EA026266B1

EA026266B1 - Динамический сепаратор частиц

Info

Publication number: EA026266B1
Application number: EA201491191A
Authority: EA
Inventors: Андерс Матиас Арефьорд
Original assignee: Двк Ас
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2017-03-31
Also published as: US9821257B2; BR112014016504A2; EP2800631B1; CA2860264A1; MX352372B; EA201491191A1; WO2013103305A1; NO20120004A1; DK2800631T3; EP2800631A1; MX2014008242A; US20140373492A1; NO333884B1; EP2800631A4; MY181948A; AU2013206978B2; AU2013206978A1

Abstract

Предложен динамический сепаратор частиц, предназначенный для циклонного отделения песка от газового потока при добыче нефти и газа для производства нефтепродуктов и содержащий кожух (14), который содержит циклонный резервуар (4), имеющий верхнее впускное отверстие (1) для газового потока и верхнее и нижнее выпускные отверстия (2, 12) для вывода соответственно газа и частиц из резервуара (4). Циклонный резервуар (4), по меньшей мере, во внутренней области вокруг впускного отверстия (1) выполнен с верхней, направленной вниз конической фасонной частью (4а), которая увеличивается в диаметре и затем переходит в противоположную нижнюю коническую фасонную часть (4b), сходящуюся по направлению к нижнему выпускному отверстию (12).

Description

Изобретение относится к динамическому сепаратору частиц, предназначенному для циклонного отделения песка от газового потока при добыче нефти и газа для производства нефтепродуктов и содержащему кожух, который содержит циклонный резервуар, имеющий верхнее впускное отверстие для газового потока и верхнее и нижнее выпускные отверстия для вывода соответственно газа и частиц из резервуара.

При добыче нефти и газа для производства нефтепродуктов в газовых потоках может в больших количествах появляться песок, который необходимо отделить тем или иным способом. Данный газовый поток может представлять собой жидкий газ, то есть конденсат, или обычные газовые потоки при нормальном давлении и содержать газ, жидкость, твердые вещества, загрязняющие вещества и другие примеси в виде песка. Таким образом, под песком следует понимать указанные выше вещества.

Существует множество различных сепараторов песка, большинство из которых функционирует по центробежному принципу, при котором создается завихрение таким образом, что более тяжелые частицы выбрасываются на внутреннюю стенку и затем падают вниз в выпускное отверстие, а легкие газы поднимаются и выводятся через верхнее выпускное отверстие.

В известных решениях обычно предусмотрен круговой цилиндрический резервуар, часто выполненный с конической нижней частью, сужающейся по направлению к выпускному отверстию для частиц. Таким образом, силовое воздействие на частицы в целом является одинаковым во всем резервуаре. Опускание частиц вниз в резервуаре может в данном случае представлять проблему.

Для нефтедобывающих компаний сепарация частиц, например, во время добычи нефти и газа приводит к большим затратам денежных средств и усилий, поскольку частицы песка повреждают оборудование, через которое проходит газовая смесь. Данное оборудование может представлять собой транспортные трубопроводы или резервуары на борту судов и на нефтеперерабатывающих заводах. В обрабатывающей промышленности частицы также могут приводить к эрозии трубопроводных систем и резервуаров и, помимо прочего, становятся риском для безопасности, а также могут приводить к засорению фильтров. Оборудование, которое используется на сегодняшний день для сепарации, зависит от размера частиц и скорости потока в жидкости и/или газе, в котором находятся эти частицы.

Из патентной литературы ссылка может быть сделана на международный патентный документ νθ 0128659, в котором описан сепаратор песка, предназначенный для использования в газовых скважинах и обеспечивающий удаление песка из газа до подачи газа на производственную линию. Указанный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический резервуар с внутренним цилиндром. Газ/песок вводятся снизу под определенным углом в кольцевое пространство между внутренним и внешним цилиндрами с обеспечением циклонного эффекта так, что газ поднимается и отходит от верха резервуара, а песок направляется вниз и скапливается на дне резервуара. Опорожнение автоматизировано, что обеспечивает быстрое открытие и закрытие спускного клапана и одновременно с этим - смазывание клапана при нахождении выпускного клапана в полностью открытом положении для предотвращения износа.

