеси перед испытанием засыпают в трубу (шланг) 12, который отделяется от кожуха 17 сепаратора (десендера) 16 запорным краном 15, соединяется через трехходовой кран 14, который также может направлять поток в обход по байпасной линии 13. Отсепарированные твердые частицы собираются в контейнере 18. Очищенная жидкость по линии 19 подается в фильтр 20 механической очистки с манометром 21.

В варианте конструктивного исполнения в линии подвода газожидкостной смеси 23 диспергирующее устройство 24 подготавливает газожидкостную смесь с требуемой степенью дисперсности пузырьков газа. При помощи установленного в линии отвода очищенной жидкости 19 устройства 22 измеряют дисперсность пузырьков газа на выходе из сепаратора (десендера) 16.

Исследования сепараторов механических примесей (десендеров) проводятся в следующей последовательности.

1. В трубу (шланг) 12 загружают определенное количество исследуемой механической примеси, предварительно отсепарированной в фильтре 20. Это необходимо, чтобы избежать проникания твердых частиц в элементы стенда.

2. Перед запуском проверяют положение запорных устройств: все краны закрыты, трехходовой кран 14 направляет поток в байпасную линию 13.

3. Производят пуск электродвигателя 2, регулирующим клапаном 10 устанавливают заданный расход, согласно показанию расходомера 6. Замеряют показание манометров 5, 21.

4. Открывают запорный кран 15, трехходовой кран 14 переключают, чтобы направить поток через трубу (шланг) 12.

5. В течение определенного времени осуществляют промывку системы. После этого насос 1 выключают.

6. Собирают по отдельности механические примеси, собранные в фильтре 20, в контейнере 18, отводящем трубопроводе 19. Просушивают горячим воздухом. Просушенные механические примеси взвешивают в сухом виде.

7. Вычисляют коэффициент сепарации:

,

Массы механических примесей: собранных в контейнере 18 - , в фильтре 20 - и трубопроводе 19 - .

8. Пункты 1-7 повторяют для каждого заданного расхода.

При работе с газом.

Исследования сепараторов механических примесей (десендеров) проводят в следующей последовательности.

1. В трубу (шланг) 12 загружают определенное количество исследуемой механической примеси.

2. Перед запуском проверяют положение запорных устройств: все краны закрыты, трехходовой кран 14 направляет поток в байпасную линию 13.

3. Производят пуск двигателя 2, регулирующим клапаном 10 устанавливают заданный расход, согласно показанию расходомера 6. Замеряют показание манометров 5, 21.

4. Регулирующим краном 11 обеспечивают подача сжатого воздуха в заданном объеме, контролируют при помощи расходомера 9.

5. Открывают запорный кран 15, трехходовой кран 14 переключают, чтобы направить поток через трубу (шланг) 12.

6. В течение определенного времени осуществляют промывку системы. После этого насос 1 выключают.

7. Собирают по отдельности механические примеси, собранные в фильтре 20, в контейнере 18, отводящем трубопроводе 19. Просушивают горячим воздухом. Просушенные механические примеси взвешивают в сухом виде.

Вычисляют коэффициент сепарации:

,

Массы механических примесей: собранных в контейнере 18 - , в фильтре 20 - и трубопроводе 19 - .

8. Пункты 1-7 повторяют для каждого заданного расхода.

На основе полученных данных строятся графики зависимости коэффициента сепарации и гидравлических потерь от расхода.

Предлагаемый стенд позволяет повысить точность проведения физических экспериментов для оценки эффективности работы сепараторов механических примесей - укрупнителей газовой фазы.

