Устройство и способ кондиционирования потока жирного газа Российский патент 2019 года по МПК F04D31/00 

Предпосылки создания изобретения

Воплощения, представленные в настоящем описании, в основном относятся к компрессору, а более конкретно к устройству и способу кондиционирования потока жирного газа, который направляют в компрессор.

Обычно в системе добычи нефти и газа природный газ извлекают из нефтегазовой скважины и направляют в один или более компрессоров, входящих в состав системы добычи. Следует отметить, что природный газ представляет собой жирный газ, включающий один или более жидких компонентов в виде капель. Эти капли жидкости могут составлять значительную объемную долю жидкости, что приводит к эрозии или охрупчиванию крыльчаток в компрессорах. В частности, известно, что эрозия зависит от относительной скорости капель при столкновении с поверхностями компрессора, габаритно-массовых характеристик капель, а также от угла столкновения. Кроме того, эрозия крыльчаток приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и надежности, к снижению срока службы компрессора, а также к увеличению потребности в техническом обслуживании.

В обычном устройстве большая емкость, известная как газожидкостной сепаратор, установлена выше компрессоров по ходу технологического потока. Газожидкостной сепаратор применяют для отделения капель жидкости от потока природного газа, извлеченного из нефтегазовой скважины. После отделения капель жидкости поток природного газа направляют в компрессоры для дальнейшей обработки природного газа. Однако существующие в настоящее время устройства и технологии для отделения жидкости, как правило, являются сложными, что приводит к углублению проблем технического обслуживания, связанных с компрессорами и с данными устройствами.

Краткое описание изобретения

Согласно аспектам настоящего изобретения, представлено устройство кондиционирования потока, предназначенное для кондиционирования потока жирного газа, содержащего многочисленные капли жидкости и поток газа. Устройство кондиционирования потока включает первый сегмент, включающий первую сужающуюся секцию, сконструированную для раздробления многочисленных капель жидкости от первого размера до второго размера. Кроме того, устройство кондиционирования потока включает второй сегмент, присоединенный к первому сегменту и включающий вторую сужающуюся секцию, сконструированную для раздробления многочисленных капель жидкости от второго размера до третьего размера.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, представлен способ кондиционирования потока жирного газа. Способ включает прием потока жирного газа, содержащего многочисленные капли жидкости, имеющие первый размер, и поток газа. Затем данный способ включает кондиционирование многочисленных капель жидкости посредством первой сужающейся секции устройства кондиционирования потока, чтобы уменьшить размер многочисленных капель жидкости от первого размера до второго размера. Способ также включает кондиционирование многочисленных капель жидкости посредством второй сужающейся секции устройства кондиционирования потока, чтобы уменьшить размер многочисленных капель жидкости от второго размера до третьего размера.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, представлена система. Данная система включает компрессор. Кроме того, система включает устройство кондиционирования потока, функционально присоединенное к входу компрессора и включающее первую сужающуюся секцию, сконструированную для приема потока жирного газа, содержащего поток газа и многочисленные капли жидкости, имеющие первый размер, и кондиционирования многочисленных капель жидкости, чтобы уменьшить размер многочисленных капель жидкости от первого размера до второго размера. Устройство кондиционирования потока также включает первую расширяющуюся секцию, присоединенную к первой сужающейся секции и сконструированную для замедления потока жирного газа, содержащего многочисленные капли жидкости, имеющие второй размер. Кроме того, устройство кондиционирования потока включает вторую сужающуюся секцию, присоединенную к первой расширяющейся секции и сконструированную для кондиционирования многочисленных капель жидкости, чтобы уменьшить размер многочисленных капель жидкости от второго размера до третьего размера. Кроме того, устройство кондиционирования потока включает вторую расширяющуюся секцию, присоединенную ко второй сужающейся секции и сконструированную для замедления потока жирного газа.

Чертежи

Эти и другие отличительные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения можно будет лучше понять при прочтении последующего подробного описания, со ссылкой на сопровождающие чертежи, где одинаковые сноски обозначают одинаковые детали на всех чертежах, где:

Фиг. 1 является схематическим изображением компрессора жирного газа, в соответствии с аспектами настоящего изобретения;

Фиг. 2 является схематическим изображением одного воплощения устройства кондиционирования потока, в соответствии с аспектами настоящего изобретения;

Фиг. 3 является схематическим изображением другого воплощения устройства кондиционирования потока, в соответствии с аспектами настоящего изобретения;

Фиг. 4 является схематическим изображением части устройства кондиционирования потока, изображенного на Фиг. 3, включая поток жирного газа, в соответствии с аспектами настоящего изобретения; и

Фиг. 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ кондиционирования потока жирного газа, содержащего многочисленные капли жидкости, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Как будет подробно описано далее, представлены различные примеры воплощений устройств и способов кондиционирования потока жирного газа, содержащего многочисленные капли жидкости. При использовании данных способов и различных воплощений устройств по настоящему изобретению можно существенно снизить эрозию и/или охрупчивание крыльчаток в компрессорах. Также, путем снижения эрозии в компрессорах, можно значительно улучшить эксплуатационные характеристики и повысить надежность и срок службы компрессоров.

