ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СЕПАРАТОР
GAS-LIQUID SEPARATOR

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разделения нефти и газа при сборе продукции скважин.
Известен центробежный газожидкостный сепаратор (патент RU №2311945, МПК 8 B01D 45/12, опубл. в бюл. №33 от 10.12.2007 г.), содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой, делящей корпус на камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную под осевой трубой, рециркуляционную трубу, размещенную по оси корпуса ниже осевой трубы, при этом корпус снизу дополнительно оснащен патрубком вывода отстоя, отстойной камерой со сливным патрубком, установленным снизу радиально, и концентрично установленным стаканом, внутренняя полость которого сообщена снизу с патрубком вывода отстоя, а верхние края оснащены экранирующей пластиной, выполненной с небольшим наклоном вниз от верхних краев стакана к стенкам корпуса, относительно которого экранирующая пластина установлена по периметру с зазором, при этом перегородка установлена в корпусе по периметру с зазором и герметично соединена с осевой трубой, сообщенной непосредственно с тангенциальным вводом и оборудованной снизу воронкой с рециркуляционной трубой, причем нижняя часть рециркуляционной трубы вставлена в стакан, а камера, расположенная ниже перегородки, сообщена с осевым выходным патрубком телескопически вставленной в него с зазором трубки.
Недостатками данного сепаратора являются:
- во-первых, низкая эффективность разделения газожидкостной смеси (ГЖС) вследствие того, что газожидкостная смесь тангенциально поступает в трубу и по внутренним стенкам трубы и воронки капли жидкости с газом стекают в стакан, откуда не отсепарированный и не успевший отделиться из жидкости газ вместе с жидкостью сливается через сливной патрубок, установленный в нижней части вертикального корпуса;
- во-вторых, низкое качество газа, попадающего в осевой выходной патрубок газа, обусловленное попаданием в него частиц жидкости из осевой трубы, вследствие высокой скорости сепарации в первой камере внутри осевой трубы, при этом газ попадает в стакан, не успев выделится из ГЖС.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является газожидкостный сепаратор (патент RU №2306966, МПК 8 B01D 19/00, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2007 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, трубопроводы подвода газожидкостной смеси и отвода газа и жидкости, при этом корпус разделен конической перегородкой на входную и каплеотбойную камеры и снабжен газоуравнительным трубопроводом, соединяющим корпус сепаратора с трубопроводом отвода газа, причем входная камера снабжена сливными трубами и концентрично установленной каплеотбойной камерой с завихрителем, конусной нижней частью и сливными трубами, нижние концы которых расположены ниже концов сливных труб входной камеры и установлены в гидрозатворный стакан в нижней части корпуса, причем устройство снабжено винтовой полкой, зафиксированной на внутренней стенке каплеотбойной камеры в пределах трубопровода отвода газа, при этом между корпусом и каплеотбойной камерой, выше патрубка подвода газожидкостной смеси и ниже верхней кромки каплеотбойной камеры установлена сужающаяся книзу воронка, верхняя кромка которой соединена с сетчатым стаканом, охватывающим трубопровод подвода газожидкостной смеси и каплеотбойную камеру, причем ниже трубопровода отвода газа установлен экран, а корпус между сетчатым стаканом и конической перегородкой разобщен кольцевыми сетчатыми перегородками.
