RU221428U1 - Гидродинамический сепаратор жидкости с возможностью пропускания средств очистки и диагностики (СОД) - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к сепарационному элементу сепарационного устройства по отделению жидкой фазы из пластового газа. Сепарационный элемент разделен на сегменты, причем внутренняя часть сепарационного элемента имеет полость, внутреннее проходное сечение которой представляет собой трубу Вентури. Между сегментами образованы щели для отвода сконденсированной жидкости, на внешней стороне сегментов расположены пружины с опорой на корпус, сепарационный элемент выполнен с возможностью изменения внутреннего проходного сечения за счет перемещения сегментов в направлении внутренней части корпуса при пропускании средства очистки и диагностики через внутреннее сечение сепарационного элемента в процессе удаления отложившихся загрязнений из сепарационного элемента. Технический результат полезной модели заключается в возможности пропуска средств очистки и диагностики (СОД) по трубопроводу, на котором установлен сепарационный элемент, в том числе и через сепарационный элемент.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Настоящая полезная модель относится к сфере нефтегазодобычи и обустройства/освоения газовых и газоконденсатных месторождений, подготовки углеводородов. Может найти применение в теплоэнергетике для осушки технических газов/паров, а также для выделения и отвода жидкой фазы из потока пластовой продукции/технических газов/паров в трубопроводах за счет эффекта Джоуля-Томпсона и гравитационного разделения.

При добыче нефти или газа из ствола скважины обычно одновременно с потоком углеводородов (пластовой продукции) добывается некоторое количество жидкости. Пластовая жидкость может включать, например, пластовую воду, закачиваемую воду, твердые частицы, содержащиеся в пласте и химические вещества/отходы, добавляемые в скважину или в процессе разделения нефти и воды.

В процессе транспортирования пластовой продукции происходит охлаждение, конденсация и выпадение капельной жидкости за счет проявления эффекта Джоуля-Томпсона на сужающейся части проточного канала сепарационного устройства, а также скопление жидкости под действием сил гравитации в нижних точках профиля газосборного коллектора. Скопление жидкости, в свою очередь, может привести к образованию местных гидравлических сопротивлений, жидкостных пробок, неустойчивому режиму работы газосборного коллектора, вибрациям, а также к образованию гидратов, и развитию коррозии. Указанные проблемы могут привести к осложнениям при эксплуатации оборудования с риском внеплановых остановов добычи на месторождении.

Для устранения «пробкового режима» и повышения коэффициента эксплуатации, а также устранения риска выпадения гидратов предложена концепция обустройства ГКМ (газоконденсатных месторождений) с использованием сепарационных устройств по отделению жидкой фазы из пластового газа, установленных на газосборном коллекторе в местах с высокой вероятностью конденсации и скопления жидкой фазы. Места установки сепарационных модулей определяются на основании проводимых расчетов.

Уровень техники

В документе RU 2700524 С1, 17.09.2019 описано устройство для сепарации жидкостных пробок, содержащее горизонтально ориентированные приемную обечайку и цилиндрическую емкость-ловушку, которые сообщаются с расположенной под ними накопительной емкостью, причем в приемной обечайке, оборудованной входным штуцером, расположен разделяющий конус, полость которого в его нижней части сообщена с накопительной емкостью посредством соединительного патрубка, а сверху разделяющего конуса между его фронтальной поверхностью и потолочной частью приемной обечайки расположен клин, при этом на выходе приемной обечайки внутри цилиндрической емкости-ловушки расположена газоприемная труба, оборудованная выходным штуцером, а емкость-ловушка соединена посредством сливных колодцев с накопительной емкостью, в нижней части которой размещен сливной патрубок.

Изобретение позволяет отделить как жидкостные пробки, так и мелкодисперсный газо-жидкостной поток, а также повышать эффективность очистки газа от жидкости и конденсата, идущих по участку трубопровода как сплошным, так и расслоенным потоками.

