СЕПАРАТОР

Предложение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для разделения нефти и газа в системе сбора и подготовки продукции скважин.
Известен центробежный сепаратор (Мильштейн Л.М. и др. «Нефтегазопромысловая сепарационная техника», Справочное пособие, М. Недра, 1991 г., с.69-70, рис.22в), включающий вертикальный цилиндрический корпус с коаксиально установленной трубой, патрубки ввода газожидкостной смеси (ГЖС), вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, завихритель.
Недостатком известного центробежного сепаратора является то, что поток ГЖС при входе в сепаратор сразу меняет направление, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям, нарушению осесимметричного распределения скоростей при входе в завихритель, что снижает эффективность закручивания потока и ведет к росту гидравлических потерь, увеличению турбулентности потока и дополнительному диспергированию жидкой фазы, что затрудняет ее удаление и в конечном итоге это приводит к снижению эффективности сепарации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сепаратор (патент RU №2236888, МПК 7, В 01 D 19/00 опубл. Бюл. №27, от 27.09.2004 г.), включающий цилиндрический корпус с коаксиально установленной внутри корпуса трубой, в стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, аксиальный завихритель, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, при этом завихритель выполнен в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплен на втулке, снабженной торцевыми конусными обтекателями, при этом перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, а в концевой части трубы выполнены продольные щели.
Недостатком данного сепаратора является низкая эффективность разделения газожидкостной смеси в следствии того, что отделение газа из жидкости происходит только в трубе, при этом не успевший отделится в трубе газ потоком жидкости сквозь щели уносится в межтрубное пространство, откуда вместе с жидкостью выводится через патрубок отвода жидкости, в связи с чем ухудшается качество жидких сред.
Задачей полезной модели является интенсификация процесса отделения газа от жидкости и повышение качества жидких сред без увеличения гидравлических потерь.
Указанная задача решается сепаратором, состоящим из цилиндрического корпуса с установленной внутри нее трубой, в стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, завихритель, выполненный в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплена на втулке, снабженной торцевыми конусными обтекателями, при этом перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, продольные щели, выполненные в концевой части трубы, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства.
Новым является то, что сепаратор снабжен газоуравнительным трубопроводом, соединяющим цилиндрический корпус с патрубком вывода газа, при этом на входе в газоуравнительный трубопровод установлен отбойник, предотвращающий брызгоунос, причем труба установлена эксцентрично относительно цилиндрического корпуса в верхней ее части, при этом цилиндрический корпус ниже трубы оснащен сливным полками, имеющими взаимопротивоположные углы наклона к горизонтальной оси сепаратора от 1 до 10°, а верхний конец верхней сливной полки находится под продольными щелями, а боковые поверхности сливных полок сопряжены со стенками цилиндрического корпуса.
Новым является также то, что количество сливных полок в цилиндрическом корпусе сепаратора не менее двух.
На фигуре представлена сепарационная установка, общий вид.
Сепаратор состоит из цилиндрического корпуса 1, с установленной внутри нее трубой 2, в стенке которой выполнены тангенциальные щели 3, кольцевая щель 4, и завихритель 5, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплена на втулке 6, снабженной торцевыми конусными обтекателями 7, что обеспечивает завихрителю 5 снижение гидравлических потерь, возникающих вследствии вихреобразования и отрыва потока на винтовой поверхности. Поток входит в завихритель 5 со степенью закрутки, близкой к нулю, и постепенно закручивается в межвинтовом канале. За счет постоянного закручивающего воздействия винтовой поверхности на поток предотвращается образование зон с отрывом потока от поверхности трубы 2 и вихреобразование.
Перед завихрителем 5 размещен диспергатор жидкостных пробок 8, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, который при появлении жидкостных пробок в потоке способствует их диспергированию и при этом создает гомогенный газожидкосной поток. За счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается, при этом поток газа, идущий за пробкой жидкости, пробивается по середине образовавшегося жидкостного потока и затем вновь смешивается с жидкостью, образуя гомогенную ГЖС.