Недостатками данного устройства являются:
- во-вторых, низкая эффективность разделения ГЖС как на первой (предварительной) ступени, так как тангенциально закрученный поток ГЖС разбивается о сетчатый стакан только напротив центробежного ввода, а не по всей высоте сетчатого стакана, так и на второй ступени разделения ГЖС в каплеотбойной камере, так винтовые полки не способны отстаивать проходящий через них поток ГЖС для эффективного выделения газа из ГЖС;
- во-вторых, низкая надежность, обусловленная быстрым засорением самой верхней сетчатой перегородки в процессе работы механическими примесями, песком, шламом, и, как следствие, преждевременный выход из строя с необходимостью очистки или замены сетчатых элементов конструкции;
- в-третьих, низкое качество газа, попадающего в трубопровода отвода газа, обусловленное попаданием в него частиц жидкости из каплеотбойной камеры (брызгоуноса капель жидкости), вследствие неэффективной работы экрана, расположенного на входе в трубопровод отвода газа.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности разделения газожидкостной смеси на первой (предварительной) ступени отделения газа от жидкости, а также повышения надежности работы устройства и повышение качества газа поступающего в трубопровод отвода газа.
Поставленная техническая задача решается газожидкостным сепаратором, содержащим вертикальный цилиндрический корпус, трубопроводы подвода газожидкостной смеси и отвода газа и жидкости, корпус разделен конической перегородкой на входную и каплеотбойную камеры и снабжен газоуравнительным трубопроводом, соединяющим корпус сепаратора с трубопроводом отвода газа, входная камера снабжена сливными трубами и концентрично установленной каплеотбойной камерой с конусной нижней частью и сливными трубами, нижние концы которых расположены ниже концов сливных труб входной камеры и установлены в гидрозатворный стакан в нижней части корпуса, между корпусом и каплеотбойной камерой, выше патрубка подвода газожидкостной смеси и ниже верхней кромки каплеотбойной камеры установлена сужающаяся книзу воронка, верхняя кромка которой соединена с сетчатым стаканом, а также кольцевые сетчатые перегородки и экран.
Новым является то, что трубопровод подвода газожидкостной смеси установлен в корпус до сетчатого стакана, а между корпусом и сетчатым стаканом выполнена ленточная спираль в виде винтовой линии для закручивания потока газожидкостной смеси, причем между сетчатым стаканом и каплеотбойной камерой установлены кольцевые сетчатые перегородки с размерами ячеек сетки, уменьшающимися сверху вниз, при этом каплеотбойная камера снабжена чашами с отверстиями в днище каждой чаши, причем чаши расширяются сверху вниз и зафиксированы на внутренней стенке каплеотбойной камеры в пределах трубопровода отвода газа, при этом внутри трубопровода для отвода газа выполнен экран, состоящий из взаимообращенных навстречу друг другу конуса, расширяющегося снизу вверх, и усеченного конуса, сужающегося снизу вверх.
На чертеже схематично представлен газожидкостный сепаратор.
Газожидкостный сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, трубопроводов подвода газожидкостной смеси (ГЖС) 2, отвода газа 3, отвода жидкости 4.
Вертикальный цилиндрический корпус 1 разделен конической перегородкой 5 на две камеры, одна из которых - входная камера 6 - снабжена сливными трубами 7 и концентрично установленной другой каплеотбойной камерой 8 с нижней частью в виде конуса и сливными трубами 9.
Сливные трубы 7 и 9 установлены в гидрозатворный стакан 10 в нижней части корпуса 1.
Сливные трубы 9 каплеотбойной камеры 8 расположены ниже сливных труб 7 входной камеры 6.
Газожидкостный сепаратор снабжен газоуравнительным трубопроводом 11, соединяющим корпус 1 сепаратора с трубопроводом отвода газа 3.
Между корпусом 1 и каплеотбойной камерой 8, выше патрубка подвода ГЖС 2 и ниже верхней кромки каплеотбойной камеры 8, установлена сужающаяся книзу воронка 12, верхняя кромка которой соединена с сетчатым стаканом 13.
Трубопровод подвода ГЖС 2 установлен в корпус 1 до сетчатого стакана 13, т.е. не взаимодействует с сетчатым стаканом 13.
