УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ СМЕСИ

Техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам разделения продукции нефтяных скважин при сборе, подготовке и транспорте нефти.
Известно устройство разделения водонефтяной смеси, (см. "Наклонный депульсатор конструкции ВНИИСПТ нефти". Обзорная информация. Серия Нефтепромысловое дело. "Совершенствование процессов сепарации нефти и сбора нефтяного газа на месторождениях Западной Сибири. Москва ВНИИОЭНГ 1979г., стр. 23) состоящее из наклонного депульсатора, через который пропускают водогазонефтяную смесь, и узлов отбора разделенных фаз нефти.
тр
Прототипом технического решения является патент РФ №2196227 МПК 7 Е 21 В 43/34 опубликованный 10.01.2003 Бюл. №1. Устройство разделения водогазонефтяной смеси. Устройство состоит из трубопровода, содержащего три участка: входной, средний и выходной участки, средний участок заполнен продольно ориентированным пучком тонких труб, выходной участок выполнен наклонным и содержит узлы отбора фракций нефтяной эмульсии. Входной участок трубы выполнен диаметром d>2λ/2,61 на боковой поверхности которого через отверстия присоединены узел ввода для нефти и узлы ввода энергии СВЧ выполненные в виде патрубков с волноводными фланцами, к которым с помощью тракта СВЧ подсоединены источники энергии СВЧ. Патрубки содержат диэлектрический согласующий и герметизирующий вкладыш, а выходной участок трубопровода содержит узлы отбора фракций для газа, нефти и воды.
В этом устройстве на водонефтяную смесь, находящуюся в трубопроводе воздействуют энергией СВЧ от источника электромагнитных колебаний. К
недостатку этого устройства следует отнести то, что СВЧ энергия вводится в водонефтяную смесь в трубопроводе через плоский раскрыв открытого конца волноводного патрубка герметично закрытого с помощью согласующего диэлектрического вкладыша. Условие согласования для такого устройства, при изменении состава водонефтяной смеси в трубопроводе, сильно изменяется, например процентное содержание воды в нефти колеблется от 20% до 100%. Это приводит к недопустимому рассогласованию тракта СВЧ и источника СВЧ энергии.
Решаемая техническая задача предлагаемого технического решения заключается в обеспечении требуемого режима согласования для источника СВЧ энергии при изменении процентного содержания нефти в водонефтяной смеси от 0 до 100%.
тр
п
тр
ос
Техническая задача в устройстве разделения водонефтяной смеси состоящем из трубопровода, содержащего два участка - входной, выходной участки, к входному участку трубопровода, диаметром d> 2λ/2,61, подсоединен узел ввода для нефти и узел ввода энергии СВЧ, выполненный в виде волноводного патрубка диаметром d>2λ/3,41, герметично закрытым со стороны одного конца, радио прозрачной диафрагмой и с волноводным фланцем на другом конце, к которому с помощью тракта СВЧ подсоединен источник энергии СВЧ, выходной участок трубопровода содержит узлы отбора фракций водонефтяной смеси, достигается тем, что волноводный патрубок выполнен длиной nλ/2 и расположен внутри входного участка трубопровода соосно с ним, и закреплен концом с волноводным фланцем на торцевой стенке входного участка трубопровода, а радио прозрачная диафрагма выполнена конической формы с диаметром в основании d>2λ/3,41 и высотой от половины до полутора диаметров основания конуса, а вершина радиопрозрачной диафрагмы обращена вглубь входного участка трубопровода, при этом узел ввода для нефти расположен на боковой поверхности входного участка трубопровода напротив боковой
тр
п
тр
поверхности волноводного патрубка, а через торцевую стенку входного участка трубопровода внутрь волноводного патрубка введены входной и выходной воздушные патрубки. Где λ - длина волны рабочего сигнала источника энергии СВЧ, λ - длина волны рабочего сигнала источника энергии СВЧ в трубопроводе, d - диаметр волноводного патрубка, d-диаметр входного участка трубопровода, n - целое число больше или равно единице.
На фиг.1 изображена схема устройства разделения водонефтяной смеси.
На фиг.2. приведены экспериментальные зависимости согласования радио прозрачной конической диафрагмы погруженной в водонефтяную смесь.
