RU2487993C2 - Method of gas separation - Google Patents
Method of gas separation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487993C2 RU2487993C2 RU2011140395/03A RU2011140395A RU2487993C2 RU 2487993 C2 RU2487993 C2 RU 2487993C2 RU 2011140395/03 A RU2011140395/03 A RU 2011140395/03A RU 2011140395 A RU2011140395 A RU 2011140395A RU 2487993 C2 RU2487993 C2 RU 2487993C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- separation
- oil
- separation surface
- liquid mixture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области добычи нефти из нефтяных скважин механизированным способом, а именно добыче нефти электроцентробежным насосом или штанговым насосом.The invention relates to the field of oil production from oil wells by a mechanized method, namely oil production by electric centrifugal pump or sucker rod pump.
Главным осложняющим фактором добычи нефти различными глубинными насосами является наличие в ней растворенного газа (величина объема растворенного газа в единице объема нефти называется газовым фактором или газонасыщенностью, и зависит от месторождения, продуктивного пласта - обозначим через Г, м3/м3), который при давлениях ниже давления насыщения начинает (значение которого зависит от месторождения, продуктивного пласта, обозначим через Рн, [1]) выделяться в свободный попутный газ. Объемная доля свободного газа в газожидкостной смеси называется газосодержанием. Наличие свободного газа на приеме глубинного насоса осложняет добычу нефти, приводя к дестабилизации режимов эксплуатации насоса и в конечном счете к выходу из строя всей насосной установки, снижая экономическую эффективность способа эксплуатации нефтяной скважины. Для борьбы с вредным влиянием свободного газа на глубинный насос созданы различного рода сепараторы (газосепараторы) к установкам электроцентробежных насосов (УЭЦН), газовые якоря к штанговым насосам (ШГН) и т.д, которые пропуская через себя газожидкостную смесь должны отвести от приема насосной установки свободный газ в затрубное пространство нефтяной скважины и помочь стабилизации режима эксплуатации глубинного насоса. Сепараторы характеризуются так называемым коэффициентом сепарации - отношением объема отведенного от приема насоса свободного газа к всему объему свободного газа в газожидкостной смеси на приеме насоса и обозначается буквой σ [1].The main complicating factor in oil production by various deep pumps is the presence of dissolved gas in it (the value of the volume of dissolved gas in a unit volume of oil is called the gas factor or gas saturation, and depends on the field, productive formation - we denote it by G, m 3 / m 3 ), which at pressures below the saturation pressure begins (the value of which depends on the field, reservoir, denoted by Rn, [1]) to be released into free associated gas. The volume fraction of free gas in a gas-liquid mixture is called gas content. The presence of free gas at the intake of the downhole pump complicates the production of oil, leading to destabilization of the operating modes of the pump and ultimately to failure of the entire pumping unit, reducing the economic efficiency of the method of operating an oil well. To combat the harmful effects of free gas on the deep pump, various types of separators (gas separators) for electric centrifugal pump units (ESPs), gas anchors for sucker rod pumps (SHGN), etc., which must pass the gas-liquid mixture away from the intake of the pump unit, were created free gas into the annulus of an oil well and help stabilize the operating mode of the deep well pump. The separators are characterized by the so-called separation coefficient - the ratio of the volume of free gas withdrawn from the pump intake to the entire volume of free gas in the gas-liquid mixture at the pump intake and is indicated by the letter σ [1].
гдеWhere
Vc - объем свободного газа отводимого сепаратором за пределы приема насоса,V c - the amount of free gas discharged by the separator beyond the pump intake,
V0 - общий объем свободного газа на приеме насоса. Все эти сепараторы центробежного принципа действия (сепараторы типа МГН-5Л - российского производства - автор Ляпков П.Д., «RGV», «KGV» фирмы «ODI» [2]). Из-за большой разницы в лабораторных условиях плотности газа (1 кг/м3) и плотности масла (700-800 кг/м3) такие сепараторы позволяют получить коэффициент сепарации не менее 0,5 (50%). Центробежная сила в центробежном сепараторе зависит следующим образом:V 0 - the total amount of free gas at the pump intake. All these separators are of a centrifugal principle of operation (separators of the MGN-5L type - Russian-made by Lyapkov PD, “RGV”, “KGV” by ODI [2]). Due to the large difference in laboratory conditions, the gas density (1 kg / m 3 ) and oil density (700-800 kg / m 3 ), such separators can obtain a separation coefficient of at least 0.5 (50%). The centrifugal force in the centrifugal separator depends on the following:
где m - масса частицы, некоторый выделенный элемент нефти с газом (или масса единицы объема нефти, которая называется плотностью нефти), V - линейная скорость вращения "частицы" нефти в сепараторе, равная линейной скорости вращения элементов электроцентробежного газосепаратора, R - радиус вращения кусков нефти.where m is the mass of the particle, some selected oil element with gas (or the mass of a unit volume of oil, which is called the oil density), V is the linear speed of rotation of the "particle" of oil in the separator, equal to the linear speed of the elements of the electric centrifugal gas separator, R is the radius of rotation of the pieces oil.
