УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ Российский патент 2004 года по МПК B01D19/00 

Настоящее изобретение относится к устройству для сепарации жидких смесей, состоящих из газа, легкой жидкости и тяжелой жидкости, на три фазы, а именно газ, легкая жидкость и тяжелая жидкость. Такой жидкостной смесью, например, является смесь газа, нефти и воды, которая образуется в недрах земли.

Из патента РФ №2077364 известен сепаратор для разделения жидких смесей на три фазы - газ, легкую жидкость и тяжелую жидкость, оборудованный подающим входом, выходным отверстием для газа (газоотводом), выходным отверстием для легкой жидкости и выходным отверстием для тяжелой жидкости, который содержит:

- подающую трубку с входным отверстием на ее верхнем конце, наклонно направленную вверх;

- трубку, наклонно направленную вниз с отверстием на верхнем конце, которое соединено с выходным отверстием подающей трубки с закрытым нижним концом;

- систему выпуска газа с входом, расположенным в заполненном газом объеме, и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с выходом для газа данного устройства;

- систему выпуска для легких жидкостей с входом в резервуаре с легкой жидкостью и выходом, соединенным с возможностью передачи жидкости с выходом для легкой жидкости данного устройства;

- систему выпуска для тяжелой жидкости с выходным отверстием, смонтированным на нижнем конце направленной вниз трубки и выходом, сообщающимся с возможностью передачи жидкости с выходом для тяжелой жидкости данного устройства.

При обычном режиме работы смесь газа, легкой и тяжелой жидкостей подводится к подающему входу разделительного устройства. Смесь проходит вверх через наклонно направленную вверх подающую трубку ко входу наклонно направленной вниз трубки. В верхнем конце наклонно направленной вниз трубки газ отделяется от жидкостей, которые стекают вниз к нижнему концу наклонно направленной вниз трубки. Газ, легкая жидкость и тяжелая жидкость раздельно выводятся из сепаратора через соответствующие выходы.

Недостаток известного сепарирующего устройства заключается в том, что в наклонно направленной вверх подающей трубке возникает турбулентность и в том, что встречный поток превалирует в наклонно направленной вниз трубке, что уменьшает производительность сепарирующего устройства.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании устройства для сепарации жидкой смеси с повышенной производительностью разделения, специально предназначенного для жидких смесей, которые были перемещены в верхний трубопровод в условиях, приводящих к предварительному разделению жидких смесей до состояния расслоившегося потока.

Для решения указанной задачи устройство для сепарации жидкостей на три фазы - газ, легкая жидкость и тяжелая жидкость, имеющее входное отверстие, выходное отверстие для газа, выходное оверстие для легкой жидкости и выходное отверстие для тяжелой жидкости, в соответствии с настоящим изобретением содержит:

- горизонтальную подводящую трубку с впускным отверстием на верхнем конце;

- наклонную трубку с входным отверстием на верхнем конце, соединенным с выходным отверстием подводящей трубки, с закрытым нижним концом;

- систему выпуска газа, включающую себя газовую колонну с входным отверстием, расположенным в наполненном газом резервуаре, и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с отверстием для выхода газа;

- систему выпуска легкой жидкости с входным отверстием, расположенным в заполненном легкой жидкостью резервуаре, и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с отверстием выхода легкой жидкости, а также

- систему выпуска тяжелой жидкости с входным отверстием, расположенным ниже уровня днища подводящей трубки, и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с отверстием выхода тяжелой жидкости, причем диаметр подводящей трубки выбран таким образом, что в процессе работы скорости легкой и тяжелой жидкостей остаются ниже ранее определенной величины, а соотношение длины подающей трубки и ее диаметра остается больше 10, при этом угол наклона наклонной трубки выбран таким образом, что в процессе работы многослойный поток удерживается в трубке.

Заявитель обнаружил, что многослойный поток в подающем трубопроводе удерживается при условии, если диаметр подводящей трубки выбран таким образом, что в процессе работы скорости легкой и тяжелой жидкостей остаются ниже ранее определенной величины, а соотношение длины подающей трубки и ее диаметра остается более 10.

Кроме того, угол наклона наклонной трубки может быть выбран таким образом, что в процессе работы многослойный поток удерживается в трубке.

В описании и в формуле изобретения выражение “резервуар, наполненный газом” используется для обозначения объема, который наполняется газом в процессе работы, и термин “резервуар, заполненный легкой жидкостью” употребляется для обозначения объема, который заполняется легкой жидкостью во время работы.

