Установка для уменьшения давления в жидкой смеси из сложных углеводородов от заданной величины Советский патент 1993 года по МПК E21B43/00 B01D19/00 

большая часть нефти может сохраняться в жидком виде при приемлемых затратах.

В соответствии с настоящим изобретением, цель достигается тем, что жидкая смесь подается в камеру, образованную вращающимся резервуаром, на первый радиальный уровень в ней, при этом жидкая смесь подается в резервуар под заранее заданным давлением в зону, находящуюся рядом с осью вращения резервуара, и направляется дальше через канал радиально наружу в резервуаре к упомянутому первому радиальному уровню таким образом, что давление жидкой смеси не будет существенно ниже, чем упомянутое давление, а давление жидкой смеси, когда последняя достигает упомянутого первого радиального уровня, будет значительно ниже, чем то, которое имело бы место, если бы жидкая смесь свободно текла через канал и одновременно полностью вовлекалась бы во вращение резервуара. Смесь, подаваемая в камеру, начинает вращаться под действием резервуара, свободная поверхность жидкости сохраняется у вращающейся жидкой смеси в камере на втором радиальном уровне внутри упомянутого первого уровня; давление газа, меньшее, чем упомянутое заданное давление, поддерживается в лишенной жидкости части камеры, тем, что жидкость удаляется из камеры на уровне, находящимся радиально внутри упомянутого первого уровня, и тем, что газ удаляется из лишенной жидкости части камеры,

Благодаря настоящему изобретению устраняется то, что жидкая смесь подвергается мгновенному падению давления. Вместо этого давление жидкой смеси может уменьшаться относительно медленно, в то время как свободная поверхность жидкости поддерживается в контакте с испарившимися углеводородными соединениями при желаемом давлении и температуре. Настоящее изобретение предполагает, что несколько камер описанного типа могут быть последовательно соединены, постепенно уменьшая давление газа, находящегося в них.

В соответствии с настоящим изобретением, давление в жидкой смеси должно уменьшаться путем ее направления радиально внутрь вращающегося резервуара, т.е. за счет воздействия на нее постепенно увеличивающейся центробежной силы. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением жидкая смесь на своем пути в обрабатывающую камеру в резервуаре должна быть защищена от влияния вращения резервуара, также как и жидкая смесь, которая уже находится в камере. Другими словами, следует избегать, чтобы давление

жидкой смеси, когда она движется радиально наружу в резервуаре, увеличивалось аналогично тому, как если бы жидкая смесь свободно двигалась и одновременно полностью вовлекалась во вращение резервуара, Для того, чтобы избежать, чтобы жидкая смесь подверглась таким образом влиянию центробежных сил на своем пути в обрабатываемую камеру, т.е. прежде чем она по0 ступит в камеру на упомянутый первый радиальный уровень, жидкая смесь может подаваться различными способами.

В соответствии с одним из примеров настоящего изобретения, жидкая смесь мо5 жет направляться в камеру через канал, выполненный и неподвижном элементе, направленный в центр вращающегося резервуара и далее радиально наружу в нем через лишенную жидкости часть камеру и в

0 жидкую массу, вращающуюся в камере.

В соответствии с другим примером настоящего изобретения, жидкая смесь может направляться в обрабатывающую камеру через средства, вращающиеся вместе с ре5 зервуаром и образующие по существу кольцевой канал, идущий от зоны возле оси вращения резервуара до упомянутого первого радиального уровня в камере, при этом упомянутый канал не содержит никаких за0 хватывающих элементов, в-результате чего жидкая смесь, текущая через канал во время вращения резервуара, только незначительно вовлекается во вращение резервуара. На фиг. 1 показан вращающийся резер5 еуар, являющийся частью установки настоящего изобретения; на фиг. 2 - модификация впускного устройства вращающегося резервуара в соответствии с фиг. 1; на фиг. 3 - установка настоящего изобрео тении.

