Способ сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием и устройство для его осуществления
Изобретение относится к способу сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием и устройству для его осуществления. Целью изобретения является повышение эффективности работы систем сбора и разделения, а также обеспечение устойчивой работы трубопровода. Осуществляют совместное движение в подводящем трубопроводе газа и жидкости и предварительное разделение смеси в расширителе. Поддерживают значение критерия Вебера WE в подводящем трубопроводе в интервале 10*98WE≤12, а в расширителе 3,5 *98WE≤4,5. Вводят реагент для снижения поверхностного натяжения. Устройство содержит подводящий трубопровод с распыливающим устройством в виде установленного поперек потока ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок, верхние концы которых расположены на окружности с радиусом, не превышающим 1/3 диаметра трубопровода. Расширитель снабжен каплеобразователем в виде сетки с пучками проволок в узлах. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫ И KOMVITET
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Сд (Я
0 ,» (21) 4648554/26 (22) 27.12.88 (46) 30.08,91. Бюл. N 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (72) Г.Г.Корнилов, В.Г.Карамышев, В.А.Гурьянова, Е.А.Арменс кий, В.О.Палий, В.Н.Иванов, А.И.Дьячок и Ф.М,Шарифуллин (53) 66,069.84 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
fV 1308352 кл. В 01 О 19/00, 1986. (54) СПОСОБ СБОРА, ТРАНСПОРТА И РА3ДЕЛЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ С
ВЫСОКИМ ГАЗОСОДЕРЖАНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способу сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием и устройству для его осуществления, Целью изобретения является повышение эффекИзобретение относится к технологии сбора, транспорта, а также разделения фаэ при эксплуатации нефтяных. газоконденсатных месторождений и предназначено для использования в нефтяной и газовой промышленности.
Цель изобретения — повышение эффективности работы систем сбора и разделения, а также обеспечение устойчивой работы трубопровода.
На фиг, 1 изображено устройство для сбора, транспорта и предварительного разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием; на фиг. 2 — сечение А-А
Ы2, 1673156 А1
We в подводящем трубопроводе в интервале 10 < И/е 12, а в расширителе 3,5 (We < 4,5, Вводят реагент для снижения поверхностного натяжения. Устройство содержит подводящий трубопровод с распыливающим устройством в виде установленного поперек потока ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок, верхние концы которых расположены на окружности с радиусом, не превышающим 1/3 диаметра трубопровода. Расширитель снабжен каплеобраэователем в виде сетки с пучками проволок в узлах. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, б ил. на фиг. 1; на фиг. 3 — узел I на фиг. 1; на фиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 — узел II на фиг. 2; на фиг. б — кривые поясняющие способ. Способ осуществляется следующим образом. Осуществляют совместное движение в подводящем трубопроводе газ и жидкости и предварительное разделение смеси в расширителе. При этом поддерживают значение критерия Вебера We в подводящем трубопроводе в интервале 10 «Ve < t2, а в расширителе в интервале 3.5 c We < 4,5 1673156 и U»p (2) о» 8 а Целесообразно в смесь вводить реагент, снижающий поверхностное натяжение Целесообразно также при сборе и транспорте смесей с повышенной вязкостью жидкой фазы поддерживать температуру смеси, обеспечивающую значения динамического коэффициента вязкости жидкой фазы, равное или меньше 0,1 Па с, Экспериментально установлено, что если отношение динамического давления потока газа — p (U ) к капиллярному и и г 2 давлению капли 2 ал г, которое носит название числа Вебера, равно 10 или чуть больше 10 (11 — 12), то возникает деформация сначала с раздвоением, а затем дроблением и распылом на несколько (3 — 5) примерно равных капель. В приведенных выражениях; p U — соответственно плотii ность и скорость газа;о — поверхностное натяжение, г, — радиус капли. Если же радиус капли выразить через ее диаметр d», то число Вебера будет предс1авлять равенство Коснемся сил и причин, которые вначале деформируют, а затем разрывают и распыливают каплю. Эти