RU196142U1 - DEVICE FOR CREATING A FINE DISPERSED GAS-LIQUID MIXTURE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам, перекачивающим водонефтегазовый флюид с высоким газовым фактором по нефтесборным трубопроводам. Устройство содержит корпус с установленными в нем последовательно радиально-коаксиальными камерами, канал с плавным сужением проходного диаметра и фланец, радиально-коаксиальные камеры образованы сферическими перегородками и штуцерами, канал с плавным сужением проходного диаметра выполнен в виде конфузорно-диффузорного перехода, образованного входным конфузором и выходным диффузором, сферические перегородки снабжены отверстиями, причем корпус дополнительно содержит конфузорно-диффузорный переход с отверстиями в области плавного сужения проходного диаметра, сообщающийся с внутренней полостью корпуса посредством отверстий, размещенных в корпусе.Предлагаемая полезная модель позволяет улучшить эффективность работы мультифазных насосов при перекачке водонефтегазового флюида с высоким газовым фактором при ламинарном течении жидкости с минимальным уровнем гидравлических потерь на устройстве, что обеспечивается за счет формирования на выходе устройства стабильного потока мелкодисперсной смеси, конструкции устройства без участков с резким расширением потока, а также системой отверстий, которая обеспечивает нивелирование негативного влияния повышенного газосодержания во входном потоке водонефтегазового флюида, в частности при образовании газовых пробок. 3 фиг.The utility model relates to the oil industry, in particular to installations pumping oil and gas fluid with a high gas factor through oil gathering pipelines. The device comprises a housing with sequentially installed radial-coaxial cameras, a channel with a smooth narrowing of the bore diameter and a flange, radial-coaxial cameras formed by spherical partitions and fittings, a channel with a smooth narrowing of the bore diameter is made in the form of a confuser-diffuser junction formed by the inlet confuser and output diffuser, the spherical partitions are provided with openings, the housing additionally comprising a confuser-diffuser transition with openings in the smooth region narrowing the bore diameter, communicating with the inner cavity of the housing through openings placed in the housing. The proposed utility model allows to improve the efficiency of multiphase pumps when pumping water-oil and gas fluid with a high gas factor in a laminar fluid flow with a minimum level of hydraulic losses on the device, which is ensured by the formation at the output of the device a stable flow of finely dispersed mixture, the design of the device without sections with a sharp expansion of the flow, also openings system which provides elimination of the negative influence of high gas content in the input stream vodoneftegazovogo fluid, in particular during the formation of gas slugs. 3 of FIG.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам, перекачивающим водонефтегазовый флюид с высоким газовым фактором по нефтесборным трубопроводам.The utility model relates to the oil industry, in particular to installations pumping oil and gas fluid with a high gas factor through oil gathering pipelines.

Одним из способов перекачки водонефтегазового флюида с высоким газовым фактором является применение мультифазных насосов. По мере износа рабочих органов мультифазного насоса снижается эффективность работы при перекачке водонефтегазового флюида с высоким газосодержанием, что приводит к перегреву рабочих органов мультифазного насоса, срыву подачи. Это может привести к поломке мультифазного насоса. Также часто возникает необходимость повышения производительности мультифазного насоса по газу в связи с ростом газового фактора на добывающих скважинах.One of the methods for pumping high-gas-oil water and gas fluids is the use of multiphase pumps. As the working parts of the multiphase pump wear out, the working efficiency decreases when pumping oil and gas fluids with high gas content, which leads to overheating of the working parts of the multiphase pump, and the supply is interrupted. This may result in damage to the multiphase pump. Also often there is a need to increase the productivity of a multiphase gas pump due to the growth of the gas factor in production wells.

Известны диспергирующие устройства, предназначенные для смешения фаз, которые повышают степень однородности потока.Known dispersing devices designed for mixing phases, which increase the degree of uniformity of flow.

