НЕФТЕГАЗОСЕПАРАТОР
OIL AND GAS SEPARATOR

Заявленное техническое решение относится к устройствам для сепарации сырой нефти на нефтяную и газовую фракции и может быть использовано в нефтегазодобывающей отрасли при подготовке нефти и газа на промыслах и в нефтегазоперерабатывающей промышленности в составе различных установок.
Известно устройство для сепарации газонефтяной смеси, содержащее емкость, снабженную штуцерами для подвода газонефтяной смеси и раздельного отвода нефти и газа, размещенные в емкости наклонные сливные полки, которые в нижней части снабжены перфорированными пластинами (авторское свидетельство СССР №780849, опубл. 23.11.1980).
Известен нефтегазосепаратор, включающий горизонтальную емкость с входным и выходными патрубками продукции скважин, внутри которой установлена перегородка, разделяющая ее на две части, и сливную полку для сепарации газа и нефти (патент РФ №2250128, опубл. 27.03.2004).
Известен нефтегазовый сепаратор, включающий в себя емкость, штуцер ввода нефтегазовой смеси, штуцер вывода газа, штуцер вывода нефти, распределительное устройство, сливные полки, днища которых изготовлены из перфорированного листа или металлической сетки (патент РФ №54526, опубл. 10.07.2006).
Недостатком известных технических решений является малая эффективность сепарации, обусловленная низкой степенью сепарации из-за малого времени пребывания нефтегазовой смеси на сливных полках, за счет которых происходит разделение на жидкую и газовую фракции.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению является нефтегазосепаратор, включающий емкость с патрубком подвода нефтегазовой смеси и патрубки отвода нефтяной и газовой фракций, установленные внутри емкости сливные полки, предназначенные для выделения газа из нефтегазовой смеси (авторское свидетельство СССР №1247040, опубл. 30.07.1986). Для увеличения времени пребывания нефтегазовой смеси на сливных полках, последние выполнены поперечно гофрированными, причем выступы и впадины гофр образованы сопрягаемыми дугами одного радиуса.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является средняя степень сепарации, обусловленная неполным выделением газа из нефтегазовой смеси.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение степени сепарации путем интенсификации процесса выделения газа из нефтегазовой смеси, а также увеличения времени пребывания смеси на сливных полках без изменения их размеров.
Указанный технический результат достигается тем, что в нефтегазосепараторе, включающем емкость с патрубком подвода нефтегазовой смеси и патрубками отвода нефтяной и газовой фракций, установленные внутри емкости сливные полки, предназначенные для выделения газа из нефтегазовой смеси, согласно изобретению сливные полки снабжены каналами переменного сечения, которые сформированы посредством перегородок, размещенных на сливных полках в направлении подачи нефтегазовой смеси в емкости.
Кроме того, каналы переменного сечения сформированы из гофрированных перегородок таким образом, чтобы обеспечить циклически переменное сечение каналов на всем протяжении движения нефтегазовой смеси по сливным полкам.
Кроме того, каналы на сливных полках размещены под углом к исходному направлению движения нефтегазовой смеси в емкости.
Такое выполнение нефтегазосепаратора позволяет осуществить интенсивное выделение газа из нефтегазовой смеси, обеспечивая при этом максимальную степень сепарации без увеличения размеров сливных полок и габаритов нефтегазосепаратора.
Проведенный заявителем анализ патентной и научно-технической литературы показал, что предложенное сочетание существенных, в том числе и отличительных, признаков заявленного технического решения в известных источниках информации не обнаружено, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что и заявленный нефтегазосепаратор.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид предложенного нефтегазосепаратора, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (вариант 1), на фиг. 3 - вид А на фиг. 1 (вариант 2), на фиг. 4 - эпюры скорости ν потока и давления р нефтегазовой смеси вдоль канала переменного сечения предложенного нефтегазосепаратора, на фиг. 5 показано размещение каналов переменного сечения на смежных сливных полках, вид сверху.
Нефтегазосепаратор включает горизонтальную емкость 1, оснащенную патрубком 2 для подачи нефтегазовой смеси, патрубком 3 для отвода газа и патрубком 4 для выхода нефти. Внутри емкости 1 установлены верхние сливные полки 5 и нижние сливные полки 6, предназначенные для выделения попутного газа из нефтегазовой смеси. Конструктивно сливные верхние и нижние полки 5 и 6 выполнены аналогично и представляют из себя набор смежных полок, установленных ступенчато и образуя при этом подобие наклонной поверхности.