Обратимся теперь к чертежам; на Фиг. 1 изображена система 100 кондиционирования потока, в соответствии с аспектами настоящего изобретения. В рассматриваемой в данном случае конфигурации система 100 кондиционирования потока включает компрессор 101 жирного газа. Кроме того, система 100 кондиционирования потока включает одну или более трубных секций 110, которые функционально присоединены к компрессору 101 жирного газа и сконструированы для перемещения потока 114 жирного газа к компрессору 101 жирного газа.

Компрессор 101 жирного газа может представлять собой часть системы добычи нефти и газа, которую используют для извлечения природного газа из нефтегазовой скважины и переработки извлеченного природного газа с целью получения из природного газа одного или более промежуточных продуктов. Компрессор 101 жирного газа может включать одну или более ступеней с одной или более крыльчатками 102, расположенными на валу 104 для вращения вместе с ним. В дополнение, компрессор 101 жирного газа также может включать один или более статоров. Компрессор 101 жирного газа также может включать впускную секцию 106. В одном из примеров впускная секция 106 может включать спиральный впуск 108. Следует отметить, что компрессор 101 жирного газа может включать и другие компоненты, и он не ограничен компонентами, изображенными на Фиг. 1.

Кроме того, трубная секция 110 может быть функционально присоединена к впускной секции 106 компрессора 101 жирного газа. Трубная секция 110 может иметь любой желаемый размер, форму или длину. Хотя воплощение, изображенное на Фиг. 1, иллюстрирует систему 100 кондиционирования потока, включающую одну трубную секцию 110, можно использовать любое количество трубных секций 110. Трубную секцию 110 можно использовать для подачи потока 114 природного газа во впускную секцию 106 компрессора 101 жирного газа. Следует отметить, что в настоящем описании термины «поток природного газа» и «поток жирного газа» могут быть использованы взаимозаменяемо. Кроме того, поток 114 жирного газа может включать поток газа и многочисленные капли жидкости, имеющие высокую объемную долю жидкости.

В обычной системе поток жирного газа подают во впускную секцию компрессора. Однако капли жидкости в потоке жирного газа имеют большой размер и составляют значительную объемную долю жидкости. Эти большие капли жидкости могут вызвать эрозию или охрупчивание крыльчаток в компрессоре, когда поток жирного газа при высоком давлении сталкивается с одной или несколькими поверхностями крыльчаток. Эта эрозия или охрупчивание крыльчаток может, в свою очередь, ухудшить эксплуатационные характеристики и снизить срок службы компрессора.

В соответствии с аспектами, приведенными в качестве примера в настоящем описании, проблемы, известные в уровне техники, можно устранить посредством использования устройства 112 кондиционирования потока. В рассматриваемой в данном случае конфигурации устройство 112 кондиционирования потока расположено выше компрессора 101 жирного газа по ходу технологического потока. Кроме того, устройство 112 кондиционирования потока может быть сконструировано для кондиционирования потока 114 жирного газа таким образом, чтобы дробить большие капли жидкости в потоке жирного газа до более мелких капель жидкости, или уменьшать их размер. В одном из примеров устройство 112 кондиционирования потока может представлять собой сопло для кондиционирования потока, которое расположено в пределах трубной секции 110, как изображено на Фиг. 1. Следует отметить, что в настоящем описании термины «устройство кондиционирования потока» и «сопло для кондиционирования потока» могут быть использованы взаимозаменяемо. В другом примере сопло 112 для кондиционирования потока может быть расположено в пределах впускной секции 106 компрессора 101 жирного газа.