Однако данное устройство не позволяет пропускать по трубопроводу средство очистки и диагностики (СОД).

Из патента RU 42765 U1, 20.12.2004 известно устройство для отвода жидкости из газопровода, включающее патрубок входа, содержащий сопло Вентури, емкость для сбора жидкости с патрубками выхода газа и жидкости, установленный в емкости патрубок дренажа жидкости, коллектор, снабженный соплом Вентури, к области горловины которого подсоединен патрубок отвода газа, соединенный с емкостью для сбора жидкости. В устройстве дополнительно установлен сепаратор циклонного типа, соединенный с патрубком входа и коллектором, причем патрубок выхода жидкости из сепаратора циклонного типа установлен в емкости для сбора жидкости, а патрубок дренажа жидкости соединен с коллектором перед входом в сопло Вентури. Изобретение позволяет повысить эффективность отделения жидкости от газа, обеспечить надежное разделение больших объемов газожидкостной смеси при простоте конструктивного выполнения устройства для отвода жидкости.

Однако данное устройство не позволяет пропускать по трубопроводу СОД.

Из патента SU 1722540 А1, 30.03.1992 известно устройство для отделения жидкости от газа, в котором проточный канал образован форкамерой и щелевидными отверстиями, расположенными рядами по винтовым линиям и трубой Вентури. Сепарация осуществляется при проходе газожидкостного потока в цилиндрической форкамере. Вращательное движение возникает за счет того, что часть газа вместе с жидкостью из потока выходит в отверстия, создавая крутящий момент всему потоку. Изобретение обеспечивает эффективное отделение жидкости от газа в условиях снарядного режима течения газожидкостного потока.

Однако данное устройство не позволяет пропускать по трубопроводу СОД.

Из патента US 20020153326 А1, 24.10.2002 известно устройство отделения флюида от смеси флюидов, в частности к внутрискважинному разделению многофазных флюидов, добываемых нефтяной скважиной. Устройство содержит трубу для протекания смеси, снабженную расходомером Вентури, который расположен после восходящего потока нефти/воды для увеличения перемешивания разделяемой эмульсии вода/нефть. Оно также содержит цилиндрическую отстойную камеру, окружающую трубу, и выходную трубу, соединенную с нижней частью указанной камеры, при этом труба содержит зону с небольшими отверстиями, позволяющими перетекать жидкости из трубы в отстойную камеру. Изобретение позволяет отделить флюид от смеси флюидов и обеспечить разделение жидкости независимо от расхода смеси и режима течения в добывающей трубе.

Однако данное устройство не позволяет пропускать по трубопроводу СОД.

Из патента US 20090065431 А1, 12.03.2009 известен внутритрубный сепаратор, проходящий в стволе скважины для добычи углеводородного флюида. Внутритрубный сепаратор содержит входной патрубок для приема потока многофазного флюида нефти/газа и воды или любого другого поступающего многофазного потока, завихритель винтовой формы или трубчатый трубопровод, снабженный вставкой спиралевидной формы для придания вихревого движения потоку многофазной жидкости. Секцию экстракции, предназначенную для извлечения относительно тяжелой фазы, т.е. воды, из потока многофазного флюида. Секция экстракции включает спиральную трубчатую секцию, выполненную как продолжение завихрителя и прямую внутреннюю трубку, снабженные множеством сквозных отверстий, и сообщающуюся по текучей среде с кольцевым пространством, образованным между внутренней трубкой и наружной трубкой и выпускную трубу для воды. Сепаратор можно использовать, например, для разделения жидкости и жидкости, разделения жидкости и газа, разделения жидкости и твердых частиц, разделения газа и твердых частиц и разделения одной или нескольких жидких и твердых фаз с различной плотностью.

Однако данное устройство не позволяет пропускать по трубопроводу СОД.

