газожидкостный сепаратор и система разделения жидкости и газа

Формула изобретения

1. Газожидкостный сепаратор, содержащий трубчатую секцию с впускным отверстием, соединенным с верхней частью подводящей смесь жидкость-газ трубы и с выпускным отверстием для выхода газа, по существу, свободного от жидкости, соединенным с нижней частью подводящей трубы, при этом трубчатая секция содержит первую дренажную секцию для отвода жидкости, прошедшей предварительное разделение, множество неподвижных лопастей, установленных ниже первой дренажной секции и предназначенных для принудительного придания смеси жидкость-газ вихревого движения для дальнейшего принудительного разделения смеси, вторую дренажную секцию, расположенную ниже лопастей, для удаления жидкости, прошедшей дополнительное разделение, отличающийся тем, что неподвижные лопасти выполнены из двух радиальных комплектов лопастей - внешнего и внутреннего, расположенных параллельно и симметрично вокруг оси трубчатой секции.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что внешний комплект лопастей содержит большее количество лопастей, чем внутренний.

3. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что лопасти наклонены по направлению потока смеси жидкость-газ и по окружности.

4. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что лопасти внешнего комплекта имеют больший угол наклона к оси трубчатой секции, чем лопасти внутреннего комплекта.

5. Сепаратор по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что впускное отверстие трубчатой секции расширено в направлении потока смеси жидкость-газ.

6. Сепаратор по одному из пп. 1 5, отличающийся тем, что он снабжен третьей дренажной секцией, примыкающей к лопастям.

7. Сепаратор по по одному из пп.1 6, отличающийся тем, что дренажные секции соединены с общим танком.

8. Сепаратор по п. 7, отличающийся тем, что он снабжен средствами для обеспечения контроля и регулирования уровня жидкости в танке.

9. Сепаратор по одному из пп. 1 8, отличающийся тем, что он снабжен концентрическим редуктором, расположенным ниже лопастей.

10. Сепаратор по одному из пп.1 9, отличающийся тем, что он снабжен трубчатой втулкой, примыкающей к каждой дренажной секции, для перемещения жидкости к стенке трубчатой секции и для направления ее к дренажной секции.

11. Система разделения жидкости и газа, содержащая более одного сепаратора, соединенных последовательно, отличающаяся тем, что сепараторы выполнены по одному из пп.1 10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для отделения жидкости, находящейся в смеси жидкость/газ.

Извлекаемый из скважин газ обычно содержит жидкость, которую необходимо удалять. Для выполнения этой операции на промысловом месторождении газа обычно используют различное сушильное оборудование, что неизбежно связано с проблемой экономичного использования свободного пространства на месторождении.

Кроме того любая поломка или обслуживание, при которых сепаратор не используется, может снизить производительность месторождения.

Выполненный по изобретению газо-жидкостный сепаратор содержит трубчатую секцию с впускным отверстием, которое в процессе практического использования сепаратора соединяется с верхней частью подводящей смесь газа с жидкостью трубы, и с выпускным отверстием, которое в упомянутом случае соединяется с нижней частью подводящей смесь трубы; трубчатая секция содержит также первую дренажную секцию для отвода жидкости, которая уже прошла предварительное разделение, множество неподвижных лопастей ниже первой дренажной секции, которые расположены таким образом, чтобы в процессе работы сепаратора они придавали смеси жидкость/газ вихревое движение с целью дальнейшего и более полного разделения жидкости и газа, вторую дренажную секцию, расположенную ниже лопастей и предназначенную для отвода жидкости, которая была выделена в ходе последней операции разделения, при этом через выпускное отверстие трубчатой секции сепаратора будет выходить газ, который по существу будет свободен от жидкости.

Сепаратор по изобретению, который предварительно заключен в трубчатую секцию, можно устанавливать в обычной подводящей трубе. Именно поэтому для этого сепаратора требуется минимальное пространство.

Поскольку в этом сепараторе не используются подвижные части и детали, то он отличается исключительной надежностью и минимальным обслуживанием.

Лопасти можно располагать в любой конфигурации, которая гарантирует образование вихревого движения смеси жидкость/газ.

Оптимальное разделение смеси достигается при использовании двух комплектов лопастей, т.е. радиально наружного и радиально внутреннего комплектов, расположенных параллельно, причем каждый из комплектов должен будет располагаться вокруг оси трубчатой секции.

Лопасти расположены с наклоном по направлению потока смеси жидкость/газ, а также имеют наклон по окружности.

Является предпочтительным, чтобы:

радиально внешний комплект лопастей содержал большее количество лопастей, чем радиально внутренний комплект лопастей;

радиально внешний комплект лопастей имел больший угол наклона по отношению к оси трубчатой секции.

Рекомендуется, чтобы впускное отверстие трубчатой секции было расширено по направлению потока смеси жидкость/газ. Подобное расширение ускоряет процесс предварительного разделения смеси жидкость/газ.

Чтобы ускорить отвод жидкости из сепаратора, можно устанавливать и использовать третью дренажную секцию, которая должна располагаться около комплектов лопастей.

Является предпочтительный, чтобы дренажные секции отводили жидкость непосредственно в общий танк. Для постоянного контроля регулирования уровня жидкости в этом танке рекомендуется использовать специальные средства.

Для ускорения процесса осушения можно использовать более одного описанного выше сепаратора, которые должны устанавливаться последовательно один за другим.