Сопло 112 для кондиционирования потока может быть сконструировано для приема потока 114 жирного газа из нефтегазовой скважины. В одном воплощении устройство 112 кондиционирования потока сконструировано таким образом, что оно имеет площадь поперечного сечения переменных размеров. Кроме того, сопло 112 для кондиционирования потока, имеющее переменную площадь поперечного сечения, может быть сконструировано для создания разности скоростей между каплями жидкости и потоком газа в потоке 114 жирного газа. Эту разность скоростей используют для раздробления капель жидкости на более мелкие капли. Аспект кондиционирования капель жидкости в потоке 114 жирного газа будет описан более подробно со ссылкой на Фиг. 2. В соответствии с другими аспектами настоящего изобретения, устройство 112 кондиционирования потока может составлять единое целое с трубной секцией 110 и/или спиральным впуском 108. В другом воплощении внутри трубной секции 110 и/или спирального впуска 108 может быть расположено одно большое сопло 112 для кондиционирования потока. В альтернативном случае внутри спирального впуска 108 и/или трубной секции 110 могут быть расположены по окружности несколько сопел меньшего размера.

На Фиг. 2 изображено одно воплощение сопла 200 для кондиционирования потока в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Следует отметить, что численным обозначением 200 может быть представлено устройство 112 кондиционирования потока, изображенное на Фиг. 1. В соответствии с аспектами, приведенными в качестве примера в настоящем описании, сопло 200 для кондиционирования потока, имеющее переменную площадь поперечного сечения, может быть сконструировано для обработки потока 218 жирного газа с целью уменьшения размера многочисленных капель 220 жидкости в потоке 218 жирного газа. Численное обозначение 218 представляет в общем поток жирного газа, содержащего многочисленные капли 220 жидкости и поток 222 газа. В одном воплощении сопло 200 для кондиционирования потока может быть сформировано путем соединения двух сужающихся-расширяющихся (CP) сопел, расположенных встык. В одном из примеров CP-сопла могут включать сопла Лаваля.

В рассматриваемой конфигурации сопло 200 для кондиционирования потока может включать первый сегмент 202 и второй сегмент 204, которые соединены друг с другом, как показано на Фиг. 2. Кроме того, в одном воплощении сопло 200 для кондиционирования потока может быть расположено между выходом трубной секции и входом компрессора жирного газа. Соответственно, в одном воплощении первый сегмент 202 может быть присоединен к трубной секции, например, к трубной секции 110 (см. Фиг. 1), для приема потока 218 жирного газа из нефтегазовой скважины. Подобным образом, второй сегмент 204 может быть присоединен к впускной секции, например, к впускной секции 106 (см. Фиг. 1) компрессора, для подачи обработанного потока жирного газа в компрессор, например, в компрессор 101 жирного газа (см. Фиг. 1). В одном из примеров первый сегмент 202 может представлять собой первое CP-сопло, в то время как второй сегмент 204 может представлять собой второе CP-сопло. Следует отметить, что сопло 200 для кондиционирования потока может включать два или более сегментов для уменьшения размера капель 220 жидкости в потоке 218 жирного газа до требуемой величины.

Первый сегмент 202 может включать первую сужающуюся секцию 206 и первую расширяющуюся секцию 210. Также, первый сегмент 202 может включать первую горловинную секцию 208, расположенную между первой сужающейся секцией 206 и первой расширяющейся секцией 210. Первая сужающаяся секция 206 может включать секцию первого сегмента 202, имеющую уменьшающуюся площадь поперечного сечения. Также, первая расширяющаяся секция 210 первого сегмента 202 может включать секцию, имеющую увеличивающуюся площадь поперечного сечения. В некоторых воплощениях первая горловинная секция 208 может иметь определенную длину. Также, первая горловинная секция 208 может иметь по существу одинаковую площадь поперечного сечения. Хотя воплощение, показанное на Фиг. 2, изображает использование первой горловинной секции 208 между первой сужающейся секцией 206 и первой расширяющейся секцией 210, в некоторых воплощениях первая сужающаяся секция 206 может быть непосредственно присоединена к первой расширяющейся секции 210, без применения первой горловинной секции 208.

Подобным образом, второй сегмент 204 может включать вторую сужающуюся секцию 212 и вторую расширяющуюся секцию 216. Кроме того, второй сегмент 204 может включать вторую горловинную секцию 214, которая расположена между второй сужающейся секцией 212 и второй расширяющейся секцией 216. Вторая сужающаяся секция 212 может включать секцию второго сегмента 204, имеющую уменьшающуюся площадь поперечного сечения. Также, вторая расширяющаяся секция 216 может включать секцию второго сегмента 204, имеющую увеличивающуюся площадь поперечного сечения. В некоторых воплощениях вторая горловинная секция 214 может иметь определенную длину. В дополнение, вторая горловинная секция 214 может иметь по существу одинаковую площадь поперечного сечения. Хотя воплощение, показанное на Фиг. 2, изображает использование второй горловинной секции 214 между второй сужающейся секцией 212 и второй расширяющейся секцией 216, в некоторых воплощениях вторая сужающаяся секция 212 может быть непосредственно присоединена ко второй расширяющейся секции 216, без применения второй горловинной секции 214.

