УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСРЕДНЕНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ НА ВХОДЕ В МНОГОФАЗНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности для транспорта газожидкостных смесей в однотрубных системах сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, и может быть использована для формирования структуры течения газожидкостной смеси на входе в многофазный насос.
Для транспорта газожидкостных смесей в однотрубных системах сбора продукции нефтяных скважин в настоящее время широко применяются многофазные насосы. В основном в качестве многофазных насосов используются одновинтовые и двухвинтовые насосы. Однако эти типы насосов имеют ограничения по составу перекачиваемой среды. В частности, по объемному газосодержанию двухвинтовые насосы могут применяться при расходном объемном газосодержании до 90-95%, одновинтовые - до 80% (по данным производителей). При этом следует учитывать структуру течения на входе в насос. Так, двухвинтовые насосы способны работать при кратковременном значении газосодержания 100%», что позволяет прокачивать ГЖС при пробковой структуре течения на входе в насос. Для одновинтовых насосов отсутствие жидкой фазы на входе в насос не допускается. Также при колебаниях соотношений фаз на входе в насос наблюдаются значительные скачки давления в напорном трубопроводе.
В связи с тем, что пробковый режим течения при транспортировке ГЖС по трубопроводу является одним из основных режимов, а при этом режиме объемное содержание фаз скачкообразно изменяется от 0 до 100%, требуется принимать меры по обеспечению нормального режима МФН по условиям входа.
Известны технические решения, направленные на обеспечение нормального режима МФН по условиям входа за счет регулирования фазового состава ГЖС на входе в насос. Такими решениями, направленными на обеспечение нормальной работы в случае появления больших газовых пробок являются установка буферной емкости с запасом жидкости [источники: «Насосы Зульцер. Производственная программа. Рекламный проспект.» «Высокопроизводительный многофазный насос. Рекламный проспект фирмы Зульцер.»], оборудование насосов системой рециркуляции части перекачиваемой жидкости (Патент РФ 2101571), осуществление принудительного перемешивания потока ГЖС за счет использования стационарного смесителя [источник: «Борис А.А. Автореферат диссертации «Разработка технических средств для диагностирования технического состояния и обеспечения штатного режима работы мультифазных насосов», Уфа, 2012.»]. Недостатками этих решений является отсутствие решения устранения пульсаций давления в напорном трубопроводе, возникающих при резких изменениях фазового состава на входе в насос, усложнение конструкции насоса, отсутствие регулирования по соотношению жидкость-газ, и по длине жидкостных и газовых пробок.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемой полезной модели является устройство для формирования структуры газожидкостного потока на входе в насосный агрегат (патент RU 140262 U1), в котором поставленная задача решается тем, что известный для капельной жидкости успокоитель потока снабжен газовой линией с дроссельным элементом на жидкостном потоке.
Недостаток устройства заключается в необходимости внешнего управления дроссельным элементом, не определен режим течения на выходе из устройства и соответственно не решен вопрос о возможности возникновения пробкового режима течения в трубопроводе от устройства до насоса.
Задачей полезной модели является снижение пульсаций давления в напорном трубопроводе и обеспечение на входе в насос соотношения фаз, обеспечивающую нормальную работу насоса, при условиях, определенных производителями соответствующего насосного оборудования.
Поставленная задача решается за счет обеспечения равномерной подачи фаз в насос путем формирования расслоенного течения газожидкостной смеси в приемном трубопроводе насоса с помощью предлагаемого устройства.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в снижении пульсации давления на выходе насоса за счет установки на входе многофазного насоса устройства для усреднения фазового состава смеси.
Устройство содержит емкость 1, отбойный щит 2, трубопровод 3, патрубок 4.
Устройство работает следующим образом:
Газожидкостная смесь поступает в емкость 1, где разделяется на газовую и жидкую фазы. Жидкая фаза, собирающаяся в нижней части емкости 1 через щелевые вырезы 5 поступает в патрубок 4. Щелевые вырезы по форме могут быть прямоугольными, трапецеидальными, треугольными, а также в виде перфорации из круглых отверстий. Газовая фаза из верхней части емкости 1 также поступает в патрубок 4. Для предотвращения прямого попадания ГЖС со входа емкости в патрубок 4 служит отбойный щит 2. Разделенные газовая и жидкая фазы через патрубок 4 поступают в наклонный трубопровод 3 и далее на прием многофазного насоса.
Формирование структуры потока происходит следующим образом:
На вход устройства поступает ГЖС при пробковом режиме течения, которое характеризуется периодическим резким изменением истинного газосодержания от 0 (при прохождении пробки жидкости) до 0,8-1 (при прохождении газового пузыря). При этом уровень раздела фаз в емкости 1 изменяется между крайними значениями (определяется расчетным путем, исходя из местных условий). Вход насоса связан с газовым пространством емкости 1 посредством наклонного трубопровода 3 и патрубка 4. Жидкая фаза поступает самотеком в трубопровод 3 через щелевые вырезы 5 патрубка 4. Расход жидкой фазы определяется, площадью сечения вырезов, занятой жидкой фазой и зависит от уровня жидкости в емкости 1 количества и формы вырезов 5. (Данный процесс применяется в щелевых расходомерах.) Диаметры трубопровода 3 и патрубка 4, а также угол наклона трубопровода 3 выбираются их расчета обеспечения существования в трубопроводе 3 расслоенного течения. (Расслоенное течение ГЖС характеризуется наличием поверхности раздела фаз вдоль трубопровода таким образом, что на всем протяжении участка трубопровода ни одна из фаз не занимает полное сечение трубопровода. Этот режим течения эквивалентен течению в открытых руслах и безнапорных трубопроводах, когда течение происходит под действием силы тяжести, т.е. самотеком. Методы расчета подобных трубопроводов в гидравлике известны.) Например, можно принять условие, чтобы сечение данных трубопроводов было не меньше, чем сечение щелевых вырезов 5 при максимальном уровне жидкой фазы.
Таким образом, на вход многофазного насоса подается ГЖС со значением истинного газосодержания, не отклоняющимся значительно от значения расходного газосодержания.