Способ сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B01D19/00 F17D1/20 

Изобретение относится к технологии сбора, транспорта, а также разделения фаз при эксплуатации нефтяных, газоконден- сатных месторождений и предназначено для использования в нефтяной и газовой промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности работы систем сбора и разделения, а также обеспечение устойчивой работы трубопровода

На фиг, 1 изображено устройство для сбора,транспорта и предварительного разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием, на фиг. 2 - сечение А-А

на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг 1; на фиг 4 - сечение Б-Б на фиг 3, на фиг. 5 - узел II на фиг 2; на фиг 6 - кривые поясняющие способ

Способ осуществляется следующим образом

Осуществляют совместное движение в подводящем трубопроводе газЯ и жидкости и предварительное разделение смеси в расширителе. При этом поддерживают значение критерия Вебера We в подводящем трубопроводе в интервале 10 We 12, а в расширителе в интервале 3 5 We 4,5

о

OJ

ел о

Целесообразно в смесь вводить реагент, снижающий поверхностное натяжеНИР

Целесообразно также при сборе и транспорте смесей с повышенной вязкостью жидкой фазы поддерживать темпера- гуру смеси, обеспечивающую значения динамического коэффициента вязкости жидкой фазы, равное или меньше 0,1 Па-с.

Экспериментально установлено, что если отношение динамического давления потока газа -у-р(и)2 к капиллярному

давлению капли 2 а/гк которое носит название числа Вебера, равно 10 или чуть больше 10 (11-12), то возникает деформация сначала с раздвоением, а затем дроблением и распылом на несколько (3-5) примерно равных капель. В приведенных

выражениях: р1 U - соответственно плотность и скорость газа;а - поверхностное натяжение, гк - радиус капли.

Если же радиус капли выразить через ее диаметр oV, то число Вебера будет представлять равенство

Weл j iyllJLjK.

8

а

Коснемся сил и причин, которые вначале деформируют, а затем разрывают и рас- пыливают каплю. Эти явления объясняются распределением нормального давления по поверхности капли при обтекании ее газом, В лобовой части капли по направлению движения газа давление достигает максимального значения (образуется зона повышенного давления). Давление равно

-7j-p (l) ) (струйка газа в лобовом на

правлении полностью тормозится) А струйки, приходящиеся на боковые поверхности, которые они обтекают, создают зоны пониженного давления. Лобовые силы плющат каплю, другие силы вытягивают ее с боков и фронтальной части. Вместо хорошо обтекаемого тела в виде сигары получается сначала дискообразное тело, плоскость которого перпендикулярна потоку газа: оно утончается в середине с образованием пленки. Затем пленка выдувается (разрывается) и из одной капли образуется две. При наличии вышеназванных условий образовавшиеся капли также подвержены воздействию сил и дробятся

В результате дробление капель жидкости, вовлекаемых в газовой поток, происходит при определенной критической

-

скорости потока газа. Из равенства (1) эту скорость можно представить выражением

J W%LТ J н7

а

р d

(2)

10

40

Из (2) следует, что UKp тем больше, чем

меньше капля:

11 я

икр растет с ростом поверхностного натяжения и с уменьшением плотности газа

Р.

В предложенном способе создают такой технологический режим, когда с учетом

15 свойств перекачиваемых сред образование эмульсионной структуры, ее устойчивость зависят от использования кинетической энергии потока газа, его скоростного напора.

20 На фиг. 6 с использованием равенства (2) в качестве примера показана связь между критической скоростью и размером капель, при которой начинается их раздвоение, в зависимости от изменения

25 плотности газа (при двух фиксированных значениях) Кривая 1 получена при значении

.12 кг/м3. Это значение плотности отвечает сжатию давлением 0,6 МПа нефтяного газа, плотность которого при 30 стандартных условиях равна 1,17 кг/м3. Кривая 2 получена при значении-плотности газа р 13,5 кг/м . Эта плотность отвечает сжатию того же нефтяного газа давлением 1,1 МПа. Последнее соответствует среднему давлению в выкидных линиях на участке устья скважин (кустах) Ру 1,5 МПа и коническому давлению перед сепарацией (на ЦПС, КСП) Р 0.7 МПа.

Из приведенных данных, например, следует, что в обоих случаях при значении

We 10,Of 26-10 3H/M,,12 кг/м3 капля размером dK 2-10 м дробится при

,5 м/с, а при значениир 13,5 кг/м3

45 ,8M/c.

Способ предусматривает создание такого режима движения, когда при заданной крупности капель жидкой фазы в пределах (0,3-0,5) м поддерживается (с учетом

50 свойств фаз) значение критерия Вебера, отнесенного к среднему давлению на рассмат- риваемом участке трубопровода, в интервале 10 We 12.

Согласно предлагаемому способу ин55 тенсификации процесса разделения ведется установкой на пути движения смеси каплеобразователя, а также созданием такого режима по критерию Вебера (We 10) такой скорости движения потока газа, когда

высаженные из смеси капли без дробления сбрасываются на нижнюю образующую трубы

Устройство содержит подводящий трубопровод 1. расширитель 2, в котором установлен каплеобрэзователь 3. Устанопка каплеобразователя 3 производится за обпа- стью образования вторичных течений при пходе потока смеси в расширитель (примерно 1 м oi торца) В трубопроводе 1 установлено поперек потока распиливающее устройство в виде ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок 1, верхние концы которых расположены на окружности с радиусом, не превышающим 1 /3 диаметра трубопровода 1.

Каплеобразователь 3 выполнен в виде сетки с ячейками, например, 0,5x0,5 см, п каждом узле которой закреплен по направлению движения потока пучок из 4-6 прополок, струн или капроновых нитей. Диаметр расширителя dp определяется из выражения

U.

dp .