При одинаковых величинах радиуса и линейной скорости вращения центробежная сила, действующая на "элемент" нефти, зависит от плотности. Если в "элементе" нефти с плотностью pн имеется пузырек свободного газа с плотностью pг, то отношение центробежных сил на элемент нефти Fн и элемент газа Fг отличаютсяWith the same radius and linear speed of rotation, the centrifugal force acting on the "element" of the oil depends on the density. If in the "element" of oil with density p n there is a free gas bubble with density p g , then the ratio of centrifugal forces per oil element F n and gas element F g differ
В условиях электроцентробежного насоса, находящегося под давлением (наывается давлением на приеме насоса) 30-60 атмосфер, плотность нефти отличается от плотности газа в свободных газовых пузырях в той же нефти не более 4-5 раз (например, плотность нефти в среднем 700-800 кг/м3, в то же время плотность газа равна 145-150 кг/м3). В лабораторных условиях, когда плотность жидкости (масла) отличается от плотности пузырьков газа (воздуха или метана) в несколько сот раз, соотношение (3) становится существенным и, поэтому, в лабораторных условиях центробежные сепараторы дают хороший коэффициент сепарации.In an electric centrifugal pump under pressure (called pressure at the pump inlet) 30-60 atmospheres, the oil density differs from the gas density in free gas bubbles in the same oil no more than 4-5 times (for example, the average oil density is 700-800 kg / m 3 , at the same time, the gas density is equal to 145-150 kg / m 3 ). In laboratory conditions, when the density of a liquid (oil) differs by several hundred times from the density of gas bubbles (air or methane), relation (3) becomes significant and, therefore, in laboratory conditions centrifugal separators give a good separation coefficient.
Однако, в условиях нефтяного месторождения, на больших глубинах и под давлением 30-60 ат. разница в плотностях газа (около 150 кг/м3) и жидкости (около 750 кг/м3) коэффициент сепарации этих сепараторов не более 0,18 (18%) [3].However, in an oil field, at great depths and under a pressure of 30-60 at. the difference in the densities of gas (about 150 kg / m 3 ) and liquid (about 750 kg / m 3 ) the separation coefficient of these separators is not more than 0.18 (18%) [3].
Также известны гравитационные сепараторы к электроцентробежным насосам (ЭЦН), в которых для сепарации используют силу гравитации при повороте восходящего потока газожидкостной смеси и пропускании потока газожидкостной смеси через полупрозрачную поверхность сепарации. Например, в модуле погружного центробежного насоса по патенту RU 2215907 уменьшение содержания свободного газа выполняют пропусканием потока газожидкостной смеси через отверстия сетки.Gravity separators for electric centrifugal pumps (ESPs) are also known, in which gravity is used for separation when turning the upward flow of the gas-liquid mixture and passing the gas-liquid mixture through the translucent separation surface. For example, in the module of a submersible centrifugal pump according to the patent RU 2215907, the decrease in the content of free gas is performed by passing a stream of gas-liquid mixture through the openings of the grid.
