УСТРОЙСТВО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ СЕПАРАЦИИ И ФИЛЬТРАЦИИ

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для предварительного разделения газожидкостной смеси в системе сбора и подготовки продукции нефтяных и газовых скважин.

Известно трубное устройство предварительной сепарации, включающее восходящий и горизонтальный участки трубопровода, в котором размещены конфузор с завихрителем, патрубки подвода разделяемой смеси, отвода жидкости и газа [1].

Недостатками этого устройства являются:

- наличие в газожидкостной смеси тяжелых фракций не позволяет ей беспрепятственно подниматься по восходящему участку трубопровода, смесь может заполнить этот участок до уровня горизонтальной трубы и сепарация газа станет минимальной;

- на горизонтальном участке через щели позади завихрителя газ вместе с газонефтяной смесью может уходить в сливной патрубок.

Известно трубное устройство предварительной сепарации, принятое за прототип [2]. Устройство предварительной сепарации включает восходящий и горизонтальный участки трубопровода, патрубки для подвода газожидкостной смеси и отвода жидкости и газа, снабженные патрубками для прохода разделяемой смеси, перегородки, образующие ловушки, сообщенные с патрубками для отвода жидкости.

Недостатками устройства являются:

- низкая эффективность сепарации вследствие недостаточного отделения свободного газа на восходящем участке;

- если нефтяная смесь с тяжелыми фракциями, то заполнение на восходящем участке может происходить полностью до горизонтального участка, что приведет к еще большему снижению сепарации.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сепарации газоводонефтяной смеси с высоким газосодержанием при снижении габаритов конструкции.

Технический результат достигается тем, что устройство предварительной сепарации, включающее трубопровод, патрубки для подвода газожидкостной смеси и отвода жидкости и газа, а также перегородки, отличается тем, что корпус трубопровода выполнен вертикальным, в центре корпуса расположен патрубок для подвода смеси, к патрубку присоединена наклонная труба, при этом оси труб образуют угол 30°. Трубопровод разделен перегородками на камеры, напротив патрубка для подвода смеси расположена камера первичной сепарации, ограниченная перегородками, над верхней перегородкой расположена камера фильтрации, а под нижней перегородкой расположена камера вторичной сепарации, перед патрубком в камере первичной сепарации установлен центробежный сепаратор в виде спирали, закрытой с торцов, к верхней перегородке крепится второй центробежный сепаратор в виде спирали с открытым нижним торцом, перед вторым сепаратором в трубопроводе выполнено отверстие, в котором установлен дефлектор и которое соединено трубой с коробом, установленным над пазом с фильтром, выполненным по длине на боковой поверхности наклонной трубы, между сепараторами размещен дефлектор, на нижней перегородке установлен завихритель спирального типа, а над ним конический конфузор, причем в патрубке для подвода смеси также расположен переходник, выполненный в виде усеченной неправильной призмы, в камере вторичной сепарации на перегородке установлен отражатель, выполненный в виде двух плоских колец, скрепленных между собой лопатками серповидной формы, а между ним и сливным патрубком расположен пеногаситель, в камере фильтрации перед патрубком для отвода газа расположен сепаратор газа с серповидными лопастями, а на перегородке установлен фильтр, при этом в перегородках выполнены дренажные отверстия, в которые вставлены трубки длиной, выходящей за пределы сепаратора или конфузора.

На трубе, соединяющей отверстие камеры первичной сепарации с коробом, может быть установлен шаровой кран.

Трубопровод выполнен вертикальным, что позволяет эффективно использовать центробежные сепараторы. Поток отбрасывается в пристенную область с закручиванием в спирали сепаратора. Поток стекает вдоль стенок камеры с последующим расслоением на отдельные фракции.

К патрубку для подвода смеси присоединена наклонная труба, при этом оси труб образуют угол 30°, что обеспечивает течение смеси по нижней части наклонной трубы, а свободный газ через паз выходит в короб.

Напротив патрубка для подвода смеси расположена камера первичной сепарации, ограниченная перегородками, уплотненными резиновыми прокладками.

В камере первичной сепарации установлен центробежный сепаратор в виде спирали, закрытой с торцов, который обеспечивает выход газонефтяной смеси по касательной к внутренней поверхности камеры, что позволяет дополнительно выделить газовую составляющую. Закрытые торцы позволяют увеличить скорость выхода смеси из сепаратора.

Второй центробежный сепаратор в виде спирали с открытым нижним торцом дополнительно сепарирует отсепарированный первым сепаратором газ. Открытый торец позволяет беспрепятственно стекать капельной жидкости.

В трубопроводе выполнено отверстие, в котором установлен дефлектор и которое соединено трубой с коробом, установленным над пазом с фильтром, выполненным на боковой поверхности наклонной трубы по длине, что позволяет направлять свободный газ непосредственно в первый сепаратор. Фильтр выполняет функцию пеногасителя и частично сепарирует.

Между сепараторами размещен дефлектор, который направляет отсепарированный газ во второй сепаратор.