В концевой части трубы 2 выполнены продольные щели 9, способствующие дальнейшему отбору жидкости, так как процесс оседания капель жидкости на стенку трубы 2 сохраняется, вследствии продолжающегося закручивающего действия потока за счет действия центробежных сил потока. Цилиндрический корпус 1 имеет патрубки ввода ГЖС 10, вывода газа 11 и отвода жидкости 12 из межтрубного пространства 13.
Сепаратор снабжен газоуравнительным трубопроводом 14, соединяющим цилиндрический корпус 1 с патрубком вывода газа 11. На входе в газоуравнительный трубопровод 14 установлен отбойник 15, предотвращающий брызгоунос в патрубок отвода газа 11.
Труба 2 установлена эксцентрично относительно цилиндрического корпуса 1 в верхней ее части, при этом цилиндрический корпус 1 ниже трубы 2 оснащен сливными полками 16, имеющими взаимопротивоположные углы наклона - α к горизонтальной оси сепаратора, которые составляют от 1 до 10°.
Это выявлено в ходе практических исследований, поскольку выполнение наклона меньше 1° не обеспечивает формирование на сливной полке режима тонкопленочного течения, а выполнение угла наклона больше 10° приводит к резкому увеличению скорости потока (течения) жидкости, что не позволяет в полной мере отделится газообразной среде от жидкой.
Верхний конец верхней сливной полки 16 находится под продольными щелями 9 трубы 2, а боковые поверхности сливных полок 16 сопряжены со стенками цилиндрического корпуса 1.
Патрубок 17 предназначен для отпарки межтрубного пространства 13 с целью удаления асфальтенопарафиновых отложений и механических примесей.
Сепаратор работает следующим образом.
ГЖС от нефтяных скважин через патрубок ввода ГЖС 10 поступает в трубу 2, проходит через диспергатор жидкостных пробок 8, в котором при наличии жидкостных пробок последние диспергируются, и за счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается. Далее поток попадает в завихритель 5, где двигаясь вдоль винтовой поверхности завихрителя в осевом направлении потока последний постепенно
закручивается. Капли жидкости под действием центробежных сил вращающегося потока сепарируются на стенках трубы 2. По выходу из завихрителя 5 поток направляется через тангенциальные щели 3 в кольцевую щель 4, где предотвращается «вторичный» унос капель жидкости в патрубок вывода газа. Отсепарированная жидкость стекает в межтрубное пространство 13. Далее очищаемый газ попадает в концевую часть трубы 2 с продольными щелями 9, через которую жидкость также отводится в межтрубное пространство 13. Очищенный газ удаляется из трубы 2 через патрубок вывода газа 11.
Жидкость, стекающая в межтрубное пространство 13 попадает сначала на верхнюю сливную полку 16, по которой стекает на последующие сливные полки 16.
Сливные полки 16 имеют взаимопротивоположные углы наклона - α к горизонтальной оси сепаратора, которые составляют от 1 до 10°, что обеспечивает формирование на них режима тонкопленочного течения, при этом в процессе течения происходит отделение газа, оставшегося в жидкости. Выделившийся из жидкости газ из межколонного пространства 13 по газоуравнительному трубопроводу 14 через отбойник 15, предотвращающий брызгоунос, попадает в патрубок вывода газа 11, а жидкость, стекшая по сливным полкам 16 через патрубок отвода жидкости 12, выводится из сепаратора.
По мере накопления в межтрубном пространстве 13 асфальтенопарафиновых отложений и механических примесей их удаляют отпаркой паром, подаваемым через патрубок 17.
Предлагаемый сепаратор позволяет интенсифицировать процесс отделения газа от жидкости и повысить качество жидких сред за счет установки в сепараторе наклонных сливных полок и газоуравнительного трубопровода, способствующего дополнительному выносу газа, отделившегося из жидкости, что в целом снижает затраты на разделение нефти и газа в системе сбора и подготовки продукции скважин.