Следует отметить, что длина секций 206, 208, 210, 212, 214, 216, а также углы увеличения и уменьшения площадей поперечного сечения этих секций 206, 208, 210, 212, 214, 216 могут изменяться, и они не ограничены длинами и углами, изображенными на Фиг. 2. Также следует отметить, что секции 206, 208, 210, 212, 214, 216 могут быть симметричными или асимметричными. В одном воплощении сопло 200 для кондиционирования потока может быть круглым и симметричным относительно оси. Следует отметить, что также рассматривают и другие конфигурации сопла 200 для кондиционирования потока.

Как отмечено выше, последовательность сужающихся и расширяющихся секций в сопле 200 для кондиционирования потока можно использовать для обеспечения ускорения и/или замедления потока 218 жирного газа. Последовательность ускорения и/или замедления потока 218 жирного газа, в свою очередь, способствует созданию в потоке 218 жирного газа отличной от нуля разности скоростей между многочисленными каплями 220 жидкости и потоком 222 газа. Поток 218 жирного газа направляют в сопло 200 для кондиционирования потока, где скорость потока жирного газа может быть в значительной степени дозвуковой. Также, капли 220 жидкости в потоке 218 жирного газа имеют первый размер.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, скорость потока 218 жирного газа может увеличиваться по мере того, как поток 218 жирного газа проходит через уменьшающуюся площадь поперечного сечения первой сужающейся секции 206. Это увеличение скорости потока 218 жирного газа может привести к ускорению капель 220 жидкости и потока 222 газа в потоке 218 жирного газа. Однако, из-за более высокой плотности капель 220 жидкости, поток 222 газа может ускоряться в большей степени по сравнению с ускорением капель 220 жидкости. Эта разница в ускорении, в свою очередь, создает первую разность скоростей между каплями 220 жидкости и потоком 222 газа в потоке 218 жирного газа. Эту первую разность скоростей можно также назвать скоростью проскальзывания между каплями 220 жидкости и потоком 222 газа. Кроме того, если эта первая разность скоростей превышает первое пороговое значение, или критическое значение, капли 220 жидкости могут быть раздроблены на капли, имеющие второй размер. В одном из примеров второй размер может быть меньше, чем первый размер капель 220 жидкости.

Кроме того, поток 218 жирного газа можно направить далее, из первой сужающейся секции 206 в первую расширяющуюся секцию 210. В одном воплощении поток 218 жирного газа можно направить в первую расширяющуюся секцию 210 через первую горловинную секцию 208. Увеличение площади поперечного сечения первой расширяющейся секции 210 приводит к расширению потока газа в потоке 218 жирного газа, что, в свою очередь, уменьшает скорость потока 218 жирного газа. Следовательно, скорость капель 220 жидкости и потока 222 газа в потоке 218 жирного газа может уменьшиться или замедлиться в первой расширяющейся секции 210. Таким образом, скорость потока 218 жирного газа можно вернуть обратно к дозвуковому уровню, или поддерживать ее на дозвуковом уровне, в первой расширяющейся секции 210. В одном из примеров поток 218 жирного газа можно поддерживать на дозвуковом уровне, чтобы предотвратить потери высокого давления и/или низкого давления потока 218 жирного газа в сопле 200 для кондиционирования потока. В первой расширяющейся секции 210 капли 220 жидкости в потоке 218 жирного газа могут иметь второй размер.

Кроме того, когда поток 218 жирного газа проходит через первую расширяющуюся секцию 210, и его направляют во вторую сужающуюся секцию 212, скорость потока 218 жирного газа может быть снова увеличена во второй сужающейся секции 212 с уменьшающейся площадью поперечного сечения. Это увеличение скорости потока 218 жирного газа может снова ускорить капли 220 жидкости и поток 222 газа в потоке 218 жирного газа. Хотя размер капель 220 жидкости уменьшен от первого размера до второго размера, плотность капель 220 жидкости все еще может быть выше, чем плотность потока 222 газа. Таким образом, ускорение потока 222 газа будет более высоким, чем ускорение капель 220 жидкости. Эта разница в ускорениях потока 222 газа и капель 220 жидкости, в свою очередь, создает вторую разность скоростей между каплями 220 жидкости и потоком 222 газа в потоке 218 жирного газа. Кроме того, если эта вторая разность скоростей превышает второе пороговое значение, или критическое значение, капли 220 жидкости могут быть раздроблены на капли, имеющие третий размер. В одном из примеров третий размер может быть меньше, чем второй размер капель 220 жидкости.