На фиг. 1 показан резервуар 1, имеющий симметрично вращающуюся форму, содержащий окружающую стенку 2 и две торцевых стенки 3 и 4. С помощью двух

5 подшипников 5 и 6 резервуар вращательно установлен на двух неподвижных опорных элементах 7 и 8. Через приводное устройство 9 резервуар вращательно соединен с приводным двигателем 10 (фиг. 3),

0 с помощью кольцеобразной перегородки 11 внутри резервуара 11 последний разделен на две камеры 12 и 13. В камере 12 размещен кольцевой неподвижный впускной элемент 14, имеющий несколько отдель5 ных впускных каналов 15. идущих от оси вращения резервуара и оканчивающихся в непосредственной близости от окружающей стенки 2 резервуара, где они сообщаются с камерой 12. В центре впускного элемента 14 имеется цилиндрическая часть,

выходящая из резервуара 1 и снабженная центральным впускным каналом 16, с которым сообщаются все каналы 15.

В центре камеры 12 резервуара 1 закреплен комплект конических дисков 17, установленных соосно с резервуаром и на одинаковом осевом расстоянии друг от друга. Диски 17 окружают свободное пространство 18, которое через междисковое пространство сообщается с камерой 12, а через первый выпускной канал 19 для газа сообщается с первым выпускным 20 газа, выполненным в неподвижном опорном элементе 8.

В центре камеры 13 резервуара 1 закреплен еще один комплект конических ди- сков 21, аналогичных дискам 17. находящимся в камере 12. Диски21 окружают пространство 22, которое через междисковые зазоры сообщается с камерой 13, а через второй выпускной канал 23 соединяется со вторым впуском 24 для газа, выполненным в опорном элементе 8.

Камеры 12 и 13 сообщаются друг с другом через кольцевую прорезь 25, образованную между окружающей стенкой 2 резервуара и перегородкой 11. Прорезь 25 расположена в резервуаре 1 на уровне, находящемся, радиально внутрь от отверстия впускных каналов 15 в камере 12.

С внутренней стороны окружающей стенки 2 прикреплен кольцевой порог или выступ 26, располагающийся внутри камеры 12. Радиально внутренняя часть этого выступа располагается вблизи и радиально внутрь от соединительной прорези 25 между камерами 12 и 13. Между выступом 26 и перегородкой 11 имеется кольцевой канал 27.

В камере 13 к окружающей стенке 2 прикреплен другой порог или выступ 28. Радиально внутренняя часть его располагается на уровне радиально внутрь от прорези 25. Между выступом 28 и торцевой стенкой 4 резервуара имеется кольцевая канавка 29. которая открывается радиально внутрь. От канавки 29 отходит неподвижный кольцевой выпускной элемент 30, выполненный соосно с резервуаром 1. Выпускной элемент 30, соединенный с опорным элементом 8, имеет один или несколько выпускных каналов 31. Они проходят от одного или нескольких отверстий в выпускном элементе 30 в зоне канавки 29 радиально внутрь и затем далее из резервуара 1 к выпускной камере 32 в опорном элементе 8. Выпускной трубопровод 33 соединен с опорным элементом 8.

Опорный элемент, поддерживающий конические диски 17 в камере 12, закреплен

в радиальном направлении на окружающей стенке 2 резервуара с помощью нескольких радиальных и осевых крыльев 34, равномерно расположенных вокруг оси вращения ре- зервуара. Эти крылья образуют также улавливающие элементы в камере 12, в результате чего жидкая смесь, подаваемая в камеру, приобретает вращательное движение резервуара. Аналогично крылья 35 име0 ются в камере 13.

Для герметизации камер 12 и 13 относи- . тельно окружающего резервуара предусмотрены уплотнительные элементы 36 между опорным элементом 8 и торцевой

5 стенкой 4 и уплотнительные элементы 38

между опорным элементом 8 и центральной

трубой 39, образующей вышеупомянутый

выпускной канал 19 для газа из камеры 12.

