УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЖЕКЦИИ НИЗКОНАПОРНОГО ГАЗА С МЕХАНИЗМОМ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ВПРЫСКА ГАЗА В ПОТОК ЖИДКОСТИ
DEVICE FOR INJECTING LOW-PRESSURE GAS WITH MECHANISM OF STABILISATION OF PROCESS MODE OF GAS INJECTION INTO STREAM OF LIQUID

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам для эжекции газа в поток жидкости в нефтесборных трубопроводах и системах поддержания пластового давления с целью утилизации попутного газа.
Известны эжекторы, предназначенные для смешения двух сред, например воды и газа, в которых одна среда, находясь под давлением, воздействует на другую и, увлекая за собой, выталкивает ее в необходимом направлении и образует смешанный поток. На этом принципе построен эжектор, содержащий сопло, коническую приемную камеру, цилиндрическую камеру смешения, диффузор (Струйные аппараты, 3-е изд., переработанное, М.: Энергоатомиздат, 1989 г., с. 36). Это устройство обладает высоким коэффициентом эжекции и способно создавать разрежение. Недостатком данного устройства является высокий уровень потерь напора при выходе из эжектора.
Известно устройство для эжекции низконапорного газа в поток жидкости (патент РФ №2508477, МПК F04F 5/04, опубликовано 27.02.2014 г.), выполненное в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури с щелью эжекции в области сужения, и содержащее конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, подведенный к области сужения и сообщающийся с щелью эжекции. Щель эжекции образована внешней конусной поверхностью сопла конфузора и внутренней криволинейной поверхностью входного отверстия диффузора, причем минимальный диаметр входного отверстия диффузора составляет (1,0-1,1) от диаметра сопла конфузора.
Недостатком данной конструкции является нестабильность технологических режимов работы устройства, связанная с жесткими пороговыми условиями существования области низкого давления, необходимой для непрерывного впрыска низконапорного газа в поток жидкости.
Для эжекции попутного нефтяного газа (ПНГ), выделяющегося при сепарации нефти, не требуется разрежения, которое создается потоком жидкости, движущимся со скоростью, близкой к границе кавитационного предела. Газ под давлением 0,1-0,5 МПа (абс) увлекается жидкостным потоком уже при минимальной разности статических давлений. Однако для достижения высокой производительности и надежности работы системы утилизации газа требуется обеспечить стабильность работы эжектора в условиях изменяющегося технологического режима нефтегазового промысла.
Задачей изобретения является повышение производительности и надежности работы эжектора.
Техническим результатом изобретения является достижение стабильной работы эжектора при сохранении высоких значений коэффициента восстановления давления и максимальных мгновенных объемах расхода газа.
Указанный технический результат достигается устройством для эжекции низконапорного газа с механизмом стабилизации технологического режима впрыска газа в поток жидкости, находящейся под давлением, выполненным в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури с щелью эжекции в области сужения, и содержащим конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся с щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости. В отличие от прототипа устройство содержит механизм стабилизации технологического режима впрыска газа в поток жидкости, включающий узел дренирования жидкости в области щели эжекции для снижения давления до атмосферного, выходной сепаратор газожидкостной смеси с клапаном регулирования для частичного отбора газа высокого давления, соединенный контуром рециркуляции с щелью инжекции для подвода газа в область промежуточного давления в сечении конфузора, расположенной на его образующей, причем входной патрубок оборудован задвижкой.
3
3
Объемы газа, необходимые для реализации предложенного механизма стабилизации, составляют порядка 0,1-0,3 нм газа/м жидкости, что составляет в области высоких давлений входного потока жидкости Рж>100 атм (изб.) величину менее 0,5 об. доли %.
Технический результат изобретения достигается благодаря расчетно-экспериментальной процедуре регулирования подачи оптимального объема газа во входной поток жидкости. Впрыск газа во входной поток жидкости осуществляется через щель инжекции, которая находится в области высокого давления на образующей конфузора, величина которого несколько ниже давления впрыска газа.
Данная конструкция позволяет:
- обеспечить минимальное возмущение скоростного потока жидкости на образующей конфузора;
- использовать для впрыска газ, увлекаемый потоком жидкости в область высокого давления на выходе из устройства эжекции, который может быть сепарирован из потока гравитационным или гидровихревым способом и перенаправлен на вход устройства согласно предложенной схеме.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема устройства для эжекции газа с механизмом стабилизации.
Устройство для эжекции газа содержит профиль Вентури 1 со щелью эжекции 2 в области сужения, конфузор 3, диффузор 4, входной патрубок 5 для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся со щелью эжекции 2 с созданием зоны смешения в потоке жидкости, механизм стабилизации технологического режима впрыска газа в поток жидкости, включающий узел дренирования жидкости 6, в области, примыкающей к щели эжекции 2, для снижения давления до атмосферного, выходной сепаратор 7 газожидкостной смеси с клапаном регулирования 8 для частичного отбора газа высокого давления, соединенный контуром рециркуляции 9 со щелью инжекции 10 для подвода газа в область промежуточного давления в сечении конфузора, расположенной на его образующей, причем входной патрубок 5 оборудован задвижкой 11.
Устройство работает следующим образом.
В конфузор подается жидкость под высоким давлением Р. В области сужения скорость движения потока достигает 100 м/с и более, происходит снижение эффективного статического давления жидкости. Если при данном диаметре сопла конфузора в потоке жидкости реализуется субкавитационный режим работы устройства, то при закрытой задвижке 11 во входном патрубке 5 подачи газа давление на переходе снижается до давления насыщенных паров жидкости и после открытия задвижки происходит подача газа в поток. Опыт эксплуатации в промысловых условиях показывает, однако, что производительность и стабильность работы системы подачи газа сильно страдает от неустойчивости, вызванной естественными вариациями давлений и расходов жидкости. Предлагаемое техническое решение сводится к выбору начальной рабочей точки по давлению вблизи щели эжекции 2 заведомо выше давления в газовой линии, т.е. 30-50 атм (изб.). Переход к рабочей точке в области низкого давления происходит за счет дренирования жидкости на атмосферное давление. Как правило, входной поток жидкости содержит некоторый минимальный переменный объем остаточного растворенного газа, и это приводит в определенный момент к снижению давления на переходе к рабочей точке до нескольких атмосфер, что является достаточным для подачи газа в поток жидкости. За счет механизма рециркуляции устройство для эжекции поддерживает оптимальный режим работы. Снижение/увеличение входного потока жидкости компенсируется пропорциональным увеличением/снижением объемной доли впрыскиваемого газа, гарантируя тем самым равноскоростной режим движения жидкости с поддержанием некоторого оптимального статического давления потока жидкости в области впрыска газа.
Вариация давления и расхода входного потока жидкости компенсируется изменением минимального газосодержания во входном потоке с поддержанием оптимальных условий в области подачи газа в поток жидкости.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет стабилизировать технологический режим впрыска газа в поток жидкости и за счет этого повысить производительность и надежность работы эжектора при максимальном коэффициенте восстановления давления.