Конический конфузор собирает нефтеводяной поток с оставшимся газом из камеры первичной сепарации и направляет его на завихритель спирального типа, где поток выравнивается и расслаивается.

Переходник, выполненный в виде усеченной неправильной призмы, выполняет функцию дефлектора, направляет смесь с ускорением.

Камера фильтрации повышает пропускную способность и позволяет обеспечить сепарацию высокой степени.

Сепаратор газа с серповидными лопастями направляет газ по спирали на стенки камеры, обеспечивает чистовую фильтрацию.

На перегородке в камере фильтрации установлен дополнительный фильтр, при этом в перегородках выполнены дренажные отверстия, в которые вставлены трубки длиной, выходящей за пределы сепаратора или конфузора, что предотвращает захват отделившихся капель жидкости встречным потоком газа.

В камере вторичной сепарации установлен отражатель, выполненный в виде двух плоских колец, скрепленных между собой лопатками серповидной формы, которые направляют поток газа по касательной к стенкам камеры.

Пеногаситель обеспечивает гашение пузырьков пены смеси.

На трубе, соединяющей отверстие камеры первичной сепарации с коробом, может быть установлен шаровой кран, который регулирует поток газа, особенно в случае пробкового режима работы.

Устройство предварительной сепарации и фильтрации поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено устройство предварительной сепарации и фильтрации, где

корпус трубопровода - 1,

патрубок для подвода газожидкостной смеси - 2,

патрубок для отвода жидкости (сливной) - 3,

патрубок для отвода газа - 4,

верхняя перегородка - 5,

нижняя перегородка - 6,

наклонная труба - 7,

камера первичной сепарации - 8,

камера фильтрации - 9,

камера вторичной сепарации - 10,

центробежный сепаратор в виде спирали, закрытой с торцов - 11,

второй центробежный сепаратор в виде спирали - 12,

отверстие - 13,

дефлектор - 14,

соединительная труба - 15,

короб - 16,

паз с фильтром - 17,

дефлектор - 18,

завихритель спирального типа - 19,

конический конфузор - 20

переходник, выполненный в виде усеченной неправильной призмы - 21,

отражатель - 22,

серповидная лопасть - 23,

плоское кольцо - 24,

конусный диск - 25,

пеногаситель - 26,

сепаратор газа - 27,

фильтр - 28,

дренажные отверстия, в которые вставлены трубки - 29,

шаровой кран - 30,

герметичная крышка - 31.

На фиг. 2 представлен разрез по А-А устройства предварительной сепарации и фильтрации.

На фиг. 3 представлен разрез по Б-Б устройства предварительной сепарации и фильтрации.

На фиг. 4 представлен разрез по В-В устройства предварительной сепарации и фильтрации.

На фиг. 5 представлен разрез по Г-Г устройства предварительной сепарации и фильтрации.

На фиг. 6 представлен разрез по Д-Д устройства предварительной сепарации и фильтрации.

На фиг. 7 представлен разрез по Е-Е устройства предварительной сепарации и фильтрации.

Пример

Корпус трубопровода 1 выполнен из стали 20, диаметр трубы 250 мм, длина 1600 мм. По центру корпуса установлен патрубок для подвода газожидкостной смеси 2, в который под углом 30° вставлена наклонная труба 7, выполненная из стали 20 толщиной стенки 5 мм, диаметром 200 мм и длиной один метр 50 мм. На боковой поверхности трубы 7 выполнен паз 17 длиной 900 мм и шириной 50 мм, в который установлен фильтр в виде прямоугольной рамки с приваренными к ней тремя сетками с ячейками 10×10 мм из нержавеющей стали, зазор между ними 10 мм. В патрубок 2 для подвода газожидкостной смеси вставлен переходник 21, выполненный в виде усеченной неправильной четырехугольной призмы из стали 20.

Камера первичной сепарации 8 ограничена верхней перегородкой 5 и нижней перегородкой 6. Перегородки выполнены из стали Х18Н10Т толщиной 18 мм. В верхней перегородке 5 и нижней перегородке 6 выполнены по три дренажных отверстия 29 диаметром 20 мм, в которые вставлены трубки из нержавеющей стали длиной не менее 200 мм.

Перед патрубком 2 установлен сепаратор 11. Спираль сепаратора 11 выполнена из плоской ленты из стали 12Х18Н10Т толщиной 1,5 мм, имеет 5 оборотов, торцы закрыты пластинами с отверстиями толщиной 3 мм из стали 12Х18Н10Т.

На верхней перегородке 5 установлен второй сепаратор 12. Спираль сепаратора 12 навита из плоской ленты, имеет 5 оборотов. Лента изготовлена из стали 12Х18Н10Т толщиной 1,5. Верхний торец спирали приварен к перегородке 5, а нижний торец открыт.

Перед сепаратором 12 в корпусе 1 выполнено отверстие 13 диаметром 50 мм, перед отверстием 13 на сепараторе 12 закреплен дефлектор 14, выполненный в виде пластины из нержавеющей стали толщиной 3 мм и шириной 120 мм.