явления обьясняются распределением нормального давления по поверхности капли при обтекании ее газом, В лобовой части капли по направлению движения газа давление достигает максимального значения (образуется зона повышенного давления). Давление равно — p (U )" (c руйка газа в лобовом на2 правлении полностью тормозится) А струйки, приходящиеся на боковые поверхности, которь е они обтекают, создают зоны пониженног0 давления. Лобовые силы плющат каплю, другие силы вытягивают ее с боков и фронтальной части. Вместо хорошо обтекаемого тела в виде сигары получается сначала дискообрээное тело, плоскость которого перпендикулярна потоку газа; оно утончается в середине с образованием пленки. 3атем пленка выдувается (раэрывается) и из одной капли образуется две. При наличии вышеназванных условий образовавшиеся капли также подвержены воздействию сил и дробятся. В результате дробление капель жидкости, вовлекаемых в газовой поток, происходит при определенной критической 55 скорости потока газа. Иэ равенства (1) эту скорость можно представить выражением II Из (2) следует, что 0»р тем больше, чем меньше капля; 0»р растет с ростом поверхностного натяжения и с уменьшением плотности газа и В предложенном способе создают такой технологический режим, когда с учетом свойств перекачиваемых сред образование эмульсионной структуры, ее устойчивость зависят от использования кинетической энергии потока газа, его скоростного напора. На фиг. 6 с использованием равенства (2) в качестве примера показана связь между критической скоростью и размером капель, при которой начинается их раздвоение, в зависимости от изменения плотности газа (при двух фиксированных значениях). Кривая 1 получена при значении р =8,12 кгl м . Это значение плотности отвеll з чает сжатию давлением 0,6 МПа нефтяного газа, плотность которого при стандартных условиях равна 1,17 кг/м, Кривая 2 получена при значении-плотности газа р =13,5 кгlм . Эта плотность отвеll з чает сжатию того же нефтяного газа давлением 1,1 МПа. Последнее соответствует среднему давлению в выкидных линиях на участке устья скважин (кустах) Ру= 1,5 МПа и коническому давлению перед сепарацией (на ЦПС, КСП) Р»= 0,7 МПа. Иэ приведенных данных, например, следует, что в обоих случаях при значении We= 10, о= 26 10 н/м,g = 8,12 кг/м капля размером d»= 2 10 м дробится при 0»р=11,5 м/с, а при значении р = 13.5 кгlм и и з Окр=8,8 м/с. Способ предусматривает создание такого режима движения, когда при заданной крупности капель жидкой фазы в пределах (0,3-0,5)10 м поддерживается (с учетом свойств фаэ) значение критерия Вебера. отнесенногоо к среднему давлению на рассматриваемом участке трубопровода, в интервале 10 < We < 12. Согласно предлагаемому способу интенсификации процесса разделения ведется установкой на пути движения смеси каплеобразователя, а также созданием такого режима по критерию Вебера (We< 10) такой скорости движения потока газа, когда 16731гб высам енные из смеси клпли без дробления сбрасываются на нижн>ою обраэующу>о трубы. Устройство содержит подводящий трубопровод 1, расширитель 2, в котором устлновлен каплеобразователь 3. Установка каплеобрлэовлтеля 3 производится эа областью образования вторичных течений при входе потока смеси в расширитель (примерно 1 м от торца). В трубопроводе 1 установлено поперек потока распыливлющее устройство в виде ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок 4, верхние концы которых расположены нл окружности с радиусом, не превышающим 1/3 диаметра трубопровода 1. Каплеобразователь 3 выполнен в виде сетки с ячейками, например, 0,5х0,5 см, в каждом узле которой закреплен по направлению движения потока пу!ок иэ 4-6 проволок, струн или капроновых нитей. Диаметр расширителя dr, определяется из выражения (3) dр = 0.91 м Как в данном примере, так и при практическом использовании >!oобходимо руководствоваться граФиком d,,= f(U Длину проволок находят из выражения 1 d 1пр — — т- —, 6 (2 с1>;р (4) где d — диаметр подводящего сборного трубопровода; U р — критическля скорость смеси в подводящем трубопроводе, полученная из принятого критерия Вебера, о, р из Н равенства (2); Бр — скорость смеси в свободной части расширителя. Пример 1. Г1усть в подводящем трубопроводе 1 диаметром с1=-0,5м,критическая скорость смеси газа с жидкостью, при которой не подвержены дроблению капли диаметром дк= 0,5 мм, составляет -UKt;= 20 мlс, а в расширителе скорость, при которой не будут подвержены дроблению капли, полученные в каплеобразовлтело, диаметром d>,=4 мм составляет Ut>= 6,0 м/с, тогда из (3) где 5 д - толщина пленки, образу>ощл»ся нл проволоках (нитях) tpt1 высэживлнии жидкости. Пример 2. Клпли жидкости, выплдля нл поверхность проволок диаметром 10 d„t,= 1,0 мм, образуют пленку толщиной г>- 0 002 мм. Г!