Устройство разделения водогазонефтяной смеси

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к способам для транспортирования и разделения продукции нефтяных скважин при сборе, подготовке и транспорте нефти. Обеспечивает повышение скорости и качества очистки нефти. Сущность изобретения: устройство состоит из трубопровода, выполненного диаметром d_тр>2λ/2,61, содержащего входной, средний и выходной участки. Средний участок заполнен пучком продольно ориентированных тонких труб. Выходной участок содержит узлы отбора фракций для газа, нефти и воды. К n отверстиям, выполненным на диаметрально противоположных образующих боковой поверхности входного участка трубопровода с шагом l_ш≥1/αlge присоединены патрубки с волноводными фланцами длиной l_n≥λ/4 и диаметром d_n>2λ/3,41, содержащими диэлектрические радиопрозрачные герметизирующие вкладыши длиной (l_n - d_n/2)≤l_д≤l_n, с конической выточкой со стороны фланца глубиной 0≤h<l, углом при вершине 0<γ≤90° и диаметром основания 0≤d_в<d. К волноводным фланцам подсоединены n генераторов сверхвысоких частот (СВЧ). Волноводные фланцы патрубков, размещенные на диаметрально противоположных образующих боковой поверхности входного участка трубопровода, развернуты относительно друг друга по оси патрубка на угол β = 90°, где n - целое число 1,2,3. ..; λ - длина волны сигнала генератора СВЧ; α - коэффициент затухания электромагнитной волны в трубопроводе с водогазонефтяной эмульсией. 2 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам для транспортирования и разделения продукции нефтяных скважин при сборе, подготовке и транспорте нефти.

Известно устройство разделения водогазонефтяной смеси, ( см. Наклонный депульсатор конструкции ВНИИСПТнефти. Обзорная информация. Серия Нефтепромысловое дело. Совершенствование процессов сепарации нефти и сбора нефтяного газа на месторождениях Западной Сибири. - М.: ВНИИОЭНГ, 1979, стр. 23), состоящее из наклонного депульсатора, через который пропускают водогазонефтяную смесь, и узлов отбора разделенных фаз нефти.

Прототипом изобретения является "Устройство разделения водогазонефтяной смеси" (см. книгу Г.С. Лутошкин. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. - М.: Недра, 1979, стр. 143, рис. 52), состоящее из трубопровода, содержащего три участка - входной, средний и выходной, средний участок заполнен продольно ориентированным пучком тонких труб, выходной участок выполнен наклонным и содержит узлы отбора фракций нефтяной эмульсии.

Недостатком прототипа является недостаточно быстрая и недостаточно качественная очистка нефти из-за большой вязкости и сильных межмолекулярных связей в газоводонефтяной смеси.

Решаемая техническая задача заключается в повышении скорости и качества очистки нефти.

Решаемая техническая задача в устройстве разделения водогазонефтяной смеси, состоящем из трубопровода, содержащего три участка - входной, средний и выходной, при этом средний участок трубопровода заполнен продольно ориентированным пучком тонких труб, выходной участок трубопровода содержит узлы отбора фракций водогазонефтяной смеси, достигается тем, что к входному участку трубопровода, диаметром d_тр>2λ/2,61 через n отверстий, выполненных на диаметрально противоположных образующих его боковой поверхности с шагом _ш≥ 1/αlge посредством n патрубков с волноводными фланцами длиной l_n≥ λ/4 и диаметром d_n>2λ/3,41, содержащими диэлектрические радиопрозрачные герметизирующие вкладыши длиной (l_n-d_n/2)≤l_д≤l_n с конической выточкой со стороны фланца глубиной 0≤h<l, углом при вершине 0<γ≤90° и диаметром основания 0≤d_в<d, подключены n генераторов сверхвысоких частот, при этом волноводные фланцы патрубков, размещенные на диаметрально противоположных образующих боковой поверхности входного участка трубопровода развернуты относительно друг друга по оси патрубка на угол β = 90°, где n - целое число 1,2,3,...., λ - длина волны сигнала генератора СВЧ, α - коэффициент затухания электромагнитной волны в трубопроводе с водогазонефтяной эмульсией.