На фиг. 1 дан аксиальный разрез через секцию трубы и танк; на фиг. 2 - аксиальный разрез через лопасти; на фиг. 3 - вид спереди на лопасти; на фиг. 4 - разрез вдоль линии IV-IV (фиг. 2); на фиг. 5 - разрез вдоль линии V-V (фиг. 2); на фиг. 6 - разрез вдоль линии VI-VI (фиг. 2); на фиг. 7 - разрез вдоль линии VII- VII (фиг. 2).

Заключенный внутрь трубчатой секции 1 сепаратор устанавливается между верхней частью 2 по ходу потока и нижней частью 3 по ходу потока подводящей смесь жидкость/газ трубы.

Соединение верхнего конца по ходу потока и нижнего конца по ходу потока трубчатой секции 1 с подводящей смесь жидкость/газ трубой осуществляется с помощью концентрического расширителя 4 и концентрического редуктора 5 соответственно.

На внутренней стенке трубчатой секции 1 около верхнего и нижнего концов трубчатой секции 1 соответственно установлены два диффузора 6 и 7.

Каждый диффузор содержит кольцеобразную тарелку 10, которая закреплена на стенке трубчатой секции 1, и трубчатую втулку 11, которая простирается вверх от внутренней кромки кольцеобразной тарелки.

Подобное расположение деталей дает возможность образовать зазор 12 в радиально центральной зоне трубы, а кольцеобразная тарелка 10 и трубчатая втулка 11 образуют ловушку для улавливания жидкости, вытекающей из радиально внешней части трубчатой секции 1. Дренажные секции 8, 9 образованы около трубчатых втулок 11 соответствующих диффузоров 6, 7.

Объединенное устройство образования вихревого потока/диффузора 13 расположено между диффузорами 6, 7, и оно связано с третьей дренажной секцией 14. Устройство образования вихревого потока состоит из радиально внутреннего комплекта 15 и радиально внешнего комплекта 16 лопастей, показанных на фиг. 2-7.

Радиально внутренний комплект лопастей 15 состоит из 8 лопастей, каждая из которых имеет наклон вперед по отношению к оси трубчатой секции 1.

Радиально внешний комплект лопастей 16 состоит из 16 лопастей, которые имеют наклон вперед по отношению к оси трубчатой секции под несколько большим углом, чем лопасти радиально внутреннего комплекта лопастей 15.

На верхнем конце устройства образования вихревого потока установлен конический дефлектор для направления смеси жидкость/газ, протекающей смежно оси трубчатой секции, в сторону комплектов лопастей 15, 16.

Внутренняя втулка 18 образует маршрут потока для смеси жидкость/газ, покидающей радиально внутренний комплект лопастей 15.

Внешняя втулка 19 и кольцеобразная тарелка 20, которая крепится на стенке трубчатой секции 1, образуют диффузор, который будет идентичен уже описанным выше двумя диффузорам 6, 7.

Три дренажные секции 8, 9 и 14 отводят жидкость к общему танку хранения жидкости 21, который снабжен уровнемером с визуальным отсчетом 22. Для удаления жидкости из танка 21 используется система труб 23.

При использовании сепаратора по изобретению попадающая в подводящую трубу смесь жидкость/газ входит в сепаратор через расширитель 4. Расширение смеси имеет своим конечным результатом небольшое уменьшение скорости, которое допускает и обеспечивает некоторое естественное отделение жидкости от газа. Выделяемые при этом частицы жидкости обычно имеют диаметр в диапазоне 10- 15 мкм.

Эти частицы жидкости выделяются из газовой фазы по направлению к внешней стенке сепаратора и улавливаются диффузором 6.

Улавливаемая таким образом жидкость вынуждена под действием силы тяжести протекать вокруг внешней стороны втулки 11, а затем выходить через дренажную секцию 8. Газовая фаза смеси, которая легче жидкой фазы смеси, удерживается в центре трубы и проходит через зазор 12 в диффузоре 6.

По мере продвижения частично разделенной смеси вдоль трубчатой секции происходит некоторое дополнительное естественное разделение смесили выделяемая на этой стадии жидкость улавливается диффузором 19, 20 объединенного устройства образования вихревого потока диффузора 13 и стекает через дренажную секцию 14.

Остальная часть смеси попадает в секцию расположения двух комплектов лопастей 15 и 16, где она принудительно получает вихревое движение.

Протекающая ближе к оси трубы смесь будет вынуждена проходить между радиально внутренними лопастями 15 (возможно после того, как смесь уже была отклонена коническим дефлектором 17) и будет проходить через внутреннюю втулку 18.

Протекающая дальше от оси трубчатой секции 1 смесь будет протекать внутри внешней втулки 19, проходить между лопастями 16 и выходить из объединенного устройства образования вихревого потока/диффузора 13 через расположенное в кольцеобразной тарелке 20 отверстие.

Следовательно, объединенное устройство 13 образует переменный вихревой поток, который вынуждает коагулированные капли жидкости перемещаться по направлению к внешней стенке трубчатой секции 1. Выделяемая на этом этапе жидкость улавливается диффузором 7 и стекает через дренажную секцию 9.

Осушенный в результате выделения жидкости газ (к этому моменту степень его безводности достигает 98%) проходит через редуктор 5 и возвращается в нижний конец 3 подводящей смесь трубы.

Уровень жидкости в танке 21, который осушается через дренажные секции 8, 9 и 14, постоянно контролируется с помощью уровнемера с визуальным отсчетом 22, и уровень жидкости в танке поддерживается за счет своевременного отвода жидкости через трубы 23, режим работы которых регулируется дроссельными клапанами.