Известно устройство для повышения степени однородности потока, содержащее трубчатый корпус с размещенным в нем смесительным элементом, корпус разделен перегородкой с коническим отверстием, продольная ось которого радиально смещена по отношению к продольной оси устройства, отверстие выполнено сужающимся по ходу движения потока, на выходе из отверстия установлен винт, размещенный по продольной оси устройства (патент РФ №179469, МПК B01F 5/06, оп. 15.05.2018 г.).A device for increasing the uniformity of flow is known, comprising a tubular body with a mixing element located in it, the body is divided by a partition with a conical hole, the longitudinal axis of which is radially offset with respect to the longitudinal axis of the device, the hole is made tapering in the direction of flow, the outlet is installed a screw placed along the longitudinal axis of the device (RF patent No. 179469, IPC B01F 5/06, op. 05.15.2018).

Недостатками данного устройства являются сложное конструктивное исполнение механизма вращения винта, с помощью которого обеспечивается перемешивание смеси, а также высокий уровень гидравлических потерь.The disadvantages of this device are the complex design of the mechanism of rotation of the screw, with which the mixing of the mixture is provided, as well as a high level of hydraulic losses.

Известен газожидкостной диспергатор, включающий корпус кольцевого сечения с установленным в нем набором штуцеров, проходные сечения в штуцерах выполнены с эксцентриситетом каждый относительно соседнего, количество камер диспергирования и перемешивания, образованных соседними штуцерами, не менее пяти, вход в корпус оборудован тройником для подачи смешиваемых сред (патент РФ №64938, МПК B01F 5/06, оп. 27.07.2007 г.).A gas-liquid dispersant is known, including an annular section housing with a set of fittings installed in it, the passage sections in the fittings are each eccentric with respect to each other, the number of dispersion and mixing chambers formed by adjacent fittings is at least five, the entrance to the housing is equipped with a tee for feeding mixed media ( RF patent No. 64938, IPC B01F 5/06, op. 07.27.2007).

Недостатком данного устройства является высокий уровень гидравлических потерь (на уровне 50% от входного давления) вследствие особенностей взаимного расположения штуцеров.The disadvantage of this device is the high level of hydraulic losses (at the level of 50% of the inlet pressure) due to the peculiarities of the mutual arrangement of the fittings.

Известен диспергатор, включающий корпус и крышку, каналы подвода и отвода жидкости, установленный в рабочей полости и соединенный с приводным валом ротора, выполненный в виде диска с радиально расположенными закрытыми и открытыми каналами разгона, закрытые каналы разгона расположены после канала подвода жидкости, снабжены кавитатором, выполненным в виде двух сопрягающихся друг с другом полостей, большего, чем канал сечения, причем каждая полость снабжена индивидуальным закрытым каналом отвода жидкости, сообщаемым с открытым каналом разгона через неподвижные и закрепляемый на крышке дополнительный кавитатор, выполненный в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями для прохода жидкости (патент РФ №94006641, МПК B01F 7/00, оп. 20.08.1996 г.).Known dispersant, including a housing and a cover, channels for supplying and discharging liquid, installed in the working cavity and connected to the drive shaft of the rotor, made in the form of a disk with radially located closed and open acceleration channels, closed acceleration channels are located after the liquid supply channel, equipped with a cavitator, made in the form of two mating cavities with each other, larger than the cross-sectional channel, and each cavity is equipped with an individual closed channel for draining fluid in communication with the open channel zgon through fixed and fixed on the cover additional cavitator, made in the form of a closed ring with radially arranged holes for the passage of fluid (RF patent No. 94006641, IPC B01F 7/00, op. 08.20.1996).