Далее изобретение будет описано с приведением более подробных примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 схематически представляет первое выполнение изобретения, и

- фиг.2 схематически представляет второе выполнение изобретения.

На фиг.1 представлено устройство для сепарации смеси жидкостей на 3 фазы - газ, легкую жидкость и тяжелую жидкость, состоящее из входного отверстия 2, выходного отверстия 3 для газа, выходного отверстия 4 для легкой жидкости и выходного отверстия 5 для тяжелой жидкости. Кроме того, входное отверстие 2 снабжено фланцем 9 для присоединения трубопровода (не показано).

Сепарирующее устройство 1 содержит горизонтальную подводящую трубку 12 с открытым концом с подающим входным отверстием 2 на входе и с выходным отверстием 13 на другом конце, и наклонную трубку 15 с входным отверстием 17 на верхнем конце, которое соединяется с выходным отверстием 13 подводящей трубки 12, имеющей закрытый нижний конец 18.

Сепарирующее устройство 1, кроме того, имеет систему 20 выпуска газа, состоящую из газовой колонны 22 с входным отверстием 23, находящимся в заполненном газом резервуаре 25 и выходным отверстием 26, которое соединено с возможностью передачи жидкости отверстием 3 выхода газа. Для обеспечения перемещения жидкостей сепарирующее устройство 1 снабжено системой 30 выпуска легкой жидкости, имеющей второе отверстие 32, расположенное в резервуаре 35, заполненном легкой жидкостью, и выходное отверстие 36, соединенное с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием 4 для легкой жидкости, и систему 40 выпуска тяжелой жидкости, имеющую входное отверстие 42, выполненное в резервуаре с тяжелой жидкостью, в процессе работы ниже уровня подающей трубки 1, и выходное отверстие 46, соединенное с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием 5 для тяжелой жидкости.

Диаметр подающей трубки 12 выбран таким образом, чтобы в процессе работы скорость легкой жидкости (нефти) была бы ниже 0,05 м/с и чтобы скорость тяжелой жидкости (воды) была бы ниже 0,2 м/с. Соотношение длины подающей трубки 12 к ее диаметру больше 10.

С целью сохранения многослойного потока в наклонной трубке 15 уровень наклона находится в интервале от 1 до 3° относительно горизонта.

Во время работы подача газа, легкой жидкости и тяжелой жидкости осуществляется из трубопровода (не показан) через подающее входное отверстие 2 сепарирующего устройства 1. Режимный поток в сепарирующем устройстве является многослойным так, что газ заполняет газосборник 25, легкая жидкость заполняет сборник 35 для легкой жидкости и тяжелая жидкость заполняет накопитель 45 для тяжелой жидкости. Газ перемещается через систему 20 выпуска газа, легкая жидкость через систему 30 легкой жидкости и тяжелая жидкость через систему 40 выпуска тяжелой жидкости, и далее они раздельно выходят из сепарирующего устройства 1 через выходные отверстия 3, 4 и 5.

Поскольку форма подающей трубки 12с открытыми концами и форма наклонной трубки 15 выбраны таким образом, что многослойный поток сохраняется и кроме того стабилизируется, сепарирующее устройство 1 в соответствии с настоящим изобретением имеет высокую производительность.

Изменения в увеличении поверхности раздела фаз 63 между легкой и тяжелой жидкостями, которые возможны в процессе работы, должны контролироваться приборами контроля нормы относительного объема потока жидкостей, проходящих через выходное отверстие для тяжелой жидкости и через выходное отверстие для легкой жидкости. Система 30 выпуска легкой жидкости имеет приборы 50 для контроля нормы относительного объема потока в отверстии 4 выпуска легкой жидкости, а система 40 выпуска тяжелой жидкости включает в себя средство 50-1 для контроля нормы объема потока в отверстии 5 выпуска тяжелой жидкости.

В данном варианте выполнения изобретения, как показано на фиг.1, прибор 50 для контроля нормы относительного объема в выпускном отверстии 4 для легкой жидкости включает колонну 52 и сливную камеру 53. Сливная камера 53 снабжена выходным отверстием 54 для газа, которое соединено с возможностью передачи жидкости с системой 20 выпуска газа посредством кондуктора 56 с открытыми концами и выходным отверстием 57 для жидкости, которое соединено с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием 4 для легкой жидкости сепарирующего устройства 1 посредством трубопровода 59. Входное отверстие 32 системы 30 выпуска легкой жидкости является входным отверстием колонны 52, а конец выпускного отверстия 60 колонны 52 расположен в сливной камере 53.

