Стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений Российский патент 2024 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к специальному оборудованию в области гидродинамики жидкостей, а именно к устройствам для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) при эксплуатации нефтяных скважин и транспортировке нефти.

Известна установка под названием Flocculation Titrimeter System FT5 производства немецкой компании PSL Systemtechnic. Установка состоит из алюминиевой или стальной испытательной камеры с совмещенным оптическим генератором и датчиком в верхней ее части и зеркалом на дне камеры, магнитной мешалки, насосов для титрования пробы нефти и создания высокого давления при испытании, циркуляционного термостата для создания и поддержания температурного режима работы скважины и прочих вспомогательных устройств и оборудования для проведения испытаний (https://psl-systemtechnik.com/en/flocculation-titrimeter, дата обращения 28.03.2024).

Недостатком аналога является ее применяемость только для определения наличия и количества АСПО в нефти и исследования теоретических основ процесса выпадения АСПО из нефти, что не позволяет воссоздать гидродинамические условия взаимодействия потока со стенками труб при добыче и транспортировании нефти.

Известен лабораторно-исследовательский циркуляционный стенд для испытаний методов противодействия процессам седиментации и коррозии в колонне НКТ, содержащий замкнутый контур для нагрева и циркуляции испытательной среды, последовательно включенную в него испытательную секцию из четырех параллельно расположенных вертикально ориентированных испытательных патрубков, через каждый из которых прокачивается циркулирующая среда и замкнутый охлаждающий контур для прокачки хладагента через зазор между охлаждающей рубашкой и испытательным патрубком для цели создания условий выпадения АСПО, к котором конструктивные особенности стенда позволяют использовать в качестве испытательных патрубков в составе испытательной секции сегменты эксплуатируемых в отечественной нефтедобыче наиболее распространенных типоразмеров НКТ (патент RU № 202556 U1, дата приоритета 23.03.2020, дата публикации 24.02.2021, авторы: Баранов Н.А. и др.).

Недостатком известного технического решения является разделение общего потока исследуемой среды на четыре потока, проходящих через соответствующие испытательные патрубки, что приводит к изменению фактической скорости потока через все испытательные патрубки, что не позволяет достоверно оценить влияние гидродинамических условий взаимодействия потока со стенками труб при добыче и транспортировании нефти.

В качестве прототипа принят стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений расходный, оснащенный датчиком температуры, датчиком давления, расходомером, насосом, измерительной секцией, циркуляционным термостатом, персональным компьютером, емкостью для исследуемой жидкости, на которой установлена с возможностью съема крышка, в которой выполнены отверстия, в которые установлены с возможностью съема механическая мешалка, дыхательный клапан и кабель, который соединяет погружной датчик температуры с микроконтроллером (патент RU № 2801782 C1, дата приоритета 13.04.2023, дата публикации 15.08.2023, авторы: Парфенов Д.В. и др., прототип).

Недостатком прототипа является невозможность исследования влияния воздействие теплового потока на процесс удаления и отложения АСПО на стенках труб при добыче и транспортировке нефти, а также неосуществимость наблюдения за процессом образования и удаления частиц АСПО со стенок труб на измерительном участке.

Техническим результатом является определение влияния теплового потока на интенсивность образования АСПО в скважинах или трубопроводах.

Технический результат достигается тем, что стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений, включающий бак для рабочей жидкости, на верху которого установлена с возможностью съема крышка, в которой выполнены отверстия для установки механической мешалки, кабеля, соединяющий погружной датчик температуры с блоком подключения и мониторинга датчиков, в нижней части бака установлено нагревательное устройство, в боковой стенке бака выполнены отверстия, в которые установлены линия подачи с последовательно установленными циркуляционным насосом, дросселем, запорной арматурой, краном, манометром, входным датчиком температуры, соединенные с блоком подключения и мониторинга датчиков, и линия отвода рабочей жидкости с последовательно установленными выходным датчиком температуры, манометром, расходомером, соединенные через кабель с блоком подключения и мониторинга датчиков, и запорную арматуру, отличающийся тем, что линия подачи через переходник соединяется с прозрачной трубой, в которой выполнены отверстия с выступами со вставленными пластинами с фиксаторами, содержащие исследуемые материалы с ее внутренней стороны, на наружной поверхности пластин установлен управляемый нагревательный элемент, который подключается к блоку питания с помощью кабеля, конец фиксаторов прилегает к наружной поверхности прозрачной трубы с закрепленным кожухом с разъемным соединением и отверстием для ввода датчиков температуры с соответствующими кабелями, соединенными с блоком подключения и мониторинга датчиков, другой конец прозрачной трубы через переходник соединяется с линией отвода.