Недостатками данного устройства являются сложное конструктивное исполнение механизма вращения вала ротора, с помощью которого обеспечивается высокая степень дисперсности смеси, а также при вращении ротора происходит периодическое открытие и закрытие проходных каналов, вследствие этого расход жидкости через диспергатор ограничен.The disadvantages of this device are the complex design of the rotor shaft rotation mechanism, with the help of which a high degree of dispersion of the mixture is ensured, and when the rotor rotates, the passage channels are periodically opened and closed, as a result of which the liquid flow through the dispersant is limited.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство диспергирования газожидкостной смеси, включающее корпус с установленными в нем последовательно радиально-коаксиальными камерами в количестве как минимум одной и сопла Лаваля, которые закреплены в корпусе посредством запорных элементов, каждая камера содержит два конусовидных барьера, установленных с возможностью изменения расстояния между ними, из которых один имеет входное отверстие в виде большого усеченного конуса, и другой конусовидный барьер выполнен в виде малого конуса, а вершины конусов направлены в противоположные стороны, при этом большой конус имеет диаметр входного основания (0,8-0,9) от диаметра корпуса и диаметр выходного основания (0,4-0,5) от диаметра корпуса, малый конус имеет диаметр основания (0,4-0,5) от диаметра корпуса, а углы большого и малого конусов составляют (30°-120°) (патент РФ №2631878, МПК B01F 5/04, оп. 28.09.2017 г.).Closest to the proposed utility model is a device for dispersing a gas-liquid mixture, including a housing with sequentially installed radial-coaxial cameras in the amount of at least one and a Laval nozzle, which are fixed in the housing by means of locking elements, each chamber contains two conical barriers installed with the possibility of changes in the distance between them, of which one has an inlet in the form of a large truncated cone, and the other conical barrier is made in the form of m logo of the cone, and the tops of the cones are directed in opposite directions, while the large cone has a diameter of the inlet base (0.8-0.9) of the diameter of the body and a diameter of the output base (0.4-0.5) of the diameter of the body, small cone has a base diameter (0.4-0.5) of the diameter of the body, and the angles of the large and small cones are (30 ° -120 °) (RF patent No. 2631878, IPC B01F 5/04, op. September 28, 2017) .

Недостатком данного устройства является ограничение в его использовании, поскольку устройство создает высокодисперсную стабильную газожидкостную смесь только при истечении смеси в турбулентном (вихревом) режиме (при значениях числа Рейнольдса свыше 1000) и используется для закачки полученной газожидкостной смеси в нагнетательные скважины под высоким давлением, при этом газ концентрируется по центру трубопровода, а жидкость по периферии.The disadvantage of this device is the limitation in its use, because the device creates a highly dispersed stable gas-liquid mixture only when the mixture expires in a turbulent (vortex) mode (with Reynolds numbers above 1000) and is used to pump the resulting gas-liquid mixture into injection wells under high pressure, while gas is concentrated in the center of the pipeline, and liquid is on the periphery.

Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении эффективности перекачки водонефтегазового флюида с высоким газосодержанием при сохранении текущих параметров эксплуатации мультифазного насоса, в частности уровня гидравлических потерь.The objective of the proposed utility model is to increase the efficiency of pumping water-oil and gas fluid with high gas content while maintaining the current operating parameters of the multiphase pump, in particular the level of hydraulic losses.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси содержит корпус с установленными в нем последовательно радиально-коаксиальными камерами, канал с плавным сужением проходного диаметра и фланец, согласно полезной модели, радиально-коаксиальные камеры образованы сферическими перегородками и штуцерами, канал с плавным сужением проходного диаметра выполнен в виде конфузорно-диффузорного перехода, образованного входным конфузором и выходным диффузором, сферические перегородки снабжены отверстиями, причем корпус дополнительно содержит конфузорно-диффузорный переход с отверстиями в области плавного сужения проходного диаметра, сообщающийся с внутренней полостью корпуса посредством отверстий, размещенных в корпусе.This object is achieved in that the device for creating a finely dispersed gas-liquid mixture comprises a housing with radial-coaxial cameras installed in it in series, a channel with a smooth narrowing of the bore diameter and a flange, according to the utility model, radial-coaxial cameras are formed by spherical partitions and fittings, the channel with a narrowing the bore diameter is made in the form of a confuser-diffuser junction formed by the inlet confuser and the outlet diffuser, spherical partitions are provided us openings, wherein the housing further comprises a convergent-passage diffuser with openings in a smooth narrowing the passage diameter, communicating with the interior of the housing through holes disposed in the housing.

