УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
DEVICE AND METHOD OF THE LIQUID LEVEL REGULATION

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, в установках подготовки и переработки нефти и газа.
Известно устройство для регулирования уровня жидкости, содержащее технологическую емкость, коллектор для подачи газожидкостной смеси, трубы для удаления газа и жидкости, буйковый уровнемер с пневмопреобразователем, пневматическое статистическое регулирующее устройство, выходной сигнал которого подается на пневматическое исполнительное устройство и одновременно на вторичный измерительный прибор, в который встроен задатчик (Исакович Р.Я., Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1985, с. 100. Рис. 8.2).
К устройствам, в которых используется пневматическая система регулирования, предъявляются повышенные требования и при его настройке с целью исключения времени запаздывания между изменением уровня и управлением исполнительным механизмом. Для обеспечения работоспособности буйкового уровнемера в условиях пониженных температур необходимо применять средства его обогрева, что связано с увеличением затрат. Использование пневматических вторичных приборов требует специальной подготовки воздуха сжатия компрессором по содержанию влаги и паров масла. Несоблюдение указанных требований приводит к преждевременному износу пневматической системы регулирования и снижению надежности работы устройства.
Известно устройство для регулирования уровня жидкости (RU №2053537, G05D 9/04, 21.07.1992), включающее сепарационную емкость с помещенными в ней поплавком, коллектор для подачи газожидкостной смеси, трубы для удаления газа и жидкости и исполнительный механизм. Устройство снабжено воздушными емкостями, разделенными заслонкой, соединенной посредством тяг с поплавком, при этом вход одной из воздушных емкостей связан посредством импульсных трубок и дросселя с компрессором, а выход - с исполнительным механизмом, причем другая емкость соединена посредством регулируемого дросселя с атмосферой. Недостатком известного устройства является наличие механической системы для регулирования уровня жидкости.
Известно устройство для регулирования уровня жидкости (RU 2454263, B01D 19/00, G05D 9/02, 27.06.2012), содержащее сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, и при этом соединения жидкостной трубы, газовой трубы и выходного коллектора образуют комплекс из одного прямого сифона и двух оппозитных сифонов, причем жидкостная труба соединена с выходным коллектором при помощи прямого сифона и оппозитного сифона, имеющих общее колено, а газовая труба соединена с выходным коллектором при помощи второго оппозитного сифона, образованного коленом газового трубопровода и коленом жидкостного трубопровода, соединенным с выходным коллектором.
Недостатком аналога является то, что при больших расходах газа гидравлический столб жидкости в газовом колене не образуется, выносится газом и не происходит запирания газа по причине большого гидравлического сопротивления подхода жидкости в месте соприкосновения с газом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для регулирования уровня жидкости (RU 2525146, G01F 1/00, G05D 9/00, 10.08.2014), содержащее сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, прямой и оппозитные сифоны, при этом сепарационная емкость соединена с выходным коллектором через расходную емкость, причем соединения жидкостной трубы, газовой трубы и выходного коллектора образуют комплекс из двух прямых и двух оппозитных сифонов, и при этом жидкостная труба соединена через расходную емкость с выходным коллектором при помощи прямого сифона и оппозитного сифона, а газовая труба соединена с выходным коллектором при помощи другого прямого и другого оппозитного сифона тоже через расходную емкость, и, кроме того, оба оппозитных сифона и выходной коллектор соединены тройником, а нижняя образующая колена прямого сифона, соединяющая сепарационную емкость с расходной емкостью, находится внутри расходной емкости.
Недостатками ближайшего аналога является то, что:
- к отказу устройства приводит образование газовых пробок в прямых сифонах в верхней их части;
- при больших расходах газа вместе с газом выносится большое количество жидкости;
- при регулировании уровня жидкости гидравлический затвор только в узком диапазоне расходов газа;
- при резком перепаде давления между емкостью и выходным коллектором не образуется гидравлический затвор, и вся жидкость из сифонов выносится в выходной коллектор.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ, позволяющий регулировать уровень жидкости (патент РФ №2541991, E21B 47/10, 20.02.2015), содержащий подачу газожидкостной смеси в сепарационную емкость, разделение ее на жидкую и газовую фазы, сброс газовой фазы в выходной коллектор по окончании накопления жидкой фазы до заданного уровня перекрытие сброса газовой фазы и накопление ее и, как следствие перекрытия, вытеснение жидкой фазы в выходной коллектор, а по окончании вытеснения жидкой фазы открытие сброса газовой фазы.