Между корпусом 1 и сетчатым стаканом 13 выполнена ленточная спираль 14 в виде винтовой линии для закручивания потока газожидкостной смеси. Ленточную спираль 14 выполняют из листовой стали, например, толщиной 2 мм по всей длине сетчатого стакана 13 и крепят, например, к сетчатому стакану 13 с помощью точечной сварки. Между сетчатым стаканом 13 и каплеотбойной камерой 8 установлены кольцевые сетчатые перегородки 15 с размерами ячеек сетки, уменьшающимися сверху вниз.
Для отделения газа из жидкости ячейки сетчатого стакана 13 и кольцевых сетчатых перегородок 15 подбирают, согласно, техническим условиям ТУ 14-4-507-99 «Сетка тканая с квадратными ячейками микронных размеров». Например, выполняют четыре кольцевые сетчатые перегородки 15 с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек сетки, например: 0,1·0,1 мм; 0,2·0,2 мм; 0,3·0,3 мм; 0,4·0,4 мм, а сетчатый стакан 15 выполняют с размерами ячейки 0,2·0,2 мм.
1
2
3
4
Каплеотбойная камера 8 снабжена чашами 16 с отверстиями 17 в днище каждой чаши 16, причем чаши 16 расширяются сверху вниз, например выполняют четыре чаши 16 с увеличивающимися сверху вниз радиусами чаш 16, т.е. r<r<r<r, все отверстия 17 имеют одинаковый диаметр, который подбирают опытным путем в зависимости от расхода ГЖС, поступающего в газожидкостный сепаратор. Например, выполняют по периметру шесть отверстий диаметром 10 мм в днище каждой из чаш 16. Чаши 16 зафиксированы на внутренней стенке каплеотбойной камеры 8 в пределах трубопровода отвода газа 3. Внутри трубопровода для отвода газа 3 выполнен экран, состоящий из взаимообращенных навстречу друг другу: конуса 18, расширяющегося снизу вверх, и усеченного конуса 19, сужающегося снизу вверх.
Газожидкостный сепаратор работает следующим образом.
Газожидкостная смесь ГЖС (см. чертеж) подается тангенциально через трубопровод подвода ГЖС 2 во входную камеру 6 сепаратора, где происходит первая (предварительная) ступень разделения ГЖС, при этом благодаря ленточной спирали 14 в виде винтовой линии, тангенциально закрученный поток ГЖС разбивается о сетчатый стакан 13 по всей его высоте, а не только напротив тангенциального подвода ГЖС 2, как описано в прототипе.
В первой ступени поток ГЖС, закрученный в ленточной спирали 14, делится на два потока, при этом первый поток - это капли жидкости размерами ячеек до 0,2·0,2 мм, которые ударяются о сетчатый стакан 13 и перетекают в пространство 20 между сетчатым стаканом 13 и каплеотбойной камерой 8, стекают вниз и ударяются о кольцевые сетчатые перегородки 15.
Капли жидкости, не прошедшей через ячейки размерами 0,2·0,2 мм, образуют второй поток ГЖС, который поднимается наверх до верхнего конца сетчатого стакана 13, при этом сужающаяся книзу воронка 12 ограничивает резкое попадание закрученного тангенциального потока ГЖС в каплеотбойную камеру 8. Второй поток опускается вниз по пространству 20, где последовательно сверху вниз ударяется о кольцевые сетчатые перегородки 15 с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек сетки: 0,1·0,1 мм; 0,2·0,2 мм; 0,3·0,3 мм; 0,4·0,4 мм, и соединяется с первым потоком капель жидкости прошедшим через ячейки сетчатого стакана 13.
Отделение газа из жидкости происходит как при ударе ГЖС о сетчатый стакан 13 (первый поток) по всей его высоте, так и на кольцевых сетчатых перегородках 16 (второй поток), что позволяет значительно повысить эффективность разделения ГЖС, т.е. выделения газа из жидкости на первой (предварительной) ступени. Капли жидкости из двух потоков, соединенных в один поток в пространстве 20, попадают на коническую перегородку 5, по которой стекают вниз в сливные трубы 7 и в гидрозатворный стакан 10.