Наиболее близким к настоящему изобретению является устройство согласно патенту UZ 2599 С, 28.02.2005, раскрывающее сепаратор для извлечения конденсирующихся текучих сред из газа, представляющий собой канал в форме трубчатого корпуса 1 с открытыми концами. На одном конце корпуса имеется впуск для текучей среды, а около другого конца корпуса первый выпуск для текучей среды, содержащей жидкость, и второй выпуск для текучей среды, по существу, не содержащей жидкости. Впуск представляет собой секцию ускорения, содержащую устройство типа Лаваля, имеющее продольное сечение формы, сужающейся-расширяющейся в направлении движения потока, с помощью которого потоку текучей среды, подаваемому в корпус через указанный впуск, придают сверхзвуковую скорость. Корпус содержит также первичную цилиндрическую часть и диффузор, причем первичная цилиндрическая часть расположена между впуском и диффузором. Корпус 1 включает также вторичную цилиндрическую часть, имеющую площадь потока больше, чем первичная цилиндрическая часть, и расположенную ниже по течению от диффузора, в виде продолжения диффузора. Вторичная цилиндрическая часть имеет продольные выпускные прорези для жидкости, расположенные на подходящем расстоянии от выпуска диффузора. Выпускная камера заключает в себе вторичную цилиндрическую часть и имеет выпускное отверстие для потока концентрированных жидкостей.

Однако данное устройство не позволяет пропускать по трубопроводу СОД.

Многофазные газожидкостные смеси (ГЖС), транспортируемые по трубопроводу, включают загрязнения, которые в свою очередь могут вызывать загрязнение и вывод из строя установленного на трубопроводе оборудования.

Таким образом, необходимо разработать устройство, сепаратор, для отделения в трубопроводах жидкой фазы из добываемых ГЖС, а также предусмотреть возможность пропуска средств очистки и диагностики (СОД) по трубопроводу, на котором данный сепаратор установлен.

Раскрытие сущности полезной модели

Достигаемым техническим результатом является пропускания средств очистки и диагностики (СОД) по трубопроводу через сепарационное устройство.

Для достижения указанного технического результата предложен сепарационный элемент со следующей совокупностью существенных признаков:

Сепарационный элемент сепарационного устройства для газожидкостных смесей, представляющий собой цилиндр, расположенный в корпусе и разделенный на сегменты, при этом внутренняя часть цилиндра имеет полость, внутреннее проходное сечение которой представляет собой трубу Вентури, между сегментами образованы щели для отвода сконденсированной жидкости, на внешней стороне сегментов расположены пружины с опорой на внутреннюю часть корпуса, цилиндр выполнен с возможностью изменения внутреннего проходного сечения за счет перемещения сегментов в направлении внутренней части корпуса.

Транспортирование ГЖС осуществляется по газосборному коллектору под действием пластовой энергии с частичным выделением влаги/жидкой фазы (конденсат и вода) в сепарационных модулях. Выделившаяся жидкая фаза будет отводиться в нижнюю (дренажную) часть сепарационного модуля и далее с помощью насосных модулей транспортироваться по отдельному однофазному трубопроводу с дальнейшим сбором в отдельную приемную емкость. Установка сепарационного устройства по отделению жидкой фазы из пластового газа позволяет снизить содержание тяжелых компонентов (С5+ и Н₂О) в газожидкостной смеси примерно на 25%. При установке одного сепарационного устройства на ГСК в результате переохлаждения на сепарационном устройстве ГЖС из потока пластовой продукции отводится, по предварительной оценке, около 97,6% выпадающей жидкой фазы в данном месте установки сепарационного устройства, что снижает вероятность образования гидравлических пробок и гидратов в газопроводе.