где d - диаметр подводящего сборного трубопровода;

1)кр - критическая скорость смеси в подводящем трубопроводе,полученная из принятого критерия Вебера, о,рп из равенства (2):

Up - скорость смеси в свободной части расширителя.

П р и м е р 1. Пусть в подводящем трубопроводе 1 диаметром ,5 м, критическая скорость смеси газа с жидкостью, при которой не подвержены дроблению капли диаметром d 0,5 мм, составляет 11кр 20 м/с, а в расширителе скорость, при которой не будут подвержены дроблению капли, полученные в каплеобразователс, диаметром мм составляет UP 6,0 м/с, тогда из (3)

dp 0.91 м

Как в данном примере, так и при практическом использовании необходимо руководствоваться графиком dK f(), вытекающим из принятого значения критерия Вебера(например, ), для конкретных рассматриваемых условий и физических свойств фаз смеси.

Длину проволок находят из выражения

J 6

d2 d

Гф

где (к диаметр капель, срываемых с про волок,

dnp диаметр проволок (нитей), из которых образован пучек:

5д толщина пленки, образующаяся на

проволоках (нитях) при высаживании жидкости

Пример 2. Капли жидкости, выпа- ,1лч на поверхность проволок диаметром

10 diip- 1,0 мм, образу ют пленку тол щиной (V 0 002 мм Перемещаясь по проволоке. пленка образует каплю которая обрывается на ее конце. Размер капли равен ,0 мм обычная пипетка дает капли порядка

1523 мм). Из (4) длина проволоки (пучка) СО- СТавИТ ,66 М.

Находясь в потоке газа, проволоки (нити) подвержены механическому воздействию Такое воздействие приводит их в

20 колебательное состояние с образованием волн Пробежка волн по нитям с определённой амплитудой (в данном случае имеется в виду расположение гребней, впадин в пространстве) способствует как увеличению

25 числа набеганий летящих капель на нити пучка, так и стряхиванию капель.

В случае малой плотности потока капель возможна установка дополнительного каплеобрэзопателя.

30Устройство работает следующим образом

Смесь газа и жидкости движется в под- водчщем трубопроводе 1 На распыливзю- щем устройстве 4 производится дробление

35 и распыление капель жидкости, образуете эмульсионная структура

Получение эмульсионной структуры протекает по следующей схеме.

При дисперсно-полукольцевом и при

40 дисперсно-кольцевом режимах движения смеси на границе раздела фаз жидкость - газ постоянно присутствуют гравитационные волны. С гребней последних наблюдается беспрерывный отрыв капель и струй,

45 которые также дробятся на капли. В зависимости от скорости потока газа, крупности капель, срываемых с гребней волн, одни капли, пролетая по определенной траектории, снова сливаются с потоком жидкости,

50 другие дробятся на более мелкие капли. Выпадение и дробление капель зависят как от динамического давления (скоростного напора), воздействующего на каплю,- так и от ее прочности, Прочность же капли зависит от

55 силы поверхностного натяжения и вязкости жидкости.

Смесь в виде эмульсионной структуры поступает о расширитель 2 на капгеобразо ватель 3, где происходит осаждение капель

жидкости на проволоках. Из расширителя 2 газ выводят по газовой линии, а жидкую фазу - по трубопроводу в сепаратор.

Использование предлагаемого изобре- 1енип позволит с высокой эффективностью осуществлять сбор, транспорт и промысловую подготовку нефтей с высоким газовым фактором, извлекаемых из недр.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я

1. Способ сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием, включающий совместное движение в подводящем трубопроводе газа и жидкости и предварительное разделение смеси в расширителе, отличающийся тем. что, с целью повышения эффективности работы систем сбора и разделения, поддерживают значение критерия Вебера We в подводящем трубопроводе в интервале 10 We 12, а в расширителе в интервале 3,5 We 4,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в смесь вводят реагент, снижающий поверхностное натяжение.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сборе и транспорте смесей с повышенной вязкостью жидкой фазы поддерживают температуру смеси, обеспечивающую значение динамического коэффициента вязкости жидкой фазы, равное или меньше 0,1 Па-с.

4.Устройство для сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием, включающее подводящий трубопровод и расширитель, отличающееся тем, что, с целью обеспечения устойчивой работы трубопровода, он снабжен распыливающим устройством в виде установленного поперек потока ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок, верхние концы которых расположены на окружности с радиусом, не превышающим 1 /3 диаметра трубопровода.

5.Устройство по п. 4, отличающее- с я тем, что расширитель снабжен каплеоб- разователем в виде сетки с ячейками, например, 0,5x0.5 см, в каждом узле которой закреплен по направлению движения потока пучок из 4-6 проволочек, струн или капроновых нитей.

Изобретение относится к способу сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием и устройству для его осуществления. Целью изобретения является повышение эффективности работы систем сбора и разделения, а также обеспечение устойчивой работы трубопровода. Осуществляют совместное движение в подводящем трубопроводе газа и жидкости и предварительное разделение смеси в расширителе. Поддерживают значение критерия Вебера WE в подводящем трубопроводе в интервале 10*98WE≤12, а в расширителе 3,5 *98WE≤4,5. Вводят реагент для снижения поверхностного натяжения. Устройство содержит подводящий трубопровод с распыливающим устройством в виде установленного поперек потока ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок, верхние концы которых расположены на окружности с радиусом, не превышающим 1/3 диаметра трубопровода. Расширитель снабжен каплеобразователем в виде сетки с пучками проволок в узлах. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

-с

фиг. Z

-/

Н

(Риг.1

5-Б

to

Фиг Л

,M

I °

Фиг. 6

„ I

Фиг. 6