Скважинный приустьевой отбойник и способ отделения примесей от газожидкостного потока

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных, аэрозольных и капельно-жидких частиц, механических примесей из газового потока при отрицательных температурах окружающего воздуха и применяется в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Скважинный приустьевой отбойник включает корпус с днищем, в верхней части которого установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы. Нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей. Вокруг корпуса расположена обечайка с крышкой. В верхней части корпуса находится патрубок для входа газожидкостного потока, а в нижней части обечайки установлен патрубок для выхода газа. Теплый поток газожидкостной смеси подводится через входной патрубок и попадает в аппарат, где отделяются от газа механические примеси и жидкость, которые опускаются в нижнюю часть корпуса. Газ поднимается вверх, выходит из аппарата, ударяется о крышку обечайки и вынужденно поступает в пространство между наружной стенкой корпуса и внутренней стенкой обечайки, опускаясь к выходному патрубку, который находится в нижней части обечайки. Технический результат: уменьшение энергозатрат на обогрев корпуса, при повышении надежности и эффективности процесса путем уменьшения вероятности гидрато- и льдообразования. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных, аэрозольных и капельно-жидких частиц, а также механических примесей из газового потока при отрицательных температурах окружающего воздуха и применяется в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для осушки и очистки природного газа (RU 2496068 С1, 20.10.2013), содержащее корпус, в верхней части которого расположен сепаратор, а в нижней скапливается отсепарированная жидкость. Нижняя часть корпуса заключена в кольцевую рубашку для подачи теплоносителя.

Однако при использовании такого устройства требуется бесперебойный подвод теплоносителя, что влечет за собой увеличение энергопотребления. Кроме того, обогреваются только стенки корпуса, а днище остается без обогрева. При работе устройства в климатических условиях с отрицательной температурой будет возникать гидрато- или льдообразование.

Устройство по патенту RU 2390368 С2, 27.05.2010 является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Устройство содержит подводящий патрубок, корпус сепаратора, дефлектор, сепарационный пакет и соединенную с корпусом при помощи сливного штуцера накопительную емкость. Внутри накопительной емкости расположен перфорированный цилиндр с вертикальными пластинами внутри. В накопительную емкость направляют поток газовой (воздушной) фазы с плюсовой температурой, нагревая при этом пластины, которые в свою очередь должны поддерживать положительную температуру жидкости. Заявленная конструкция является очень сложной, кроме того, не позволяет полностью исключить гидрато- и льдообразование, например, в районе сливных патрубков.

Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение энергозатрат на обогрев корпуса при повышении надежности и эффективности процесса путем уменьшения вероятности гидрато- и льдообразования.

Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей включает корпус с днищем. В верхней части корпуса установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы, а нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей. Вокруг корпуса расположена обечайка с крышкой. В верхней части корпуса находится патрубок для входа газожидкостного потока, а в нижней части обечайки установлен патрубок для выхода газа. Днище корпуса может быть выполнено как коническим, так и эллипсоидным.

Преимущественно корпус выполнен вертикальным, а также может быть сферическим.

Возможно выполнение корпуса из упругого материала, например резины.

Возможно выполнение обечайки из прозрачного материала, такого, например, как стекло, пластик или оргстекло. Установка прозрачной обечайки позволяет сократить использование дополнительных измерительных приборов, оставив только оптические датчики.

Аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы делают съемным.

Между обечайкой и корпусом установлен завихритель газового потока.

В верхней части накопительной емкости расположен переливной штуцер, соединенный с переливной трубой, которая расположена между корпусом и обечайкой и выходит в патрубок для выхода газа.

В корпусе имеется вертикальная труба для слива отделенной от потока жидкости, проходящая сквозь крышку обечайки, на которой закреплено запорное устройство с ручным, пневмо- или электроприводом. В трубе в верхней ее части расположено дренажное отверстие.

Кроме того, в корпусе может находиться одна или несколько дополнительных труб для слива жидкости, выходящих сбоку обечайки. Дополнительные трубы могут располагаться в разных поперечных и продольных сечениях по высоте корпуса, их нижние концы размещаться на разных расстояниях от дна корпуса, а в верхних участках труб, размещенных внутри корпуса, могут располагаться дренажные отверстия.

В днище корпуса выполнено технологическое отверстие для извлечения механических примесей, например песка.

В нижней части обечайки также может быть выполнено технологическое отверстие.

В верхней части аппарата для разделения потока на фазы установлены конусные обтекатели. Также обтекатели установлены и в крышке обечайки.

