СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ И ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF GAS-FLUID MIX SEPARATION AND GAS-FLUID SEPARATOR TO THIS END

Группа изобретений относится к оборудованию для отделения свободных газовых включений от жидкости и может быть использовано в нефтегазовой промышленности для отделения нефти от газа.
Известен способ выделения свободных газовых включений из жидкости под действием градиента давлений, создаваемого в закрученном потоке газожидкостной смеси (например, RU 2355463, 20.08.2008). Газожидкостную смесь закручивают в цилиндрической трубе, подавая ее через устройство (сопло, шнек и др.), создающее поток с составляющей скорости, направленной по касательной к окружности стенки трубы. В результате вращения жидкости вокруг оси возникает центростремительное ускорение, направленное к оси трубы, создающее радиальный градиент давлений. Под действием этого градиента давлений на газовые включения в жидкости действует выталкивающая сила, направленная к оси трубы, которая перемещает газовые включения к оси трубы, где образуется газовая полость с границей раздела газ-жидкость, из которой отбирают газовую фазу. Из-за гидравлических потерь на некотором расстоянии от места создания тангенциальной скорости потока граница раздела фаз замыкается и, если отводить газ из газовой полости, после замыкания границы раздела фаз будет течь дегазированная жидкость. Из нижней части цилиндрической трубы отбирают жидкую фазу. На этом способе основана работа всех сепараторов циклонного типа. Известен газожидкостной сепаратор (см. там же), содержащий цилиндр, закрепленный тангенциально на его верхней части патрубок подвода газожидкостной смеси, закрепленный на его верхнем торце патрубок отвода газа и закрепленный на его нижней части патрубок отвода дегазированной жидкости.
Однако эти способ и сепаратор имеют два существенных недостатка:
1. При большой неравномерности поступления газожидкостной смеси граница раздела газ-жидкость становится размытой вплоть до полного перемешивания потока по всему сечению трубы, и непрерывный отбор чистого газа и чистой жидкости становится невозможным.
2. Высокая тангенциальная скорость - это высокая кинетическая энергия потока, которая получается из потенциальной энергии потока (давления) и затем полностью рассеивается. (На практике допустимые потери давления в потоке газожидкостной смеси нередко достаточно ограничены). Для получения высокой тангенциальной скорости при существующем расходе жидкости необходимо уменьшать площадь проходного сечения канала ввода газожидкостной смеси, что приводит к большим невосполняемым гидравлическим потерям. На практике не разрешается превышения гидравлических потерь на сепараторе более, чем несколько десятых атмосферы. Поэтому получение необходимой величины тангенциальной скорости не всегда возможно.
3. В вязкой жидкости движение мелких пузырьков газа в большей степени определяется вязкостью, а не выталкивающей силой. По этой причине на выходе из сепаратора в потоке жидкости может оставаться достаточно много мелких пузырьков.
Технический результат группы изобретений заключается в устранении этих недостатков. Изобретения позволяют обеспечить стабильный отбор чистого газа из жидкости, а также обеспечить отвод из жидкости мелких пузырьков, сносимых вниз по закрученному потоку силами вязкости.
Технический результат достигается тем, что в способе разделения газожидкостной смеси путем закручивания потока газожидкостной смеси, подводимой в цилиндр, и отвода газовой фазы из образующейся вдоль оси трубы газовой полости, а жидкой фазы - из находящейся ниже по течению полости, заполненной дегазированной жидкостью, согласно изобретению закручивание потока газожидкостной смеси осуществляют путем подачи в место ее подвода по касательной к окружности внутренней стенки цилиндра струи дегазированной жидкости, отбираемой на выходе из цилиндра с постоянным расходом.
Технический результат достигается также тем, что в газожидкостном сепараторе, содержащем цилиндр, закрепленный на его верхней части патрубок подвода газожидкостной смеси, закрепленный на его верхнем торце патрубок отвода газа и закрепленный на его нижней части патрубок отвода дегазированной жидкости, согласно изобретению вблизи указанного патрубка подвода на цилиндре установлено сопло, направленное тангенциально к стенке цилиндра и соединенное посредством трубы с насосом с внутренней полостью нижней части цилиндра. При этом входной участок трубы с насосом выполнен в виде патрубка, открытый торец которого расположен в зоне оси цилиндра выше патрубка отвода дегазированной жидкости и обращен в сторону верхней части цилиндра. Таким образом в участок трубы с насосом отводится значительная часть сосредоточенных по оси потока мелких пузырьков, которые направляются на вход в сепаратор для повторной сепарации.