тр
п
д
Устройство по фигуре 1, состоит из трубопровода, содержащего входной участок 1 трубопровода, и выходной участок 2 трубопровода, к торцевой стенке 3 входного участка трубопровода 1, диаметром d> 2λ/2,61, подсоединен узел ввода энергии СВЧ выполненный в виде волноводного патрубка 4 диаметром d>2λ/3,41 герметично закрытым со стороны конца расположенного внутри входного участка трубопровода 1 радио прозрачной диафрагмой 5 конической формы и с волноводным фланцем 6 на другом конце, к которому подсоединен тракт СВЧ 7 источника энергии СВЧ 8. Высота h диафрагмы 5 составляет от половины до полутора диаметра основания doc диафрагмы 5, а диаметр основания doc диафрагмы взят не менее 2λ/3,41. Через торцевую стенку 3 входного участка 1 трубопровода внутрь волноводного патрубка 4 введены входной 9 и выходной 10 воздушные патрубки. Узел ввода для нефти 11, расположен на боковой стенке 12 входного участка 1 трубопровода напротив боковой поверхности волноводного патрубка 4, а вершина радиопрозрачной диафрагмы 5 обращена вглубь входного участка 1 трубопровода. Выходной участок 2 трубопровода содержит узлы отбора фракций 13.
На фигуре 2 приведены экспериментально полученные зависимости согласования радио прозрачной конической диафрагмы 5 от ее высоты и состава водонефтяной смеси, где кривая 14 соответствует для случая соленой воды 100%, кривая 15 для чистой нефти и кривая 16 для случая 50% воды и 50% нефти.
Рассмотрим предлагаемое устройство в работе. Водонефтяная смесь поступает на входной участок 1 трубопровода через узел ввода для нефти 11 в области волноводного патрубка 4. Затем, она, равномерно омывая радио прозрачную диафрагму 5 конической формы, подвергается воздействию электромагнитной энергии СВЧ, которая поступает во входной участок трубопровода 1 через радио прозрачную коническую диафрагму 5. К диафрагме 5 электромагнитная энергия СВЧ подводится от источника СВЧ энергии 8 по СВЧ тракту 7 соединенным с волноводным патрубком 4 с помощью фланца 6. По условиям взрывобезопасности полость волноводного патрубка 4 и диафрагмы 5 вентилируется воздухом через воздушные патрубки 9 и 10.
oc
п
Согласование тракта СВЧ 7 с волноводным патрубком 4 и радиопрозрачной конической диафрагмой 5 при различных составах водонефтяной смеси во входном участке 1 трубопровода обеспечивается за счет формы и размеров радио прозрачной диафрагмы 5 конической формы. Отраженные электромагнитные волны от различных участков диафрагмы 5 частично взаимно компенсируются. Благодаря этому обеспечивается согласование тракта СВЧ 7 при различных составах водонефтяной смеси. На фигуре 3 приведены экспериментально полученные зависимости характеризующие согласование радио прозрачной диафрагмы 5 конической формы от ее высоты и состава водонефтяной смеси, где кривая 14 соответствует случаю соленой воды в трубопроводе, кривая 15 для чистой нефти и кривая 16 для случая 50% воды и 50% нефти. Из этих зависимостей следует, что при высоте диафрагмы 5 от 0,5d до 1,5doc с диаметром основания doc равным диаметру волноводного патрубка d согласование
ст
тракта СВЧ 7 не хуже К<3 и с увеличением высоты радио прозрачной диафрагмы 5 конической формы эта характеристика улучшается.
тр
Нефть во входной участок трубопровода 1 поступает через узел ввода для нефти 11 расположенный на боковой поверхности входного участка 1 трубопровода напротив боковой поверхности волноводного патрубка. Это обеспечивает проточный режим движения жидкости в области диафрагмы 5 и тем самым улучшает теплообмен в потоке водонефтяной смеси. Длина волноводного патрубка 4nλ/2 берется из условия повышения электрической прочности перехода из волноводного патрубка 4 во входной участок 1 трубопровода в области подсоединения к патрубку 4 радио прозрачной диафрагмы 5. Так как при этом обеспечивается минимальное сопротивление на выходе волноводного патрубка 4.
11
01
тр
11
п
Разделение на отдельные фракции водонефтяной смеси в трубопроводе происходит под действием гравитационных сил при ламинарном невозмущенном движении жидкости вдоль него. Этот процесс при воздействии СВЧ энергии на водонефтяную смесь ускоряется за счет ее нагрева до 60°-80°С и ослабления межмолекулярных связей в водонефтяной смеси под воздействием интенсивного электромагнитного поля. Вывод разделенных фракций осуществляется через узлы отбора фракций 13 расположенных в выходном участке 2 трубопровода. Минимальное сечение водного участка 1 трубопровода ограничено условием существования в порожней трубе низших типов колебаний электрических и магнитных волн Н и E и составляет d>2λ/2,61. Минимальное сечение волноводного патрубка 4 ограничено существованием низшего типа колебания Н и потому d>2λ/3,41.
Для обеспечения режима необходимой экранировки от электромагнитного излучения размеры поперечного сечения входных и выходных воздушных патрубков 9 и 10 должны соответствовать размерам
кр
кр
запредельных волноводов, т.е. λ<λ> где λ=3,41R, R - радиус поперечного сечения трубы соответствующего патрубка.