УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам, перекачивающим водонефтегазовый флюид с высоким газовым фактором по нефтесборным трубопроводам.
Одним из способов перекачки водонефтегазового флюида с высоким газовым фактором является применение мультифазных насосов. По мере износа рабочих органов мультифазного насоса снижается эффективность работы при перекачке водонефтегазового флюида с высоким газосодержанием, что приводит к перегреву рабочих органов мультифазного насоса, срыву подачи. Это может привести к поломке мультифазного насоса. Также часто возникает необходимость повышения производительности мультифазного насоса по газу в связи с ростом газового фактора на добывающих скважинах.
Известны диспергирующие устройства, предназначенные для смешения фаз, которые повышают степень однородности потока.
Известно устройство для повышения степени однородности потока, содержащее трубчатый корпус с размещенным в нем смесительным элементом, корпус разделен перегородкой с коническим отверстием, продольная ось которого радиально смещена по отношению к продольной оси устройства, отверстие выполнено сужающимся по ходу движения потока, на выходе из отверстия установлен винт, размещенный по продольной оси устройства (патент РФ №179469, МПК B01F 5/06, оп. 15.05.2018 г.).
Недостатками данного устройства являются сложное конструктивное исполнение механизма вращения винта, с помощью которого обеспечивается перемешивание смеси, а также высокий уровень гидравлических потерь.
Известен газожидкостной диспергатор, включающий корпус кольцевого сечения с установленным в нем набором штуцеров, проходные сечения в штуцерах выполнены с эксцентриситетом каждый относительно соседнего, количество камер диспергирования и перемешивания, образованных соседними штуцерами, не менее пяти, вход в корпус оборудован тройником для подачи смешиваемых сред (патент РФ №64938, МПК B01F 5/06, оп. 27.07.2007 г.).
Недостатком данного устройства является высокий уровень гидравлических потерь (на уровне 50% от входного давления) вследствие особенностей взаимного расположения штуцеров.
Известен диспергатор, включающий корпус и крышку, каналы подвода и отвода жидкости, установленный в рабочей полости и соединенный с приводным валом ротора, выполненный в виде диска с радиально расположенными закрытыми и открытыми каналами разгона, закрытые каналы разгона расположены после канала подвода жидкости, снабжены кавитатором, выполненным в виде двух сопрягающихся друг с другом полостей, большего, чем канал сечения, причем каждая полость снабжена индивидуальным закрытым каналом отвода жидкости, сообщаемым с открытым каналом разгона через неподвижные и закрепляемый на крышке дополнительный кавитатор, выполненный в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями для прохода жидкости (патент РФ №94006641, МПК B01F 7/00, оп. 20.08.1996 г.).
Недостатками данного устройства являются сложное конструктивное исполнение механизма вращения вала ротора, с помощью которого обеспечивается высокая степень дисперсности смеси, а также при вращении ротора происходит периодическое открытие и закрытие проходных каналов, вследствие этого расход жидкости через диспергатор ограничен.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство диспергирования газожидкостной смеси, включающее корпус с установленными в нем последовательно радиально-коаксиальными камерами в количестве как минимум одной и сопла Лаваля, которые закреплены в корпусе посредством запорных элементов, каждая камера содержит два конусовидных барьера, установленных с возможностью изменения расстояния между ними, из которых один имеет входное отверстие в виде большого усеченного конуса, и другой конусовидный барьер выполнен в виде малого конуса, а вершины конусов направлены в противоположные стороны, при этом большой конус имеет диаметр входного основания (0,8-0,9) от диаметра корпуса и диаметр выходного основания (0,4-0,5) от диаметра корпуса, малый конус имеет диаметр основания (0,4-0,5) от диаметра корпуса, а углы большого и малого конусов составляют (30°-120°) (патент РФ №2631878, МПК B01F 5/04, оп. 28.09.2017 г.).
Недостатком данного устройства является ограничение в его использовании, поскольку устройство создает высокодисперсную стабильную газожидкостную смесь только при истечении смеси в турбулентном (вихревом) режиме (при значениях числа Рейнольдса свыше 1000) и используется для закачки полученной газожидкостной смеси в нагнетательные скважины под высоким давлением, при этом газ концентрируется по центру трубопровода, а жидкость по периферии.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении эффективности перекачки водонефтегазового флюида с высоким газосодержанием при сохранении текущих параметров эксплуатации мультифазного насоса, в частности уровня гидравлических потерь.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси содержит корпус с установленными в нем последовательно радиально-коаксиальными камерами, канал с плавным сужением проходного диаметра и фланец, согласно полезной модели, радиально-коаксиальные камеры образованы сферическими перегородками и штуцерами, канал с плавным сужением проходного диаметра выполнен в виде конфузорно-диффузорного перехода, образованного входным конфузором и выходным диффузором, сферические перегородки снабжены отверстиями, причем корпус дополнительно содержит конфузорно-диффузорный переход с отверстиями в области плавного сужения проходного диаметра, сообщающийся с внутренней полостью корпуса посредством отверстий, размещенных в корпусе.
