СЕПАРАТОР Российский патент 1995 года по МПК B01D19/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для разделения продукции скважин на нефть и газ в системе сбора и подготовки продукции скважин.

Известно устройство для дегазации жидкости, содержащее корпус и патрубки входа продукции скважин и выхода разделенной продукции, между последними выполнена сетчато-сплошная винтовая направляющая, что позволяет обеспечить плавное изменение скорости потока и создать скоростной напор и у выходного патрубка [1]
Недостаток применение сетчато-сплошной винтовой направляющей не обеспечивает полной дегазации жидкости вследствие того, что жидкость вместе с газом будет "проваливаться", что естественно, ухудшит процесс отделения газа от жидкости в связи с образованием пены.

Цель изобретения повышение эффективности работы сепаратора за счет обеспечения возможности сепарации неустановившегося потока газожидкостной смеси и интенсификации процесса отделения жидкости при ее высоком газосодержании.

Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, патрубки входа и выхода разделенной продукции скважин и установленную внутри сепаратора наклонную винтовую перегородку, которая выполнена в виде диффузора, образованного расходящимися винтовыми лопастями и цилиндрической стенкой аппарата.

Передняя кромка винтовых лопастей смещена относительно кромки входного патрубка с перекрытием в горизонтальной плоскости не менее 60^о.

Входной патрубок выполнен в виде вертикальной прямоугольной щели в соотношении высоты к ширине 4:1. Выполнение входного патрубка в виде вертикальной прямоугольной щели с соотношением высоты к ширине 4:1 обосновывается необходимостью формирования тонкого слоя жидкости на стенке сепаратора, так как при большем соотношении сторон увеличивается сопротивление входа смеси, а при меньшем увеличивается толщина слоя жидкости на стенке сепаратора, что препятствует свободному выделению газа из смеси.

В предлагаемом аппарате поток газожидкостной смеси движется по диффузору, который образуют входной патрубок, стенка корпуса сепаратора и винтовые лопасти. За счет расхождения по вертикали винтовых лопастей происходит расширение газожидкостного потока, что приводит к более интенсивному выделению газовой фазы. Угол расхождения должен быть не более 30^о. Это обосновывается скоростью движения смеси, Поток газожидкостной смеси, ограниченный расходящимися винтовыми лопастями и стенкой корпуса, под действием центробежных сил и гравитационной составляющей направлен по окружности обечайки со смещением вниз. Форма поперечного сечения потока в конфузоре будет изменяться от сужающегося прямоугольного на входе до растекающейся пленки на стенке обечайки после выхода из входного патрубка и с удалением от него.

Для предотвращения вторичного попадания уловленной жидкости во входящий поток передняя кромка винтовых лопастей смещена конструктивно относительно кромки входного патрубка с перекрытием не менее α= 60^о. Благодаря этому капельная жидкость будет стекать по верхней полке винтовой лопасти вниз, не пересекая входящий поток.

Первоначальное направление газа, выделившегося из жидкости, будет центростремительным по пути наименьшего сопротивления и ближе к оси сепаратора изменит направление к верхнему выходному патрубку, а жидкость, отделенная от газа, стечет вниз.

Поверхность потока, ограниченная центробежными силами в диффузоре, является поверхностью раздела фаз газ-жидкость.

На фиг. 1 показан сеператор со стендом, общий вид; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2.

Сепаратор содержит входной патрубок 1, нижние 2 и верхние 3 винтовые лопасти, корпус 4, патрубок 5 для выхода газа и патрубок 6 для отбора жидкости. Стенд, кроме сепаратора, содержит пульсатор 7, смеситель 8, счетчик 9, насос 10, бак 11, горизонтальную емкость 12, трубку Пито 13. Внутри корпуса 4 сепаратора установлен отражатель 14 для успокоения жидкости.

Сепаратор работает следующим образом.

Газожидкостная смесь в корпус 4 сепаратора поступает через входной патрубок 1 и, выходя через прямоугольную щель, закручиваясь, попадает в диффузор с направляющими нижними 2 и верхними 3 винтовыми лопастями. Газожидкостной поток в виде тонкого слоя, создаваемого как за счет оптимального соотношения высоты и ширины прямоугольной щели, так и действия центробежных сил, попадая на лопасти, разделяется на газ и жидкость. При этом по нижней винтовой лопасти 2 жидкость попадает в нижнюю часть сепаратора, а выделившийся газ в верхнюю часть. По верхней винтовой лопасти 3 поднимается газ с капельками жидкости, которые в процессе отделения стекают по ним и попадают в зону за входным патрубком и далее в нижнюю часть сепаратора. Жидкость из сепаратора выводится через патрубок 6.

Такое техническое решение по сравнению с известным позволило не только интенсифицировать процесс газовыделения, но и создать условия для предотвращения вторичного попадания уловленной жидкости во входящий поток и для формирования расширяющегося в диффузоре потока.

Для подтверждения вышесказанного были проведены исследования на экспериментальном стенде.

Смеси вода-воздух и масло-воздух подавались в разное время через входной тангенциальный патрубок.

Сепаратор работает следующим образом. Жидкость забирается из бака 11 насосом 10 и через счетчик 9 подается на смеситель 8. В него же подается воздух от компрессора. Смесь, образованная в смесителе, поступает на пульсатор 7, где при восходящем движении моделируется пробковое течение смеси. После поступления смеси через входной патрубок 5 в вертикальный корпус сепаратора она разделяется на газ и жидкость, Газ поступает в газопровод, а жидкость стекает в горизонтальную емкость 12, где происходит окончательная стабилизация и ее замер.

В табл. 1 приведен режим работы сепаратора на испытательном стенде.

В табл. 2 представлены результаты эксперимента.

Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс газовыделения и тем самым значительно сократить время пребывания газожидкостной смеси в аппарате.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности для разделения продуктов скважин на нефть и газ в системе сбора, подготовки и транспорта нефти и газа. Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, патрубки входа и выхода разделенной продукции и установленные внутри нисходящие и восходящие винтовые лопасти в виде диффузора. Входной патрубок выполнен сплющенным параллельно стенке цилиндра корпуса, что позволяет совместно с расходящимися винтовыми лопастями газожидкостному потоку расширяться постепенно и плавно. На газожидкостную смесь влияют центробежные, гравитационные и расширяющие поток гидродинамические силы. Взаимодействием этих сил мы разделяем смесь нестационарного течения. Так, например, при пробковом течении газожидкостной смеси идет плавное разделение газа от жидкости и интенсифицируется сепарация. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СЕПАРАТОР, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, патрубки входа и выхода разделенной продукции скважин и установленную внутри сепаратора наклонную винтовую перегородку, отличающийся тем, что винтовая перегородка выполнена в виде диффузора, образованного расходящимися винтовыми лопастями и цилиндрической стенкой аппарата. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что передняя кромка винтовых лопастей смещена относительно кромки входного патрубка с перекрытием в горизонтальной плоскости не менее 60^o. 3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что входной патрубок выполнен в виде вертикальной прямоугольной щели с отношением высоты к ширине не более 4 1.