Кроме того, сделана ссылка на международный патентный документ νθ 03099448, в котором описан блок динамического сепаратора частиц, применяемого при добыче нефти и газа для отделения частиц в жидкости и/или газе, причем указанный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический резервуар, имеющий верхнее впускное отверстие и нижнее и верхнее выпускные отверстия для вывода соответственно жидкости/газа и частиц. Кроме того, резервуар содержит внутренний цилиндр, выполненный в виде трубы и снабженный лопатками, приводимыми в действие двигателем. Внутренний цилиндр имеет отверстия. Лопатки способствуют созданию центробежного перемещения во внешнем и внутреннем цилиндрах. Кроме того, сепаратор содержит газонепроницаемый барьер для предотвращения прохождения вихревых потоков, созданных в резервуаре, в направлении вниз в сепараторе.

Предложенный сепаратор частиц для циклонного отделения или центробежного отделения частиц обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с известными решениями. Помимо прочего, указанный сепаратор выполнен таким образом, что в процессе отделения частицы вытесняются в наружном направлении в большей степени. Сепаратор также содержит оборудование для регулирования поступающего газового потока в резервуаре на основании падения давления, а также выполнен с обеспечением предотвращения прохождения вихревого потока, образующегося в резервуаре, в направлении вниз в сепараторе.

Таким образом, целью изобретения является создание сепаратора частиц, являющегося альтернативным и усовершенствованным относительно известных решений.

Сепаратор согласно изобретению предназначен, в первую очередь, для использования наверху платформы или аналогичного объекта, но также может использоваться под водой.

Вышеуказанная цель достигается с помощью динамического сепаратора частиц, предназначенного для циклонного отделения песка от газового потока при добычи нефти и газа для производства нефтепродуктов и содержащего кожух, в котором расположен циклонный резервуар, имеющий верхнее впускное отверстие для газового потока и верхнее и нижнее выпускные отверстия для вывода соответственно газа и частиц из резервуара, причем резервуар, по меньшей мере, в области вокруг впускного отверстия выполнен с верхней, направленной вниз конической фасонной частью, которая увеличивается в диаметре и затем переходит в противоположную нижнюю коническую фасонную часть, сходящуюся по направлению к нижнему выпускному отверстию.

Другие варианты выполнения описаны в независимых пунктах формулы изобретения.

- 1 026266

Верхняя и нижняя конические фасонные части могут быть отделены круговым цилиндрическим поясом.

Нижнее выпускное отверстие резервуара может быть выполнено в виде раструба, в нижней части которого имеется наклонная непроницаемая торцевая поверхность, а в боковой стенке выполнено выпускное отверстие. Верхнее впускное отверстие резервуара может иметь отверстие с регулируемой заслонкой, предназначенное для регулирования скорости потока газа в циклонном резервуаре. Отверстие с заслонкой может быть выполнено с возможностью регулирования на основании падения давления во впускном отверстии.

Циклонный резервуар предпочтительно расположен в верхней камере, выполненной в кожухе и закрытой снизу пластиной, установленной над нижним выпускным отверстием, при этом верхняя камера вокруг циклонного резервуара заполнена рабочей средой под давлением, например нефтью. Между верхней камерой и нижней камерой может быть расположен датчик давления, предназначенный для регистрации изменений в разнице давления, служащих в качестве показателя падения давления в верхней камере. Датчик давления может быть соединен с дисплеем и/или сигнальным устройством.

Кожух может содержать нижнюю камеру, в которую выходит нижнее выпускное отверстие и которая содержит накопительный бункер, открытый сверху для приема отделенных частиц. Накопительный бункер может быть установлен на датчике нагрузки, предназначенном для определения количества частиц, накопленных в бункере.

Кроме того, в накопительном бункере может быть расположено примешивающее устройство, соединенное с трубопроводом, выходящим из кожуха, при этом запуск процесса примешивания для вывода частиц через трубопровод происходит по сигналу от указанного датчика нагрузки. Трубопровод может представлять собой трубопровод с двойной стенкой, проходящий вниз в бункер, причем внешнее, проходящее в продольном направлении кольцевое пространство в трубопроводе соединено с впускным отверстием для воды для подачи воды в бункер, а смешанные с водой частицы выводятся через внутреннюю часть трубопровода и наружу через выпускное отверстие.

Процесс примешивания может регулироваться извне с помощью управляющего устройства, которое обеспечивает регулирование подачи воды, примешивания частиц и вывода частиц и воды.

Ниже приведено более подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, который изображает принципиальную схему изобретения.

