ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР
GAS-LIQUID SEPARATOR

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для разделения газожидкостных смесей и очистки флюида от влаги.
Известен газожидкостный сепаратор, содержащий корпус с патрубком входа газожидкостной смеси, патрубками выхода газа и жидкости. Внутри корпуса размещены коагулятор, установленный перед патрубком входа газожидкостной смеси, и каплеотбойник, установленный перед патрубком выхода газа. Основание каплеотбойника расположено на расстоянии 0,5-1,5 диаметра корпуса от основания коагулятора. На основаниях коагулятора и каплеотбойника установлены центробежные элементы. Между основанием коагулятора и стенкой корпуса установлен распределительный короб. Образованная между распределительным коробом и стенкой корпуса полость соединена с полостью патрубка входа газожидкостный смеси. Коагулятор и каплеотбойник снабжены дренажными трубками (патент РФ на изобретение №2153915, МПК: B01D 45/00, B01D 19/00, опубл. 10.08.2000).
Недостатком известного устройства является высокое гидравлическое сопротивление, создаваемое двумя ступенями сепарации (коагулятор и каплеотбойник) с помощью центробежных элементов.
Известен газожидкостный сепаратор для разделения газожидкостных смесей, содержащий корпус с патрубком входа газожидкостной смеси, патрубком выхода газа и патрубком выхода жидкости. Патрубок входа газожидкостной смеси расположен тангенциально по отношению к корпусу. Внутри корпуса напротив патрубка входа газожидкостной смеси установлен распределитель в виде короба горообразной формы. Внутри распределительного короба в его горловине установлен коагулятор, представляющий собой полотно с центробежным элементом и дренажной трубкой, при этом полотно и верхняя часть короба образует основание, центральная часть которого выполнена в форме перевернутого усеченного конуса, в нижней части которого и установлен, по крайней мере, один центробежный элемент и дренажная трубка. Количество сепарационных элементов может быть от одного и более и зависит от технических условий эксплуатации аппарата (расходных показателей газожидкостного потока, подаваемого в аппарат, его давления). В верхней части корпуса перед патрубком выхода газа установлен соединенный с ним фильтр-патрон (патент РФ на полезную модель №48277, МПК: B01D 45/00, опубл. 10.10.2005).
Недостатками известного сепаратора является узкий диапазон эффективной работы по производительности, обусловленный тем, что неэффективна грубая ступень сепарации и, с ростом производительности, пакет центробежных элементов перегружается по поступающей жидкости, что влечет за собой рост уноса жидкости с газом и, как следствие, снижение эффективности разделения газожидкостной смеси.
Известен газожидкостный сепаратор, содержащий корпус с патрубком входа газожидкостной смеси, патрубки выхода газа и выхода жидкости, полотно, центральная часть которого выполнена в форме перевернутого усеченного конуса, в нижней части которого установлен, по крайней мере, один центробежный элемент и, по крайней мере, одна дренажная трубка, распределитель, установленный напротив патрубка входа газожидкостной смеси, при этом полотно установлено в верхней части сепаратора, снизу которого установлен короб, охватывающий его центральную часть, при этом боковая часть короба выполнена из воронкообразных элементов, повторяющих форму центральной части полотна и установленных с зазором относительно друг друга, при этом дренажная трубка расположена в коробе, а днище короба снабжено, по крайней мере, одной сливной трубой с гидрозатвором, расположенным в нижней части сепаратора (патент РФ на изобретение №2519418, Заявка: №2012155930/05 от 2012.12.21, МПК: B01D 53/24, B01D 53/26, B01D 45/12 - прототип).
Указанный сепаратор работает следующим образом. Газожидкостный поток, например, газожидкостная смесь, поступает в корпус через патрубок входа на распределитель, при этом поток теряет кинетическую энергию и отделяется от основной массы жидкости, которая стекает в нижнюю часть корпуса. Затем газожидкостный поток, поступая через тонкослойные каналы, образованные воронкообразными элементами, проходит следующую ступень разделения на газ и жидкость, и при выходе из каналов газ с остатками жидкости попадает в центробежные элементы. В центробежных элементах от газа отделяются остатки жидкости, и, отсепарированный газ выводят через патрубок выхода, а жидкость сливается через дренажные трубки на днище короба, сюда же стекает жидкость, скоагулированная и стекающая по воронкообразным элементам, далее эта жидкость через сливную трубу и гидрозатвор стекает в низ корпуса и выводится через патрубок выхода.
Основными недостатками является значительная сложность конструкции и недостаточно высокая степень очистки потока флюида.
Задачей изобретения является расширение диапазона эффективной работы газожидкостного сепаратора по производительности, упрощение его конструкции и повышение степени очистки флюида.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный газожидкостный сепаратор (далее - сепаратор), содержащий полый корпус с патрубком подвода неочищенного газа, патрубком отвода очищенного газа, патрубками сбора и удаления конденсата, открывающимися в полость корпуса, согласно изобретению, содержит две ступени сепарации, при этом в патрубке подвода неочищенного газа первой ступени установлен завихритель потока первой ступени сепарации в виде шнека, с полой центральной частью, которая соединена через заборник газа рециркуляции первой ступени сепарации с патрубком сбора и удаления конденсата первой ступени, причем полость патрубка подвода в районе завихрителя потока первой ступени сепарации соединена с полостью трубы сброса, при этом в выходной части первой ступени сепарации, с образованием кольцевого конического зазора между его наружной стенкой и внутренней стенкой трубы, установлен диффузор первой ступени сепарации, полость которого открывается во входную полость второй ступени сепарации, на входе в которую установлен фильтр-колеасцер, и завихритель потока второй ступени сепарации в виде шнека с полой центральной частью, которая соединена через заборник газа рециркуляции второй ступени сепарации с патрубком сбора и удаления конденсата второй ступени, причем угол подъема витков последующего шнека больше угла подъема витков предыдущего шнека, при этом в выходной части второй ступени сепарации, с образованием кольцевого конического зазора между его наружной стенкой и внутренней стенкой трубы, установлен диффузор второй ступени сепарации, полость которого открывается в патрубок отвода очищенного газа сепаратора.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предложенного сепаратора, на фиг. 2 показан выносной элемент А - первая ступень сепарации в увеличенном масштабе, на фиг. 3 показан выносной элемент Б - входная часть второй ступени сепарации - фильтр-колеасцер и завихритель потока второй ступени в увеличенном масштабе, на фиг. 4 - показана выходная часть второй ступени сепарации в увеличенном масштабе.
