СЕПАРАТОР Российский патент 2007 года по МПК B01D19/00 

Изобретение относится устройствам для разделения газожидкостной смеси, в частности пластовой воды в напорном режиме на нефть, газ, воду и механические примеси (мехпримеси), и может быть использовано при добыче и подготовке нефти.

Известен сепаратор для разделения газожидкостной смеси, содержащий корпус, снабженный патрубками для ввода газожидкостной смеси и вывода газа и жидкости. В корпусе установлен распределитель смеси в виде перфорированной трубы с коническими тарелками, большие основания которых направлены вниз. Верхняя тарелка соединена своим основанием с корпусом. Перфорированная труба в нижней своей части заглушена диском. Устройство снабжено газоотводящей трубкой с отверстиями [авт. свид. №1369748, кл. B 01 D 19/00, опубл. 1988 г.].

Недостаток этого сепаратора - при аксиальной подаче газожидкостной смеси на верхнюю тарелку под слой жидкости образуется бурлящий поток и интенсивное пенообразование, при этом происходит перемешивание смеси с дополнительным образованием эмульсии, что ухудшает качество сепарации и снижает производительность.

Наиболее близким к заявляемому объекту является сепаратор для разделения газожидкостной смеси, содержащий корпус, снабженный тангенциальным патрубком для ввода газожидкостной смеси, патрубками для вывода газа и жидкости. В корпусе установлен распределитель смеси в виде перфорированной трубы с коническими тарелками, большие основания которых направлены вниз. Верхняя часть трубы выполнена сплошной, и на ее конце установлен кольцеобразный элемент, при этом нижний конец трубы заглушен диском, к которому прикреплен цилиндрический фильтровальный элемент, установленный между корпусом и коническими тарелками.

Устройство снабжено газоотводящей трубкой с отверстиями [авт. свид. №1639707, кл. B 01 D 19/00, опубл. 1991 г.].

Недостатки данного сепаратора - возможность его использования лишь для дегазации. Кроме того, эффективность сепарации тарелок ограничена высоким давлением вследствие того, что в процессе работы происходит выравнивание давления в объеме сепаратора, обусловленное тем, что патрубок ввода газожидкостной смеси с распределителем смеси и выход из тарелок сообщены с полостью сепаратора.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей сепаратора и повышение эффективности сепарации.

Это достигается тем, что сепаратор для разделения газожидкостной смеси, содержащий корпус, снабженный тангенциальным патрубком для ввода газожидкостной смеси, патрубками для вывода газа, конические тарелки, согласно изобретению снабжен патрубками для отвода воды, нефти и мехпримесей, соосно с корпусом установлена цилиндрическая перегородка с образованием канала для сбора и отвода нефти и газа, в верхней части перегородки выполнены перепускные окна для сообщения полости сепаратора с патрубком для вывода газа, ниже которых выполнены перепускные окна для перетекания нефти из полости сепаратора в вышеуказанный канал, в нижней части цилиндрической перегородки установлена заглушка с отверстием для отбора нефти из канала, указанное отверстие соединено с патрубком для вывода нефти, ниже заглушки в цилиндрической перегородке выполнены отверстия для сообщения полости сепаратора с патрубком для отвода воды, при этом сепаратор снабжен устройством для регулирования уровня нефти, представляющим собой установленный с возможностью перекрывания вышеуказанного отверстия для отбора нефти из канала клапан, соединенный гибкой связью с поплавком, расположенным над перепускными окнами для нефти, а конические тарелки установлены большими основаниями вверх, нижняя часть каждой последующей верхней тарелки установлена ниже верхнего края нижней тарелки, в нижней части тарелок выполнены прорези для перетекания отделившейся воды с мехпримесями.

Кроме того, сепаратор снабжен размещенным в нижней части сепаратора устройством для забора воды, представляющим собой установленную соосно с цилиндрической перегородкой цилиндрическую обечайку с коническим днищем, в котором выполнены отверстия для отвода мехпримесей.