Группа изобретений относится к стендовому оборудованию для испытаний устройств сепарации многофазных сред и может быть применена для исследования процессов сепарации в различных отраслях, в том числе может быть использована для испытаний скважинного устройства для очистки пластовой жидкости. Способ испытания сепаратора механических примесей включает измерение расходов в линиях подвода жидкости и газа на входе в сепаратор, подачу механических примесей на выходе из насоса, сепарацию механических примесей в сепараторе, отвод потока из сепаратора в накопительную ёмкость для жидкости через фильтрующий элемент. Используют механические примеси, которые задерживаются фильтрующим элементом, осуществляют предварительную загрузку механических примесей непосредственно в подводящий трубопровод, измеряют подачу жидкости расходомером, осуществляют подачу подготовленной мультифазной смеси в герметичный кожух, внутри которого установлена верхняя часть сепаратора, собирают отсепарированные механические примеси в штатном контейнере подходящей длины, установленном в нижней части сепаратора. Технический результат заключается в повышении точности проведения физических экспериментов для оценки эффективности работы скважинных сепарационных устройств. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ испытания сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, включающий измерение расходов в линиях подвода жидкости и газа на входе в сепаратор, подачу механических примесей на выходе из насоса, сепарацию механических примесей в сепараторе, отвод потока из сепаратора в накопительную ёмкость для жидкости через фильтрующий элемент, отличающийся тем, что используют механические примеси, которые задерживаются фильтрующим элементом, осуществляют предварительную загрузку механических примесей непосредственно в подводящий трубопровод, измеряют подачу жидкости расходомером, осуществляют подачу подготовленной мультифазной смеси в герметичный кожух, внутри которого установлена верхняя часть сепаратора, собирают отсепарированные механические примеси в штатном контейнере подходящей длины, установленном в нижней части сепаратора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют подвод газа в линию подвода жидкости.

3. Способ испытания сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, включающий измерение расходов в линиях подвода жидкости и газа на входе в сепаратор, подачу механических примесей на выходе из насоса, сепарацию механических примесей в сепараторе, отвод потока из сепаратора в накопительную ёмкость для жидкости через фильтрующий элемент, отличающийся тем, что осуществляют подвод газа в линию подвода жидкости, формируют газожидкостную смесь требуемой дисперсности, используют механические примеси, которые задерживаются фильтрующим элементом, осуществляют предварительную загрузку механических примесей непосредственно в подводящий трубопровод, измеряют подачу жидкости расходомером, подают подготовленную мультифазную смесь в герметичный кожух, внутри которого установлена верхняя часть сепаратора, собирают отсепарированные механические примеси в штатном контейнере подходящей длины, установленном в нижней части сепаратора, замеряют дисперсность пузырьков газа в выкидной линии сепаратора.

4. Стенд для осуществления способа по п.1, содержащий накопительную ёмкость, линии подвода жидкости и газа, байпасную линию, насос, засыпное устройство, соединённое с выкидной линией насоса, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, выкидную линию сепаратора с возможностью отвода потока из сепаратора в накопительную емкость для жидкости через фильтрующий элемент, отличающийся тем, что содержит герметичный кожух, устанавливаемый снаружи верхней части исследуемого сепаратора, засыпное устройство выполнено непосредственно в подводящем трубопроводе в виде трубы, расположенной параллельно байпасной линии, с возможностью загрузки в подводящий трубопровод механических примесей, которые задерживаются фильтрующим элементом, в нижней части сепаратора установлен штатный контейнер, на выходе насоса установлен расходомер.

5. Стенд по п.4, отличающийся тем, что линия подвода газа соединена с линией подвода воды.

6. Стенд по п.4, отличающийся тем, что труба выполнена в виде шланга.

7. Стенд для осуществления способа по п.3, содержащий накопительную ёмкость, линии подвода жидкости и газа, байпасную линию, насос, засыпное устройство, соединённое с выкидной линией насоса, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы, выкидную линию сепаратора с возможностью отвода потока из сепаратора в накопительную емкость для жидкости через фильтрующий элемент, отличающийся тем, что содержит герметичный кожух, устанавливаемый снаружи верхней части исследуемого сепаратора, засыпное устройство выполнено непосредственно в подводящем трубопроводе в виде трубы, расположенной параллельно байпасной линии, с возможностью загрузки в подводящий трубопровод механических примесей, которые задерживаются фильтрующим элементом, в нижней части сепаратора установлен штатный контейнер, на выходе насоса установлен расходомер, линия подвода газа соединена с линией подвода воды с образованием линии подвода газожидкостной смеси, в которой установлено диспергирующее устройство, в выкидной линии сепаратора установлено устройство для замера дисперсности пузырьков газа.

8. Стенд по п.7, отличающийся тем, что труба выполнена в виде шланга.