На фиг. 2 показан другой вариант кон0 струкции выпускного устройства резервуара 1 для жидкой смеси. Детали, показанные на фиг. 2. которые аналогичны деталям конструкции на фиг. 1, имеют те же цифровые обозначения, однако, детали, отличающие5 ся чем-либо от конструкций на фиг. 1, имеют цифровое обозначение с добавлением буквы а.

Впускное устройство на фиг.2 содержит коническую перегородку 40, которая через

0 крылья 34а соединяется с окружающей стенкой резервуара и тем самым предназначена для вращения вместе с резервуаром 1. Между торцевой стенкой За резервуара и перегородкой 40 имеется кольцевой канал

5 41. Последний сообщается на оси резервуара с центральным каналом 42, образованным цилиндрической частью торцевой . стенки За, и соединяющимся в свою очередь с впускным каналом 16а, образованным

0 опорным элементом 7а,

На фиг. 3 схематично изображена установка настоящего изобретения. Таким образом, вращающийся резервуар 1 показан с приводным устройством 9, 10, с впускным каналом 16 для жидкой смеси, выпуски 20 и

5 24 для газа и выпускной трубопровод 33 для жидкой смеси.

Выпуск 20 для газа содержит устройство управления 43 обычного типа, предназначенное для поддержания определенного

0 заранее заданного избыточного давления газа в камере 12 резервуара. Выпуск 24 для газа содержит аналогичное устройство управления 44 для поддержания заранее заданной меньшей величины избыточного

5 давления в другой камере 13 резервуара.

Выпускной трубопровод 33 для жидкости содержит устройство 45 противодавле- нйя, с помощью которого может устанавливаться требуемое противодавление для жидкости, вытекающей из впускной камеры 30.

Рассмотрим работу установки настоящего изобретения с впускным устройством у резервуара 1, такого типа как показано на рис. 1. Считается, что резервуар 1 вращается и что впускной канал 16 соединен с источником избыточного давления для жидкой смеси из углеводородных соединений.

Под действием давления во впускном канале 16 жидкая смесь направляются дальше через радиальные каналы 15 и поступает в камеру 12 возле окружающей стенки 2 резервуара. В этой части камеры 12 жидкая смесь приобретает ту же вращательную скорость, что и резервуар 1, с помощью крыльев 34. Между крыльями 34 жидкая смесь течет радиально внутрь и в осевом направлении в камеру 12, проходя через порог 26, и покидает камеру 12 через канал 27, При поступлении жидкой смеси в камеру 13 она течет дальше между крыльями 35 радиально внутрь и в осевом направлении в сторону выпускного элемента 30. В камере 13 порог 28 образует слив для жидкой смеси, прежде, чем она поступит в канавку 29. Через каналы 31 в неподвижном элементе 30 жид- кая смесь покидает камеру 13. С помощью устройства противодавления 45 (фиг. 3) противодавление в выпускном трубопроводе 33 устанавливается таким, что вся жидкая смесь, проходящая через канавку 29, будет удаляться через выпускной элемент 30, не вызывая при этом смещения свободной поверхности жидкости в канавке 29 радиально внутрь порога 28.

Таким образом, порог 28 будет поддерживать свободную поверхность жидкости в камере 13 на одном уровне с ее радиальной внутренней частью. Давление столба жидкости, находящейся в камере 13 радиально внутрь от соединительной прорези 25 между камерами 12 и 13, а также избыточное давление от газа (испаренных углеводородов), находящегося в камере 13 и действующего на свободные поверхности жидкости, будут определять положение свободной поверхности жидкости, образованной в камере в камере 12. Противодавление в прорези 25 образно избыточным давлением газа (испаряющихся углеводородов), существующим в лишенной жидкости части камеры 12, и давлением столба жидкости в камере 12 между свободными поверхностями жидкости в ней и прорезью 25.