Целесообразно над вышеуказанной цилиндрической обечайкой установить дополнительную цилиндрическую обечайку с конической верхней частью с образованием кольцевого зазора между цилиндрическими поверхностями обечаек.

Кроме того, в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями обечаек установлены радиальные пластины для торможения потока.

Кроме того, внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.

Тарелки в сепараторе выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.

На чертеже изображен предлагаемый сепаратор.

Сепаратор содержит корпус 1, снабженный тангенциальным патрубком 2 для ввода разделяемой смеси, патрубками 3, 4, 5 и 6 вывода газа, нефти, воды и мехпримесей соответственно. Соосно с корпусом установлена цилиндрическая перегородка 7 с образованием канала 8 для сбора и отвода нефти и газа, верхняя часть которой выполнена конусной и соединена с патрубком 3 для вывода газа. В конусной части перегородки 7 выполнены перепускные окна 9 для выхода газа из корпуса сепаратора в патрубок 3, ниже которых в цилиндрической части перегородки выполнены перепускные окна 10 для перетекания нефти из корпуса сепаратора в канал 8. В нижней части цилиндрической перегородки 7 установлена заглушка 11 с отверстием 12 для регулирования отбора нефти из канала 8. Сепаратор снабжен устройством для регулирования уровня нефти, представляющим собой установленный с возможностью перекрывания отверстия 12 клапан 13, соединенный гибкой связью 14 с поплавком 15, расположенным над перепускными окнами 10 для нефти. Для исключения залипания клапана 13 к отверстию 12 клапан выполнен обтекаемой формы, например, параболоидного профиля. Соосно с цилиндрической перегородкой 7, в промежутке между перепускными окнами 10 и заглушкой 11, установлены большими основаниями вверх конические тарелки 16 с образованием кольцевых зазоров 17 между ними, при этом нижняя часть каждой последующей верхней тарелки установлена ниже верхнего края предыдущей нижней тарелки. В нижней части тарелок выполнены прорези 18 для перетекания отделившейся воды с мехпримесями. Внешняя поверхность тарелок 16 выполнена гидрофобной. Целесообразно тарелки выполнить гофрированными, причем гофры ориентированы радиально. Патрубок 4 для вывода нефти установлен соосно с цилиндрической перегородкой 7 и сообщен с отверстием 12 в заглушке 11. В цилиндрической перегородке 7 выполнены расположенные ниже заглушки 11 отверстия 19 для отвода воды по кольцевой полости 20 в патрубок 5. Сепаратор снабжен размещенным в его нижней части устройством для забора воды, представляющим собой установленную соосно с цилиндрической перегородкой 7 цилиндрическую обечайку 21 с коническим днищем, в котором выполнены отверстия 22 для отвода мехпримесей. Над цилиндрической обечайкой 21 расположена цилиндрическая обечайка 23 с конической верхней частью с образованием кольцевого зазора между цилиндрическими поверхностями обечаек, причем в указанном кольцевом зазоре установлены радиальные пластины 24 для торможения потока.

Угол наклона конической поверхности тарелок к вертикальной оси и диаметр тарелок являются расчетными величинами. Для низкообводненных нефтей угол наклона α конической поверхности тарелок 16 к вертикальной оси и диаметр большего основания d тарелок желательно выполнить увеличивающимися сверху вниз, а для высокообводненных нефтей - уменьшающимися. Для среднеобводненных нефтей (30-70% воды) указанные угол α и диаметр d тарелок могут быть выполнены одного размера.

Целесообразно под конусной частью цилиндрической перегородки 7 установить каплеотбойник 25.

Сепаратор работает следующим образом.

Пластовую воду подают в сепаратор по тангенциальному патрубку 2, где вода раскручивается и разделяется под действием центробежных и гравитационных сил: мехпримеси и вода устремляются к стенке и вниз, а газ и нефтяная эмульсия - к оси сепаратора и вверх, где образуется область пониженного давления.