Недостатками ближайшего аналога являются:
- отсутствие четкого разделения жидкой и газовой фазы измерения, так как существует возможность прохождения через газовый счетчик газожидкостной смеси;
- наличие погрешности в широком диапазоне измерения расхода жидкой и газовой фаз продукции при наличии разных расходомеров для жидкости и газа.
Задачей изобретения является повышение надежности устройства для регулирования уровня жидкости и стабильности работы способа регулирования уровня жидкости.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик, герметичности, надежности устройства и способа регулирования уровня жидкости.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в устройстве для регулирования уровня жидкости, содержащем сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, оппозитные сифоны, согласно изобретению газовая труба в нижней части внутри сепарационной емкости разделена по сечению на части несколькими сифонами разного сечения, расположенными по сечению последовательно от максимального сечения до минимального сечения по уровню газовой трубы снизу вверх, а окончание каждого сифона выполнено гидроциклонами, установленными по уровню снизу вверх в каплеотбойнике, который установлен в сепарационной емкости.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в способе для регулирования уровня жидкости, включающем подачу газожидкостной смеси в сепарационную емкость, разделение ее на жидкую и газовую фазы, сброс газовой фазы в общий коллектор по окончании накопления жидкой фазы до заданного уровня перекрытие сброса газовой фазы и накопление ее и, как следствие перекрытия, вытеснение жидкой фазы в общий коллектор, а по окончании вытеснения жидкой фазы открытие сброса газовой фазы, согласно изобретению регулирование уровня жидкости производят перекрытием сброса газовой фазы путем разделения потока газовой фазы на несколько сифонов-потоков разного расхода и сечения, последовательным и поочередным их перекрытием от максимального расхода и сечения до минимального расхода и сечения, через предварительную подготовку расхода каждого сифона - потока газовой фазы прохождением через гидроциклон, отделением и исключением из каждого потока газовой фазы капель жидкой фазы и осаждением их в сепараторе после гидроциклона каплеотбойника, и с увеличением уровня жидкости в сепараторе начинают последовательное и поочередное перекрытие газовой фазы жидкостной фазой путем смешения потока газовой фазы с жидкостной фазой в каждом сифоне, начиная с максимального расхода и сечения сифона, заканчивая минимальным расходом и сечением сифона газовой фазы, после чего выполняют последующую подготовку каждого потока газовой фазы, смешанного с жидкостью в сифоне газовой фазы путем прохождения каждого потока через гидроциклон, в котором отделяют и исключают из газовой фазы капли жидкой фазы, путем их осаждения в сепарационной емкости через гидроциклон, и в дальнейшем последовательно заполняют и перекрывают жидкой фазой каждый сифон, начиная с максимального сечения сифона и расхода газовой фазы, заканчивая минимальным сечением сифона и расхода газовой фазы до полного перекрытия сброса газовой фазы жидкостной фазой, завершением формирования границы между газовой и жидкостной фазами, без газожидкостной фазы между ними и началом выдавливания из сепарационной емкости жидкой фазы, с падением уровня жидкой фазы в сепарационной емкости и сифонах происходит прорыв газа из сепарационной емкости через сифоны, каплеотбойник, в сборный коллектор.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где показана общая схема устройства.
Устройство для регулирования уровня жидкости содержит сепарационную емкость 1, коллектор входа 2 газожидкостной смеси, газовую трубу 3, жидкостную трубу 4 и выходной коллектор 5, оппозитные сифоны 6, 7, 8. Газовая труба 3 в нижней части внутри сепарационной емкости 1 разделена по сечению на части несколькими сифонами 6, 7, 8, разного сечения, расположенными по сечению последовательно от максимального сечения до минимального сечения по уровню газовой трубы 3 снизу вверх, а окончание каждого сифона 6, 7, 8 выполнено гидроциклонами 9, 10, 11, установленными по уровню снизу вверх в каплеотбойнике 12, который установлен в сепарационной емкости 1.
