Фазовый сепаратор с использованием разности давлений

Изобретение относится к сепаратору жидкой и газовой фаз, который может быть использован для разделения жидкости и газов в потоке скважинных флюидов из углеводородной скважины. Сепаратор для потока газа включает горизонтальный резервуар, имеющий впуск для текучей среды, выпуск для текучей среды и траекторию потока, проходящую внутри горизонтального резервуара. Ограничитель потока расположен внутри резервуара между впускным и выпускным отверстиями. Одно или более множеств отверстий для жидкости находятся в сообщении по текучей среде с резервуаром и распложены на нижней поверхности резервуара. Каждое множество отверстий для жидкости включает первое отверстие и второе отверстие. Первое отверстие расположено выше по траектории потока относительно второго отверстия. Проточный канал находится в сообщении по текучей среде с первым отверстием и вторым отверстием. Проточный канал определяет вторичную траекторию потока, смежную с горизонтальным резервуаром, причем первое отверстие действует как вытяжной выпуск во вторичную траекторию потока, а второе отверстие действует как вытяжной выпуск из вторичной траектории потока в резервуар. Изобретение обеспечивает улучшенное разделение жидкости и газов в потоке скважинных флюидов из углеводородной скважины. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к сепаратору жидкой и газовой фаз, который может быть использован для разделения жидкости и газов в потоке скважинных флюидов из углеводородной скважины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для обработки скважинных флюидов из углеводородной скважины часто требуется разделение фаз, таких как жидкость и газы. Стратегия разделения зависит от типа скважины и состава добываемых флюидов. Однако, вообще говоря, в них присутствует песок, вода, жидкие углеводороды и газообразные углеводороды. Также могут присутствовать небольшие количества других компонентов, однако, в данном случае они не учитываются.

Если поток состоит, преимущественно, из газа, применяют ударную сепарацию жидкости в потоке газа. Типичное устройство представляет собой горизонтальный резервуар, заполненный материалом в форме частиц, таким как гравий, и снабженный перемежающимися перегородками, увеличивающими турбулентность и удлиняющими траекторию потока. На фиг. 4 показан сепаратор 100 известного уровня техники, в который поток газа поступает через впуск 102 сепаратора 100. Сепаратор 100 снабжен вертикальными перегородками 104 и, по меньшей мере частично, заполнен материалом в форме частиц (не показан). Вертикальные перегородки 104 удлиняют траекторию потока газа, вступают в контакт с потоком газа и перенаправляют поток газа, создавая турбулентность, благодаря чему в потоке газа уменьшается количество влаги. Перегородки 104, как правило, оставляют открытым проход попеременно в верхней или нижней части сепаратора 100. Жидкость собирается в нижней части резервуара, ее выводят через выпуск 106 для жидкости. Поток газа выводят через выпускное отверстие 108.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним из аспектов изобретения, им обеспечивается сепаратор для потока газа, содержащий горизонтальный резервуар, имеющий впуск для текучей среды, выпуск текучей среды, отстоящий по горизонтали вдоль резервуара от впуска для текучей среды, и траекторию потока, определяемую горизонтальным резервуаром и проходящую от впуска для текучей среды до выпуска для текучей среды. Внутри резервуара имеется ограничитель потока, распределенный вдоль траектории потока между впускным и выпускным отверстиями. Одно или более множеств отверстий для жидкости, находящихся в сообщении по текучей среде с резервуаром, распложено на нижней поверхности резервуара. Каждое множество отверстий для жидкости включает первое отверстие и второе отверстие, при этом, первое отверстие расположено выше по траектории потока относительно второго отверстия. Проточный канал находится в сообщении по текучей среде с первым отверстием и вторым отверстием. Этот проточный канал определяет вторичную траекторию потока, смежную с горизонтальным резервуаром, причем первое отверстие действует как вытяжной выпуск во вторичную траекторию потока, а второе отверстие действует как вытяжной выпуск из вторичной траектории потока в резервуар.

В соответствии с другим аспектом изобретения, ограничитель потока содержит, по меньшей мере, одно из материала в виде частиц и вертикальных отбойных перегородок, которые перенаправляют траекторию потока через резервуар.