Наиболее близким аналогом является способ сепарации газового якоря (Крец В.Г., Основы нефтегазового дела: учебное пособие / В.Г.Крец, А.В.Шадрина. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010, стр.126, Рис.11.5), в котором при изменении газожидкостного потока на 180° пузырьки газа под действием архимедовой силы всплывают и частично сепарируются в загрубное пространство, а жидкость через отверстия поступает в центральную трубу на прием насоса. Однако, согласно законам гидромеханики, движение газожидкостного потока через отверстия происходит неодинаково: наибольшая скорость - в отверстиях близких к приему насоса (так как в них перепад давления больше), а наименьшая скорость - в отверстиях удаленных от приема насоса (так как в них перепад давления меньше). Вследствие этого, в местах наибольших скоростей сепарация не происходит. Таким образом, хотя гравитационные сепараторы являются наиболее экономичными (нет вращающихся узлов и деталей), из-за неравномерности скорости движения через поверхность сепарации они имеют низкий коэффициент сепарации (не более 10%) и, поэтому, не нашли широкого применения.The closest analogue is a method for separating a gas anchor (V. Kretz, Fundamentals of oil and gas business: a training manual / V. G. Krets, A. V. Shadrina. - Tomsk: Tomsk Polytechnic University Publishing House, 2010, p. 126, Fig. 11.5), in which, when the gas-liquid flow changes by 180 °, gas bubbles under the influence of the Archimedean force float and partially separate into the annulus, and the liquid through the holes enters the central pipe to receive the pump. However, according to the laws of hydromechanics, the movement of the gas-liquid flow through the holes is not the same: the highest speed is in the holes close to the pump intake (since there is more pressure drop in them), and the lowest speed is in the holes remote from the pump intake (since there is a pressure drop in them smaller). As a result of this, separation does not occur at the highest speeds. Thus, although gravity separators are the most economical (there are no rotating units and parts), due to the uneven speed of movement through the separation surface, they have a low separation coefficient (not more than 10%) and, therefore, have not been widely used.
Целью изобретения является увеличение коэффициента сепарации сепаратора.The aim of the invention is to increase the separation coefficient of the separator.
Для этого способ сепарации свободного газа на приеме глубинного насоса для добычи нефти путем поворота восходящего потока газожидкостной смеси и пропускании потока газожидкостной смеси через полупрозрачную поверхность сепарации отличается тем, что поверхность сепарации, содержащую вертикально расположенные щели, размещают вертикально, а перпендикулярно поверхности сепарации создают градиенты давления таким образом, чтобы обеспечить движение потока газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью. В результате перераспределения перепадов давления, скорости движения газожидкостной смеси на всех щелях, а также верхних и нижних частях щелей становятся одинаковыми и уменьшаются, поэтому скорость движения пузыря газа возле щели в вертикальном направлении под действием Архимедовой силы становится больше, чем скорость горизонтально направленной газожидкостной смеси, что приводит к отставанию пузырей и увеличению сепарации.For this, the method of separating free gas at the intake of a deep pump for oil production by rotating the upward flow of the gas-liquid mixture and passing the gas-liquid mixture through the translucent separation surface is characterized in that the separation surface containing vertically located slots is placed vertically and pressure gradients are created perpendicular to the separation surface in such a way as to ensure the flow of the gas-liquid mixture with the same space velocity. As a result of the redistribution of pressure drops, the velocity of the gas-liquid mixture on all slits, as well as the upper and lower parts of the slots become the same and decrease, therefore, the velocity of the gas bubble near the slit in the vertical direction under the action of the Archimedean force becomes greater than the speed of the horizontally directed gas-liquid mixture, leading to bubble lag and increased separation.
В частном случае, градиенты давления создают с помощью калиброванных отверстий на приеме насоса.In the particular case, pressure gradients are created using calibrated holes at the pump inlet.
В другом частном случае, для увеличения сепарации щели на поверхности сепарации выполняют шириной преимущественно меньше диаметров пузырей.In another particular case, to increase the separation of the gap on the surface of the separation is performed with a width mainly less than the diameter of the bubbles.
На Фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа сепарации газа, на которой сделаны следующие обозначения:Figure 1 shows the implementation diagram of the proposed method of gas separation, which made the following notation:
1 - патрубок радиуса R, заглушенный снизу и соединенный (не показано) верхним торцом с приемом насоса,1 - pipe of radius R, muffled from the bottom and connected (not shown) with the upper end to the pump intake,
2 - направление движения смеси на приеме насоса,2 - the direction of movement of the mixture at the pump intake,
3, 4 и 5 - калиброванные отверстия радиусов R1, R2 и R3,3, 4 and 5 - calibrated holes of radii R 1 , R 2 and R 3 ,
6 - поверхность сепарации площадью S,6 - separation surface area S,
7 - скорость Wn всплытия газовых пузырей, не прошедших через щели 13,7 - speed W n the ascent of gas bubbles that have not passed through the
8 - скорость Wc движения газожидкостной смеси на поверхности 6,8 - speed W c the movement of the gas-liquid mixture on the
9, 10 и 11 - скорости движения газожидкостной смеси на уровне отверстий 3, 4 и 5,9, 10 and 11 - the velocity of the gas-liquid mixture at the level of
12 - скорость W0 движения газожидкостной смеси в восходящем потоке до поверхности 6,12 - speed W 0 the movement of the gas-liquid mixture in an upward flow to the
13 - щели ширины d0 на поверхности 6.13 - slits of width d 0 on the
Предлагаемый способ сепарации осуществляют следующим образом. На приеме насоса заглушенным снизу патрубком 1 радиуса R с калиброванными отверстиями 3, 4 и 5 на боковой поверхности работающим насосом создают градиенты давления, перпендикулярные к оси патрубка 1.The proposed separation method is as follows. At the pump inlet, a
Градиенты давления при этом должны обеспечивать движение газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью (объемная скорость 9 равна объемной скорости 10 и равна объемной скорости 11). На пути объемных скоростей устанавливают перпендикулярную к направлению потоков, вертикальную поверхность 6 сепарации с вертикально расположенными щелями 13. Направление восходящего газожидкостного потока на цилиндрической поверхности 6 сепарации под действием градиента давления меняется на 90°. Если линейная скорость в восходящем потоке W0, то на поверхности сепарации эта скорость уменьшится и станет равной:The pressure gradients should ensure the movement of the gas-liquid mixture with the same volumetric velocity (
где S площадь поверхности щелей на поверхности сепарации.where S is the surface area of the slots on the separation surface.
Вектор скорости с будет одинаково направлен с вектором градиента давления, т.е. направление вектора скорости Wс будет перпендикулярен к плоскости калиброванных отверстий 3, 4 и 5. Можно подобрать площадь S так, чтобы скорость 8 Wс стала намного меньше линейной скорости о в восходящем потоке газожидкостной смесиThe velocity vector c will be equally directed with the pressure gradient vector, i.e. the direction of the velocity vector W s will be perpendicular to the plane of calibrated
и так, чтобы скорость горизонтального движения газожидкостной смеси (как и газовых пузырей) стала меньше скорости всплытия газовых пузырей.and so that the horizontal velocity of the gas-liquid mixture (as well as gas bubbles) becomes less than the speed of ascent of gas bubbles.
При повороте газожидкостной смеси из-за малой скорости "дрейфа" пузырьков в сторону поверхности 6 сепарации Архимедова сила приведет пузырьки в движение в восходящем направлении. Торможение пузырьков газа и подход к поверхности 6 сепарации других пузырьков согласно законам механики движения газожидкостных смесей приведет к коагуляции - слипанию и укрупнению пузырьков газа, что даст увеличить величину действующей Архимедовой силы, следовательно, и величину скорости восходящего движения газовых пузырьков.When the gas-liquid mixture is rotated due to the low velocity of the "drift" of the bubbles toward the
С другой стороны, пузырьки газа с диаметром dп, двигаясь горизонтально к щели 13, из-за своих диаметров и ширины щели do, не могут проходить через щель 13 и будут вытеснены в пространство перед цилиндрической поверхностью сепарации 6 другими пузырьками, приближающимися к щели.On the other hand, gas bubbles with a diameter of d p moving horizontally towards the
Таким образом, поверхность 6 пропустит через щели 13 однородную жидкость (нефть + вода попутная) и в отверстия 3, 4 и 5 будет попадать сепарированная однородная смесь. Уменьшение в смеси газовых пузырей стабилизирует подачи УЭЦН, ШГН. Коэффициент сепарации пузырькового сепаратора будет ближе к 100%. Литература:Thus, the
1. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. М. 2003. Стр. 424, 474.1. Mishchenko I.T. Downhole oil production. Publishing House "Oil and Gas" Russian State University of Oil and Gas. I.M. Gubkina. M. 2003. p. 424, 474.
2. Сургутнефтегаз. Семинар по технологии ПНС. Талса. Оклахома, 15.Х.1995.2. Surgutneftegas. Workshop on PNS technology. Tulsa. Oklahoma, 15.X. 1995.