Отверстие 13 соединено с коробом 16 трубой 15. Труба 15 выполнена из нержавеющей стали диаметром 50 мм. На трубе 15 установлен шаровой кран 30. Короб 16 выполнен из листовой стали 20, длиной 920 мм, шириной 60 мм и высотой 250 мм. Короб 16 установлен над пазом 17.

Между сепараторами 11 и 12 расположен второй дефлектор 18. Дефлектор 18 представляет собой плоскую пластину из нержавеющей стали овальной формы с отогнутыми краями вдоль большей диагонали. Дефлектор 18 закреплен на сепараторе 12. На нижней перегородке 6 установлен спиральный завихритель 19. Завихритель 19 представляет собой пруток из стали 12Х18Н10Т диаметром 6 мм, намотанный в виде конической спирали с шагом 25 мм и высотой 200 мм, при этом в горизонтальной плоскости между соседними витками образован просвет более диаметра прутка. Над завихрителем 19 расположен конусообразный конфузор 20, выполненный из листовой нержавеющей стали толщиной 2 мм, высотой 120 мм.

Камера фильтрации 9 расположена над верхней перегородкой 5 и закрыта герметичной крышкой 31. Напротив патрубка для отвода газа 4 расположен сепаратор газа 27 с серповидными лопастями 23. Сепаратор 27 имеет 8 серповидных лопастей 23 из нержавеющей стали.

На перегородке 5 установлен фильтр 28. Фильтр 28 представляет собой коническое кольцо, заполненное металлической стружкой (в виде путанки).

Камера вторичной сепарации 10 расположена между перегородкой 6 и сливным патрубком 3. На перегородке 6 перед центральным отверстием расположен отражатель 22. Отражатель 22 представляет собой восемь серповидных лопастей 23, выполненных из нержавеющей стали и скрепленных межу собой плоским кольцом 24 и конусным диском 25. Отверстие плоского кольца 24 совпадает с отверстием в перегородке 6. Между патрубком 3 и отражателем 22 расположен пеногаситель 26. Пеногаситель 26 представляет собой полый цилиндр из нержавеющей стали диаметром 240 мм и высотой 30 мм, в котором размещены три сетки из нержавеющей стали с расстоянием между ними 10 мм. Корпус 1 закреплен в стойке, фиксирующей его вертикальное положение.

Устройство предварительной сепарации и фильтрации работает следующим образом.

В наклонную трубу 7 поступает газожидкостная смесь. Смесь течет по нижней стенке трубы 7, а свободный газ через паз с фильтром 17 поступает в короб 16 и по трубе 15 через открытый шаровой кран 30 и отверстие 13, отклоняя дефлектор 14, поступает в сепаратор 12. В сепараторе 12 происходит дополнительная очистка газа и через фильтр 28 газ поступает в сепаратор газа 23, где происходит окончательная фильтрация, и очищенный газ выходит через патрубок 4.

Нефтегазовая смесь с частично оставшимся в ней газом через патрубок 2 с переходником 20 поступает в сепаратор 11, где происходит резкое ускорение потока и нарастание центробежной силы. Закрытые торцы сепаратора 11 позволяют увеличить скорость выхода смеси из сепаратора 11. Поток смеси отбрасывается к внутренней стенке камеры первичной сепарации 8. Вращаясь по спирали, смесь перемещается вдоль стенки, и под действием центробежных сил и сил гравитации происходит дополнительное выделение газа, который поднимается вверх и дефлектором 18 направляется в сепаратор 12. Нефтегазовая смесь с оставшимся газом поступает в конический конфузор 20, который концентрирует поток и направляет его в спиральный завихритель 19, который закручивает поток и направляет в отверстие перегородки 6. Поток смеси поступает в отражатель 22, где с помощью лопастей смесь попадает на стенки вторичной камеры сепарации 10, и новая порция газа выделяется из смеси. Выделенный газ через дренажные трубки 26 в перегородке 6 поступает в камеру 10 и, ударяясь о дефлектор 18, поступает в сепаратор 12, где объединяется весь выделенный газ, который поступает в камеру фильтрации 9, и очищенный выходит из патрубка 4.

Смесь нефти с водой из камеры 10 попадает на пеногаситель 23, который гасит пену смеси, и уходит через сливной патрубок 3. Отделившаяся жидкость в камере фильтрации 9 через дренажные трубки 26 попадает в сливной патрубок 3.

Эксперимент проводился на экспериментальном устройстве. Достигнуто высокое качество сепарации газа до 99,9% вследствие применения многоразовой фильтрации тремя видами сепараторов. При этом высокое давление в процессе сепарации практически не влияет на эффективность работы устройства при таком расположении элементов конструкции. Значительно снижены габариты и вес устройства. Конструкцию возможно выполнить легкоразборной, например выполнить соединения корпуса 1 и трубы 7, а также камер с помощью фланцев.

Источники информации

1. Патент №2292227, МПК B01D 19/00.

2. Патент №2232617, МПК B01D 19/00.