На фиг. 1 изображено устройство разделения водогазонефтяной смеси.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение трубопровода с патрубками и диэлектрическими радиопрозрачными герметизирующим вкладышами.

Устройство (фиг. 1, 2) состоит из трубопровода 1, выполненного диаметром d_тр>2λ/2,61, содержащего входной участок 2, средний участок 3 и выходной участок 4. Средний участок 3 трубопровода 1 заполнен пучком продольно ориентированных тонких труб 5, а выходной участок содержит узлы отбора фракций для газа 6, нефти 7 и воды 8. К n отверстиям 9, выполненным на диаметрально противоположных образующих боковой поверхности входного участка 2 трубопровода 1 с шагом l_ш≥ 1/αlge, присоединены патрубки 10 с волноводными фланцами 11 длиной l_n≥ λ/4 и диаметром d_n>2λ/3,41, содержащими диэлектрические радиопрозрачные герметизирующие вкладыши 12 длиной (l_n-d_n/2)≤l_д≤l_n с конической выточкой 13 со стороны фланца 11 глубиной 0≤h<l, углом при вершине 0<γ≤90° и диаметром основания 0≤d_в<d. К волноводным фланцам 11 подсоединены n генераторов сверхвысоких частот (СВЧ) 14, причем волноводные фланцы 11 патрубков 10, размещенные на диаметрально противоположных образующих боковой поверхности входного участка 2 трубопровода 1 развернуты относительно друг друга по оси патрубка 10 на угол β = 90°, где n может принимать значения n= 1, 2, 3.....

Рассмотрим предлагаемое устройство в работе.

Водогазонефтяная смесь из скважины поступает на вход трубопровода 1 на его входном участке 2 и протекает мимо отверстий с патрубками 10, откуда в трубопровод 1 поступает электромагнитная сверхвысокочастотная (СВЧ) энергия. Минимальное сечение трубопровода 1 и патрубков 10 ограничено условием существования в порожней трубе низших типов колебаний электрических и магнитных волн Н₁₁ и Е₀₁ и составляет d_тр>2λ/2,61.

Разделение на отдельные фракции газоводонефтяной смеси в трубе происходит под действием гравитационных сил при ламинарном невозмущенном движении жидкости вдоль нее. Этот процесс при воздействии СВЧ энергии на водогазонефтяную смесь ускоряется за счет ее нагрева до 60-80^oС и ослабления межмолекулярных связей в водогазонефтяной смеси под воздействием интенсивного электромагнитного поля.

Патрубки 10 с фланцами 11 и диэлектрическими вкладышами 12 выполняют роль согласующих СВЧ переходов от генераторов к трубопроводу 1. Герметизирующие радиопрозрачные диэлектрические вкладыши 12 с конической выточкой 13 являются неоднородными согласующими трансформаторами, обеспечивающими согласование перехода с трубопроводом 1 в широком диапазоне изменения состава водогазонефтяной смеси, заполняющей трубопровод 1. Длина патрубка 10 выбирается из условия реализации согласующего перехода от генератора 14 к трубопроводу 1, например четвертьволновый переход l_n≥ λ/4, а его диаметр определяется условием существования в нем основного типа колебания электромагнитной волны Н₁₁, d_n>2λ/3,41. Патрубок 10 должен быть заполнен радиопрозрачным диэлектрическим вкладышем 12 так, чтобы в патрубке 10 не оставалось бы непроточной нефти, а СВЧ энергия взаимодействовала бы с проточной водогазонефтяной эмульсией в трубопроводе 1, что обеспечивается при длине диэлектрического радиопрозрачного герметизирующего вкладыша 12 l_д равной (l_n-d_n/2)≤l_д≤l_n. Реализация согласующего устройства на основе диэлектрического вкладыша 12 осуществляется с помощью конической выточки 13, обеспечивающей плавный переход от воздушной среды, на входе патрубка 10, к водогазонефтяной смеси в трубопроводе 1. При этом не должна нарушаться герметичность патрубка 10. Это обеспечивается при глубине выточки 13 h, равной 0≤h<l, конической формы с углом при вершине γ равном 0<γ≤90° и диаметром основания 0≤d_в<d.