Кроме того, сепаратор снабжен поперечной перегородкой, установленной в цилиндре с зазором относительно цилиндрической стенки и отделяющей полость, в которой размещен указанный открытый торец патрубка, от полости, с которой сообщен патрубок отвода дегазированной жидкости.
В соответствии с предлагаемым способом закручивание подводимой для сепарации газожидкостной смеси происходит в контакте с соизмеримым по расходу сильно закрученным потоком дегазированной жидкости, подаваемой с постоянным расходом (например, насосом) в цилиндр вблизи места подвода газожидкостной смеси. Используемая дегазированная жидкость отбирается из зоны, расположенной за местом замыкания границы раздела газ-жидкость со стороны жидкости.
Таким образом, непрерывный отбор чистого газа и чистой жидкости обеспечивается вследствие того, что неравномерность суммарного потока, получаемая после смешения неравномерного газожидкостного потока с мощным равномерным жидкостным потоком, будет значительно ниже.
Недостаток по п.2 отсутствует, поскольку раскручивание жидкости происходит за счет энергии потока дегазированной жидкости, отбираемого ниже по течению (т.е. за счет энергии насоса, перекачивающего жидкость из жидкостной зоны за местом замыкания границы раздела).
Газожидкостный сепаратор может иметь вид, схематически представленный на чертеже.
Газожидкостный сепаратор содержит цилиндр 1, на котором закреплены в верхней части патрубок 2 подвода газожидкостной смеси, на верхнем торце - патрубок 3 отвода газа и на нижней части - патрубок 8 отвода дегазированной жидкости из сепаратора. В верхней части цилиндра 1 вблизи патрубка 2 подвода установлено сопло 4, направленное тангенциально к стенке цилиндра 1. Сопло 4 соединено посредством трубы с насосом 5 с внутренней жидкостной полостью 7 в нижней части цилиндра 1.
Входной участок трубы с насосом 5 выполнен в виде патрубка 6, открытый торец которого расположен в зоне оси цилиндра 1 выше патрубка 8 отвода дегазированной жидкости и обращен вверх в сторону верхней части цилиндра.
Сепаратор снабжен поперечной перегородкой 9, установленной в цилиндре с зазором относительно цилиндрической стенки и отделяющей полость, в которой размещен указанный открытый торец патрубка, от полости, с которой сообщен патрубок отвода дегазированной жидкости.
В другом варианте вместо перегородки на открытом торце патрубка 6 может быть установлен раструб 10, края которого образуют зазор относительно цилиндрической стенки и отделяют полость, из которой осуществляется отбор дегазированной жидкости патрубком 6, от полости, с которой сообщен патрубок 8 отвода дегазированной жидкости.
Способ разделения газожидкостной смеси осуществляется следующим образом.
Через патрубок 2 в цилиндр 1 вводится газожидкостная смесь. Сопло 4, направленное тангенциально к стенке цилиндра 1, создает вращающийся по стенке цилиндра 1 поток дегазированной жидкости, отбираемой насосом 5 через патрубок 6 из жидкостной полости 7 на выходе цилиндра 1. Вход в патрубок 6 находится выше патрубка 8, благодаря чему на входе в патрубок 6 образуется мелководная воронка, собирающая мелкие пузырьки и газожидкостную эмульсию и отправляющая оставшийся после сепарации газ на повторную сепарацию через сопло 4. Для предотвращения попадания мелких пузырьков в патрубок 8 отвода дегазированной жидкости предусмотрена перегородка 9 или раструб 10, оставляющие проток к патрубку 8 отвода с площадью проходного сечения более чем в два раза меньше площади проходного сечения цилиндра 1. Позицией 11 обозначен кольцевой канал предварительного закручивания потока газожидкостной смеси, поступающей через патрубок 2, потоком дегазированной жидкости, поступающей из сопла 4.