Мехпримеси, соприкасаясь друг с другом и со стенкой корпуса сепаратора, освобождаются от нефтяной пленки, и вместе с водой, очищенной в пристеночном слое, перемещаются в нижнюю часть сепаратора.

Вытесняемые к оси сепаратора нефтяная эмульсия и неотделившийся газ дополнительно отделяются от мехпримесей и воды, распределяясь по высоте тарелок 16. Мелкодисперсные капельки нефтяной эмульсии с мехпримесями, всплывая, проходят кольцевой зазор 17 между тарелками, сталкиваются на гидрофобной внешней поверхности тарелок, сливаются, адсорбируют микропузырьки газа, которые интенсивно выделяются из нефти в области пониженного давления, при этом происходит процесс флотации капелек нефти микропузырьками воздуха. Всплывшие капельки нефти попадают на гидрофобную поверхность последующей верхней тарелки, отделившаяся вода с механическими примесями переливается из тарелки в тарелку через прорези 18 с образованием непрерывного потока очищенной от нефти воды с мехпримесями, стекающей вдоль цилиндрической перегородки 18, что предотвращает смешивание указанного потока с нефтяной эмульсией. При этом взаиморасположение тарелок (нижняя часть каждой последующей верхней тарелки размещена ниже верхнего края предыдущей нижней тарелки) обеспечивает образование гидрозатвора. Выполнение тарелок гофрированными обеспечит увеличение площади контакта тарелок с жидкостью, что повысит интенсивность сепарации и, кроме того, облегчит перемещение мехпримесей.

Таким образом, нефть, отделившаяся от воды и мехпримесей, всплывает в верхнюю часть сепаратора, где, подвергаясь вращению, переливается через край верхней тарелки и через перепускные окна 10 перетекает в канал 4, откуда через отверстия 12 выводится по патрубку 4.

Газ, отделившийся от нефти и воды в процессе сепарации в области пониженного давления, выводится через перепускные окна 9 и далее по патрубку 3.

Вода и мехпримеси накапливаются в нижней части сепаратора: мехпримеси осаждаются на днище сепаратора, откуда периодически сбрасываются через патрубок 6, а отстоявшаяся вода переливается в полость цилиндрической обечайки 21, при этом попавшие с водой мехпримеси сползают по коническому днищу и выводятся через отверстия 22 в нижнюю часть сепаратора. Цилиндрическая обечайка 23 с конической верхней частью предотвращает попадание мехпримесей, содержащихся в переливающейся из тарелок воде, в полость цилиндрической обечайки 21, а радиальные пластины 25 успокаивают поток воды, создавая условия для осаждения мехпримесей на днище сепаратора. Из полости цилиндрической обечайки 21 вода отводится через отверстия 19 в цилиндрической перегородке 7, кольцевую полость 20 и патрубок 5.

Система «поплавок-клапан» поддерживает уровень нефти в канале 8 выше верхнего края верхней тарелки. При снижении уровня нефти ниже верхнего края верхней тарелки клапан 13 частично перекрывает отверстие 12, при этом снижается расход отводимой нефти, создавая запас времени для срабатывания контрольно-измерительных приборов и исключая проскок газа.

Использование предлагаемого изобретения позволит по сравнению с прототипом расширить функциональные возможности сепаратора путем обеспечения разделения газожидкостной смеси на газ, нефть, воду и механические примеси (сепаратор по прототипу служит лишь для отделения газа от жидкости). Кроме того, предлагаемый сепаратор позволит повысить эффективность сепарации за счет создания условий для интенсивного газоотделения в приосевой зоне путем организации вращающегося потока в сепараторе и обеспечения снижения давления от стенки корпуса к оси вращения. Размещение тарелок в приосевой зоне обеспечит разделение вращающегося потока на узкие кольцевые потоки, что многократно увеличит площадь сепарации в тонкослойном режиме с наложением эффекта самофлотации газом, выделившимся в области пониженного давления. Дополнительной интенсификации сепарации способствует также выполнение внешней поверхности тарелок гидрофобной за счет слияния и укрупнения капелек нефти на гидрофобной поверхности. Кроме того, сепаратор позволит автоматически регулировать расход уловленной нефти, предотвращая проскок газа через клапан, что дает возможность управлять процессом сепарации, что также способствует улучшению качества сепарации.

