ТРУБНОЕ УСТРОЙСТВО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ СЕПАРАЦИИ
PIPE DEVICE OF PRELIMINARY SEPARATION

Изобретение относится к нефтяной и нефтегазоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для предварительного разделения смеси на газ и жидкость в системах сбора и подготовки продукции нефтяных и газовых скважин.
Известно трубное устройство предварительной сепарации [1], включающее восходящий и горизонтальный участки трубопровода, патрубки для подвода газожидкостной смеси и отвода жидкости и газа. В начале горизонтального участка расположен завихритель, а на выходе установлен отбойник, во входной части установлен депульсатор.
Недостатками устройства являются:
- низкая эффективность сепарации вследствие недостаточного отделения свободного газа на восходящем участке;
- если нефтяная смесь с тяжелыми фракциями, то заполнение жидкостью на восходящем участке может происходить полностью до горизонтального участка, что приведет к еще большему снижению сепарации.
Известно трубное устройство предварительной сепарации [2], принятое за прототип. Трубное устройство предварительной сепарации включает восходящий и горизонтальный участки трубопровода, в котором размещены конфузор с завихрителем, патрубки подвода разделяемой смеси, отвода жидкости и газа. Устройство включает камеру предварительного осаждения жидкости и газожидкосной сепаратор.
Недостатками этого устройства являются:
- устройство предназначено для сепарации смеси с большим содержанием газа, а наличие в газожидкостной смеси тяжелых фракций не позволит ей беспрепятственно подниматься по трубкам восходящего участка трубопровода;
- на горизонтальном участке через щели позади завихрителя газ вместе с газонефтяной смесью может уходить в сливной патрубок;
- использование жидкостного сепаратора делает устройство громоздким и не удобным в работе.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сепарации газоводонефтяной смеси при снижении габаритов конструкции.
Технический результат достигается тем, что трубное устройство предварительной сепарации содержит трубопровод, в котором размещены завихритель и патрубки для подвода газожидкостной смеси и отвода жидкости и газа, сепаратор и выходную трубу. Трубопровод выполнен наклонным под углом 30° и присоединен к вертикальной сепарационной камере. Завихритель с депульсатором установлен в патрубке для подвода смеси. Выходная труба соединена с сепарационной камерой и с коробом, установленным над отверстиями, выполненными по длине на боковой поверхности трубопровода, внутри которого соосно вдоль короба расположена дополнительная труба, закрытая с торцов и имеющая паз с углом от 90° до 120° по длине. Напротив паза в дополнительной трубе выполнены отверстия, идентичные отверстиям в трубопроводе, в которые вварены выводные трубки, при этом диаметр дополнительной трубы, по крайней мере, равен половине диаметра трубопровода. Боковое окно короба закрыто крышкой. В коробе над выводными трубками установлен сепаратор щелевого типа. Под коробом в трубопроводе выполнено отверстие для слива. На входе в сепарационную камеру установлен дефлектор перед центробежным сепаратором, выполненным в виде плоской спирали, закрытой с торцов пластинами с серповидными отражателями. В выходной трубе над камерой сепарации размещена плоская винтовая спираль, а в камере над сливным патрубком размещен пеногаситель.
На трубе, соединяющей короб с патрубком для отвода газа, может быть установлен шаровой кран.
Трубопровод выполнен наклонным под углом 30° и присоединен к вертикальной сепарационной камере, что исключает подпор смеси на входе в камеру.
Завихритель с депульсатором установлен в патрубке для подвода смеси, что позволяет устранить пульсацию смеси на входе и концентрирует газ в центре трубопровода. Снижается разрушительное воздействие пульсации на элементы конструкции.
Выходная труба соединена с сепарационной камерой, и в ней над камерой размещена плоская винтовая спираль, которая сепарирует выходящий из камеры газ. Плоская поверхность спирали обеспечивает большее выделение капельной жидкости, которая стекает вниз по спирали.
Выходная труба соединена коробом, установленным над отверстиями, выполненными по длине на боковой поверхности трубопровода, что позволяет отбирать газ из центра трубопровода на протяжении всей его длины.
