сигнализатор выноса песка и других твердых частиц из газовой скважины

Формула изобретения

Сигнализатор выноса песка из газовой скважины, содержащий сепаратор, контейнер для сбора песка и расходомер газа, отличающийся тем, что сепаратор выполнен в виде трубки, вертикально расположенной в газопроводе, верхняя часть трубки имеет отверстия со стороны набегающего потока газа, а нижняя часть выведена из газопровода и снабжена шаровым запорным краном, с обратной стороны которого закреплена расходная трубка с размещенной в ней сетчатой заслонкой, выполненной из мелкоячеистой сетки, снабженной двухпозиционным приводом, при этом сигнализатор дополнительно содержит датчик перепада давления, плюсовая камера которого подключена к расходной трубке перед сетчатой заслонкой, а минусовая - после нее, двухпозиционный регулятор, ко входу которого подключен датчик перепада давления, а к выходу - двухпозиционный привод сетчатой заслонки и сигнальное устройство, например лампочка или светодиод.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контроля режимов работы газовых скважин и может быть использовано в газовой промышленности. Наиболее широко оно может быть использовано при добыче и подземном хранении газа.

В процессе эксплуатации газовых месторождений и подземных хранилищ газа задача оперативного контроля выноса твердой фазы (далее песка) из скважин - весьма актуальна. Своевременное обнаружение факта выноса песка из скважины позволяет оперативно изменить режим работы скважины и тем самым предотвратить негативные последствия, заключающиеся:

- в разрушении призабойной зоны скважины и, как следствие, в возможной потере скважины, как объекта добычи газа;

- в необходимости дополнительных затрат на текущий и капитальный ремонты скважины;

- в эрозионном разрушении технологического оборудования (запорной и регулирующей арматуры, аппаратов);

- в уменьшении производительности скважины из-за образования песчаной пробки на забое скважины.

В настоящее время контроль за выносом песка из скважины осуществляют редко, как правило, при газо-гидродинамических исследованиях скважины (примерно один раз в квартал), а в процессе штатной эксплуатации скважины - практически по результатам негативного воздействия выносимого песка (эрозионный износ) на оборудование и запорно-регулирующую арматуру (при плановой ревизии оборудования), а также по уменьшению дебита скважины в результате образования песчаной пробки на забое скважины. Процесс контроля нельзя отнести к категории оперативного.

В начале процесса разрушения призабойной зоны скважин именно малые песчинки выносятся потоком газа, являясь предвестником разрушения призабойной зоны, и именно их надо своевременно обнаружить.

Известно устройство для контроля выноса песка из газовой скважины (Преобразователь пьезоэлектрический. "Спектр-М". Паспорт НПО "Союзгазтехнология", ВНИИГАЗ, Москва, 1990).

Устройство используется в составе установки «Режим ПНА-1», предназначенной для исследования скважин (А.И.Гриценко, З.С.Алиев, О.М.Ермилов, В.В.Ремизов, Г.А.Зотов. Руководство по исследованию скважин. - М.: Наука, 1995, стр.503-504).

Пьезоэлектрический преобразователь содержит зонд, выполненный в виде металлического стержня, установленного в газопроводе (шлейфе) газовой скважины, и электронный блок с сигнальным устройством.

Недостатком этого известного устройства, как показала эксплуатация, является то, что он не позволяет получить надежные результаты при малых размерах частиц песка (0,05 мм и меньше), когда малая энергия удара частицы не может быть преобразована в электрический импульс. Повышение чувствительности прибора путем настройки электронной схемы приводит к ложным срабатываниям.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является установка «Надым-1» (или «Надым-2») (А.И.Гриценко, З.С.Алиев, О.М.Ермилов, В.В.Ремизов, Г.А.Зотов. Руководство по исследованию скважин. - М.: Наука, 1995, стр.499-502), используемая для газо-гидродинамических исследований скважин газовых месторождений и подземных хранилищ газа.

Установка представляет собой устьевое малогабаритное устройство, состоящее из трех основных функциональных элементов: сепаратора, очищающего контролируемый газ от механических примесей и жидкости, расходомера газа и емкостей (контейнеров) для сбора отделившихся твердых и жидких примесей.

Недостатком этого устройства является оперативность получения информации о наличии песка в потоке газа из скважины и большая трудоемкость получения этой информации.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого возникала бы возможность повысить точность, надежность и оперативность получения результатов, а также уменьшить трудоемкость получения информации о выносе песка из газовой скважины.