Жидкая смесь, подаваемая в резервуар 1 через впускной канал 16, будет по существу сохранять свое давление при ее прохождении через каналы 15 в камеру 12. Давление вращающейся жидкости в камере

12возле выходящих в нее каналов 15 будет регулироваться так, что оно, в основном, соответствует давлению жидкой смеси во впускном канале 16. Если упомянутое давление вращающейся жидкости слишком большое, то жидкая смесь не сможет поступать в камеру 12. Если давление слишком низкое, то перепад давления в жидкой смеси может быть увеличен при ее прохожде0 нии через каналы 15, приводя к нежелательному испарению углеводородов в этих каналах.

После поступления жидкой смеси в камеру 12 она направляется радиально внутрь

5 ив осевом направлении в сторону канала 27. Во время этого продвижения жидкая смесь подвергается постепенному уменьшению давления, при этом часть ее испаряется и удаляется из резервуара через

0 центральную часть камеры 12. Удерживающиеся капли жидкости отделяются в проходах между коническими дисками 17 и отбрасываются обратно на свободную поверхность жидкости в камере 12.

5 По-прежнему удерживаемая во вращении с помощью крыльев 34, проходящих да-. же через канал 27, жидкая смесь проходит через канал 27, и прорезь 25 в радиально удаленную часть камеры 13. В канале 27

0 давление жидкой смеси несколько увеличивается, однако в камере 13, оно снова уменьшается, когда жидкая смесь течет радиально внутрь и в осевом направлении в сторону выпускного элемента 30. Еще часть

5 жидкости испаряется в камере 13 и удаляется через ее лишенную жидкости часть из резервуара 1.

После прохождения порога 28 жидкая смесь начинает вращаться в канавке 29, за0 хваченная крыльями 35, частично входящими в канавку. Давление вращающейся жидкости, а также давление газа в камере

13завершают транспортировку жидкости радиально внутрь в каналах 31 неподвижно

5 выпускного элемента 30 и далее наружу через выпускной элемент 32 и выпускной трубопровод 33. Возможно выпускной элемент 30 может быть выполнен в виде подрезающего элемента в канавке 29, в результате

0 чего даже перемещение жидкой смеси в периферийном направлении канавки может использоваться для транспортировки жидкости через выпускные каналы 31.

Впускное устройство, показанное на

5 фиг. 2, работает следующим образом.

Жидкая смесь, поступающая через канал 16а под заданным избыточным давлением, направляется дальше через кольцевой канал 41 в камеру 12а. В канале 41 тонкие граничные слои жидкой смеси вращаются

под действием торцевой стенки За и перегородки 40, тогда как основная часть жидкости не будет подвергаться какому-либо существенному вращательному движению. Таким образом, с помощью такого впускного устройства можно поддерживать по существу такое же избыточное давление в жидкой смеси во время ее прохождения от центрального впускного канала 16а в камеру 12а, где жидкая смесь вращается с резервуаром 1.

Для достижения наилучших возможных режимов потока, когда жидкая смесь движется в камеру 12 или 12а соответственно, могут использоваться различные устройства. Так, например, на впускном устройстве в соответствии с фиг. 1, отверстия впускных каналов 16 в камеру 12 могут быть повернуты в направлении вращения резервуара 1. У впускного устройства в соответствии с фиг. 2 в радиальной наружной части канала 41 могут быть установлены конические кольцевые диски, соосно с резервуаром 1 и вращающиеся вместе с ним, между которыми имеются относительно узкие кольцевые проходы для поступающей жидкой смеси. Диски служат для того, чтобы последовательно уменьшать поверхность контакта между жидкой смесью и вращающимися поверхностями в резервуаре с целью устранения слишком сильных ударов при ускорении жидкой смеси до полной скорости вращения при переходе между каналом 41 и камерой 12а.