Поток 218 жирного газа можно затем направить во вторую расширяющуюся секцию 216. В одном воплощении поток 218 жирного газа можно направить во вторую расширяющуюся секцию 216 через вторую горловинную секцию 214. В данном случае также, увеличивающаяся площадь поперечного сечения второй расширяющейся секции 216 может замедлить капли 220 жидкости и поток 222 газа в потоке 218 жирного газа. Также, скорость потока 218 жирного газа может быть возвращена обратно к дозвуковому уровню, или поддержана на дозвуковом уровне, во второй расширяющейся секции 216. Численное обозначение 224 представляет в общем поток жирного газа, содержащего капли жидкости меньшего размера. Затем поток 218 жирного газа, содержащего капли жидкости третьего размера, можно подавать во впускную секцию компрессора.

Таким образом, применение сопла 200 для кондиционирования потока с целью кондиционирования потока 218 жирного газа перед подачей его в компрессор помогает минимизировать столкновение капель 220 жидкости в потоке 218 жирного газа с крыльчатками и/или другими поверхностями в компрессоре. В частности, так как сопло 200 для кондиционирования потока способствует минимизации размера капель 220 жидкости, взаимодействие между каплями 220 жидкости и крыльчатками и/или другими поверхностями компрессора существенно уменьшается.

Обратимся к Фиг. 3, где изображено другое воплощение сопла 300 для кондиционирования потока, в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Кроме того, Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение 400 части сопла 300 для кондиционирования потока, изображенного на Фиг. 3, включающего поток 320 жирного газа. Сопло 300 для кондиционирования потока аналогично соплу 200 для кондиционирования потока, изображенному на Фиг. 2. В частности, первый сегмент сопла 300 включает первую сужающуюся секцию 312, первую горловинную секцию 314 и первую расширяющуюся секцию 304. Однако второй сегмент сопла 300 можно сформировать, помещая клин 302 внутри центрального объема первой расширяющейся секции 304. Более конкретно, клин 302 может быть помещен в определенном месте внутри первой расширяющейся секции 304 сопла 300 для кондиционирования потока. Клин 302 может включать головную часть 306 и сужающуюся хвостовую часть 308, присоединенную к головной части 306, как изображено на Фиг. 3. В одном воплощении клин 302 может быть помещен в первой расширяющейся секции 304 таким образом, чтобы вокруг головной части 306 клина 302 образовался узкий кольцеобразный проход или отверстие. Этот кольцеобразный проход может быть выполнен так, чтобы поток 320 жирного газа мог проходить вокруг клина 302. Этот узкий кольцеобразный проход или отверстие вокруг головной части 306 можно рассматривать как вторую сужающуюся секцию 316 сопла 300. Кроме того, в сужающейся хвостовой части 308 этот кольцеобразный проход расширяется, и его можно рассматривать как вторую расширяющуюся секцию 318 сопла 300.

В примере воплощения, приведенном на Фиг. 3, головная часть 306 клина 302 может включать закрытый передний конец 310, обращенный к первой сужающейся секции 312 и/или к первой горловинной секции 314 сопла 300 для кондиционирования потока. Следует отметить, что капли жидкости в потоке 320 жирного газа ударяются о закрытый передний конец 310 головной части 306. Соответственно, закрытый передний конец 310 головной части 306 можно покрыть стойким к эрозии материалом, чтобы минимизировать ударное воздействие капель жидкости на головную часть 306 клина 302. В одном из примеров размещение клина 302 может привести к образованию другого кольцеобразного сужающегося-расширяющегося (CP) сопла в сопле 300 для кондиционирования потока.

В ходе работы поток 320 жирного газа можно направить в первую сужающуюся секцию 312 сопла 300 для кондиционирования потока. Скорость потока 320 жирного газа может быть в значительной степени дозвуковой. Также, капли жидкости в потоке 320 жирного газа имеют первый размер.