ереме>цаясь по проволоке, пле»ка образует клпл>о. которая обрывается нл ее конце. Размер капли равен с!„=-2,0 мм обы«нэя пипетка дает клпли порядка 15 2 3 мм). Из (4) длина проволоки (пучкэ) со1»р — 0,66 M. Находясь в потоке газа, проволоки (нити) подвержены механическому воздействию. Гакое воздействие приводит их в ?0 колеблтельное состояние с образованием t3oлн Г1робежка волн по нитям с определеннои лмг>литудой (в длнном слу«ае имеется в виду расположение гребней, впадин в прострлнс>ве) способствуе> клк увеличению 25 числл нлбеганий летящих капель на нити пу Ivë, тлк и с>ряхивлнию клпель. В слу«ле малои плотности потока капель возможна уст >новка дополнительного ка плеобрлзователя. 30 Устройство работает следующим образо>м. Смесь газа и жидкости движется в подводящеM грубопроводе 1. На рлcï>,tëèþ>ощем устройстве 4 производится дробление 35 и р;>спыление клпель жидкости, образуется змульсионнля структура. Получение эмульсионной структуры протекает lto следу>ощей схеме. При дисперсно-полукольцевом и при 40 дисперсно-кольцевом режимах движения смеси на границе раздела фаз жидкость— газ постоянно присутствуют гравитационные волны. С гребней последних наблюдается беспрерывный отрыв клпель и струй, 45 которые также дробятся на капли. В зависимости от скорости потока газа, крупности капель, срываемых с гребней волн, одни капли, пролетая по определенной траектории, снова слива:отся с потоком жидкости, 50 другие дробятся нл более мелкие капли. Выпадение и дробление капель зависят как от дивами«еского давления (скоростного напора), воздействующего на каплю,. тэк и от ее прочности, Прочность же капли зависит от 55 силы поверхностного натяжения и вязкости жидкости. Смесь в виде змульсионной структуры поступает в расширитель 2 на кл»л> образователь 3, где происходит осажден>ге капель 1673156 жидкости на проволоках. Из расширителя 2 гаэ выводят по газовой линии, а жидкую фазу — по трубопроводу в сепаратор, Использование предлагаемого изобретения позволит с высокой эффективностью 5 осуществлять сбор, транспорт и промысловую подготовку нефтей с высоким газовым фактором, извлекаемых из недр. Формула изобретения 10 1. Способ сбора, транспорта и разделения гаэожидкостной смеси с высоким газосодержанием, включающий совместное движение в подводящем трубопроводе газа 15 и жидкости и предварительное разделение смсси в расширителе, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы систем сбора и разделения, поддерживают значение критерия Вебера We в 20 подводящем трубопроводе в интервале 10 < Ие 12, а в расширителе в интервале 3,5 < WG < 4,5. 2. Способпоп,1, отличающийся тем, что в смесь вводят реагент, снижающий 25 поверхностное натяжение. 3, Способпоп.1, отличающийся тем, что при сборе и транспорте смесей с повышенной вязкостью жидкой фазы поддерживают температуру смеси, обеспечивающую значение динамического коэффициента вязкости жидкой фазы, равное или меньше 0,1 Па.с. 4. Устройство для сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием, включающее подводящий трубопровод и расширитель, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения устойчивой работы трубопровода, он снабжен распыливающим устройством в виде установленного поперек потока ряда плотно прилегающих одна к другой вертикальных трубок, верхние концы которых расположены на окружности с радиусом, не превышающим 1/3 диаметра трубопровода. 5. Устройство по и. 4, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что расширитель снабжен каплеобраэователем в виде сетки с ячейками, например, 0,5х0,5 см, в каждом узле которой закреплен по направлению движения потока пучок из 4 — 6 проволочек, струн или капроновых нитей. 1673156 Фи, ra zc Составитель О.Калякина Редактор Л.Веселоская Техред М.Моргентал Корректор T.Ìàïåö Заказ 2874 Тираж 435 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101