Изобретение относится устройствам для разделения газожидкостной смеси, в частности пластовой воды в напорном режиме на нефть, газ, воду и мехпримеси. Сепаратор включает корпус с тангенциальным патрубком для ввода газожидкостной смеси и патрубками для вывода газа, отвода нефти, воды и мехпримесей, конические тарелки. Соосно с корпусом установлена цилиндрическая перегородка с перепускными окнами для газа и нефти. В нижней части цилиндрической перегородки установлена заглушка с отверстием для отбора нефти из канала. Ниже заглушки в цилиндрической перегородке выполнены отверстия для сообщения полости сепаратора с патрубком для отвода воды. Сепаратор снабжен устройством для регулирования уровня нефти. Конические тарелки установлены большими основаниями вверх и размещены в промежутке между перепускными окнами и заглушкой. Внешняя часть тарелок выполнена гидрофобной. В нижней части тарелок выполнены прорези. Технический результат состоит в повышении эффективности сепарации. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сепаратор для разделения газожидкостной смеси, содержащий корпус, снабженный тангенциальным патрубком для ввода газожидкостной смеси, патрубками для вывода газа, конические тарелки, отличающийся тем, что он снабжен патрубками для отвода воды, нефти и мехпримесей, соосно с корпусом установлена цилиндрическая перегородка с образованием канала для сбора и отвода нефти и газа, в верхней части перегородки выполнены перепускные окна для сообщения полости сепаратора с патрубком для вывода газа, ниже которых выполнены перепускные окна для перетекания нефти из полости сепаратора в вышеуказанный канал, в нижней части цилиндрической перегородки установлена заглушка с отверстием для отбора нефти из канала, указанное отверстие соединено с патрубком для вывода нефти, ниже заглушки в цилиндрический перегородке выполнены отверстия для сообщения полости сепаратора с патрубком для отвода воды, при этом сепаратор снабжен устройством для регулирования уровня нефти, представляющим собой установленный с возможностью перекрывания вышеуказанного отверстия для отбора нефти из канала клапан, соединенный гибкой связью с поплавком, расположенным над перепускными окнами для нефти, а конические тарелки установлены большими основаниями вверх, нижняя часть каждой последующей верхней тарелки установлена ниже верхнего края нижней тарелки, в нижней части тарелок выполнены прорези для перетекания отделившейся воды с мехпримесями.2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен размещенным в нижней части сепаратора устройством для забора воды, представляющим собой установленную соосно с цилиндрической перегородкой цилиндрическую обечайку с коническим днищем, в котором выполнены отверстия для отвода мехпримесей.3. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что над указанной цилиндрической обечайкой расположена дополнительная цилиндрическая обечайка с конической верхней частью с образованием кольцевого зазора между цилиндрическими поверхностями обечаек.4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями обечаек установлены радиальные пластины для торможения потока.5. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями обечаек установлены радиальные пластины для торможения потока.6. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями обечаек установлены радиальные пластины для торможения потока.7. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.8. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.9. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.10. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.11. Сепаратор по п.5, отличающийся тем, что внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.12. Сепаратор по п.6, отличающийся тем, что внешняя поверхность тарелок выполнена гидрофобной.13. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.14. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.15. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.16. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.17. Сепаратор по п.5, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.18. Сепаратор по п.6, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.19. Сепаратор по п.7, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.20. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.21. Сепаратор по п.9, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.22. Сепаратор по п.10, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.23. Сепаратор по п.11, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.24. Сепаратор по п.12, отличающийся тем, что тарелки выполнены гофрированными, причем гофры ориентированы радиально.