Приспособления 50-1 для контроля нормы относительного объема в выходном отверстии 5 для тяжелой жидкости состоит из колонны 52-1 и сливной камеры 53-1. Сливная камера 53-1 имеет выходное отверстие для газа 54, которое через жидкость соединено с системой 20 выпуска газа посредством трубопровода с открытыми концами 56-1, и выходным отверстием для жидкости 57-1, соединяющееся с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием 5 тяжелой жидкости сепарирующего устройства 1 посредством трубопровода 59-1. Впускным отверстием колонны 52-1 служит вход 42 системы 40 выпуска тяжелой жидкости, и выходным отверстием конец 60-1 колонны 52-1, расположенный в сливной камере 53-1. Более того, приспособление 50-1 имеет клапан контроля потока 61, который расположен в колонне 52-1.

Относительное поднятие выходных отверстий концов 60 и 60-1 колонн 52 и 52-1 и капиллярное давление в устройстве и под клапаном контроля потока 61 контролирует норму относительного объема потока жидкостей, проходящих через выходное отверстие для тяжелой жидкости и выходное отверстие для легкой жидкости. Однако вся норма относительного объема потока не нарушается. Таким образом, может быть выбран уровень поверхности раздела, при этом возможные отклонения могут контролироваться. Заявитель обнаружил, что в случае, когда норма относительного объема потока тяжелой жидкости (воды) относительно низка, тяжелая жидкость менее насыщена легкой жидкостью (масло). Соответственно наклонная секция 15 имеет минимальную длину, пропорциональную диаметру 15.

Колонна 52 системы 30 выпуска легкой жидкости состоит из наклонной секции 91 и вертикальной секции 92, соединенной с выходным отверстием конца наклонной секции 92, где наклонная секция 91 направлена вверх относительно направления потока жидкости, проходящего через сепарирующее устройство 1 в процессе работы.

На фиг.2 схематически показано второе выполнение настоящего изобретения. Данный вариант выполнения возможен посредством устройства 100, состоящего из ряда отдельных узлов 1a, 1b, 1с, 1д и 1е, расположенных параллельно. Устройство 100 предназначено для сепарации жидкостных смесей на 3 фазы - газ, легкую жидкость и тяжелую жидкость. Оно имеет впускное отверстие 110 для жидкостной смеси, выходное отверстие 111 для газа, выходное отверстие 112 легкой жидкости и выходное отверстие 113 тяжелой жидкости.

Устройство 100 состоит из распределительной системы для жидкости 120, имеющей на верхнем конце входное отверстие 110 для жидкостной смеси и пять выходных отверстий 121, 122, 123, 124, 125; пять сепараторных узлов 1a, 1b, 1c, 1d и 1е, как это было показано на фиг.1. Подающие входы 2а, 2b, 2c, 2d или 2е каждого из сепараторов 1a, 1b, 1c, 1d или 1е соединены с одним из выходных отверстий 121, 122, 123, 124 или 125 распределительной системы для жидкостей 120.

Устройство 100 кроме того имеет газонаполнительную систему 130, которая имеет впускное отверстие (не показано) для каждого сепараторного узла 1a, 1b, 1c, 1d и 1е и которое соединено с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием для газа (не показано) сепараторного отделения и выходного отверстия 111 для газа устройства 100. Устройство также имеет накопительную систему 140 для легких жидкостей, одно входное отверстие (не показано) для каждого из узлов 1a, 1b, 1c, 1d и 1е, которое соединено с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием (не показано) для легкой жидкости сепарирующего отделения, выходное отверстие для легких жидкостей, коим является выходное отверстие 112 устройства 100. Кроме того, устройство 100 имеет накопительную систему 150 для тяжелой жидкости с выходным отверстием (не показано) для тяжелой жидкости сепарирующего отделения и выходным отверстием 113 для тяжелой жидкости устройства 100.

Для удобства выходные отверстия 121, 122, 123, 124 и 125 могут служить выходными отверстиями наклонных трубок (не показано). Данный способ особенно удобен при ручной обработке больших объемов.

