ТУРБОСЕПАРАТОР Российский патент 2003 года по МПК B04C5/04 

Изобретение относится к устройствам для разделения многофазных газожидкостных смесей, в частности нефтегазоводосодержащих, и может быть использовано в нефтяной, нефтехимической и газовой отраслях промышленности,
Известен турбоциклон, содержащий вертикальный корпус с крышкой, на которой смонтировано на вращающемся валу рабочее колесо-завихритель, выполненное в виде трех профилированных дисков, между которыми установлены лопатки, образующие межлопаточные каналы, способствующие созданию потока градиентов скорости, достаточных для разрушения структуры газожидкостной смеси и снижения ее вязкости (а.с. 1012991, В 04 С 3/06, oп. 23.04.83).

Назначение известного турбоциклона - отделение газа от жидкой части смеси, в нем не предусмотрено разделение жидкости на составляющие ее фазы.

Известен трехпродуктовый гидроциклон для осветления маслосодержащих сточных вод, осуществляющий разделение жидкой смеси на составляющие ее фазы - нефтепродукт, воду и шлам (а.с. 476033, В 04 С 5/12, oп. 05.07.75). Гидроциклон представляет собой трехкамерный аппарат: нижняя камера - для ввода исходной смеси с подводящим и Песковым патрубками, средняя камера - для выделения осветленной воды с водяным патрубком, верхняя - для выделения масла с масляным патрубком. Камеры оснащены концентрично установленными сливными патрубками. Камера ввода исходной смеси снабжена лопастным элементом.

Известный гидроциклон предназначен для разделения многофазных смесей, не содержащих в своем составе газовую фазу, кроме того, вследствие небольших окружных скоростей восходящего потока он обладает невысокой эффективностью разделения.

Таким образом, возникла проблема эффективного разделения многофазных газожидкостных смесей, в частности нефтегазоводосодержащих с остаточным явлением давления насыщения до 40%, образующихся при добыче нефти из многопластовых скважин.

Технический результат - уменьшение остаточного явления давления насыщения нефтегазоводосодержащих смесей.

Указанный технический результат достигается тем, что известный турбосепаратор, включающий корпус, разделенный на секции ввода многофазной смеси с тангенциальным патрубком и лопастным элементом, выделения водяной фазы и выделения нефтяной фазы с водяным и нефтяным патрубками, согласно изобретению снабжен секцией выделения газовой фазы с газовым патрубком, в которой размещены перегородки с отверстиями, а секция выделения нефтяной фазы оснащена, по меньшей мере, одним лопастным элементом с жестко прикрепленным к нему сепарационным приспособлением, при этом упомянутые лопастные элементы и перегородки насажены на вал разнопеременного диаметра, установленный в корпусе с возможностью вращения, а секция ввода многофазной смеси совмещена с секцией выделения водяной фазы, причем профиль лопастного элемента упомянутой секции выполнен дугообразным на уровне патрубка ввода многофазной смеси и конусообразным - на уровне водяного патрубка.

Целесообразно кромку нижней перегородки секции выделения газовой фазы выполнить конусообразной.

Каждая перегородка секции выделения газовой фазы может иметь, по меньшей мере, 8 отверстий, причем соответствующие отверстия перегородок смещены друг относительно друга.

Желательно лопастной элемент секции выделения нефтяной фазы выполнить с выемками для жесткого крепления сепарационного приспособления.

Сепарационное приспособление желательно выполнить в виде кольцеобразной перегородки с верхними и нижними лопатками.

Диаметр вала секции ввода многофазной смеси может быть выполнен больше диаметра вала секции выделения нефтяной фазы, который, в свою очередь, может быть выполнен больше диаметра вала секции выделения газовой фазы.

Целесообразно патрубок ввода многофазной смеси расположить выше водяного патрубка и сместить относительно последнего на 350^o по окружности корпуса.

Секция выделения газовой фазы с перегородками необходима для окончательной дегазации прошедшей обработку смеси, накопления и отвода газа, конусообразная кромка нижней перегородки предусмотрена для возврата частиц нефти, унесенных с газом в секцию выделения газа.