Благодаря плавному сужению проходного диаметра конфузорно-диффузорного перехода увеличивается скорость потока и происходит смещение расслоенного потока к центру. При прохождении потока водонефтегазового флюида через радиально-коаксиальные камеры, образованные сферическими перегородками и штуцерами, происходит его гомогенизация, в результате чего на выходе из устройства образуется поток с мелкодисперсной газожидкостной смесью, поступающий сразу на вход мультифазного насоса. В случае попадания в трубопровод газовой пробки, происходит ее дробление за счет перераспределения части газа с выходной части устройства на его вход с помощью системы отверстий.
На прилагаемой фигуре 1 представлена схема устройства для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси, на фиг. 2 - разрез А-А, показывает радиальное расположение отверстий в корпусе и во втором конфузорно-диффузорном переходе, на фиг. 3 разрез Б-Б, показывает расположение отверстий.
Устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси состоит из корпуса 1, входного конфузора 2, выходного диффузора 3, образующих первый конфузорно-диффузорный переход. В корпусе 1 выполнены три сферические перегородки 4 с отверстиями 5 и три штуцера 6, которые образуют радиально-коаксиальные камеры. Входной конфузор 7 и выходной диффузор 8 образуют второй конфузорно-диффузорный переход, в котором в области плавного сужения проходного диаметра расположены отверстия 9. В корпусе 1 выполнены отверстия 10 для сообщения со вторым конфузорно-диффузорным переходом. Устройство устанавливается в существующий трубопровод 12 и закрепляется фланцевым соединением 11.
Устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси работает следующим образом.
1
1
2
3
Устройство устанавливают в трубопровод 12. Входной конфузор 2 и выходной диффузор 3 образуют первый конфузорно-диффузорный переход с диаметром D 70 мм, в который поступает водонефтегазовый флюид. За счет области плавного сужения проходного диаметра конфузорно-диффузорного перехода скорость потока увеличивается, и флюид через первый штуцер 6 попадает на поверхность сферической перегородки 4. Направление его движения меняется и флюид через отверстия 5 сферической перегородки 4 поступает через второй штуцер 6 на поверхность следующей сферической перегородки 4 и так далее, пока флюид не достигнет третьей сферической перегородки 4. Общая площадь отверстий 5 равна минимальной площади сечения первого конфузорно-диффузорного перехода с диаметром D. Далее флюид попадает во второй конфузорно-диффузорный переход, образованный конфузором 7 и диффузором 8, в котором в самой узкой его части в области плавного сужения проходного диаметра D 70 мм расположены отверстия 9 с диаметром D 9 мм.
2
При попадании газовой пробки в трубопровод 12 часть ее поступает в корпус 1 через отверстия 10 и далее через отверстия 9 проходит в область плавного сужения проходного диаметра второго конфузорно-диффузорного перехода (область сужения выходного потока) с диаметром D, за счет чего происходит равномерное распределение газовой пробки по потоку водонефтегазового флюида.
1
2
Диаметры D и D рассчитываются по формуле Бернулли таким образом, чтобы образовывался турбулентный режим течения без образования дополнительных гидродинамических потерь на устройстве.
3
2
Количество и диаметр D отверстий 9 рассчитываются исходя из того, чтобы скорость потока через отверстия 9 с таким диаметром была выше не менее чем в 10 раз по сравнению со скоростью потока, проходящего через область плавного сужения проходного диаметра второго конфузорно-диффузорного перехода с диаметром D, что также рассчитывается по формуле Бернулли. При прохождении водонефтегазового флюида через предлагаемое устройство гидродинамические потери не превышают 5% от входного давления.
Предлагаемая полезная модель позволяет улучшить эффективность работы мультифазных насосов при перекачке водонефтегазового флюида с высоким газовым фактором при ламинарном течении жидкости (при значениях числа Рейнольдса менее 1000) с минимальным уровнем гидравлических потерь на устройстве, что обеспечивается за счет формирования на выходе устройства стабильного потока мелкодисперсной смеси, конструкции устройства без участков с резким расширением потока, а также системой отверстий, которая обеспечивает нивелирование негативного влияния повышенного газосодержания во входном потоке водонефтегазового флюида, в частности при образовании газовых пробок.