При пропускании потока 320 жирного газа в первую сужающуюся секцию 312 сопла 300 для кондиционирования потока скорость потока 320 жирного газа может увеличиваться, так как поток 320 жирного газа направляют через уменьшающуюся площадь поперечного сечения первой сужающейся секции 312. Это увеличение скорости потока 320 жирного газа может привести к ускорению капель жидкости и потока газа в потоке 320 жирного газа. Однако, из-за более высокой плотности капель жидкости, поток газа может ускоряться в большей степени по сравнению с ускорением капель жидкости в потоке 320 жирного газа. Эта разница в ускорении, в свою очередь, может создать первую разность скоростей между каплями жидкости и потоком газа в потоке 320 жирного газа. Кроме того, если эта первая разность скоростей превышает первое пороговое значение, или критическое значение, то капли жидкости могут быть раздроблены на капли, имеющие второй размер. В одном из примеров второй размер может быть меньше, чем первый размер капель жидкости. Эти раздробленные капли жидкости в потоке 320 жирного газа представлены линиями 402 на Фиг. 4.

Затем поток 320 жирного газа можно направить в первую расширяющуюся секцию 304. В одном воплощении поток 320 жирного газа можно направить в первую расширяющуюся секцию 304 через первую горловинную секцию 314. Увеличение площади поперечного сечения первой расширяющейся секции 304 приводит к расширению потока газа в потоке 320 жирного газа, что, в свою очередь, уменьшает скорость потока 320 жирного газа. Следовательно, скорость капель жидкости и потока газа в потоке 320 жирного газа можно снизить или замедлить в первой расширяющейся секции 304. Таким образом, скорость потока 320 жирного газа можно вернуть обратно к дозвуковому уровню, или поддерживать ее на дозвуковом уровне, в первой расширяющейся секции 304. В одном из примеров поток 320 жирного газа поддерживают на дозвуковом уровне, чтобы предотвратить потери высокого давления и/или низкого давления потока 320 жирного газа в сопле 300 для кондиционирования потока. В первой расширяющейся секции 304 капли жидкости в потоке 320 жирного газа могут иметь второй размер. Течение потока 320 жирного газа в первой расширяющейся секции 304 представлено сплошной траекторией 404 на Фиг. 4.

Кроме того, разность скоростей между каплями жидкости и потоком газа в потоке 320 жирного газа может вскоре достигнуть нулевого значения, по мере того как поток жирного газа направляют через первую расширяющуюся секцию 304. Поэтому желательно снова ускорить течение газа и распределить капли жидкости в потоке 320 жирного газа. В одном воплощении головная часть 306 клина 302 может способствовать распределению капель жидкости в направлении внешнего радиуса клина 302 и ускорению течения газа. В частности, поток 320 жирного газа может ударяться о закрытый передний конец 310 клина 302 и может быть направлен через вторую сужающуюся секцию 316 сопла 300. Во второй сужающейся секции 316 скорость потока жирного газа может снова возрасти из-за узкого кольцеобразного прохода или отверстия вокруг головной части 306 клина 302. Это увеличение скорости потока 320 жирного газа может снова ускорить капли жидкости и поток газа в потоке 320 жирного газа. Ускорение потока газа больше, чем ускорение капель жидкости. Эта разность в ускорении потока газа и капель жидкости в потоке 320 жирного газа, в свою очередь, создает вторую разность скоростей между каплями жидкости и потоком газа в потоке 320 жирного газа. Кроме того, если эта вторая разность скоростей превышает второе пороговое значение, или критическое значение, то капли жидкости могут быть раздроблены на капли, имеющие третий размер. В одном из примеров третий размер капель может быть меньше, чем второй размер капель. Эти раздробленные капли жидкости во второй сужающейся секции 316 представлены линиями 406 на Фиг. 4.

Кроме того, поток 320 жирного газа можно направить во вторую расширяющуюся секцию 318. Расширяющийся кольцеобразный проход у сужающейся хвостовой части 308 клина 302 может способствовать замедлению капель жидкости и потока газа в потоке 320 жирного газа. Также, скорость потока 320 жирного газа можно вернуть обратно к дозвуковому уровню, или поддерживать ее на дозвуковом уровне, во второй расширяющейся секции 318. Кроме того, поток жирного газа, имеющий капли жидкости третьего размера, можно подавать во впускную секцию компрессора.

Теперь обратимся к Фиг. 5, где изображена технологическая схема 500, иллюстрирующая способ кондиционирования потока жирного газа, в соответствии с аспектами, представленными в настоящем описании. Для простоты понимания способ, изображенный на Фиг. 5, будет описан со ссылкой на компоненты Фиг. 1-4. Способ начинается со стадии 502, на которой принимают поток жирного газа, содержащий многочисленные капли жидкости, имеющие первый размер, и поток газа. Для приема потока 218 жирного газа из нефтегазовой скважины можно использовать первую сужающуюся секцию 206 сопла 200 для кондиционирования потока.