Лопастной элемент, размещенный в камере выделения нефти с прикрепленным к нему сепарационным приспособлением с лопатками, позволяет продвигать нефтегазовую смесь вдоль оси вращения вверх с одновременным раздроблением частиц этой смеси и отводом выделившейся нефтяной фазы через соответствующий патрубок.

Вал переменного диаметра необходим для безошибочного набора вышеупомянутых секций при сборке турбосепаратора в полевых условиях.

Оснащение секции ввода многофазной смеси лопастным элементом с дугообразным профилем на уровне ввода многофазной смеси и конусообразным - на уровне водяного патрубка позволяет разрушить многофазную нефтегазоводосодержащую смесь с одновременным выводом частиц воды по направляющим конусообразных лопастей в водяной патрубок.

Смещение патрубка ввода исходной многофазной смеси относительно водяного патрубка на 350^o позволяет отобрать водяную фазу сразу же на первом круге вращения смеси лопастным элементом.

Совокупность всех вышеуказанных признаков направлена на сведение к минимуму остаточного явления давления насыщения, что является необходимым для эффективного разделения нефтегазоводосодержащих смесей с преимущественным выделением газовой фазы.

На прилагаемом чертеже показан предлагаемый турбосепаратор, продольный разрез.

Турбосепаратор содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и выходными патрубками водяной фазы 3, нефтяной фазы 4 и газовой фазы 5. Корпус разделен на секции ввода исходной многофазной нефтегазоводосодержащей смеси 6 и секции выделения нефтяной фазы 7 и газовой фазы 8. Секция выделения водяной фазы совмещена с секцией ввода исходной многофазной смеси, причем патрубок 2 размещен выше патрубка 3 и смещен относительно последнего на 350^o по окружности корпуса. В секции ввода исходной многофазной нефтегазоводосодержащей смеси на валу 9 установлен лопастной элемент 10 с фигурным профилем, причем профиль лопастного элемента против патрубка ввода исходной многофазной нефтегазоводосодержащей смеси выполнен дугообразным, а против водяного патрубка - конусообразным. В секции выделения нефтяной фазы 7 также размещен лопастной элемент 11, который имеет выемки 12 на своих лопастях для жесткого крепления сепарационного приспособления, которое представляет собой кольцеобразную перегородку 13 с верхними 14 и нижними лопатками 15. Нижние лопатки 15 приварены к выемкам 12 лопастного элемента 11. В секции выделения газовой фазы 8 размещены перегородки 16 с отверстиями 17 для перехода газовой фазы, нижняя перегородка - с конусообразной кромкой 18. Оси соответствующих отверстий перегородок смещены на 10-12 мм. Эта секция оснащена двумя патрубками 19 для выхода газовой фазы, которые затем соединяются в один выходной 5. Сверху турбосепаратор закрыт крышкой 20, на которой смонтированы уплотнительные втулки 21. Лопастные элементы и перегородки насажены на вал, установленный в корпусе с возможностью вращения на опоре 22 с шариком 23, при этом диаметр вала выполнен переменным, уменьшающимся от нижней секции ввода многофазной нефтегазоводосодержащей смеси к верхней секции выделения газовой фазы на 2-3 мм от секции к секции. На выходном конце вала предусмотрена муфта 24 с ручкой для ручного запуска турбосепаратора в начальный момент работы даже под водой при подводных работах.

Турбосепаратор работает следующим образом. Исходная многофазная нефтегазоводосодержащая смесь под давлением из скважины по патрубку 2 поступает в секцию 6 на дугообразную часть вращающегося лопастного элемента 10, где разбивается на составляющие нефть, воду и газ. Частицы соленой воды, обойдя корпус сепаратора по окружности 350^o, попадают на конусообразные направляющие лопастного элемента 10 и выводятся из корпуса по патрубку 3, после чего осветленная вода может быть закачана обратно в нефтяной пласт. Нефтяная и газовая фазы поднимаются в секцию выделения нефти 7, где под воздействием лопаток 14 и 15 сепарационного приспособления частицы нефти отделяются от газовой фазы, направляются и выводятся по нефтяному патрубку 4. Остаточное явление давления насыщения газожидкостной смеси на этом уровне уже может быть снижено на 30%.