Конструкция сепарационного модуля состоит из основания/рамы, сепарационной части и дренажной части, коннекторов и запорной арматуры. Сепарационная часть состоит из сепарационного элемента, представляющего собой цилиндр, расположенный в корпусе и разделенный на сегменты (фиг. 1, поз. 1), при помощи которых изменяется внутреннее проходное сечение проточной части сепаратора и перфорированного участка (фиг. 2, поз. 2) с дренажными каналами. Количество встроенных сегментов зависит от диаметра газосборного коллектора с учетом пропускной способности сепаратора. Минимальное число сегментов в сепараторе от трех штук. Продольное сечение сегмента представляет собой последовательное соединение конфузора цилиндрического участка и диффузора (фиг. 1 и фиг. 2). С уменьшением проходного сечения сепаратора возникает эффект дросселирования, который приводит к охлаждению ГЖС и конденсации/выпадению жидкой фазы в сепарационном модуле. Выпавшая из основного потока газа жидкая фаза под действием силы гравитации отводится через дренирующие каналы (фиг. 2, поз. 3) в дренажную часть сепаратора (фиг. 2, поз. 4), которая расположена ниже. В дренажной части сепаратора расположен датчик уровня жидкости, при достижении заданного максимального объема заполнения дренажной емкости сепаратора происходит автоматическое включение насоса для откачки жидкости в отдельный трубопровод диаметром 2’’, подключаемый через специально предусмотренную запорную арматуру (фиг. 2, поз. 5). Диаметр трубопровода зависит от расхода жидкости и определяется по результатам предварительных гидравлических расчетов.

Гидродинамический сепаратор жидкости устанавливается в определенных точках трубопровода, где температура точки росы выше, чем температура газожидкостной смеси. Для отделения жидкой фазы из потока многофазного ГЖС требуется искусственно переохладить поток ГЖС при помощи трубки Вентури, использующейся в качестве дросселирующего элемента в проточной части сепарационного модуля. Дополнительное переохлаждение гарантирует выпадение капельной влаги в данном месте. Сепарационная часть гидродинамического сепаратора жидкости состоит из сепарационного элемента, представляющего собой полый цилиндр, расположенный в корпусе и разделенный на сегменты, при помощи которых изменяется внутреннее проходное сечение проточной части сепаратора, поскольку проходное сечение цилиндра представляет собой трубу Вентури и перфорированного участка с дренажными каналами. С уменьшением проходного сечения сепаратора возникает эффект дросселирования, который приводит к охлаждению ГЖС и конденсации/выпадению жидкой фазы в сепарационном модуле. При прохождении газожидкостной смеси через сужающийся канал скорость ГЖС в узком сечении увеличивается, а уровень давления падает. Наблюдается эффект Джоуля Томпсона, в результате которого при расширении газо-жидкостной смеси наблюдается ее охлаждение. Гарантированное охлаждение приводит к выпадению капельной жидкости, которую после прохождения узкого сечения необходимо собрать и отвести.

Конструктивное исполнение сепарационного элемента позволяет изменять проточное сечение за счет движения сегментов сужающейся части в радиальном направлении посредством пружинных механизмов. При загрязнении внутреннего проходного сечения полого цилиндра проточной части сепаратора и загрязнении щелей для отвода капельной жидкости между сегментами, сепаратор предусматривает возможность пропускания через него средств очистки и диагностики. В частности, в трубопровод под давлением проталкивают поршень, который раздвигает внутреннее проходное сечение полого цилиндра, сечение расширяется в корпусе сепарационной части благодаря сжатию установленных пружин на внешней стороне каждого из сегментов, при этом щели между сегментами увеличиваются и все загрязнения под давлением выталкиваются в корпус сепарационной части, откуда через дренажные каналы удаляются в дренажную емкость.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Сепарационный элемент для отделения жидкой фазы из пластового газа.

Фиг.2. Общий вид 3D-модели сепарационного устройства по отделению жидкой фазы из пластового газа в разрезе.

Фиг. 3. Общий вид 3D-модели сепарационного устройства по отделению жидкой фазы из пластового газа.

Фиг. 4. Общий вид сепарационного устройства на монтажной раме.