Выше был описан вращающийся резервуар, содержащий две камеры 12 и 13, в которых поддерживается различное давление газа на соответствующие свободные поверхности жидкости. Это должно рассматриваться как дальнейшее развитие базового варианта изобретения, по которому резервуар содержит только одну камеру и один единственный выпуск для испарившихся углеводородных соединений. Поскольку камеры 12 и 13 сообщаются через канал 27 и прорезь 25, то они могут рассматриваться как одна и та же камера, однако, относительно обрабатываемой жидкости. Только относительно испарившихся углеводородных соединений камеры 12 и 13 должны рассматриваться отдельно.

Настоящее изобретение предполагает также, что внутренняя полость резервуара может быть разделена на большее число камер, с целью более постепенного уменьшения давления.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, можно соединять последовательно два или более резервуара описанного типа. т.е. соединять выпускное

отверстие 33 для жидкости одного резервуара с впускным отверстием 16 следующего резервуара. Например, таким образом, давление жидкой смеси может быть уменьшено с 60 до 15 бар в первом резервуаре, вращающемся с определенной скоростью, и с 15 до 5 бар во втором резервуаре, имеющем такой же размер, но вращающемся более медленно.

0 Резервуар снижения давления, описанного типа, может использоваться также в качестве центробежного сепаратора для отделения от подаваемой жидкой смеси из углеводородных соединений, например, во5 ды и/или твердых веществ. В этом случае резервуар может быть оборудован коническими сепараторными дисками, как у обычных центробежных сепараторов, и элементами для непрерывного или перио0 дического удаления отделенных веществ.

Как определено в формуле изобретения, в соответствии с настоящим изобретением должно предотвращаться, чтобы давление жидкой смеси, поступающей радиально на5 ружу в резервуар через канал в обрабатывающую камеру на упомянутом первом радиальном уровне, увеличивалось бы так, как это имеет место, если эта жидкость свободно течет по каналу и одновременно пол0 ностью вовлекается во вращение резервуара.

В соответствии со специальной конструкцией настоящего изобретения, не показанной на чертежах, это достигается

5 следующим образом.

В конструкции на рис. 2 несколько дисков в форме усеченного конуса устанавливаются соосно в кольцевом канале 41, соединенным с резервуаром 1 для враще0 ниясним. Расстояние между этими дисками может быть настолько мало, что жидкая смесь, подаваемая в центр междискового пространства, полностью захватываемая дисками, лишается возможности свободно5 го прохождения через междисковые пространства, в результате чего она подвергается существенному динамическому перепаду давления на своем пути в сторону окружающей стенки 2 резервуара.

0 Такой динамический перепад давления может быть достигнут также с помощью элементов, выполненных различным образом. Формула изобретения 1. Установка для уменьшения давления

5 в жидкой смеси из сложных углеводородов от заданной величины, включающая резервуар, образующий рабочую камеру с впускным каналом для подачи в нее жидкой смеси и каналами для выпуска газа и слива жидкости, отличающаяся тем, что, с целью

повышения эффективности работы установки за счет более равномерного уменьшения давления и обеспечения поддержания большего количества нефти в жидком состоянии, резервуар выполнен вращающимся и имеет привод для его вращения а установка снабжена узлом для подачи жидкой смеси под названным определенным давлением в рабочую камеру на первый радиальный уровень в ней, образующим по крайней мере один канал, направленный от впускного канала в области оси вращения резервуара радиально наружу к первому радиальному уровню рабочей камеры, узлом для вращения жидкости в резервуаре, связанным с последним, средствами для поддержания свободной поверхности жидкости в камере на втором уровне, расположенном на расстоянии, меньшем от оси вращения, чем первый уровень, средствами для выгрузки жидкой смеси из рабочей камеры на уровне, расположенном на расстоянии, меньшем от оси вращения, чем первый уровень, средствами для удаления газа из части камеры, свободной от жидкости, и механизмом для поддержания давления газа в свободной от жидкости части камеры меньше заданного.