Далее газ проходит через отверстия 17 перегородок 16, частично увлекая за собой нефть, которая, оседая, с нижней перегородки по конусообразной кромке 18 и по внутренней стенке корпуса возвращается в секцию выделения нефти 7. Газовая фаза собирается и отводится через патрубки 19 и 5. В зависимости от качества исходной нефтегазосодержащей смеси и необходимой степени разделения составляющих фаз этой смеси эффективность разделения может быть увеличена добавлением количества лопастных элементов и перегородок.

Предлагаемый турбосепаратор позволяет свести к минимуму или полностью устранить остаточное явление давления насыщения нефтегазоводосодержащей смеси, что обеспечивает эффективное разделение смеси с преимущественным отделением газовой фазы.

Турбосепаратор может быть использован на нефтяных промыслах для предварительного разделения добываемой нефтегазоводосодержащей смеси с последующим замером трех фаз на отдельных счетчиках с целью определения геологических параметров эксплуатационной или бурящейся скважины.

Компактный, удобный в эксплуатации турбосепаратор может найти применение при подводной добыче нефти и в континентальном шельфе на море с отводом всех трех фаз из-под толщи воды на платформу.

Турбосепаратор может быть спроектирован как стационарной установкой, так и транспортабельной для геологической полевой службы с дополнением некоторых измерительных приборов, а также как вертолетный вариант.

Изобретение относится к устройствам для разделения многофазных газожидкостных смесей и может быть использовано в любой отрасли промышленности. Турбосепаратор включает корпус, разделенный на секции ввода исходной смеси и вывода разделенных продуктов с соответствующими патрубками. На вращающийся вал сепаратора насажены лопастные элементы с сепарационным приспособлением и перегородки с отверстиями для прохода газа. Технический результат позволяет свести к минимуму остаточное явление давления насыщения газожидкостных смесей. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбосепаратор, включающий корпус, разделенный на секции ввода многофазной смеси с тангенциальным патрубком и лопастным элементом, выделения водяной фазы и выделения нефтяной фазы с водяным и нефтяным патрубками, отличающийся тем, что он снабжен секцией выделения газовой фазы с газовым патрубком, в которой размещены перегородки с отверстиями, а секция выделения нефтяной фазы оснащена, по меньшей мере, одним лопастным элементом с жестко прикрепленным к нему сепарационным приспособлением, при этом вышеупомянутые лопастные элементы и перегородки насажены на вал переменного диаметра, установленный в корпусе с возможностью вращения, а секция ввода многофазной смеси совмещена с секцией выделения водяной фазы, причем профиль лопастного элемента упомянутой секции выполнен дугообразным на уровне патрубка ввода многофазной смеси и конусообразным - на уровне водяного патрубка. 2. Турбосепаратор по п.1, отличающийся тем, что кромка нижней перегородки секции выделения газовой фазы выполнена конусообразной. 3. Турбосепаратор по п.1, отличающийся тем, что каждая перегородка секции выделения газовой фазы имеет, по меньшей мере, 8 отверстий, причем соответствующие отверстия перегородок смещены друг относительно друга. 4. Турбосепаратор по п.1, отличающийся тем, что лопастной элемент секции выделения нефтяной фазы выполнен с выемками для крепления сепарационного приспособления. 5. Турбосепаратор по п. 1 или 4, отличающийся тем, что сепарационное приспособление выполнено в виде кольцеобразной перегородки с верхними и нижними лопатками. 6. Турбосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что диаметр вала секции ввода многофазной смеси больше диаметра вала секции выделения нефтяной фазы, который, в свою очередь, больше диаметра вала секции выделения газовой фазы. 7. Турбосепаратор по п.1, отличающийся тем, что патрубок ввода многофазной смеси расположен выше водяного патрубка и смещен относительно последнего на 350^o по окружности корпуса.