В соответствии с другим аспектом изобретения, ограничитель потока содержит, по меньшей мере, одну вертикальную перегородку, при этом, по меньшей мере, одна вертикальная перегородка разнесена от каждого множества отверстий для жидкости так, что вертикальная перегородка не отделяет первое отверстие от второго.

В соответствии с другим аспектом изобретения, внутренний диаметр первого отверстия, по меньшей мере, в два раза или в четыре раза больше внутреннего диаметра второго отверстия.

В соответствии с другим аспектом изобретения, вторичная траектория потока включает, по меньшей мере, один сборный резервуар, который собирает жидкость и содержит слив для жидкости.

В соответствии с другим аспектом изобретения, вторичная траектория потока включает первый сборный резервуар, сообщающийся по текучей среде с первым отверстием, и второй сборный резервуар, сообщающийся по текучей среде со вторым отверстием, при этом, проточный канал соединяет первый сборный резервуар и второй сборный резервуар. Проточный канал может иметь проточный впуск в первом резервуаре и проточный выпуск во втором резервуаре, при этом, по меньшей мере, один проточный впуск или проточный выпуск ориентирован вниз. Первое отверстие может включать отрезок трубы, проходящий вниз в первый резервуар. Каждый из первого и второго резервуара может содержать слив для жидкости.

В соответствии с другим аспектом изобретения, им обеспечивается способ извлечения жидкости из потока газа, в котором имеются захваченные жидкости, включающий следующие стадии: обеспечение горизонтального резервуара, имеющего впуск для текучей среды, выпуск для текучей среды, отстоящий по горизонтали вдоль горизонтального резервуара от впуска для текучей среды, при этом, горизонтальный резервуар определяет траекторию потока в резервуаре между впуском для текучей среды и выпуском для текучей среды и имеет ограничитель потока, находящийся внутри резервуара и распределенный вдоль траектории потока между впуском и выпуском, один или несколько множеств отверстий для жидкости, находящихся в сообщении по текучей среде в резервуаром и распложенных на нижней поверхности резервуара, при этом, каждое множество отверстий для жидкости включает первое отверстие и второе отверстие, при этом, первое отверстие расположено выше по траектории потока относительно второго отверстия, проточный канал, сообщающийся по текучей среде с первым и вторым отверстиями, при этом, проточный канал определяет вторичную траекторию потока, смежную с горизонтальным резервуаром, в которой первое отверстие действует как вытяжной выпуск во вторичную траекторию потока, а второе отверстие действует как вытяжной выпуск из вторичной траектории потока в резервуар; перекачку газа с захваченной жидкостью через горизонтальный резервуар от впуска для текучей среды до выпуска для текучей среды; и обеспечение протекания части газа из горизонтального резервуара через первое отверстие, проточный канал и снова в горизонтальный резервуар через второе отверстие с тем, чтобы часть захваченной жидкости отделялась от газа.

В соответствии с другим аспектом изобретения, ограничитель потока содержит, по меньшей мере, одно из материала в виде частиц и вертикальных перегородок, которые перенаправляют траекторию потока через резервуар.

В соответствии с другим аспектом изобретения, ограничитель потока включает, по меньшей мере, одну вертикальную перегородку, при этом, по меньшей мере, одна вертикальная перегородка разнесена от каждого множества отверстий для жидкости так, что вертикальная перегородка не отделяет первое отверстие от второго.

В соответствии с другим аспектом изобретения, внутренний диаметр первого отверстия, по меньшей мере, в два раза или в четыре раза больше внутреннего диаметра второго отверстия.

В соответствии с другим аспектом изобретения, вторичная траектория потока содержит, по меньшей мере, один сборный резервуар, который собирает жидкость и имеет слив для жидкости.

В соответствии с другим аспектом изобретения, вторичная траектория потока включает первый сборный резервуар, сообщающийся по текучей среде с первым отверстием, второй сборный резервуар, сообщающийся по текучей среде со вторым отверстием, и проточный канал, соединяющий первый сборный резервуар и второй сборный резервуар. Проточный канал может иметь проточный впуск в первом резервуаре и проточный выпуск во втором резервуаре, при этом, по меньшей мере, один проточный впуск или проточный выпуск ориентирован вниз. Первое отверстие может включать отрезок трубы, проходящий вниз в первый резервуар. Каждый из первого и второго резервуара может содержать слив для жидкости.