В качестве примера варианта выполнения на чертеже изображен кожух 4, выполненный, например, в виде напорного контейнера, разделенного на верхнюю камеру 14а и нижнюю камеру 14Ь. Указанные две камеры могут быть разделены барьером или пластиной 15 и содержат соответственно верхнюю крышку 16 и нижнюю пластину 17.

В верхней камере 14 расположен циклонный резервуар 4, соединенный с верхним впуском 1 для газового потока, верхним выпуском 2 для газа и нижним выпуском 12 для частиц. Для регулирования скорости потока через впуск 1 указанный впуск может иметь отверстие 3 с заслонкой, которое регулирует скорость на основании падения давления в указанном отверстии. Может быть установлен предел, например в 5 бар (0,5 МПа), при этом значение давления свыше 5 бар приводит к снижению скорости. Отверстие 3 может обеспечивать регулирование светового отверстия, например, благодаря наличию регулируемых пластин, которые могут перемещаться относительно друг друга, или отрезков трубы с проемами, взаимно перемещающихся в продольном направлении относительно друг друга.

Для увеличения усилия, действующего на частицы в направлении вниз, резервуар 4 выполнен с верхней перевернутой конической частью 4а, увеличивающейся в диаметре в направлении вниз. Эта верхняя часть 4а расположена в области у впуска 1 для газового потока и проходит в направлении вниз в верхней камере 14а. Нижняя часть резервуара 4 может быть выполнена известным образом с конической или суженной частью, которая сужается по направлению к нижнему впуску 12 для вывода частиц. Предпочтительно между указанными двумя частями 4а, 4Ь расположен пояс 4с, выполненный в виде круговой цилиндрической части с прямолинейной боковой стенкой и способствующий улучшению прохождения частиц по направлению к выпуску. Нижний выпуск 12 проходит через пластину 15, разделяющую две камеры 14а, 14Ь в кожухе 14.

Вследствие силового воздействия частиц на внутреннюю стенку резервуара может происходить износ и истирание резервуара 4, что в конце концов может приводить к образованию в нем трещин или отверстий. Подобный износ и истирание или протечки обычно с трудом поддаются обнаружению и, как следствие, приводят к значительному снижению эффективности сепарации и другим проблемам. По этой причине предложенный сепаратор частиц может быть снабжен системой контроля износа и истирания или протечек. Такой контроль может быть обеспечен вследствие того, что верхняя камера 14а вокруг резервуара 4 подвергается воздействию давления со стороны рабочей среды, например нефти, при этом давление или разница давления с нижней камерой 14Ь может отслеживаться при помощи датчика 6 давления. Например, может быть установлено избыточное давление 2 бар (0,2 МПа) или любое другое желаемое избыточное давление. Если в резервуаре появляются отверстия, давление падает, и датчик давления испускает сигнал. Указанный датчик также может быть соединен с дисплеем Р или другим сигнальным устройством для считывания или запуска сигнала тревоги.

- 2 026266

В некоторых известных решениях завихрение, образованное в циклонном резервуаре, может распространяться в направлении вниз в кожухе, что является нежелательным. Соответственно, нижний выпуск 12 может быть выполнен в виде раструба, причем торцевая поверхность 12а в его нижней части проходит под углом и является непроницаемой, а в боковой стенке раструба выполнено выпускное отверстие 12Ь. Таким образом, вихревой поток прерывается при соударении с поверхностью 12а.

Нижняя камера 14Ь предпочтительно содержит накопительный блок 13, выполненный, например, в виде накопительного бункера 13, открытого сверху так, что песок или любое другое вещество, выходящее через выпуск 12, падает вниз в бункер 13. Бункер 13 может опираться на датчик 7 нагрузки или аналогичный элемент, предназначенный для взвешивания количества песка или другого материала, оказавшегося в бункере 13. При скоплении в бункере 13 заданного количества песка бункер необходимо опорожнить. Выгрузка песка или другого материала осуществляется вручную, когда датчик 7 посылает сигнал 7а о количестве собранных килограммов оператору, который затем запускает процесс опорожнения или процесс примешивания, либо сигнал может автоматически запускать указанный процесс с помощью системы управления.