Основными составными частями предложенного сепаратора являются:
1 - полый корпус;
2 - патрубок подвода неочищенного газа;
3 - патрубок отвода очищенного газа;
4 - патрубок сбора и удаления конденсата первой ступени;
5 - патрубок сбора и удаления конденсата второй ступени;
6 - первая ступень сепарации;
7 - вторая ступень сепарации;
8 - завихритель потока первой ступени сепарации;
9 - полая центральная часть завихрителя потока первой ступени сепарации;
10 - заборник газа рециркуляции первой ступени сепарации;
11 - труба сброса;
12 - кольцевой конический зазор первой ступени сепарации;
13 - диффузор первой ступени сепарации;
14 - входная полость;
15 - фильтр-коалесцер;
16 - завихритель потока второй ступени сепарации;
17 - полая центральная часть завихрителя;
18 - заборник газа рециркуляции второй ступени сепарации;
19 - кольцевой конический зазор второй ступени сепарации;
20 - диффузор второй ступени сепарации.
Сепаратор содержит полый корпус 1 с патрубком подвода 2 неочищенного газа, патрубком 3 отвода очищенного газа, патрубками сбора и удаления конденсата 4 и 5 первой и второй ступеней соответственно, открывающимися в полость корпуса 1. Сепаратор содержит две ступени сепарации – первую ступень сепарации 6 и вторую ступень сепарации 7. В патрубке подвода 2 первой ступени сепарации установлен завихритель потока 8 первой ступени сепарации (далее - завихритель), с полой центральной частью 9, которая соединена через заборник газа 10 рециркуляции первой ступени сепарации с полостью патрубка 4 сбора и удаления конденсата первой ступени. Полость патрубка подвода в районе завихрителя потока 8 первой ступени сепарации соединена с полостью трубы 11 сброса, которая также используется для сброса давления газа при сливе отсепарированной жидкости из нижних полостей корпусов патрубков 4 и 5, а также при техническом обслуживании и ремонте.
В выходной части первой ступени 6 сепарации, с образованием кольцевого конического зазора 12 между его наружной стенкой и внутренней стенкой трубы, установлен диффузор 13 первой ступени сепарации, полость которого открывается во входную полость 14 второй ступени 7 сепарации, на входе в которую установлен фильтр-коалесцер 15, и завихритель потока 16 второй ступени сепарации (далее - завихритель) с полой центральной частью 17, которая соединена через заборник газа редуцирования 18 второй ступени сепарации с патрубком 5 сбора и удаления конденсата второй ступени. Угол подъема витков последующего завихрителя 16 больше угла подъема витков предыдущего завихрителя 8. В выходной части второй ступени сепарации, с образованием кольцевого конического зазора 19 между его наружной стенкой и внутренней стенкой трубы, установлен диффузор 20, полость которого открывается в патрубок 3 отвода очищенного газа.
Предложенный газожидкостный сепаратор работает следующим образом.
Сепаратор устанавливается в обвязку скважины. Газ из скважины под давлением поступает через патрубок подвода неочищенного газа 2 на вход завихрителя 8 потока первой ступени сепарации (далее - завихритель), который закручивает поток газа. Под действием центробежных сил, жидкость и механические частицы, находящиеся в неочищенном газе, отбрасываются к внутренним стенкам полого корпуса 1, после чего поступают в полость патрубка сбора и удаления конденсата первой ступени 4. В линии рециркуляции, за счет разницы давления рабочей среды за завихрителем 8 и полости трубы сброса 11, создается циркуляция газа, позволяющая уменьшить вторичный унос жидкости и механических частиц во вторую ступень сепарации 7.
Для наиболее эффективной работы второй ступени сепарации, предварительно очищенный в первой ступени основной поток газа, поступает в фильтр-коалесцер 15, при этом, при прохождении газа через фильтр-коалесцер 15, мелкие капли жидкости укрупняются.
Далее газ с укрупненными каплями жидкости поступает на завихритель 16 потока второй ступени сепарации, который имеет увеличенный, по сравнению с завихрителем 8 потока первой ступени, угол закрутки лопастей. За счет увеличенного угла закрутки, радиальная скорость потока увеличивается, тем самым возрастает центробежная сила, действующая на капли жидкости и механические частицы, оставшиеся в неочищенном газе после первой ступени сепарации, что позволяет более эффективно удалять их из потока. Дальнейший процесс отделения жидкости и механических частиц происходит аналогично первой ступени.
Заявителем и авторами изготовлен и испытан полноразмерный образец предложенного газожидкостного сепаратора. Проведенные испытания подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения позволит значительно расширить диапазон эффективной работы газожидкостного сепаратора по производительности, повысить надежность его работы и степень очистки добываемого флюида.