На фиг. 1 схематично изображен стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений; на фиг. 2 изображен выносной элемент А на фиг. 1, где в масштабе показано расположение фиксатора на пластине относительно прозрачной трубы.

Стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений, изображенный на фиг. 1, представляет собой бак 1 для исследуемой жидкости, сверху которого установлена с возможностью съема крышка 2 с отверстиями для установки механической мешалки 3 и погружного датчика температуры 4 с кабелем для соединения с блоком подключения и мониторинга датчиков 5, например, состоящий из контроллера и персонального компьютера. Бак с рабочей жидкостью подогревается нагревательным устройством 6, подключенный через кабель к источнику электрического тока 7. В боковой стенке бака с рабочей жидкостью выполнены отверстия, в которые установлены линия подачи 8 рабочей жидкости и линия отвода 9 рабочей жидкости. На линии подачи рабочей жидкости последовательно установлены циркуляционный насос 10, дроссель 11, запорная арматура 12, кран 13, входной манометр 14, входной датчик температуры 15, соединенные с помощью кабелей с блоком подключения и мониторинга датчиков. Линия подачи через переходник 16 соединяется с измерительным участком в виде прозрачной трубы 17, например, поливинилхлоридной трубой, в которой выполнены отверстия с выступами с возможностью установки пластин 18, например, металлических в виде образцов стенок насосно-компрессорных труб, с фиксаторами 19 (фиг. 2), содержащие исследуемые материалы 20 в виде АСПО. На наружной поверхности пластин устанавливается управляемый нагревательный элемент 21, например миконитовый нагреватель, который подключается к блоку питания 22 с помощью кабеля. Конец фиксаторов загибается, например пассатижами, и плотно прилагается к наружной поверхности прозрачной трубы с возможностью закрепления съемного защитного герметизирующего кожуха 23 с разъемным соединением 24, например хомутами, и отверстием для ввода датчиков температуры на пластине 25 с кабелями для соединения с блоком подключения и мониторинга датчиков. Конец прозрачной трубы через переходник 26 соединяется с линией отвода, на котором последовательно установлены выходной датчик температуры 27, манометр 28, расходомер 29, соединенные через кабель с блоком подключения и мониторинга датчиков, и запорная арматура 30.

Заявляемый стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений работает следующим образом.

Из труб, например насосно-компрессорных, путем вырезания формируют пластины 18. На пластине путем неразъемного соединения, например сварки, монтируют фиксаторы 19. На поверхности пластин наносят образец исследуемого материала 20 в виде АСПО. Затем пластину с исследуемым материалом помещают в отверстия прозрачной трубы 17 с выступами, используемые для фиксации пластин в определенном положении относительно ее внутренней поверхности. Далее фиксаторы плотно загибают с наружной стороны прозрачной трубы, устанавливают датчики температуры на пластине 25 с исследуемыми материалами, управляемый нагревательный элемент 21 на наружной поверхности пластины и закрывают съемным защитным герметизирующим кожухом 23 с отверстиями для вывода кабелей. Кожух на наружной поверхности прозрачной трубы фиксируют разъемным соединением 24, например хомутами. К концам прозрачной трубы устанавливают переходники 16 и 26, с помощью которых соединяют с линиями подачи 8 и отвода 9 рабочей жидкости. Линия подачи рабочей жидкости с последовательно расположенным циркуляционным насосом 10, дросселем 11, запорной арматурой 12, краном 13, входным манометром 14, входным датчиком температуры 15, а также линия отвода, на котором установлены выходной датчик температуры 27, выходной манометр 28, расходомер 29 и запорная арматура 30, соединяются с баком с рабочей жидкостью 1, сверху которого установлена с возможностью съема крышка 2 с отверстиями для установки механической мешалки 3 и погружного датчика температуры 4. После сборки кабели датчиков температуры, манометров, расходомера соединяют с блоком подключения и мониторинга датчиков 5. Далее нагревательную установку 6 подключают к источнику электрического тока с целью подогрева бака с рабочей жидкостью от плюс 20 до 80 °С. Температура рабочей жидкости измеряется погружным датчиком температуры 4. Для равномерного нагрева рабочая жидкость в баке перемешивается мешалкой 3. Открываются запорные арматуры 12 и 30 на линиях подачи и отвода, включается циркуляционный насос 10, обеспечивающий движение рабочей жидкости с требуемым от условий исследований расходом, настраиваемый краном 13 и измеряемый расходомером 29, и давлением, настраиваемый дросселем 11 и измеряемый манометрами 14 и 28. Далее через блок питания 22, за счет изменения подаваемого значения напряжения и силы тока, включается с требуемым тепловым потоком управляемый нагревательный элемент 21. Датчики температуры, расходомер, манометры, соединенные посредством кабелей к блоку подключения и мониторинга датчиков, фиксируют исследуемые входные данные. Далее рабочая жидкость попадает в измерительный участок, состоящий из прозрачной трубы с пластинами с исследуемым материалом в виде АСПО, и вымывает их, что приводит к изменению площади сечения потока исследуемой жидкости в прозрачной трубе и гидравлических потерь. По степени разницы давлений, фиксируемых манометрами, определяется влияние теплового потока управляемого нагревательного элемента на степень изменения отложения АСПО на поверхности пластин. Прозрачная труба позволяет визуально наблюдать за процессом образования и удаления АСПО с пластин потоком рабочей жидкости. Затем рабочая жидкость попадает в линию отвода и обратно возвращается в бак. По окончании проведения исследования циркуляция рабочей жидкости прекращается путем выключения циркуляционного насоса, механической мешалки, нагревательного устройства и управляемого нагревательного элемента.