Однородность прогрева массы нефтяного потока необходима для поддержания ламинарного режима движения жидкости в трубе, для чего необходимо свести к минимуму конвекционное поперечное движение жидкости, вызванное неоднородностью распределения температурного поля. При этих условиях под действием гравитационных сил наиболее эффективно происходит расслаивание нефтяной смеси.

Для осуществления такого нагрева потока смеси в трубопроводе 1 в поперечном сечении трубы необходимо создать более равномерное распределение электромагнитного поля. Для этого волноводные фланцы 11 патрубков 10 на противоположных боковых поверхностях трубы развернуты относительно друг друга по оси патрубков 10 на 90^o. Это обеспечивает условия возбуждения ортогональных типов волн (Е и Н типов). Благодаря чему повышается равномерность распределения электромагнитной энергии в поперечном сечении трубопровода 1, а также обеспечивается поляризационная развязка генераторов сверхвысоких частот (СВЧ) 14, размещенных друг против друга. Развязка генераторов 14, разнесенных вдоль образующей входного участка 2 трубопровода 1, обеспечивается выбором интервала - l_ш между отверстиями 9 на боковой поверхности входной части трубопровода 2 l_ш≥ 1/αlge, при этом ограничении гарантируется ослабление поля соседнего генератора 14 на расстоянии l_ш не менее чем на 10 дБ. Это защитит генераторы 14, которые являются некогерентными, от их влияния друг на друга, что является необходимым для их нормальной работы.

Далее нагретый поток нефти проходит в среднем участке трубопровода 3 через пучок продольно ориентированных тонких труб 5. В тонких трубах 5 мелкие пузырьки газа и глобулы воды сливаются в более крупные образования и на выходе из среднего участка 3 трубопровода 1 сливаются в потоки раздельных фракций в выходном участке трубопровода 4, производят отбор разделенных фракций.

Испытания опытной установки показали, что использование СВЧ нагрева сократило время очистки нефти в два с половиной - три раза и при этом повысилось качество очистки нефти, которая доходит до 40-50 мг/л по нефти, по сравнению 70-100 мг/л у прототипа.

Формула изобретения

Устройство разделения водогазонефтяной смеси, состоящее из трубопровода, содержащего три участка - входной, средний и выходной участки, выходной участок трубопровода содержит узлы отбора фракций водогазонефтяной смеси, отличающееся тем, что средний участок трубопровода заполнен продольно ориентированным пучком тонких труб, к входному участку трубопровода диаметром d_тр>2λ/2,61 через n отверстий, выполненных на диаметрально противоположных образующих его боковой поверхности с шагом _ш≥1/αlge посредством n патрубков с волноводными фланцами длиной l_n≥λ/4 и диаметром d_n>2λ/3,41, содержащими диэлектрические радиопрозрачные герметизирующие вкладыши длиной (I_n - d_n/2)≤l_д≤l_n, с конической выточкой со стороны фланца, глубиной 0≤h<l, углом при вершине 0<γ≤90° и диаметром основания 0≤d_в<d, подключены n генераторов сверхвысоких частот, при этом волноводные фланцы патрубков, размещенные на диаметрально противоположных образующих боковой поверхности входного участка трубопровода, развернуты относительно друг друга по оси патрубка на угол β = 90°, где n - целое число 1,2,3, . . . . ; λ - длина волны сигнала генератора сверхвысокой частоты; α - коэффициент затухания электромагнитной волны в трубопроводе с водогазонефтяной эмульсией.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2