Эти и другие аспекты, очевидные, исходя из чертежей и приведенного описания, могут быть соединены в любом приемлемом сочетании, что будет признано специалистами в данной области.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие отличительные особенности изобретения станут более понятны при прочтении нижеследующего описания, в котором имеются ссылки на прилагаемые чертежи, предназначенные только для пояснения и ни коим образом не подразумевающие ограничений, на которых:

Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в вертикальном разрезе резервуара сепаратора.

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку в вертикальном разрезе альтернативного резервуара сепаратора.

Фиг. 3 представляет собой вид сбоку в вертикальном разрезе еще одного альтернативного резервуара сепаратора.

На фиг. 4 представлен горизонтальный сепаратор предшествующего уровня техники.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на фиг. 1 – 3 описан резервуар сепаратора, в целом обозначенный номером позиции 10.

Как показано на фиг. 1, сепаратор 10 предназначен для обработки потока газа с захваченными жидкостями, подлежащими удалению. В случае потока текучей среды, поступающего из углеводородной скважины, этот поток, преимущественно, состоит из газообразных углеводородов и захваченных жидкостей, таких как вода, жидкие углеводороды и т.д. В некоторых ситуациях поступивший из скважины поток текучей среды уже может быть обработан путем пропускания через другие разделительные резервуары или устройства, например, с целью удаления некоторых твердых и жидких фаз, до подачи этого потока текучей среды в сепаратор 10. В некоторых обстоятельствах газ и жидкость могут иметь иной источник, нежели скважина, из которого также может поступать поток газа с захваченными жидкостями. Конструкция сепаратора 10 направлена на улучшение отделения захваченных жидкостей по сравнению с другими типами горизонтальных сепараторов, такими как вариант известного уровня техники, конструкция которого показана на фиг. 3.

Сепаратор 10 включает горизонтальный резервуар 12 со впуском 14 для текучей среды и выпуском 16 для текучей среды, находящимся на другом конце резервуара 12. Как показано на чертеже, резервуар 12 представляет собой, предпочтительно, цилиндрический резервуар с закругленными концами, ось которого ориентирована горизонтально, как обычно в данной области техники, хотя следует понимать, что реальная конструкция резервуара 12 может быть иной. Как таковые, впуск 14 и выпуск 16 отверстия, расположенные на любом конце резервуара 12, разнесены по горизонтали друг от друга. Резервуар 12 определяет траекторию потока между впуском 14 для текучей среды и выпуском 16 для текучей среды. В резервуаре 12 размещен один или несколько ограничителей потока, которые распределены вдоль траектории потока между впуском 14 и выпуском 16. Как показано на чертеже, ограничители потока, предпочтительно, включают материал 18 в форме частиц, которым заполнен резервуар 12, такой как гравий, и вертикальные перегородки 20, отходящие попеременно от верхней и нижней частей резервуара 12 и образующие извилистую траекторию потока. Хотя в предпочтительном варианте осуществления изобретения, как показано на чертеже, использовано и то, и другое, следует понимать, что может быть использовано или что либо одно, или и то, и другое, а также могут быть использованы ограничители потока других типов. Благодаря наличию таких ограничителей потока, давление вдоль длины резервуара 12 снижается, создавая разность давлений между впуском 14 и выпуском 16. Кроме того, ограничители потока 18 и 20 также облегчают удаление захваченных жидкостей.