3. Хусаинов З.М., Усманов И.Ш., Гареев А.А. К вопросу сепарации газа. Нефтепромысловое дело, №2, 2000, Стр.21-22.3. Khusainov Z.M., Usmanov I.Sh., Gareev A.A. On the issue of gas separation. Oilfield business, No. 2, 2000, Pages 21-22.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011140395/03A RU2487993C2 (en) | 2011-10-04 | 2011-10-04 | Method of gas separation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011140395/03A RU2487993C2 (en) | 2011-10-04 | 2011-10-04 | Method of gas separation |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011105846 Substitution | 2011-02-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011140395A RU2011140395A (en) | 2013-04-10 |
RU2487993C2 true RU2487993C2 (en) | 2013-07-20 |
Family
ID=48791337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011140395/03A RU2487993C2 (en) | 2011-10-04 | 2011-10-04 | Method of gas separation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2487993C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1242601A1 (en) * | 1984-02-22 | 1986-07-07 | Rajko Valerij V | Installation for joint/separator lifting of liquid and gas |
US6382317B1 (en) * | 2000-05-08 | 2002-05-07 | Delwin E. Cobb | Apparatus and method for separating gas and solids from well fluids |
US20100147514A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Ron Swaringin | Columnar downhole gas separator and method of use |
-
2011
- 2011-10-04 RU RU2011140395/03A patent/RU2487993C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1242601A1 (en) * | 1984-02-22 | 1986-07-07 | Rajko Valerij V | Installation for joint/separator lifting of liquid and gas |
US6382317B1 (en) * | 2000-05-08 | 2002-05-07 | Delwin E. Cobb | Apparatus and method for separating gas and solids from well fluids |
US20100147514A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Ron Swaringin | Columnar downhole gas separator and method of use |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КЕРЕЦ В.Г. и др. Основы нефтегазового дела. - Издательство Томского политехнического университета, 2010, с.126, рис.11.5. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011140395A (en) | 2013-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2193652C2 (en) | Gas separator and method of its operation | |
US20040011745A1 (en) | Combined degassing and flotation tank | |
EA011658B1 (en) | Initial separation of fluid at well head | |
US7290607B2 (en) | Device for the separation of the gas phase from a mixture of fluid/gas for use in hydrocarbons producing and injection wells | |
US7389816B2 (en) | Three phase downhole separator process | |
CN103883305A (en) | Deepwater seabed oil and water separation and reinjection device | |
RU2394153C1 (en) | Procedure for operation of high water flooded oil well | |
RU2395672C1 (en) | Water oil well operation plant | |
RU2487993C2 (en) | Method of gas separation | |
RU2447269C1 (en) | Method to develop deposit with forced product offtake and device for its realisation | |
Drozdov et al. | Investigation of pump-ejector systems characteristics for water alternating gas injection | |
RU115421U1 (en) | BUBBLE SEPARATOR | |
US8075770B2 (en) | Flotation device | |
Zaraki et al. | Experimental investigation of flow regime and efficiency of airlift pumps with tapered upriser pipe | |
Syikilili et al. | Effect of pipeline inclination on multiphase flow | |
RU2701673C1 (en) | Device for determination of water content of well oil | |
RU98471U1 (en) | DEVICE FOR SEPARATION OF FREE GAS FROM A GAS-LIQUID MIXTURE BY RECEPTION OF A DEPTH CENTRIFUGAL PUMP FOR OIL PRODUCTION | |
Langbauer et al. | Efficiency Testing of Oil Field Downhole Desanders | |
Marum et al. | Enhancement of the Gas Extraction for Reservoir Identification in a New Mud Logging System | |
Sadatomi et al. | Feasibility study on lifting of seabed materials using a bubble-jet-type air-lift pump | |
RU2446276C1 (en) | Development method of deposit with forced product withdrawal, and device for its implementation | |
Wang et al. | Experimental Study of Down Hole Gas Liquid Separators | |
RU1789680C (en) | Method for degassing drilling mud during mud logging | |
RU2750079C1 (en) | Pump-compressor for oil production with high free gas content at pump intake | |
Nikonov et al. | THE STUDY OF SOLID PARTICLES EFFECT ON THE GAS BUBBLE DISPERSION DYNAMICS OF COMPLEX GAS-LIQUID MIXTURES AT THE INTAKE SCREEN OF SUBMERSIBLE PUMP |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151005 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181106 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191005 |