Затем, на стадии 504, многочисленные капли 220 жидкости в потоке 218 жирного газа можно кондиционировать, чтобы уменьшить размер капель 220 жидкости от первого размера до второго размера. В частности, по мере того, как поток 218 жирного газа пропускают через сопло 200 для кондиционирования потока, скорость потока 218 жирного газа может увеличиваться в первой сужающейся секции 206 с уменьшающейся площадью поперечного сечения. Это увеличение скорости потока 218 жирного газа может привести к ускорению капель 220 жидкости и потока 222 газа в потоке 218 жирного газа. Это, в свою очередь, создает первую разность скоростей между каплями 220 жидкости и потоком 222 газа в потоке 218 жирного газа. Кроме того, если эта первая разность скоростей превышает первое пороговое значение, то капли 220 жидкости могут быть раздроблены на капли, имеющие второй размер. В одном из примеров второй размер капель жидкости может быть меньше, чем первый размер капель жидкости.

Затем, на стадии 506, многочисленные капли 220 жидкости в потоке 218 жирного газа можно снова кондиционировать, чтобы уменьшить размер капель 220 жидкости от второго размера до третьего размера. Соответственно, поток 218 жирного газа можно направить из первой сужающейся секции 206 в первую расширяющуюся секцию 210. В первой расширяющейся секции 210 капли 220 жидкости и поток 222 газа в потоке 218 жирного газа могут замедляться, из-за увеличения площади поперечного сечения первой расширяющейся секции 210. Затем, когда поток 218 жирного газа проходит через первую расширяющуюся секцию 210, и его направляют во вторую сужающуюся секцию 212, скорость потока 218 жирного газа можно снова увеличить во второй сужающейся секции 212 с уменьшающейся площадью поперечного сечения. Это увеличение скорости потока 218 жирного газа может привести к повторному ускорению капель 220 жидкости и потока 222 газа в потоке 218 жирного газа. Кроме того, может быть создана вторая разность скоростей между каплями 220 жидкости и потоком 222 газа в потоке 218 жирного газа. Также, если эта вторая разность скоростей превышает второе пороговое значение, то капли 220 жидкости могут быть раздроблены на капли, имеющие третий размер. В одном из примеров третий размер капель 220 может быть меньше, чем второй размер капель.

После этого поток 218 жирного газа можно направить во вторую расширяющуюся секцию 216. Здесь увеличение площади поперечного сечения второй расширяющейся секции 216 снова способствует замедлению капель 220 жидкости и потока 222 газа в потоке 218 жирного газа. Затем поток 224 жирного газа, имеющий капли жидкости третьего размера, можно подавать во впускную секцию 106 компрессора 101.

Различные воплощения приведенных в качестве примера устройства и способа способствуют кондиционированию потока жирного газа перед подачей этого потока жирного газа в один или более компрессоров. В свою очередь, использование кондиционированного потока жирного газа минимизирует ударное воздействие капель жидкости в потоке жирного газа на крыльчатки, тем самым предотвращая эрозию или охрупчивание крыльчаток в компрессорах. Кроме того, приведенные в качестве примера устройство и способ способствуют повышению эксплуатационных характеристик, надежности и срока службы компрессоров.

В то время как в настоящем описании были проиллюстрированы и описаны лишь некоторые признаки данного изобретения, специалисты могут предусмотреть многие модификации и изменения. Таким образом, как следует понимать, предполагают, что прилагаемая формула изобретения охватывает все эти модификации и изменения, как соответствующие сущности данного изобретения.

Представлено устройство кондиционирования потока, предназначенное для кондиционирования потока жирного газа, содержащего многочисленные капли жидкости и поток газа. Устройство кондиционирования потока включает первый сегмент, включающий первую сужающуюся секцию, сконструированную для раздробления многочисленных капель жидкости от первого размера до второго размера. Кроме того, устройство кондиционирования потока включает второй сегмент, присоединенный к первому сегменту и включающий вторую сужающуюся секцию, сконструированную для раздробления многочисленных капель жидкости от второго размера до третьего размера. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство кондиционирования потока, предназначенное для кондиционирования потока жирного газа, содержащего множество капель жидкости и поток газа, включающее:

первый сегмент, включающий первую сужающуюся секцию, сконструированную для раздробления множества капель жидкости от первого размера до второго размера, и первую расширяющуюся секцию, функционально связанную с первой сужающейся секцией и сконструированную для замедления потока жирного газа; и

второй сегмент, связанный с первым сегментом и включающий вторую сужающуюся секцию, сконструированную для раздробления множества капель жидкости от второго размера до третьего размера,

при этом второй сегмент образован клином, расположенным в центральном объеме первой расширяющейся секции.