Имеется, предпочтительно, несколько, по меньшей мере, одно множество отверстий для жидкости, в целом обозначенное номером позиции 22. Множества 22 отверстий для жидкости сообщаются по текучей среде с резервуаром 12 и расположены в нижней части резервуара 12. Благодаря этому через них возможно удаление из резервуара 12 любых жидкостей, отделенных от потока газа. Каждое множество 22 отверстий для жидкости включает первое отверстие 24 и второе отверстие 26. Первое отверстие 24 расположено по траектории потока выше, чем второе отверстие 26, проточный канал 28 сообщается по текучей среде с первым отверстием 24 и вторым отверстием 26. Проточный канал 28 определяет вторичную траекторию потока, смежную и параллельную горизонтальному резервуару 12 на некотором коротком расстоянии. Следует понимать, что вторичная траектория потока может не быть параллельна по своему потоку в целом, а лишь относительно первого 24 и второго 26 отверстий как его начальной и конечной точек. Поскольку первое 24 и второе 26 отверстия сообщаются с резервуаром 12 и проточным каналом 28, разность давлений по длине резервуара 12 порождает тягу между первым 24 и вторым 25 отверстиями, при этом, давление в первом отверстии 24 больше, чем во втором отверстии 26, и между ними нет таких ограничителей потока, как в резервуаре 12. В одним из вариантов осуществления изобретения, длина траектории, равная, примерно, 6 футов (1,8 м) между отверстиями 24 и 26 позволяет получить адекватные результаты.

В соответствии с такой конструкцией, первое отверстие 24 действует как вытяжной выпуск для некоторого количества потока газа, увлекаемого из нижней части резервуара 12, проходящего по проточному каналу 28 и снова поступающего в резервуар 12 через второе отверстие 26, которое действует как вытяжной выпуск из вторичной траектории потока. Для облегчения этого потока первое отверстие 24, предпочтительно, делают больше, чем второе отверстие 26. Например, первое отверстие 24 может быть, по меньшей мере, в два раза больше или в четыре раза больше второго отверстия 26. В одном из вариантов осуществления изобретения благоприятные результаты были достигнуты при размере первого отверстия 24 2 дюйма (5 см) и второго отверстия 26 3/8 дюйма (1 см), как показано на фиг. 2. Однако, как показано на фиг. 1, может быть применен регулируемый клапан 40, который позволяет пользователю регулировать размер второго отверстия 26. Хотя на чертеже это не показано, также может оказаться желательным наличие регулируемого клапана на первом отверстии 24. В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 2, вертикальные перегородки 20 могут быть расположены относительно отверстий 24 и 26 так, чтобы они не находились между той или иной парой отверстий. В других вариантах осуществления изобретения, вертикальные перегородки 20 могут быть расположены между отверстиями 24 и 26. При этом увеличивается длина траектории между отверстиями 24 и 26 и, таким образом, увеличивается разность давлений, что в некоторых обстоятельствах может оказаться желательным. Кроме того, поскольку отверстие 24 выполняет роль вытяжного выпуска, оно может облегчать удаление жидкости, выпадающей из потока текучей среды перед соответствующей перегородкой 20.

Как показано на чертежах, каждый проточный канал 28 соединяет только пару отверстий 24 и 26. В противном случае, изменялись бы параметры тяги и образующегося параллельного потока. Предпочтительно, как показано на фиг. 1 и 2, имеющиеся сборные резервуары 30 соединены с каждым из отверстий 24 и 26, хотя может предусматриваться наличие только одного резервуара 30 или одной трубы 42, как показано на фиг. 3. Обратимся к фиг. 1; поскольку сборные резервуары 30 являются главными точками сбора жидкости, они имеют сливы 32 для жидкости, которые могут открываться по мере необходимости и обеспечивать отведение собранной жидкости. Сливы 32 для жидкости, предпочтительно, представляют собой сливные клапаны, препятствующие поступлению газа в резервуары 30 снизу, как известно в данной области техники. Жидкость, удаленная через сливы 32, может быть подвергнута дальнейшей обработке, как известно в данной области техники. При использовании сборных резервуаров 30 с большей площадью поперечного сечения потока, чем во впуске 24, поток текучей среды вдоль вторичной траектории потока еще больше замедляется. Кроме того, впуск 24 вдается вниз в первый сборный резервуар 30, и проточный канал 28 имеет проточный впуск 34 и проточный выпуск 36, обращенные вниз, поэтому вторичная траектория потока, как можно видеть, еще более извилистая. Эти особенности конструкции предназначены для замедления и перенаправления потока текучей среды с целью повышения вероятности отделения жидкости от потока газа и сбора в сборных резервуарах 30. В другом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 2, часть проточного впуска 34, вдающаяся в сборный резервуар 30, включает перфорированный участок 38, также предназначенный для усиления рассредоточения потока текучей среды.