Позиции:

1 - встроенные сегменты проточной части;

2 - перфорированный участок;

3 - дренажные каналы;

4 - дренажная емкость;

5 - запорная арматура;

6 - корпус сепарационного устройства;

7 - соединительные элементы с газосборным коллектором;

8 - направляющие для установки рамы на основание;

9 - рама сепарационного устройства;

10 - пружины для изменения проходного сечения при прохождении СОД.

Осуществление полезной модели

Газожидкостная смесь, текущая по трубопроводу, поступает в корпус сепарационной части гидродинамического сепаратора жидкости в проточную часть, представляющую собойсепарационнный элемент (см. фиг. 1), содержащий полый цилиндр, разделенный вдоль на сегменты (поз. 1) с пружинными механизмами (поз. 10) (минимальное количество пружин на сегмент - четыре пружины). Смесь протекает по внутреннему проходному сечению полого цилиндра, представляющего собой трубу Вентури (угол конфузора - 25…63°; угол диффузора - 6…10°; Lг/Dг=0,15 отношение длины «горлышка» к диаметру «горлышка»). При прохождении газожидкостной смеси через сужающийся канал скорость ГЖС в узком сечении увеличивается, а уровень давления падает. Наблюдается эффект Джоуля Томпсона, в результате которого при расширении ГЖС наблюдается ее охлаждение, что приводит к выпадению капельной жидкости, которую после прохождения узкого сечения необходимо собрать и отвести. При этом капельная жидкость и газы проходят также через щели между сегментами (поз. 1), что способствует максимизации извлечения жидкости из газожидкостного потока. После прохождения проточной части газожидкостная смесь поступает в перфорированный участок (поз. 2) сепарационного устройства для конденсации/выпадения жидкой фазы.

При загрязнении внутреннего проходного сечения полого цилиндра проточной части сепаратора и загрязнении щелей для отвода капельной жидкости между сегментами, сепаратор предусматривает возможность пропускания через него средств очистки и диагностики. Конструктивное исполнение гидродинамического сепаратора жидкости позволяет изменять проточное сечение за счет движения сегментов (поз. 1) в радиальном направлении. В частности, в трубопровод под давлением проталкивают поршень, который раздвигает внутреннее проходное сечение полого цилиндра, сечение расширяется в корпусе сепарационной части благодаря сжатию установленных пружин (поз. 2) на внешней стороне каждого из сегментов (поз. 1), при этом щели между сегментами увеличиваются и все загрязнения под давлением выталкиваются в корпус (поз. 6) сепарационной части, откуда через дренажные каналы (поз. 3) удаляются в дренажную емкость (поз. 4).

Конструкция сепарационного элемента, установленного в сепарационном устройстве по отделению жидкой фазы из пластового газа, позволяет пропускать через него систему очистки и диагностики (СОД). СОД подбирается в зависимости от необходимой работы, выполняемой на ГСК. СОД обеспечивает очистку ГСК от отложений внутри него, а также выполняет роль сбора жидкости в ГСК. С последующей ее утилизацией в емкость, расположенную на выходе ГСК. После проведения работ на ГСК системой СОД трубопровод ГСК освобожден от примесей (глины, песка, механических примесей и т.д.) и жидкости, накопившейся по всему участку ГСК, и готов к работе.

Claims (1)

1. Сепарационный элемент сепарационного устройства для газожидкостных смесей, представляющий собой цилиндр, расположенный в корпусе и разделенный на сегменты, при этом внутренняя часть цилиндра имеет полость, внутреннее проходное сечение которой представляет собой трубу Вентури, между сегментами образованы щели для отвода сконденсированной жидкости, на внешней стороне сегментов расположены пружины с опорой на внутреннюю часть корпуса, цилиндр выполнен с возможностью изменения внутреннего проходного сечения за счет перемещения сегментов в направлении внутренней части корпуса.