СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к области очистки газа от примесей, преимущественно от различного рода жидких сред, и может быть использовано в газовой, газодобывающей, нефтяной, химической и других отраслях промышленности для подготовки газа.
На поздней стадии разработки месторождения достаточные скорости потока газа в скважинах и газосборной сети для полного удаления скапливающейся пластовой и конденсационной жидкости достигаются не всегда. Жидкостные пробки увеличивают гидравлические сопротивления потоку газа и ухудшают газодинамические характеристики системы: пласт-скважина-газосборная сеть (ГСС). Для сокращения потерь выполняются геолого-технологические мероприятия с целью удаления жидкостных пробок.
Одним из распространенных технических решений по борьбе с жидкостными пробками в ГСС является применение устьевых сепараторов, которые позволяют существенно сократить объем жидкости, попадающей в шлейф вместе с потоком скважинной продукции.
Из области техники известны устройства сепарации для отделения жидкой фракции из газового потока [RU 2423169, опубликовано 10.07.2011, RU 2674948, опубликовано: 13.12.2018], работа которых основана на завихрении газового потока, проходящего через сепарационные элементы.
Известные устройства недостаточно эффективны при удалении жидкости и твердых механических примесей при сепарации газового потока, особенно на поздней стадии разработки месторождения, когда увеличивается скорость потока газа в скважинах и газосборной сети и необходимо полное удаление скапливающейся пластовой и конденсационной жидкости из такого потока.
Известен сепаратор [RU 173761, опубликовано 11.09.2017], содержащий цилиндрический корпус, разделенный на вихревую и дополнительную камеры; входной и выходной патрубки, сепарационный элемент и дренажную трубу; входной патрубок соединен с дефлектором-завихрителем, выход которого расположен в вихревой камере.
Недостатком известного сепаратора является сложность конструкции сепаратора, сепаратор содержит много деталей, поток очищаемого газа несколько раз меняет направление движения, создавая дополнительную динамическую нагрузку на работу сепаратора, что препятствует применение известного сепаратора при больших скоростях потока очищаемого газа.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является создание устьевого сепаратора, позволяющего существенно сократить объем жидкости, попадающей в шлейф вместе с потоком скважинной продукции.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности сепарации за счет применения двухступенчатой сепарации газового потока.
Технический результат достигается тем, что сепаратор содержит цилиндрический корпус, разделенный на камеры; входной и выходной патрубки, дренажную трубу, сепарационным элемент с завихрителем, согласно полезной модели к входному патрубку присоединен дополнительный патрубок направления входящего потока, являющийся продолжением указанного входящего патрубка, внутри корпуса размещены два сепарационных элемента, каждый из сепарационных элементов включает статический лопастной завихритель, закрепленный неподвижно в направляющем кольце, которое закреплено на разделительной пластине, разделяющей сепаратор на камеры, при этом разделительная пластина, на которой расположен первый сепарационный элемент, отделяет предварительную камеру и камеру первой ступени сепарации, разделительная пластина, на которой расположен второй сепарационный элемент разделяет камеру первой ступени с камерой второй ступени сепарации, выход патрубка направления входящего потока, сепарационные элементы расположены соосно, в нижней части сепаратора выполнена наклонная перегородка с перфорированными отверстиями для слива жидкой фракции в отсек накопления.
Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами.
Фиг. 1 - Схема сепаратора, продольный разрез;
фиг. 2 - Схема сепаратора в аксонометрической проекции.
Сепаратор состоит из следующих элементов:
1 - цилиндрический корпус;
2 - входной патрубок;
3 - выходной патрубок;
4 - патрубок направления входящего потока;
Сепарационный элемент первой ступени сепарации:
5 - статический лопастной завихритель первой ступени сепарации;
6 - кольцо завихрите ля первой ступени сепарации;
7 - разделительная пластина лопастного завихрителя первой ступени сепарации;
Сепарационный элемент второй ступени сепарации:
8 - статический лопастной завихритель второй ступени сепарации;
9 - кольцо завихрителя второй ступени сепарации;
10 - разделительная пластина лопастного завихрителя второй ступени сепарации;
11 - входная камера сепаратора;
12 - камера первой ступени сепарации;
13 - камера второй ступени сепарации;
14 - наклонная перегородка, отделяющая отсек накопления жидкости с твердыми механическими примесями от камер сепарации;
15 - отсек накопления отделенной жидкости с механическими примесями;
16 - перфорированные отверстия наклонной перегородки для слива жидкости с механическими примесями в отсек накопления;
17 - дренажная труба.
Общим с близким аналогом является то, что сепаратор содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1, входной 2, выходной 3 патрубки при этом сепаратор дополнительно снабжен патрубком направления входящего потока 4, который расположенный внутри сепаратора, и является продолжением входящего патрубка 2.