Предлагаемый сигнализатор выноса песка, содержащий сепаратор, контейнер для сбора песка и расходомер, сепаратор выполнен в виде трубки, расположенной в потоке контролируемого газа, при этом верхняя часть этой трубки имеет отверстия со стороны набегающего контролируемого потока газа, а нижняя - выведена из газопровода и снабжена шаровым запорным краном, с обратной стороны которого закреплена расходная трубка с размещенной в ней сетчатой заслонкой, снабженной двухпозиционным приводом; кроме того сигнализатор дополнительно содержит: датчик перепада давления, плюсовая камера которого подключена к расходной трубке перед сетчатой заслонкой, а минусовая - после сетчатой заслонки; двухпозиционный регулятор, ко входу которого подключен датчик перепада давления, а к выходу - двухпозиционный привод сетчатой заслонки и сигнальное устройство, например, лампочка или светодиод.

Сигнализатор выноса песка из газовой скважины показан на чертеже.

Сигнализатор выноса песка из газовой скважины содержит: сепаратор 1, выполненный в виде трубки, верхняя часть которой вертикально расположена в нижней части горизонтального участка газопровода 2 (шлейфа, или манифольда газовой скважины), и имеет отверстия 3 со стороны набегающего контролируемого потока газа, а нижняя часть 4 - выведена из газопровода 2 и снабжена шаровым запорным краном 5, с обратной стороны которого закреплена расходная трубка 6 с размещенной в ней сетчатой заслонкой 7 (выполненной из мелкоячеистой сетки), снабженной двухпозиционным приводом 8; датчик 9 перепада давления, плюсовая камера которого подключена к расходной трубке 6 перед сетчатой заслонкой 7, а минусовая - после сетчатой заслонки 7; двухпозиционный регулятор 10, ко входу которого подключен датчик 9 перепада давления, а к выходу - двухпозиционный привод 8 сетчатой заслонки 7 и сигнальное устройство 11, например, лампочка или светодиод; контейнер 12 для сбора песка и жидкой фазы, закрепленный на нижнем конце расходной трубки 6; линию 13 утилизации контролируемого газа с расположенными на ней регулировочным вентилем 14 и расходомером 15.

Сигнализатор выноса песка из газовой скважины работает следующим образом.

Основной поток контролируемого газа проходит по газопроводу (шлейфу, манифольду) 2, подключенному к газовой скважине (на чертеже не показана). Часть этого потока вместе с песком через сепаратор 1 отводится в расходную трубку 6 и далее через сетчатую заслонку 7 в контейнер 12 и по линии утилизации 13 через регулировочный вентиль 14 и расходомер 15 в линию утилизации 13 или в атмосферу. Расход газа через расходную трубку 6 устанавливают вентилем 14, расположенным на линии утилизации 13, и измеряют расходомером 15. В рабочем состоянии сетчатая заслонка 7 расположена перпендикулярно контролируемому потоку, отобранному из основного потока (из шлейфа газовой скважины). На ней (заслонке 7) устанавливается некоторый перепад давления, величина которого зависит от состояния сетки заслонки. При наличии в контролируемом потоке газа песчинок, последние перекрывают проходные отверстия (ячейки) сетки заслонки 7, и перепад давления на ней увеличивается. Когда он увеличится до заданной (установленной пользователем) величины, на выходе датчика 9 перепада давления появится соответствующий сигнал, который подается на вход двухпозиционного регулятора 10. Последний включает (и блокирует) сигнальное устройство 11, а также включает двухпозиционный привод 8 сетчатой заслонки. Сигнальное устройство 11 сигнализирует о выносе песка из газовой скважины (до тех пор, пока пользователь не снимет блокировку), а привод 8 поворачивает сетчатую заслонку 7 на 180 градусов. Песчинки оказываются с тыльной стороны сетки и под действием напора газа и гравитационных сил очищают сетчатую заслонку 7, скапливаясь в контейнере 12. После этого сигнализатор снова готов к следующему циклу работы. Теперь песок будет скапливаться с другой стороны заслонки, и при увеличении перепада давления на заслонке 7 до заданной величины сигнализатор снова выдаст сигнал о выносе песка из газовой скважины. До тех пор пока в потоке контролируемого газа будет находиться песок, сигнализатор будет циклически-непрерывно выдавать об этом сигнал.

Шаровой запорный кран 5 служит для отключения сигнализатора выноса песка из газовой скважины на случай профилактических или ремонтных работ (например, при очистке или замене сетчатой заслонки 7).

Об интенсивности выноса песка из газовой скважины можно судить по количеству песка, скопившемуся в контейнере 12, и количеству газа, прошедшему через расходомер 15.

Использование предлагаемого технического решения дает возможность повысить оперативность и уменьшить трудоемкость получения информации о факте выноса песка из газовой скважины, так как процесс получения и выдачи информации осуществляется автоматически циклически-непрерывно без участия человека. Сигнализатор не требует периодического монтажа и демонтажа, как установка «Надым-1», принятая за прототип, а может быть стационарно установлен на шлейфе газовой скважины и работать при ее штатной эксплуатации.