Внутри трубопровода соосно вдоль короба расположена дополнительная труба, закрытая с торцов и имеющая паз с углом от 90° до 120° по длине. В паз дополнительной трубы заходит газ, выделившийся из смеси, и таким образом отделяется от нее. Экспериментально определен угол паза. При угле меньше 90° ограничивается объем газа, поступающего в трубу, а при угле больше 120° смесь проникает в паз.
Диаметр дополнительной трубы, по крайней мере, равен половине диаметра трубопровода, также определен экспериментально. Если диаметр дополнительной трубы будет больше половины диаметра трубопровода, то смесь будет попадать в трубу.
Напротив паза в дополнительной трубе выполнены отверстия, идентичные отверстиям в трубопроводе, в которые вварены выводные трубки для отвода газа из центра трубопровода.
Боковое окно короба, закрытое крышкой, выполнено для обеспечения доступа с целью его очистки.
В коробе над выводными трубками установлен сепаратор щелевого типа, который отделяет капельную жидкость от газа. Жидкость стекает вниз на наклонную поверхность трубопровода и в отверстие для слива.
На входе в сепарационную камеру установлен дефлектор, который направляет смесь в центробежный сепаратор в виде спирали с уменьшающимся к центру шагом, закрытой с торцов пластинами с серповидными отражателями. Сепаратор ускоряет жидкостной поток, что обеспечивает эффективное выделение газа.
В камере над патрубком отвода жидкости размещен пеногаситель, который удаляет пену, образовавшуюся на пути движения потока сливаемой жидкости.
На трубе, соединяющей короб с патрубком для отвода газа, может быть установлен шаровой кран, который регулирует поток газа, особенно в случае пробкового режима работы.
Трубное устройство предварительной сепарации поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлено трубное устройство предварительной сепарации, где:
трубопровод - 1,
завихритель - 2,
патрубок для подвода смеси - 3,
патрубок для отвода жидкости (сливной) - 4,
патрубок для отвода газа - 5,
центробежный сепаратор - 6,
выходная труба - 7,
сепарационная камера - 8,
депульсатор - 9,
короб - 10,
дополнительная труба, закрытая с торцов, - 11,
паз дополнительной трубы - 12,
выводные трубки - 13,
боковое окно короба - 14,
крышка короба - 15,
сепаратор щелевого типа - 16,
отверстие для слива - 17,
дефлектор - 18,
плоская винтовая спираль - 19,
пеногаситель - 20,
шаровой кран - 21.
Пример
Трубопровод 1 выполнен с внутренним диаметром 200 мм и длиной 1500 мм из стали 20 с толщиной стенки 5 мм. Трубопровод 1 выполнен наклонным под углом 30° и присоединен к вертикальной сепарационной камере 8 с внутренним диаметром 250 мм с толщиной стенки 5 мм, изготовленной из стали 20. В патрубок 3 для подвода газожидкостной смеси вставлен завихритель 2 с депульсатором 9. Завихритель 2 представляет собой усеченный конус из стали 20 с продольными пазами на боковой поверхности. Основание конуса совпадает с внутренним диаметром трубопровода 1, а пазы направлены по касательной к внутренней стенке.
Депульсатор 9 представляет собой конус из стали 20, нижнее основание которого крепится к верхнему основанию конуса завихрителя 2.
Выходная труба 7 выполнена из стали 20 диаметром 80 мм и соединяет патрубок для отвода газа 5 с коробом 10 и коленом того же диаметра с сепарационной камерой 8.
Короб 10 выполнен из листовой стали 20 длиной 1100 мм, шириной 80 мм и высотой 250 мм.
Внутри трубопровода 1 соосно вдоль короба 10 расположена дополнительная труба 11, имеющая паз 12 с углом от 90° до 120° по длине. Дополнительная труба 11 выполнена из стали 20 с внутренним диаметром 100 мм, торцы закрыты пластинами из стали 20 толщиной 5 мм. Труба 11 закреплена на завихрителе 2 одним концом.