Повышается надежность работы устройства, так выполнение нескольких (четырех) кольцевых сетчатых перегородок 15 с уменьшающими сверху вниз размерами ячеек позволяет пропорционально размерам механических примесей, песка, шлама распределить их на разных кольцевых сетчатых перегородках 15 и сетчатом стакане 13, что исключает преждевременное засорение устройства и продлить срок службы устройства до очистки или замены сетчатых элементов конструкции.
Газ, отделившийся от жидкости на первой ступени разделения ГЖС, поднимается вверх и через верхнюю часть вертикального цилиндрического корпуса 1 сверху попадает внутрь каплеотбойной камеры 8.
1
2
3
4
1
2
Предварительно очищенный газ поступает в каплеотбойную камеру 8 и попадает на чаши 16, где происходит вторая ступень разделения, при этом капли жидкости сначала поступают внутрь самой верхней чаши 16 радиусом r и по мере наполнения перетекают через отверстия 17 в нижележащую чашу 16 радиусом r и так далее в нижележащие чаши 16 с радиусом r и r. В случае переполнение чаши 16 радиусом r происходит перелив в нижележащую чашу 16 радиусом r и так далее.
2
3
2
4
После наполнения каплями жидкости чаши 16 радиусом r, она начинает переливать в нижележащую чашу 16 радиусом r. После наполнения каплями жидкости чаши 16 радиусом r, она начинает переливать в нижележащую чашу 16 радиусом r.
Таким образом, во время заполнения каждой из чаш 16 и перетока жидкости через отверстия 17 в нижележащую чашу или перелива из чаш 16 происходит отстой жидкости в чашах 16, т.е. чаши 16 задерживают (отстаивают) поток жидкости, в течение которого происходит выделение газа из ГЖС. Это приводит к более эффективному выделению газа из ГЖС на второй ступени сепарации, т.е. в каплеотбойной камере 8, что также повышает эффективность разделения ГЖС в сепараторе.
Далее капли осаждаются на конус каплеотбойной камеры 8, по которому стекают через сливную трубу 9 в нижнюю часть вертикального цилиндрического корпуса 1 сепаратора и далее отводятся через трубопровод отвода жидкости 4
Газ же отводится в трубопровод отвода газа 3, поднимается вверх и попадает на экран, состоящий из взаимообращенных навстречу друг другу: конуса 18, расширяющегося снизу вверх, и усеченного конуса 19, сужающегося снизу вверх.
В случае поступления брызг в трубопровод отвода газа 3 они попадают снаружи на конус 18 и далее внутрь усеченного конуса 19, где, разбиваясь о его стенки, стекают в конус 18, откуда переливают в сливную трубу 9 каплеотбойной камеры 8.
Конструкция экрана, размещенного непосредственно внутри трубопровода отвода газа 3, предотвращает брызгоунос капель в трубопровод отвода газа 3 и обеспечивает возврат брызг обратно в сливную трубу 9, что позволяет повысить качество газа, поступающего в трубопровод отвода газа.
Газ, выделяющийся из жидкости, находящейся в нижней части вертикального цилиндрического корпуса 1 под конической перегородкой 5, через газоуравнительный трубопровод 11 выводится в трубопровод отвода газа 3.
Сливные трубы 7 и 9 входной 6 и каплеотбойной 8 камер соответственно установлены в гидрозатворный стакан 10 на разных уровнях, сливная труба 9 ниже сливной трубы 7, что предотвращает прорыв газа из входной камеры 3 в газовое пространство сепаратора.
Предлагаемый газожидкостный сепаратор позволяет повысить эффективность разделения газожидкостной смеси как на первой, так и на второй ступени, а также повысить надежность работы устройства и повысить качество газа, поступающего в трубопровод отвода газа, а это в целом снижает затраты на разделение нефти и газа в системе сбора продукции скважин.