Когда поток газа прошел через резервуар 12 и множество отверстий для жидкости 22, его выводят из резервуара 12.

В настоящем патентном документе слово «включающий» использовано в неограничивающем значении, то есть, элементы, следующие за этим словом, включаются, однако, элементы, специально не упомянутые, не исключаются. Упоминание какого-либо элемента в неопределенным артиклем (в тексте на английском языке) не исключает возможности наличия большего, чем один, количества этих элементов, если контекст явно не указывает на наличие одного и только одного такого элемента.

Объем прилагаемой формулы изобретения не должен ограничиваться предпочтительными вариантами осуществления изобретения, описанными в приведенных выше примерах и на чертежах, напротив, его следует толковать максимально расширительно в соответствии с описанием в целом.

1. Сепаратор для потока газа, содержащий:

горизонтальный резервуар (12), имеющий впуск (14) для текучей среды, выпуск (16) для текучей среды, отстоящий по горизонтали вдоль резервуара от впуска для текучей среды, горизонтальный резервуар (12), определяющий траекторию патока между впуском (14) для текучей среды и выпуском (16) для текучей среды;

отличающийся тем, что содержит:

ограничитель (18/20) потока, расположенный внутри горизонтального резервуара (12) и распределенный вдоль траектории потока между впуском (14) для текучей среды и выпуском (16) для текучей среды, причем ограничитель (18/20) потока содержит материал (18) в виде частиц, вертикальные перегородки (20), или комбинацию материала (18) в виде частиц и вертикальных перегородок (20), причем вертикальные перегородки перенаправляют траекторию потока через горизонтальный резервуар (12);

одно или более множеств отверстий для жидкости, находящихся в сообщении по текучей среде с горизонтальным резервуаром (12) и распложенных на нижней поверхности горизонтального резервуара (12), при этом каждое множество отверстий для жидкости включает:

первое отверстие (24) и второе отверстие (26), при этом первое отверстие (24) расположено выше по траектории потока относительно второго отверстия (26); и

проточный канал (28), находящийся в сообщении по текучей среде с первым отверстием (24) и вторым отверстием (26), при этом проточный канал (28) определяет вторичную траекторию потока, смежную с горизонтальным резервуаром (12), причем проточный канал (28) определяет траекторию потока газа между первым отверстием (24) и вторым отверстием (26), проточный канал (28) имеет слив (32) для слива жидкости для поддержания траектории потока газа так, что первое отверстие (24) действует как вытяжной выпуск во вторичную траекторию потока, а второе отверстие (26) действует как вытяжной выпуск из вторичной траектории потока в горизонтальный резервуар (12);

вторичная траектория потока содержит первый сборный резервуар (30), сообщающийся по текучей среде с первым отверстием (24), и второй сборный резервуар (30), сообщающийся по текучей среде со вторым отверстием (26), при этом проточный канал (28) соединяет первый сборный резервуар (30) и второй сборный резервуар (30); и

причем первое отверстие (24) включает отрезок трубы, проходящий вниз в первый сборный резервуар (30), и второй сборный резервуар (30) содержит слив (32) для жидкости.

2. Сепаратор по п. 1, в котором ограничитель (18/20) потока содержит, по меньшей мере, одну вертикальную перегородку (20), при этом, по меньшей мере, одна вертикальная перегородка (20) разнесена от каждого множества отверстий (24/26) для жидкости так, что вертикальная перегородка (20) не отделяет первое отверстие (24) от второго отверстия (26).

3. Сепаратор по п. 1, в котором внутренний диаметр первого отверстия (24), по меньшей мере, в два раза или, по меньшей мере, в четыре раза больше внутреннего диаметра второго отверстия.

4. Сепаратор по п. 1, в котором вторичная траектория потока включает, по меньшей мере, один сборный резервуар (30), который собирает жидкость и содержит слив (32) для жидкости.