Сливные полки 5 и 6 снабжены каналами 7, которые образованы посредством перегородок 8. Перегородки 8 закреплены на верхней поверхности сливных полок 5 и 6, например, с помощью сварки по направлению движения нефтегазовой смеси в емкости 1 либо под углом α к исходному направлению движения нефтегазовой смеси в емкости, которое осуществляется распределительным устройством 9, установленным внутри емкости 1 вблизи патрубка 2.
Для обеспечения циклически переменного сечения каналов 7 перегородки 8 выполнены гофрированными, например, с треугольной (фиг. 2), округлой (фиг. 3) или синусоидальной (не показано) формой гофров в плане. При этом возможны любые доступные геометрические формы гофров перегородок 8. Форма гофров перегородок 8 выбирается конструктивно и она определяет характер изменения скорости ν потока и давления р в нефтегазовой смеси.
Для изменения направления движения нефтегазовой смеси сначала по верхним полкам 5, а затем по нижним полкам 6 в емкости 1 установлено распределительное устройство 10, которое позволяет изменить направление движения нефтегазовой смеси в емкости на 180°. Для увеличения времени нахождения нефтегазовой смеси на сливных полках 5 и 6 угол α размещения каналов 7 может изменяться на противоположное значение -α, как показано на фиг. 5. В этом случае направление потока нефтегазовой смеси при движении по полкам 5 и 6 также будет циклически изменяться.
Кроме того, емкость 1 может быть снабжена различными элементами, которые необходимы для обеспечения полноценного функционирования нефтегазосепаратора, например каплеотбойниками, штуцерами и муфтами для подсоединения технологических приборов сигнализации и автоматики для регулирования параметров и режимов работы устройства, и другие (условно не показано).
Нефтегазосепаратор работает следующим образом.
Нефтегазовая смесь (продукция скважин) поступает через патрубок 2 во внутреннюю полость емкости 1 и посредством распределительного устройства 9 подается на верхние сливные полки 5, снабженные каналами 7, образованные гофрированными перегородками 8, за счет которых каналы 7 по направлению потока стекающей нефтегазовой смеси имеют циклически переменное сечение. Для увеличения времени и протяженности стекания нефтегазовой смеси по сливным полкам посредством распределительного устройства 10 производится изменение направления движения потока смеси по полкам 5 в емкости 1 на 180°, то есть на полках 6 направление потока нефтегазовой смеси меняется на противоположное. Кроме того, чередующееся изменение направления каналов 7 по смежным сливным полкам 5 (6) на угол α (-α) позволяет также увеличить длительность и протяженность процесса стекания нефтегазовой смеси по сливным полкам 5 и 6 внутри емкости 1.
За счет выполнения каналов 7 с циклически переменным сечением с помощью гофрированных перегородок 8 характер течения нефтегазовой смеси будет определяться конкретной геометрической формой выполнения гофров перегородок 8. В частности, на фиг. 4 показаны эпюры скоростей ν и давления р в нефтегазовой смеси для канала с сечением треугольного профиля. В соответствии с законом Бернулли, в сечениях с большей скоростью потока давление в нефтегазовой смеси уменьшается, что приводит к ускорению роста газовых пузырьков за счет диффузии и объединению маленьких пузырьков газа в более крупные. В результате, за счет силы Архимеда, происходит более быстрое всплывание пузырьков газа на свободную поверхность смеси и последующее свободное перемещение выделившегося газа. В сечениях с малой скоростью потока давление в нефтегазовой смеси увеличивается, что приводит к дроблению не всплывших пузырьков газа на более мелкие, которые становятся новыми зародышами для последующего роста в сечениях с малыми давлениями (большими скоростями).
Этот процесс циклически повторяется в процессе движения потока нефтегазовой смеси по каналам 7 на сливных полках 5 и 6, интенсифицируя при этом полный процесс сепарации газа от нефти.
Выделившийся газ отводится через патрубок 3, а освобожденная от газа нефть - через патрубок 4.
Таким образом, применение предложенного нефтегазосепаратора позволяет повысить степень сепарации путем интенсификации процесса выделения газа из нефтегазовой смеси, а также увеличения времени пребывания смеси на сливных полках без изменения их размеров.
На основе предложенного нефтегазосепаратора можно провести в краткие сроки несложную модернизацию выпускаемых отечественной промышленностью нефтегазосепараторов, например, типа НГС по ТУ 3615-001-85873787-210.