2.Установка по п. 1, от л ича ю щаяся тем, что узел для подачи жидкой смеси в рабочую камеру выполнен в виде неподвижного элемента с радиальными каналами, расположенного по оси вращения резервуара и радиально наружу в нем до первого радиального уровня в камере.

3.Установка по п. 1, от л ича ю щаяся тем, что узел для подачи жидкой смеси в рабочую камеру выполнен с перегородками,

установленными с возможностью вращения с резервуаром и образующими кольцевой канал, гидравлически связывающий впускной канал в области оси вращения резервуара до первого уровня рабочей камеры.

А. Установка п, 1,отличающаяся тем, что резервуар образован двумя рабочими камерами, первая из которых имеет впускной канал для жидкой смеси на первом

радиальном уровне, выпускной канал для жидкости на втором уровне, расположенном на расстоянии, меньшем от оси вращения,чем первый уровень, и выпускной канал для газа, расположенный в свободной от

жидкости части первой рабочей камеры при вращении резервуара, а вторая из которых имеет впускной и сливной каналы для жидкости, последний из которых расположен на уровне, находящемся на меньшем расстоянии от оси резервуара, чем впускной канал для жидкости, и выпускной канал для газа из части второй рабочей камеры, свободной от жидкости при вращении резервуара, причем сливной канал для жидкости первой камеры сообщен с впускным каналом для жидкости второй камеры, первая рабочая камера имеет механизм для поддержания заданного избыточного давления газа в свободной от жидкости части первой камеры,

вторая рабочая камера имеет механизм для поддержания заданного давления меньше величины избыточного давления газа в свободной от жидкости части первой камеры, а установка имеет механизм для поддержакия свободной поверхности жидкости на заданном уровне по крайней мере в одной из двух камер.

40 Л 5 //7/ar;j /J5

/#

I I ЛI. i I ЈJ 7

2Ј 2725.19-22283129

#

#

27

JS

Фиг. I

Использование: добыча нефти из скважин с высоким пластовым давлением. Сущность изобретения: установка содержит резервуар, образующий рабочую камеру с впускным каналом для подачи жидкой смеси и каналами для выпуска газа и слива жидкости. Резервуар выполнен вращающимся. Он имеет привод для его вращения. Установка снабжена узлом для подачи жидИзобретение касается установки для уменьшения давления жидкой смеси углеводородных соединений и может найти применение при добыче нефти, когда нефть подается по скважине под избыточным давлением, которое часто является очень большим, например порядка 75-100 бар. Состав нефти может изменяться от одного источника к другому. Так, например, в нефти могут кой смеси под заданным давлением, узлом для вращения жидкости в резервуаре, средствами для поддержания свободной поверхности жидкости, средствами для выгрузки жидкой смеси из рабочей камеры, средствами для удаления газа из части камеры, свободной от жидкости, и механизмом для поддержания давления газа в свободной от жидкости части камеры, меньше заданного. Узел для подачи жидкой смеси выполнен в виде неподвижного элемента с радиальными каналами. Он может иметь перегородки, установленные с возможностью вращения с резервуаром. Последний может быть выполнен в виде двух рабочих камер, первая из которых имеет впускной канал для жидкой смеси, выпускные каналы для жидкости.и газа. Вторая камера имеет впускной и сливной каналы для жидкости, механизм для поддержания заданного давления меньшим, чем давление газа в свободной от жидкости части камеры. Первая камера выполнена с механизмом для поддержания заданного давления газа в свободной от жидкости части этой камеры. 3 з.п. ф-лы. 3 ил. содержаться следующие относительно быстро испаряющиеся углеводородные соединения: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан и гексан. Цель изобретения - создание установки для уменьшения давления добываемой нефти, т.е. жидкой смеси углеводородных соединений, обеспечивая при этом то. что 00 СлЭ СП о о GJ