Устройство работает для регулирования уровня жидкости следующим образом. Газожидкостная смесь поступает по входной линии 2 в сепарационную емкость 1, где происходит разделение газожидкостной смеси на газ и жидкость. В процессе сепарации в нижней части в сепарационной емкости 1 накапливается жидкость, а в верхней части в сепарационной емкости 1 собирается газ. По мере поступления продукции нефтяной скважины в сепарационной емкости 1 поднимается уровень жидкости по жидкостной трубе 4. С достижением уровня жидкости нижних кромок сифона 6 через гидроциклон 9 уровнем жидкости начинает перекрываться проход газа через сифон 6, создавая местное сопротивление через сифон 6 проходу газа и его перераспределению по расходу через сифоны 7, 8, что влечет увеличение перепада давления между сепарационной емкостью 1 и выходным коллектором 5, по причине уменьшения проходного сечения для газа, что способствует увеличению уровня жидкости во внутренней полости каплеотбойника 12, заполнению жидкостью сифона 6 и его перекрытию.
Аналогично происходит процесс перекрытия сифонов 7 и 8 и полное перекрытие газовой линии 3. Процесс перекрытия сифонов 6, 7, 8 обеспечивает ступенчатое перекрытие расхода газа через газовую трубу 3, перепад давления между сепарационной емкостью 1 и выходным коллектором 5, подъем уровня во внутренней полости каплеотбойника 12, быстрое заполнение сифонов 6, 7, 8 жидкостью и перекрытие жидкостью газовой трубы 3 с минимальными переходными процессами.
После заполнения сифона 6 происходит повышение уровня жидкости в газовой трубе 3, через которую вместе с газом единым потоком заполняется жидкостью сифон 7. Совместный газожидкостной поток после сифона 7 разбивается в гидроциклоне 9 на газ и жидкость, где жидкость выпадает в каплеотбойнике 12, а газ уходит через выходной коллектор 5.
Газожидкостный поток в сифоне 7, создавая местное сопротивление проходу газа, дополнительный перепад давления между сепарационной емкостью 1 и выходным коллектором 5 скачкообразно поднимает уровень жидкости в каплеотбойнике 12 и сифон 7 полностью заполняется жидкостью. При этом поднимается уровень жидкости в газовой трубе 3, отделение жидкости от газа в гидроциклоне 12, происходит заполнение жидкостью сифона 8 и полное перекрытие жидкостью газовой трубы.
В результате происходит выдавливание жидкости из сепарационной емкости 1 через каплеотбойник 12.
При этом порция жидкости выдавливается до нижнего уровня в сифонах 6, 7, 8, где происходит прорыв газа через сифоны 6, 7, 8, гидроциклоны 9, 10, 11, каплеотбойника12, и столб жидкости из каплеотбойника 12 сливается в сепарационную емкость 1, обеспечивая прохождение газа в сборный коллектор 5, чем обеспечивается поддержание нижнего уровня жидкости и продолжение заполнения сепарационной емкости 1 до верхнего уровня.
Затем процесс регулирования жидкости в сепарационной емкости 1 повторяется.
Пример конкретной реализации способа
Процесс регулирования уровня жидкости начинается с поступления газожидкостной смеси в сепарационную емкость 1, где происходит разделение на жидкость и газ. Газ проходит через сифоны 6, 7, 8, гидроциклоны 9, 10, 11, каплеотбойника 12 в выходной коллектор 5, при этом происходит накопление жидкости в сепарационной емкости 1 до уровня Н, с одновременным заполнением жидкостью сифонов 6, 7, 8, перекрытием сброса газовой фазы в выходной коллектор с одновременным замещением газовой фазы жидкостью и выдавливанием газом жидкости из сепарационной емкости 1 в выходной коллектор 5. Выдавливание жидкости из сепарационной емкости 1 газом происходит до уровня h в сепарационной емкости 1 и в сифонах 6, 7, 8, при котором происходит прорыв газа из сепарационной емкости, через сифоны 6, 7, 8, гидроциклоны 9, 10, 11, каплеотбойника 12 в выходной коллектор 5. Далее происходит процесс заполнения сепарационной емкости 1 жидкостью и процесс регулирования уровня в емкости повторяется.
Ступенчатое перекрытие сечения газовой трубы 3 через поочередное последовательное перекрытие нескольких сифонов 6, 7, 8, разного сечения от максимального сечения до минимального сечения создает надежную систему регулирования уровня жидкости.
Затем процесс регулирования уровня жидкости в сепарационной емкости 1 повторяется.
Использование изобретения позволит повысить эксплуатационные характеристики, герметичность и стабильность работы устройства для регулирования уровня жидкости.
Надежность конструкции устройства, работа по регулированию уровня жидкости без использования механических систем управления обеспечит широкое применение изобретения.