УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 2001 года по МПК B04C5/103 

Изобретение относится к устройствам для разделения жидких неоднородных систем под действием центробежных сил, в частности к гидроциклонам, и может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности для отделения механических примесей (мехпримесей) с целью их количественного определения.

Известен гидроциклон (авт.св. 1445805, МК4 B 04 C 5/16 от 23.12.88 г.), включающий корпус с входным и сливным патрубками, песковым патрубком, выполненным с проницаемой стенкой и размещенным в камере, которая снабжена генератором пульсаций давления. Твердые частицы в виде сгущенной суспензии выводятся через песковый патрубок. На суспензию через поры проницаемой перегородки накладываются колебания, что способствует нормальной выгрузке продукта.

Конструкция известного гидроциклона приспособлена только для отделения грубых частиц песка. Более легкие частицы и взвешенные мехпримеси уходят с осветленной водой. Таким образом, недостатком известного гидроциклона являются потери мехпримесей и, как следствие, невозможность точного их определения.

Известен гидроциклон, включающий цилиндроконический корпус с перфорацией в нижней части конуса, входной и выходные патрубки уловленных твердых частиц и очищенной жидкости (а.с. N 689736, МКИ B 04 C 5/107 от 05.10.79 г.). Гидроциклон снабжен цилиндроконическим кожухом, дополнительным выпускным патрубком, установленным в верхней части кожуха, и сборником для приема уловленных твердых частиц. Известный гидроциклон делит исходную смесь на два продукта - верхний жидкий и нижний, состоящий из механических примесей и налипших на них вязких веществ, что затрудняет количественное определение механических примесей.

Кроме того, при разделении на известном гидроциклоне многофазной газожидкостной смеси из добывающих скважин, выявляются следующие недостатки:
отсутствие системы для вывода газовой фазы;
невозможность отделения легкой нефтяной фракции, мешающей определению мехпримесей;
недостаточно качественное отделение мехпримесей, что объясняется, во-первых, наличием центрального патрубка, куда забрасываются легкие взвешенные мехпримеси, во-вторых, наличием отверстий в самой нижней части конуса, не позволяющих сохранить неразрывную центральную траекторию движения мехпримесей, и, в-третьих, уносом взвешенных веществ из сборника уловленных мехпримесей.

Таким образом, возникла проблема качественного отделения мехпримесей как твердых, так и взвешенных, с целью их количественного определения в газожидкостных смесях из добывающих скважин.

Технический результат - разделение газожидкостной смеси на газовую, нефтяную и водную фазы с одновременным формированием неразрывного потока мехприсемей точно по оси аппарата с дальнейшим их выводом и улавливанием.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для отделения механических примесей, включающем цилиндроконический корпус с кожухом, оснащенный входным и выходным жидкостными патрубками и патрубком для отвода механических примесей, причем в конической части корпуса выполнены отверстия, а патрубок для отвода механических примесей сообщен со сборником уловленных механических примесей, согласно изобретению кожух размещен на цилиндрической части корпуса эксцентрично оси и образует карман для улавливания нефтяной фазы, при этом вышеупомянутый кожух снабжен газовым клапаном и каналом для отвода нефтяной фазы, связанными с выходным жидкостным патрубком, а отверстия в конической части корпуса выполнены в виде прорезей, размещенных симметрично оси корпуса и связанных посредством трубных полостей с кольцевым коллектором, причем вышеупомянутый коллектор снабжен выходными каналами, расположенными симметрично относительно прорезей и связанными с выходным жидкостным патрубком, при этом сборник уловленных механических примесей снабжен кольцевой перегородкой со щелями по периферии и патрубком для отвода жидкости, установленным по касательной к корпусу сборника и связанным с выходным жидкостным патрубком.

Желательно выполнить, по меньшей мере, четыре прорези в конической части корпуса устройства. Целесообразно прорези в конической части циклона выполнить в виде треугольника, основание которого имеет длину не более длины конической части корпуса.

Диаметр кольцевого коллектора может быть выполнен с возможностью сохранения скорости входящего в него потока не более 5,4-6,0 м/сек.

Входной и выходной жидкостной патрубки желательно разместить соосно относительно друг друга.

Размещение кожуха только на цилиндрической части корпуса эксцентрично оси позволяет образовать карман для улавливания нефтяной фазы, которая затем удаляется через выходной жидкостной патрубок. Предварительное удаление нефти необходимо для того, чтобы мехпримеси в своем движении потоком в виде "жгута" не слипались между собой, что способствует их лучшему отделению.

Наличие газового клапана необходимо для работы с газожидкостной смесью.

Выполнение прорезей по всей длине конической части симметрично оси и их особая форма диктуется необходимым условием стабильного движения "жгута" по оси: градиент скорости входящего потока должен быть постоянным по всей длине корпуса относительно расстояния от оси (должно сохраняться условие эквидистантности градиента скорости от оси вращения). Симметричное расположение выходных каналов из кольцевого коллектора необходимо для сохранения центрального потока мехпримесей в виде "жгута".

Кольцевая перегородка в сборнике уловленных мехпримесей необходима для отвода жидкости с сохранением "ядра" мехпримесей. Отведение жидкости из сборника по касательной к корпусу позволяет сохранить неразрывность "жгута", выходящего из циклона и сконцентрировать все мехпримеси в кольцевой перегородке.