Выводные трубки 13 выполнены из стали 20 диаметром 30 мм и длиной 60 мм и вварены в идентичные отверстия диаметром 30 мм, выполненные в дополнительной трубе 11 и в трубопроводе 1 под коробом 10. В трубу 11 трубки 13 вварены заподлицо.
В коробе 10 над выводными трубками 13 установлен сепаратор щелевого типа 16. Сепаратор щелевого типа 16 представляет собой плоскую пластину из стали 20 толщиной 2 мм с щелевыми пазами шириной 5 мм, длиной 30 мм, причем пластина из каждой щели отогнута под углом 45°. Пластина сепаратора 16 приварена на середине высоты короба 10.
Боковое окно 14 размером 150 мм на 60 мм в коробе 10 закрыто крышкой 15. Под коробом 10 в трубопроводе 1 выполнено отверстие для слива 17 диаметром 30 мм.
На входе в сепарационную камеру 8 установлен дефлектор 18 перед центробежным сепаратором 6. Дефлектор 18 выполнен в виде пластины из нержавеющей стали толщиной 3 мм и шириной 120 мм. Спираль сепаратора 6 имеет 5 оборотов и выполнена из плоской ленты из стали 12Х18Н10Т толщиной 1,5 мм, торцы закрыты пластинами толщиной 3 мм с отверстиями диаметром 25 мм из стали 12Х18Н10Т с серповидными отражателями, выполненными из стали 12Х18Н10Т.
Над камерой сепарации 8 размещена плоская винтовая спираль 19, выполненная из ленты шириной 15 мм, толщиной 1,5 мм из стали 12Х18Н10Т, имеет диаметр 60 мм и расположена по всей длине колена выходной трубы 7.
В камере 8 над патрубком отвода жидкости 4 размещен пеногаситель 20. Пеногаситель 20 представляет собой полый цилиндр из стали 12X18Н10Т диаметром 240 мм и высотой 30 мм, в котором размещены три сетки из стали 12Х18Н10Т с расстоянием между ними 10 мм.
На трубе 7, соединяющей короб 10 с патрубком для отвода газа 5, установлен шаровой кран 21 с проходным отверстием 80 мм.
Устройство предварительной сепарации и фильтрации работает следующим образом.
В наклонный трубопровод 1 через входной патрубок 3 поступает нефтегазовая смесь на депульсатор 9 завихрителя 2. Депульсатор 9 создает равномерный поток, который по наклонным каналам завихрителя 2 отклоняется к стенке трубопровода 1. Смесь под действием центробежной силы течет по стенке трубопровода 1, а свободный газ концентрируется в центре трубопровода 1. Свободный газ через паз 12 поступает в дополнительную трубу 11 и через выводные трубки 13 в короб 10, из которого через сепаратор щелевого типа 16 и выпускную трубу 7 в патрубок для отвода газа 5. Поток смеси с частично оставшимся в ней газом поступает через дефлектор 18 в центробежный сепаратор 6 камеры 8, где происходит резкое ускорение потока и нарастание центробежной силы. Закрытые торцы сепаратора 6 позволяют увеличить скорость выхода смеси из сепаратора 6. Поток смеси отбрасывается к внутренней стенке камеры 8 с помощью отражателей сепаратора 6. Вращаясь по спирали, смесь перемещается вдоль стенки камеры 8, и под действием центробежных сил и сил гравитации происходит дополнительное выделение газа, который поднимается вверх и через плоскую спираль 19 направляется в патрубок для отвода газа 5. Плоская спираль 19 обеспечивает дополнительную сепарацию газа, а капли жидкости стекают по спирали в камеру 8. Жидкая смесь из камеры 8 попадает на пеногаситель 20, который гасит пену смеси, и уходит через патрубок отвода жидкости 4.
Испытание устройства проводилось в экспериментальной измерительной установке. Достигнутая величина сепарации газа составила свыше 99%. Значительно снижены габариты и вес устройства. Конструкция легко разбирается и имеет доступ к внутренним устройствам.
Источники информации
1. Патент №2232617, МПК B01D 19/00.
2. Патент №2292227, МПК B01D 19/00.