Соответственно, в бункере 13 может быть расположено примешивающее устройство 8. В данном случае примешивание означает, что песок смешивают с водой таким образом, что полученная смесь может быть выведена из накопительного бункера и из кожуха 14. Устройство 8 соединено с трубопроводом 9, выходящим из кожуха, и при поступлении в него воды вода выливается из нижней части бункера 13 и смешивается с песком. Как видно на чертеже, трубопровод 9 вытянут или проходит вниз в бункер 13. Вода поступает через впуск 11 для воды, расположенный снаружи кожуха 14, и может представлять собой морскую воду или пресную воду. Вода направляется от впуска для воды через трубопровод 9, который предпочтительно представляет собой трубопровод с двойной стенкой, имеющий внешнее, проходящее в продольном направлении кольцевое пространство 9а для подачи воды и внутренний канал или часть 9Ь для перемещения песка и воды наружу через выпуск 10. Кроме того, выпуск 10 может быть соединен с другими трубопроводами или устройствами для дальнейшей обработки песка.

Как вариант, вместо одного трубопровода с двойной стенкой могут использоваться два трубопровода, то есть отдельный трубопровод для поступающего потока воды и отдельный трубопровод для вывода воды и песка. Однако использование трубопровода с двойной стенкой обеспечивает экономию пространства и является предпочтительным.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Динамический сепаратор частиц, предназначенный для циклонного отделения песка от газового потока при добыче нефти и газа для производства нефтепродуктов и содержащий кожух (14), который содержит циклонный резервуар (4), имеющий верхнее впускное отверстие (1) для газового потока и верхнее и нижнее выпускные отверстия (2, 12) для вывода соответственно газа и частиц из резервуара (4), причем циклонный резервуар (4), по меньшей мере, во внутренней области вокруг впускного отверстия (1) выполнен с верхней, направленной вниз конической фасонной частью (4а), которая увеличивается в диаметре и затем переходит в противоположную нижнюю коническую фасонную часть (4Ь), сходящуюся по направлению к нижнему выпускному отверстию (12), отличающийся тем, что кожух (14) содержит нижнюю камеру (14Ь), в которую выходит нижнее выпускное отверстие (12) и которая содержит накопительный бункер (13) с открытым верхом для сбора отделенных частиц, а также датчик (7) нагрузки, предназначенный для определения количества частиц, накопленных в бункере (13), при этом накопительный бункер (13) расположен выше датчика (7) нагрузки, причем в накопительном бункере (13) расположено примешивающее устройство (8), соединенное с трубопроводом (9), выходящим из кожуха (14), при этом запуск процесса примешивания для вывода частиц через трубопровод (9) происходит по сигналу от датчика (7) нагрузки.
2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя конические фасонные части (4а, 4Ь) отделены круговым цилиндрическим поясом (4с).
3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что нижнее выпускное отверстие (12) выполнено в виде раструба, в нижней части которого имеется наклонная непроницаемая торцевая поверхность (12а), а в боковой стенке выполнено выпускное отверстие (12Ь).
4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что верхнее впускное отверстие (1) имеет отверстие (3) с регулируемой заслонкой, предназначенное для регулирования скорости газового потока в циклонном резервуаре (4).
5. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что отверстие (3) с заслонкой выполнено с возможностью регулирования на основании падения давления во впускном отверстии (1).
6. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что циклонный резервуар (4) расположен в верхней камере (14а), выполненной в кожухе (14) и закрытой снизу пластиной (15), установленной над нижним выпускным отверстием (12), при этом верхняя камера (14а) вокруг циклонного резервуара (4) заполнена рабочей

- 3 026266 средой под давлением, например нефтью.
7. Сепаратор по п.6, отличающийся тем, что между верхней камерой (14а) и нижней камерой (14Ь) расположен датчик (6) давления, предназначенный для регистрации изменений в разнице давления, служащих в качестве показателя падения давления в верхней камере (14а).
8. Сепаратор по п.7, отличающийся тем, что датчик (6) давления соединен с дисплеем и/или сигнальным устройством.
9. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что трубопровод (9) представляет собой трубопровод с двойной стенкой, проходящий вниз в бункер (13), причем внешнее, проходящее в продольном направлении кольцевое пространство (9а) трубопровода (9) соединено с впускным отверстием (11) для воды для подачи воды в бункер (13), а отделенные частицы выводятся через внутреннюю часть (9Ь) трубопровода и наружу через выпускное отверстие (10).
10. Сепаратор по пп.1 и 9, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью регулирования процесса примешивания извне с помощью управляющего устройства, которое обеспечивает регулирование подачи воды, примешивания частиц и вывода частиц и воды.