Изобретение относится к сепарации трехфазных жидких смесей и может использоваться для разделения продукции скважин. Устройство состоит из горизонтальной подающей трубки с входным отверстием на верхнем конце, наклонной трубки с закрытым нижним концом, системы выпуска газа с выходным отверстием для газа, системы выпуска легкой жидкости с выходным отверстием и системы выпуска тяжелой жидкости с выходным отверстием. Диаметр подающей трубки выбран таким образом, что в процессе работы скорости жидкостей остаются ниже определенного уровня, соотношение длины подающей трубки к ее диаметру больше 10, и угол наклона наклонной трубки выбран таким образом, чтобы в процессе работы многослойный поток удерживался в наклонной трубке. Технический результат состоит в повышении производительности устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для сепарации жидких смесей на три фазы: газ, легкую и тяжелую жидкости, имеющее входное отверстие, выходное отверстие для газа, выходное отверстие для легкой жидкости, выходное отверстие для тяжелой жидкости, содержащее также горизонтальную подводящую трубку с впускным отверстием на верхнем конце по потоку, наклонную трубку с входным отверстием на верхнем конце, соединенным с выходным отверстием подводящей трубки с закрытым нижним концом; систему выпуска газа, включающую газовую вертикальную трубу с входным отверстием, расположенным в зоне, заполненной газом и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи газа с отверстием для выхода газа; систему выпуска легкой жидкости с входным отверстием, расположенным в зоне, заполненной легкой жидкостью, и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с отверстием для выхода легкой жидкости; систему выпуска тяжелой жидкости с входным отверстием, расположенным ниже уровня дна подводящей трубки, и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с отверстием выхода тяжелой жидкости, причем диаметр подводящей трубки выбран таким образом, что в процессе работы скорости легкой и тяжелой жидкостей остаются ниже ранее определенной величины, а соотношение длины подводящей трубки и ее диаметра больше 10, при этом угол наклона наклонной трубки обеспечивает удержание многослойного потока в трубке.2. Устройство по п.1, в котором система выпуска более тяжелой жидкости и система выпуска более легкой жидкости включают приспособления для контроля относительного объемного расхода потока этих жидкостей, протекающих через выпускное отверстие для более тяжелой жидкости и выпускное отверстие для более легкой жидкости.3. Устройство по п.2, в котором приспособление для контроля относительного объемного расхода представляет собой сливную камеру с выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи текучей среды с системой выпуска газа и выходом для жидкости, соединенным с возможностью передачи жидкости соответствующей системой выпуска, конец выходного отверстия которой находится в сливной камере.4. Устройство по п.3, в котором газовая вертикальная труба имеет клапан, выполненный с возможностью контролировать поток.5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором система выпуска легкой жидкости включает в себя вертикальную трубу с наклонными и вертикальными секциями, соединенными с выходным отверстием на конце наклонной секции, причем наклонная секция наклонена кверху относительно направления потока жидкости, проходящего через устройство в процессе работы.6. Устройство для сепарации смесей жидкости на 3 фазы: газ, легкая жидкость и тяжелая жидкость, имеющее входное отверстие для смеси текучих сред, выходное отверстие для газа, выходное отверстие для легкой жидкости и выходное отверстие для тяжелой жидкости, которое содержит систему распределения смеси текучих сред, имеющую на верхнем конце по потоку входное отверстие для смеси текучих сред и, по крайней мере, два выходных отверстия; два устройства для сепарации смеси текучих сред на 3 фазы: газ, легкая жидкость и тяжелая жидкость, расположенные параллельно друг другу, где питающий вход каждого из устройств соединен с одним из выходных отверстий распределительной системы, газосборочную систему с одним входным отверстием в каждое устройство сепарации, соединяющееся с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием газа и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи текучей среды с выходным отверстием газа всей установки; накопительную систему для легкой жидкости с входным отверстием для каждого устройства, которое находится в соединении с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием газа данного устройства и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием газа всей установки; накопительную систему для легкой жидкости с одним впускным отверстием для каждого устройства, которое соединено с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием для легкой жидкости устройства и выходным отверстием легкой жидкости с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием легкой жидкости всей установки; накопительную систему для тяжелой жидкости с одним входным отверстием для каждой установки, которое соединено с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием для тяжелой жидкости устройства и выходным отверстием, соединенным с возможностью передачи жидкости с выходным отверстием для тяжелой жидкости всей установки.