В верхней части обечайки, между крышкой и аппаратом для разделения потока на фазы может быть расположен дополнительный патрубок для выхода отсепарированного газа.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами.

На фиг. 1 схематично показан общий вид скважинного приустьевого отбойника жидкостей и механических примесей.

На фиг. 2 - аппарат для разделения потока на фазы.

На фиг. 3 схематично показано размещение технологических отверстий в нижней части скважинного приустьевого отбойника.

На фиг. 4 показано сечение скважинного приустьевого отбойника по А-А фиг. 1.

На фиг. 5 изображен общий вид скважинного приустьевого отбойника жидкостей и механических примесей (с дополнительным патрубком).

Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей состоит из вертикального корпуса 1 с днищем 3. Корпус 1 состоит из двух частей, в верхней из которых установлен аппарат 5 для разделения газожидкостного потока на фазы, а нижняя часть представляет собой накопительную емкость 6 для жидкости и механических примесей. Вокруг корпуса 1 расположена обечайка 7 с крышкой 2, в нижней части обечайки 7 установлен патрубок 8 для выхода осушенного газа. В верхней части корпуса 1 отбойника расположен патрубок 4 для входа влажного газа. В верхней части обечайки 7 между крышкой 2 и аппаратом 5 для разделения потока на фазы возможно расположение, по меньшей мере, одного дополнительного патрубка 20 с заглушкой (не показана) для выхода отсепарированного газа (наличие данного патрубка необязательно). Дополнительный патрубок 20 устанавливают для уменьшения излишних гидравлических потерь устройства.

Корпус 1 может быть выполнен из упругого материала, например резины. Это позволяет предотвращать разрывы корпуса в случае расширения объема при непредвиденном замерзании жидкости.

Аппарат 5 для разделения потока на фазы может быть выполнен сменным (заменяемым) в связи с изменением технологических характеристик рабочей среды: расхода, давления и состава разделяемой среды. Кроме того, из-за абразивного износа, изменения расхода газожидкостной смеси, скорости потока, соотношения фаз газ-жидкость-твердая фаза, меняется эффективность устройства, обеспечивающего разделение потока на фазы. Аппарат 5 может иметь специальное покрытие против абразивного износа, например из полиуретана. В верхней части аппарата 5 располагается обтекатель 19 конической формы.

Между обечайкой 7 и корпусом 1 установлен завихритель 9 газового потока, выполненный в виде профильных лопаток или наклонных пластин, прикрепленных к корпусу, например, сваркой.

В верхней части накопительной емкости 6 предусмотрен переливной штуцер 10, соединенный с переливной трубой 11, которая расположена между корпусом 1 и обечайкой 7 и выходит в патрубок 8.

В корпусе 1 имеется вертикальная труба 12 для слива жидкости, проходящая сквозь крышку 2 обечайки 7. На крышке 2 закреплен ручной, пневмо- или электропривод 13. При этом на трубе 12 в верхней ее точке внутри корпуса 1 расположено дренажное отверстие 15.

Также в корпусе 1 имеется, по крайней мере, одна дополнительная труба 14 для слива жидкости, выходящая сбоку обечайки 6, при этом на дополнительной трубе 14 в верхней ее точке внутри корпуса 1 расположено дренажное отверстие 15.

В крышке установлен обтекатель 18 для уменьшения снижения аэродинамических гидравлических потерь давления, связанных с резким изменением скоростей и направления движения отсепарированного газа.

Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей работает следующим образом.

Теплый поток газожидкостной смеси подводится к вертикальному корпусу 1 через входной патрубок 4, расположенный в верхней его части, и попадает в аппарат 5 для разделения на фазы (газовую, жидкую, твердую), в котором за счет газодинамических эффектов (вращения) отделяются от газа все виды механических примесей и жидкость.

Так, например, аппарат 5 для разделения на фазы может состоять из дефлектора и сепарационного пакета. При ударении газа о дефлектор значительная часть жидкости и механических примесей стекает вниз по дефлектору. Поток начинает закручиваться по спирали и уходить вниз по внутренней стенке. Часть потока попадает в карман-каплеуловитель. Капли заходят в карман-каплеуловитель, ударяются о его стенки и стекают вниз. Потоки газа попадают в сепарационный пакет, при прохождении в котором температура и давление газа уменьшаются. Внутри образуются внешний и внутренний потоки. Из-за того, что давление в нижней части внутреннего потока меньше, чем во внешнем, внешний поток устремляется вниз и подмешивается к внутреннему, при этом скорость внутреннего падает, температура возрастает, а также растет давление и плотность. Газ поднимается вверх и выходит из аппарата 5 для разделения потока на фазы вдоль конического обтекателя 19, ударяется о крышку 2 обечайки 7, проходит вдоль обтекателя 18 и вынужденно поступает в кольцевое пространство между наружной стенкой корпуса 1 и внутренней стенкой обечайки 7, опускаясь к выходному патрубку 8 в нижней части обечайки 7, обогревая при этом всю поверхность корпуса 1, включая днище 3 корпуса 1. Поток газа, проходящий по кольцевому пространству, закручивается за счет направляющих лопаток завихрителя 9, что улучшает теплообмен и дополнительное отделение жидкости из потока, отсепарированного в аппарате 5. Таким образом, жидкость, скапливающаяся в накопительной емкости 6, и при отрицательных температурах окружающей среды не замерзнет.