Сравнение предлагаемого гидроциклона с прототипом показало наличие новых признаков (газовый клапан, карман для улавливания нефтяной фазы, прорези особой формы выполнения с каналами для вывода водяной фазы), а также новую форму выполнения сборника для улавливания мехпримесей, поэтому можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Поиск по главным отличительным признакам не выявил аналогичных решений, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение по А-А.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с конической частью 2 и затвором 3. Корпус 1 закрыт кожухом 4, образуя эксцентричный карман 5 для улавливания нефтяной фазы. В верхней части кожуха 4 установлен поплавковый затвор 6 для перепуска газа. В конической части 2 устройства выполнены прорези 7 таким образом, чтобы градиент скорости входящего потока был одинаков по всей длине корпуса относительно расстояния от оси. Прорези 7 сообщены с трубными полостями отвода 8, связанными с кольцевым коллектором 9. Трубные полости (и соответственно прорези) размещены на конической части 2 строго симметрично относительно оси. Кольцевой коллектор 9 установлен на корпусе выше конической части 2. Диаметр коллектора 9 должен соответствовать условию: скорость жидкости, проходящей через сечение кольцевого коллектора, не должна быть выше скорости перехода турбулентного движения в ламинарное. Устройство снабжено входным и выходным патрубками 10 и 11, установленными соосно друг другу. Кольцевой коллектор 9 связан с выходным патрубком 11 посредством каналов 12, установленных симметрично относительно прорезей 7. Поплавковый затвор 6 связан с выходным патрубком 11 каналом 13, а карман для нефтяной фазы 5 - каналом 14. Коническая часть 2 устройства посредством затвора 3 сообщена со сборником уловленных мехпримесей 15, внутри которого размещена кольцевая перегородка 16 со щелями 17. Назначение кольцевой перегородки - отвод жидкости с сохранением "ядра" мехпримесей в сборнике. Сборник 15 сообщен с выходным патрубком 11 каналом 18, который крепится по касательной к корпусу сборника. На линии 11 установлен расходомер (не показан).

Устройство работает следующим образом. Газожидкостная смесь из скважины, содержащая газовую, нефтяную, водную фазы и мехпримеси, различные по плотности и размеру, в том числе и взвешенные, через патрубок 10 поступает в цилиндрическую часть корпуса и, закручиваясь вокруг оси, продвигается в коническую часть корпуса. Газ перепускается через поплавковый затвор 6 и удаляется через выходной патрубок 11. Жидкость при вращении в верхней части 1 корпуса приобретает форму параболоида, при этом нефть через кромку цилиндрической части удаляется в карман 5 и далее под воздействием перепада давления уходит в выходной патрубок 11 по каналу 14. Смесь воды и мехпримесей, вращаясь, перемещается в коническую часть 2 корпуса по центральной его части, при этом мехпримеси собираются на осевой линии в виде "жгута", а водная фаза через прорези 7 и трубные полости 8 попадает в кольцевой коллектор 9 и далее по каналам 12 - в выходную линию 11. Мехпримеси в виде "жгута" из конической части устройства попадают в кольцевую перегородку 16, жидкость из сборника отводится по каналу 18 в выходную линию 11. Через 1-2 часа устройство останавливают, удаляют мехпримеси из сборника 15, определяют их количество и соотносят его к количеству прошедшей через устройство жидкости. Таким образом определяют количество мехпримесей в добываемой из скважины жидкости.

Устройство компактно, не требует энергетических затрат, этим устройством легко оснастить передвижные лаборатории для исследования скважин.

Изобретение предназначено для отделения мехпримесей в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности. Устройство включает цилиндроконический корпус с входным, выходным жидкостными патрубками и патрубком для отвода механических примесей. Цилиндрическая часть корпуса снабжена кожухом, образующим эксцентричный карман для улавливания и отведения нефтяной фазы. В верхней части кожуха установлен газовый клапан для отведения газа. В конической части корпуса выполнены прорези для отведения водной фазы, связанные трубными полостями с кольцевым коллектором, сообщенным с выходным патрубком. Механические примеси собираются в сборнике, связанном с выходным патрубком. Устройство обеспечивает качественное отделение мехпримесей, компактность и удобство эксплуатации. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для отделения механических примесей, включающее цилиндроконический корпус с кожухом, оснащенный входным и выходным жидкостными патрубками и патрубком для отвода механических примесей, причем в конической части корпуса выполнены отверстия, а патрубок для отвода механических примесей сообщен со сборником уловленных механических примесей, отличающееся тем, что кожух размещен на цилиндрической части корпуса эксцентрично оси и образует карман для улавливания нефтяной фазы, при этом кожух снабжен газовым клапаном и каналом для отвода нефтяной фазы, связанными с выходным жидкостным патрубком, а отверстия в конической части корпуса выполнены в виде прорезей, размещенных симметрично оси корпуса и связанных посредством трубных полостей с кольцевым коллектором, причем вышеупомянутый коллектор снабжен выходными каналами, расположенными симметрично относительно прорезей и связанными с выходным жидкостным патрубком, при этом сборник уловленных механических примесей снабжен кольцевой перегородкой со щелями по периферии и патрубком для отвода жидкости, установленным по касательной к корпусу сборника и связанным с выходным жидкостным патрубком. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в конической части корпуса выполнены, по меньшей мере, четыре прорези. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что прорези выполнены в виде треугольников, основания которых имеют длину не более длины конической части корпуса. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр кольцевого коллектора выполнен с возможностью сохранения скорости входящего в него потока не более 5,4 - 6 м/с. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной и выходной жидкостные патрубки размещены соосно относительно друг друга.