Способ однотрубного сбора продукции нефтяных скважин и устройство для создания пристенного слоя газовой смазки

 

I. Способ однотрубного сбора продукции нефтяных скважин, включающий совместное движение газа и жидкости по одной трубе в режиме движения газовой фа зы в виде дискретных включений внутри жидкости, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, образующееся в процессе движения газожидкостной смеси ядро газового потока переводят из верхней половины сечения трубы в пристенный слой ее нижней половины с образованием пленочного слоя газовой смазки. (Л Щель 7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зШ F 17 D 1/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Щ/ Р4 . . 4».

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,ц

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ цА

Д/ю енис

Ей Эй

CO

CO

4ь

Сл

Я6иясн

ФиФес (21) 3489684/25-08 (22) 03.09.82 (46) 30.06.84. Бюл. № 24 (72) Г. Г. Корнилов, Ю. И. Толкачев, М. Н. Иошпе, М. Г. Альхамов и Н. Л. Карпушин (71) Башкирский государственный университет им. 40-летия Октября и Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (53) 621.643 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 901707, кл. F 17 D 1/00, 1982 (прототип).

2. Карамышев Е. Г. и др. Устройство для создания эмульсионной структуры при совместном движении жидкости и газа. — Сб.

«Сбор, подготовка нефти н воды и защита от коррозии нефтепромыслового оборудования». Уфа, 1980, с. 35 — 39 (прототип).

„„SU„„1100459 A (54) СПОСОБ ОДНОТРУБНОГО СБОРА

ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИСТЕННОГО СЛОЯ ГАЗОВОЙ СМАЗКИ. (57) 1. Способ однотрубного сбора продукции нефтяных скважин, включающий совместное движение газа и жидкости по одной трубе в режиме движения газовон фазы в виде дискретных включений внутри жидкости, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, образующееся в процессе движения газожидкостной смеси ядро газового потока переводят из верхней половины сечения трубы в пристенный слой ее нижней половины с образованием пленочного слоя газовой смазки.

1100459

25 — ЗО .

2. Устройство для создания пристенного слоя газовой смазки, включающее установленный в трубе узел изменения направления движения газовой фазы, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат, оно выполнено в виде полого коробчатого корпуса с цилиндрическими стенками, направленного открытым концом навстречу потоку, и дном в виде двух перекрещивающихся пластин, имеющим уклон осей вертикального диаметра трубы к его боковой стенке и

Изобретение относится к технике и технологии сбора и транспорта газожидкостных смесей и преимущественно может быть использовано при однотрубном сборе продукции нефтяных месторождений.

Известен способ однотрубного сбора и транспорта газожидкостных смесей, сущность которого заключается в следующем.

При совместном движении по трубе кругового сечения газовой и жидкой фаз можно наблюдать довольно обширное разнообразие структурных форм (режимов течения). Их существование зависит от многих факторов, связанных как со свойствами самих фаз, их расходным соотношением, так и с условиями пролегания трубопровода.

Значимость структурных форм пребывания газа в потоке жидкости с точки зрения затрат на перемещение смеси не одинакова. Из экспериментальных данных, полученных при течении двухфазных газожидкостных потоков со средами вода-воздух, нефть-воздух, нефть-попутный нефтяной газ, установлено, что для структурных форм, когда газовые включения движутся внутри жидкой фазы, удельный расход энергии на перемещение смеси значительно ниже по сравнению с формами, когда они объединяются и движутся по самостоятельному каналу. При движении газа по самостоятельному каналу (расслоенный режим течения смеси) расход энергии можно характеризовать коэффициентом скольжения U /U, где U и U — соответственно истинные скорости газовой и жидкой фаз. Чем выше это отношение, тем при прочих равных условиях выше расход энергии. Дело в том, что при расслоенном движении фаз наблюдается образование вначале гладких, а затем шквальных волн, причем значительная часть энергии расходуется на образование, жизнь и разрушение волн жидкой фазы в результате периодического перекрытия ими канала газа. С целью снижения уровня пульсаций давления, умень5

35 соединенным с обечайкой эллипсообразного коробчатого сечения так, что наружная поверхность упомянутого узла по периметру плотно прилегает к внутренней стенке трубы.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что обечайка выполнена в виде двух листов, каждый из которых имеет щель.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что угол наклона верхнего листа обечайки по отношению к стенке трубы составляет

2 шения расхода энергии согласно способу сепарацию газожидкостной смеси ведут при давлении, обеспечивающем режим движения смеси, при котором газ движется в виде включений внутри жидкости. При этом расходное газосодержание смеси не больше

0,72 — 0,75. Требуемая для осуществления способа величина минимально необходимого давления сепарации зависит, в частности, от величины полного газового фактора, приведенного к атмосферному давлению (1).

Однако при большом значении полного газового фактора, приведенного к атмосферному давлению (>60 м /мз), давление, при котором рекомендуется проводить сепарацию газожидкостной смеси, оказывается высоким, что вследствие увеличения устьевого давления снижает дебит скважины.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является диспергатор, работа которого заключается в том, что газ через специальную трубу подается в узел изменения направления движения газовой фазы, выполненный в виде камеры смешения, в которой установлены диафрагмы и происходит выравнивание скоростей газовой и жидкой фаз и изменение режима движения смеси. На выходе диспергатора образуется эмульсионная структура газожидкостной смеси (2).