2. Устройство кондиционирования потока по п. 1, в котором первая сужающаяся секция сконструирована для ускорения потока жирного газа, чтобы создать первую разность скоростей между множеством капель жидкости и потоком газа в потоке жирного газа.

3. Устройство кондиционирования потока по п. 2, в котором первая сужающаяся секция сконструирована для раздробления множества капель жидкости от первого размера до второго размера на основе первой разности скоростей.

4. Устройство кондиционирования потока по п. 1, в котором первая расширяющаяся секция находится в соединении с первой сужающейся секцией через первую горловинную секцию.

5. Устройство кондиционирования потока по п. 1, в котором вторая сужающаяся секция сконструирована для повторного ускорения потока жирного газа, чтобы создать вторую разность скоростей между множеством капель жидкости и потоком газа в потоке жирного газа.

6. Устройство кондиционирования потока по п. 5, в котором вторая сужающаяся секция сконструирована для раздробления множества капель жидкости от второго размера до третьего размера на основе второй разности скоростей.

7. Устройство кондиционирования потока по п. 1, в котором второй сегмент дополнительно включает вторую расширяющуюся секцию, функционально связанную со второй сужающейся секцией и сконструированную для замедления потока жирного газа.

8. Устройство кондиционирования потока по п. 7, в котором вторая расширяющаяся секция связана со второй сужающейся секцией через вторую горловинную секцию.

9. Устройство кондиционирования потока по п. 1, в котором клин включает головную часть и сужающуюся хвостовую часть, связанную с головной частью.

10. Устройство кондиционирования потока по п. 9, в котором головная часть включает закрытый передний конец, покрытый стойким к эрозии материалом.

11. Способ, осуществляемый с помощью устройства кондиционирования потока по любому из пп. 1-10, включающий:

прием потока жирного газа, содержащего множество капель жидкости, имеющих первый размер, и поток газа;

кондиционирование множества капель жидкости с помощью первой сужающейся секции устройства кондиционирования потока, чтобы уменьшить размер множества капель жидкости от первого размера до второго размера; и

кондиционирование множества капель жидкости с помощью второй сужающейся секции устройства кондиционирования потока, чтобы уменьшить размер множества капель жидкости от второго размера до третьего размера.

12. Способ по п. 11, в котором кондиционирование множества капель жидкости с помощью первой сужающейся секции включает ускорение потока жирного газа, чтобы создать первую разность скоростей между множеством капель жидкости и потоком газа в потоке жирного газа.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий раздробление множества капель жидкости от первого размера до второго размера на основе первой разности скоростей.

14. Способ по п. 11, дополнительно включающий замедление потока жирного газа с помощью первой расширяющейся секции устройства кондиционирования газа.

15. Способ по п. 11, в котором кондиционирование множества капель жидкости с помощью второй сужающейся секции включает повторное ускорение потока жирного газа, чтобы создать вторую разность скоростей между множеством капель жидкости и потоком газа в потоке жирного газа.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий раздробление множества капель жидкости от второго размера до третьего размера на основе второй разности скоростей.

17. Способ по п. 11, дополнительно включающий замедление потока жирного газа с помощью второй расширяющейся секции устройства кондиционирования потока.

18. Система, включающая:

компрессор;

устройство кондиционирования потока, функционально связанное с входом компрессора и включающее:

первую сужающуюся секцию, сконструированную для:

приема потока жирного газа, содержащего поток газа и множество капель жидкости, имеющих первый размер;

кондиционирования множества капель жидкости, чтобы уменьшить размер множества капель жидкости от первого размера до второго размера; и

первую расширяющуюся секцию, связанную с первой сужающейся секцией и сконструированную для замедления потока жирного газа, содержащего множество капель жидкости, имеющих второй размер;

вторую сужающуюся секцию, функционально связанную с первой расширяющейся секцией и сконструированную для кондиционирования множества капель жидкости, чтобы уменьшить размер множества капель жидкости от второго размера до третьего размера; и

вторую расширяющуюся секцию, функционально связанную со второй сужающейся секцией и сконструированную для замедления потока жирного газа,

причем вторая сужающаяся секция и вторая расширяющаяся секция образованы клином, расположенным в центральном объеме первой расширяющейся секции.