Поскольку газ поступает в отбойник влажным и с механическими примесями, то возможен износ аппарата, который разделяет газожидкостный поток на фазы. Для удобства замены аппарат 5 делают съемным и стойким к абразивному износу.

В случае заполнения накопительной емкости 6 жидкостью предусмотрены несколько вариантов ее слива. Так, например, жидкость самотеком может сливаться из переливного штуцера 10 в переливную трубу 11.

Также возможен слив жидкости через вертикальную сливную трубу 12 через запорное устройство, открываемое при помощи ручного привода, пневмо- или электродвигателя 13 или слив через дополнительную сливную трубу 14, выходящую сбоку обечайки 7. Причем в дополнительной трубе 14 предусмотрено дренажное отверстие 15 для исключения застоя воды в дополнительной трубе 14 после цикла слива жидкости. Уровни жидкости в трубе и в корпусе выравниваются за счет притока газа через дренажное отверстие 15.

Скопившиеся механические примеси (например, песок) можно удалить через технологическое отверстие 16.

Поскольку не исключено попадание малой части механических примесей между корпусом 1 и обечайкой 7, то в нижней части обечайки 7 также предусмотрено технологическое отверстие 17.

Предлагаемое изобретение позволяет исключить необходимость осуществлять электро- или парообогрев устройства. Отпадает необходимость в подводе электросети и котельной. Также не нужно применение паровой рубашки для ликвидации ледяных и гидратных пробок. Таким образом, уменьшаются энергозатраты при повышении надежности и эффективности процесса путем предотвращения гидрато- и льдообразования.

1. Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей, включающий корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы, а нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей, кроме того, вокруг корпуса расположена обечайка, причем в верхней части корпуса находится патрубок для входа газожидкостного потока, а в нижней части обечайки установлен патрубок для выхода газа.

2. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что днище выполнено коническим или эллипсоидным.

3. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что корпус является вертикальным или сферическим.

4. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из упругого материала, например резины.

5. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что аппарат для разделения потока на фазы выполнен съемным.

6. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что между обечайкой и корпусом установлен завихритель газового потока.

7. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части накопительной емкости расположен переливной штуцер, соединенный с переливной трубой, которая расположена между корпусом и обечайкой и выходит в патрубок для выхода газа.

8. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе имеется вертикальная труба для откачки жидкости, проходящая сквозь крышку обечайки, на которой закреплено запорное устройство с ручным, пневмо- или электроприводом.

9. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе имеется, по меньшей мере, одна дополнительная труба для слива жидкости, выходящая сбоку обечайки.

10. Отбойник по любому из пп. 8-9, отличающийся тем, что на вертикальной или дополнительной трубе в верхней ее части внутри корпуса расположено дренажное отверстие.

11. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в днище корпуса выполнено технологическое отверстие.

12. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части обечайки выполнено технологическое отверстие.

13. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части аппарата для разделения на фазы установлен конусный обтекатель.

14. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части обечайки между крышкой и аппаратом для разделения потока на фазы расположен дополнительный патрубок для выхода отсепарированного газа.

15. Отбойник по п. 1, отличающийся тем, что обечайка выполнена из прозрачного материала.

16. Способ отделения примесей от газожидкостного потока при помощи скважинного приустьевого отбойника по пп. 1-15, характеризующийся тем, что теплый поток газожидкостной смеси подводится к вертикальному корпусу через входной патрубок и попадает в аппарат для разделения на фазы, где отделяются от газа все виды механических примесей и жидкость, которые опускаются в нижнюю накопительную часть корпуса, а газ поднимается вверх, выходит из аппарата для разделения на фазы, ударяется о крышку обечайки и вынужденно поступает в пространство между наружной стенкой корпуса и внутренней стенкой обечайки, опускаясь к выходному патрубку, который находится в нижней части обечайки.