Недостатком данного устройства является то, что его конструктивные особенности не полностью учитывают особенности структурных форм, возникающих при движении газожидкостной смеси. Действительно, диафрагмы расположены симметрично относительно оси диспергатора, совпадающей с осью трубы, по которой течет смесь, причем нижняя грань омывается жидкой фазой, что приводит к дополнительному местному сопротивлению. Эмульсионная структура возникает благодаря интенсивному турбулентному перемешиванию жидкой и газовой фаз в диафрагмах, т.е. на созда1100459 ние благоприятных с точки зрения энергетических затрат структур газожидкостного потока расходуется часть энергии, предназначенной для транспорта смеси.

Цель изобретения — снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему совместное ° спутное движение газа и жидкости по одной трубе в режиме движения газовой фазы в виде дискретных включений внутри жидкости, образующееся в процессе движения газожидкостной смеси ядро газового потока переводят из верхней половины сечения трубы в пристенный слой нижней половины сечения с образованием пленочного слоя газовой смазки.

Скоростной напор ядра газовой фазы при ее движении над жидкостью используется не на образование волн, а на отрыв жидкой фазы от стенок трубы и на заполнение

1О

15 неровностей и каверн стенок трубы газовой 20 вой стенке и соединенным с обечайкой эллипсообразного коробчатого сечения так, что наружная поверхность узла изменения направления движения газовой фазы по периметру трубы плотно прилегает к внутренней стенке трубы.

Обечайка выполнена в виде двух листов, каждый из которых имеет щель. фазой с помощью специально организованного поддува газа на длине смоченного периметра под слой жидкости, а также создание слоя газовой смазки.

Поток газа, направленный в пристеноч- ный слой под жидкость, до восстановления расслоенного режима течения смеси находится внутри жидкой фазы в виде дискретных включений и не участвует в образовании волн, что расширяет границы области существования пузырьково-снарядного режима.

Отвлечение части потока газа способствует снижению скоростного напора, выравниванию средний скоростей фаз смеси (приближению отношения U /U к единице), уменьшению величины проскальзывания газа относительно жидкости. 35

Кроме того, оттеснение жидкости от стенок трубы и образование слоя газовой смазки позволяют сократить площадь омывае-. мой жидкостью поверхности трубы, вследствие чего снижается сопротивление трения, так как для хорошо обтекаемых тел это 4О сопротивление приблизительно пропорционально квадрату скорости и площади смоченной поверхности.

Устройство, включающее установленный в трубе узел изменения направления движе- 45 ния газовой фазы, выполнено в виде полого коробчатого корпуса с цилиндрическими стенками, направленного открытым концом навстречу потоку, и дном в виде двух перекрещивающихся пластин, имеющим уклон от вертикального диаметра трубы к его боко- gp

Угол наклона верхнего листа обечайки, образующего щель, по отношению к стенке трубы составляет 25 — 30 .

Предлагаемое выполнение обечайки позволяет направлять ядро газового потока в пристенный слой жидкости.

Выполнение угла наклона в п ределах

25 — 30 позволяет направлять поток газа к стенке трубы под углом, обеспечивающим отрыв жидкости от стенки и заполнение имеющихся каверн газом с образованием слоя газовой смазки.

Способ осуществляется следующим образом.

Ядро газового потока, движущегося над слоем жидкости, переводится с помощью предлагаемого устройства в пристенный слой жидкости в нижней половине трубы так, что газ заполняет неровности и каверны стенки трубы с образованием слоя газовой смазки.

При этом газ двигается до восстановления расслоенного режима течения смеси в виде дискретных включений, находящихся внутри жидкости.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа.

Устройство представляет собой коробчатый корпус Iсдном 2,,имеющим уклон от вертикального диаметра трубы к его боковой стенке. Дно воронки соединено с обечайкой 3 эллипсообразного коробчатого сечения

Внешний диаметр корпуса и обечайки равен внутреннему диаметру трубы 4. Обечайка выполнена в виде верхнего 5 и нижнего 6 листов, каждый из которых снабжен щелью 7. Профили обечайки и щели показаны на схеме сечением А-А. Угол наклона верхнего листа обечайки по отношению к стенке трубы составляет 25 — 30 .

Наружная поверхность предлагаемого устройства должна плотно прилегать к внутренней стенке трубы, для чего целесообразно использовать сварку.

Устройство необходимо установить открытым концом навстречу потоку в области расслоенного волнового режима течения газожидкостной смеси (целесообразно установить его в начале области образования волн, которой соответствует значение расходного газосодержания равное 0,72 — 0,75) .

Устройство работает следующим образом.

В результате того, что открытый конец корпуса направлен навстречу потоку газо- вой фазы, ядро газового потока попадает в корпус и за счет выполнения дна в виде перекрещивающихся пластин направляется от центра в область периферии, где устремляется в щель обечайки. При этом из-за скоростного напора газовой фазы происходит обрыв жидкости от стенки, заполнение неровностей и каверн газом, в результате чего создается слой газовой смазки.

1100459

Составитель И. Петоян

Техред И. Верес Корректор Ю. Макаренко

Тираж 47! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! !3035, Москва, Ж вЂ” -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Ю. Ковач

Заказ 4432/31

1 аким образом, перевод расслоенного волнового пульсационного режима течения смеси в пузырьково-снарядный режим расширяет границы существования первой области и приводит к значительному снижению затрат энергии на перемещение смеси.