5. Сепаратор по п. 1, в котором проточный канал имеет проточный впуск (34) в первом резервуаре (30) и проточный выпуск (36) во втором резервуаре (30), при этом, по меньшей мере, один из проточного впуска (34) или проточного выпуска (36) ориентирован вниз.

6. Способ извлечения жидкости из потока газа, в котором имеются захваченные жидкости, включающий:

обеспечение:

горизонтального резервуара (12), имеющего впуск (14) для текучей среды, выпуск (16) для текучей среды, отстоящий по горизонтали вдоль горизонтального резервуара (12) от впуска (14) для текучей среды, при этом горизонтальный резервуар (12) определяет траекторию потока в горизонтальном резервуаре (12) между впуском (14) для текучей среды и выпуском (16) для текучей среды, и имеет ограничитель (18/20) потока, находящийся внутри горизонтального резервуара (12) и распределенный вдоль траектории потока между впуском (14) для текучей среды и выпуском (16) для текучей среды; и

одно или более множеств отверстий для жидкости, находящихся в сообщении по текучей среде с горизонтальным резервуаром (12) и расположенных на нижней поверхности горизонтального резервуара (12), при этом каждое множество отверстий для жидкости включает первое отверстие (24) и второе отверстие (26), при этом первое отверстие (24) расположено выше по траектории потока относительно второго отверстия (26), проточный канал (28), находящийся в сообщении по текучей среде с первым отверстием (24) и вторым отверстием (26), при этом проточный канал (28) определяет вторичную траекторию потока, смежную с горизонтальным резервуаром (12), причем первое отверстие (24) действует как вытяжной выпуск во вторичную траекторию потока, а второе отверстие (26) действует как вытяжной выпуск из вторичной траектории потока в горизонтальный резервуар (12);

перекачку газа с захваченной жидкостью через горизонтальный резервуар (12) от впуска (14) для текучей среды до выпуска (16) для текучей среды; и

обеспечение протекания части газа из горизонтального резервуара (12) через первое отверстие (24), проточный канал (28) и снова в горизонтальный резервуар (12) через второе отверстие (26) с тем, чтобы часть захваченной жидкости отделялась от газа; и

слив отделенной жидкости от вторичного проточного канала и обеспечение продолжения протекания части газа через проточный канал (28);

причем ограничитель (18/20) потока содержит материал (18) в виде частиц, вертикальные перегородки (20), или комбинацию материала (18) в виде частиц и вертикальных перегородок (20), причем вертикальные перегородки перенаправляют траекторию потока через горизонтальный резервуар (12),

причем вторичная траектория потока содержит первый сборный резервуар (30), сообщающийся по текучей среде с первым отверстием (24), и второй сборный резервуар (30), сообщающийся по текучей среде со вторым отверстием (26), при этом проточный канал (28) соединяет первый сборный резервуар (30) и второй сборный резервуар (30); и

причем первое отверстие (24) включает отрезок трубы, проходящий вниз в первый сборный резервуар (30), и второй сборный резервуар (30) содержит слив (32) для жидкости.

7. Способ по п. 6, в котором ограничитель (18/20) потока содержит, по меньшей мере, одну вертикальную перегородку (20), при этом, по меньшей мере, одна вертикальная перегородка(20) разнесена от каждого множества отверстий для жидкости так, что вертикальная перегородка (20) не отделяет первое отверстие (24) от второго отверстия (26).

8. Способ по п. 6, в котором внутренний диаметр первого отверстия (24), по меньшей мере, в два раза или, по меньшей мере, в четыре раза больше внутреннего диаметра второго отверстия (26).

9. Способ по п. 6, в котором вторичная траектория потока содержит, по меньшей мере, один сборный резервуар (30), который собирает жидкость и содержит слив (32) для жидкости.

10. Способ по п. 6, в котором проточный канал содержит проточный впуск (34) в первом сборном резервуаре (30) и проточный выпуск (36) во втором сборном резервуаре (30), при этом, по меньшей мере, один из проточного впуска (34) и проточного выпуска (36) ориентирован вниз.

11. Способ по п. 6, в котором ограничитель (18/20) потока содержит материал (18) в виде частиц.