Конструктивной особенностью предлагаемого сепаратора является наличие двух, соосно расположенных сепарационных элемента.
Сепарационный элемент первой ступени сепарации, состоит из статического лопастного завихрителя 5 первой ступени сепарации, который неподвижно расположен в направляющем кольце 6, и крепится сварным соединением и вместе с указанным лопастным завихрителем 5 кольцо закреплено на разделительной пластине 7.
Сепарационный элемент второй ступени сепарации по конструкции аналогичен элементу первой ступени и состоит из статического лопастного завихрителя 8 второй ступени сепарации, который расположен в кольце 9, закрепленным на разделительной пластине 10.
Опорные пластины 7 и 10 разделяют сепаратор на входную камеру 11, камеру первой ступени сепарации 12 и камеру второй ступени сепарации 13. В нижней части сепаратора выполнена наклонная перегородка 14, отделяющая отсек накопления 15 жидкости и твердых механических примесей от камер сепарации 11, 12, 13. Наклон перегородки выполнен от камеры 13 в сторону камеры 11, таким образом, чтобы оседающая в сепараторе жидкость стекала к перфорированным отверстиям 16 наклонной перегородки 14, и через указанные отверстия стекала в отсек накопления 15, из которого отвод на утилизацию осуществляется через дренажную трубу 17.
Сепарационные элементы первой и второй ступени расположены соосно для создания и прохождения вихревого потока.
Статический лопастной завихритель 5 расположен у патрубка направления входного потока 4 входного патрубка и предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока в камере 12 сепаратора.
Внутренняя стенка корпуса 1, и опорная пластина 10 образуют улавливающий карман в камере 12, в котором происходит отвод из вихревого потока движущихся частиц жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора. Под действием гравитационной силы жидкость с механическими примесями стекает к наклонной перегородке 14, и через отверстия 16, попадает в отсек 15.
Предлагаемый сепаратор имеет две ступени с сепарационными элементами отделенные наклонной перегородкой от камер сепарации. Такое исполнение позволяет избежать беспрепятственного попадания жидкости в выходной патрубок 3 из входной камеры 11 сепарации, увеличивает эффективность сепарации.
Для отвода жидкости с механическими примесями в сепаратаре устанавливается вертикальная дренажная труба 17. Нижний конец дренажной трубы 17 закреплен в наклонной перегородке 14, а другой конец закреплен в верхней части корпуса 1.
Сепаратор работает следующим образом. В заявляемой полезной модели описывается сепаратор газовый вихревого типа, который работает следующим образом.
Газожидкостной поток с увеличенным количеством жидкости, который необходимо очистить от жидкости и механических примесей, из трубопровода подводят в сепаратор через входной патрубок 1, и патрубок 4, который направляет поток на сепарационный элемент первой ступени сепарации.
Посредством статического лопастного завихрителя 5 первой ступени сепарации газожидкостному потоку придается необходимое ускорение и направление движения, позволяющее на первом этапе задать необходимые газодинамические характеристики для формирования центробежного принципа сепарации газа.
Кольцо 6 завихрителя 5 изменяет направление движения газа и совместно с завихрителем 5 формирует его вихревое движение соосно сепарационного элемента в камере 12, осуществляя первую ступень сепарации.
В пространстве, камеры 12 первой ступени сепарации из газового потока выделяется основная масса жидкости и механических примесей. Основное количество жидкости и механических примесей отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и движутся по ней в направлении вращения газового потока, и под действием гравитационных сил стекает к на наклонную перегородку 14 и далее, через перфорированные отверстия 16 в отсек накопления жидкой фазы 16.
Аэрозольная фракция жидкости и механических примесей, не осевшая в первой ступени сепарации смешиваясь, попадает на наружную поверхность лопастей завихрителя 8 второй ступени сепарации и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы с приданием вращательного движения соосно с первой ступенью сепарации.
Остатки жидкости, попавшие в камеру 13 второй ступени сепарации в виде пленки под действием сил гравитации оседают на поверхность наклонной перегородки 14, стекают в отсек 15.
Таким образом, за счет многоступенчатой очистки газожидкостного потока от жидкости и механических примесей решается задача повышения степени очистки газового потока с большим содержанием жидкости.
Опытный образец предлагаемого сепаратора в 2021 году был изготовлен на предприятии заявителя. Были проведены промысловые испытания на скважинах Медвежьего нефтегазоконденсатного месторождения совместно с системой утилизации пластовой жидкости. Сепаратор показал высокую эффективность по отделению жидкой фазы с механическими примесями при очитке газового потока, поступающего из скважины.