Достигаемый изобретением технический результат заключается в определении влияния теплового потока на интенсивность удаления и образования АСПО в скважине или трубопроводе за счет наличия в конструкции стенда прозрачной трубы, имеющей отверстия с выступами, в которые вставлены пластины с фиксаторами и содержащимся в них исследуемым материалом в виде АСПО, и управляемого нагревательного элемента на наружной поверхности пластины, закрытые съемным защитным герметизирующим кожухом.

Изобретение относится к специальному оборудованию в области гидродинамики жидкостей, а именно к устройствам для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) при эксплуатации нефтяных скважин и транспортировке нефти. Стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений включает бак для рабочей жидкости, на верху которого установлена с возможностью съема крышка, в которой выполнены отверстия для установки механической мешалки, кабеля, соединяющий погружной датчик температуры с блоком подключения и мониторинга датчиков, в нижней части бака установлено нагревательное устройство; в боковой стенке бака выполнены отверстия, в которые установлены линия подачи с последовательно установленными циркуляционным насосом, дросселем, запорной арматурой, краном, манометром, входным датчиком температуры, соединенными с блоком подключения и мониторинга датчиков, и линия отвода рабочей жидкости с последовательно установленными выходным датчиком температуры, манометром, расходомером, соединенными через кабель с блоком подключения и мониторинга датчиков, и запорную арматуру. Линия подачи через переходник соединяется с прозрачной трубой, в которой выполнены отверстия с выступами со вставленными пластинами с фиксаторами, содержащие исследуемые материалы с ее внутренней стороны. На наружной поверхности пластин установлен управляемый нагревательный элемент, который подключается к блоку питания с помощью кабеля. Конец фиксаторов прилегает к наружной поверхности прозрачной трубы с закрепленным кожухом с разъемным соединением и отверстием для ввода датчиков температуры с соответствующими кабелями, соединенными с блоком подключения и мониторинга датчиков. Другой конец прозрачной трубы через переходник соединяется с линией отвода. Техническим результатом является определение влияния теплового потока на интенсивность образования АСПО в скважинах или трубопроводах. 2 ил.

Стенд для исследования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений, включающий бак для рабочей жидкости, на верху которого установлена с возможностью съема крышка, в которой выполнены отверстия для установки механической мешалки, кабеля, соединяющий погружной датчик температуры с блоком подключения и мониторинга датчиков, в нижней части бака установлено нагревательное устройство, в боковой стенке бака выполнены отверстия, в которые установлены линия подачи с последовательно установленными циркуляционным насосом, дросселем, запорной арматурой, краном, манометром, входным датчиком температуры, соединенными с блоком подключения и мониторинга датчиков, и линия отвода рабочей жидкости с последовательно установленными выходным датчиком температуры, манометром, расходомером, соединенными через кабель с блоком подключения и мониторинга датчиков, и запорную арматуру, отличающийся тем, что линия подачи через переходник соединяется с прозрачной трубой, в которой выполнены отверстия с выступами со вставленными пластинами с фиксаторами, содержащие исследуемые материалы с ее внутренней стороны, на наружной поверхности пластин установлен управляемый нагревательный элемент, который подключается к блоку питания с помощью кабеля, конец фиксаторов прилегает к наружной поверхности прозрачной трубы с закрепленным кожухом с разъемным соединением и отверстием для ввода датчиков температуры с соответствующими кабелями, соединенными с блоком подключения и мониторинга датчиков, другой конец прозрачной трубы через переходник соединяется с линией отвода.