Благодаря плавному сужению проходного диаметра конфузорно-диффузорного перехода увеличивается скорость потока и происходит смещение расслоенного потока к центру. При прохождении потока водонефтегазового флюида через радиально-коаксиальные камеры, образованные сферическими перегородками и штуцерами, происходит его гомогенизация, в результате чего на выходе из устройства образуется поток с мелкодисперсной газожидкостной смесью, поступающий сразу на вход мультифазного насоса. В случае попадания в трубопровод газовой пробки, происходит ее дробление за счет перераспределения части газа с выходной части устройства на его вход с помощью системы отверстий.Due to the smooth narrowing of the bore diameter of the confuser-diffuser junction, the flow velocity increases and the stratified flow shifts toward the center. When the flow of water-oil and gas fluid passes through radial-coaxial chambers formed by spherical partitions and fittings, it is homogenized, as a result of which a stream with a finely dispersed gas-liquid mixture is formed at the outlet of the device, which flows directly to the input of the multiphase pump. If a gas plug gets into the pipeline, it is crushed due to the redistribution of part of the gas from the outlet of the device to its inlet using a system of holes.

На прилагаемой фигуре 1 представлена схема устройства для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси, на фиг. 2 - разрез А-А, показывает радиальное расположение отверстий в корпусе и во втором конфузорно-диффузорном переходе, на фиг. 3 разрез Б-Б, показывает расположение отверстий.The attached figure 1 presents a diagram of a device for creating a finely dispersed gas-liquid mixture, in FIG. 2 - section AA, shows the radial arrangement of the holes in the housing and in the second confuser-diffuser junction, in FIG. 3 section BB, shows the location of the holes.

Устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси состоит из корпуса 1, входного конфузора 2, выходного диффузора 3, образующих первый конфузорно-диффузорный переход. В корпусе 1 выполнены три сферические перегородки 4 с отверстиями 5 и три штуцера 6, которые образуют радиально-коаксиальные камеры. Входной конфузор 7 и выходной диффузор 8 образуют второй конфузорно-диффузорный переход, в котором в области плавного сужения проходного диаметра расположены отверстия 9. В корпусе 1 выполнены отверстия 10 для сообщения со вторым конфузорно-диффузорным переходом. Устройство устанавливается в существующий трубопровод 12 и закрепляется фланцевым соединением 11.A device for creating a finely dispersed gas-liquid mixture consists of a housing 1, an inlet confuser 2, an outlet diffuser 3, forming the first confuser-diffuser junction. In the housing 1 there are three spherical partitions 4 with holes 5 and three fittings 6, which form radial-coaxial cameras. The inlet confuser 7 and the outlet diffuser 8 form a second confuser-diffuser junction, in which openings 9 are located in the area of smooth narrowing of the bore diameter. In the housing 1, openings 10 are made for communication with the second confuser-diffuser junction. The device is installed in an existing pipeline 12 and secured by a flange connection 11.

Устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси работает следующим образом.A device for creating a fine gas-liquid mixture works as follows.

Устройство устанавливают в трубопровод 12. Входной конфузор 2 и выходной диффузор 3 образуют первый конфузорно-диффузорный переход с диаметром D₁ 70 мм, в который поступает водонефтегазовый флюид. За счет области плавного сужения проходного диаметра конфузорно-диффузорного перехода скорость потока увеличивается, и флюид через первый штуцер 6 попадает на поверхность сферической перегородки 4. Направление его движения меняется и флюид через отверстия 5 сферической перегородки 4 поступает через второй штуцер 6 на поверхность следующей сферической перегородки 4 и так далее, пока флюид не достигнет третьей сферической перегородки 4. Общая площадь отверстий 5 равна минимальной площади сечения первого конфузорно-диффузорного перехода с диаметром D₁. Далее флюид попадает во второй конфузорно-диффузорный переход, образованный конфузором 7 и диффузором 8, в котором в самой узкой его части в области плавного сужения проходного диаметра D₂ 70 мм расположены отверстия 9 с диаметром D₃ 9 мм.The device is installed in the pipeline 12. The inlet confuser 2 and the outlet diffuser 3 form the first confuser-diffuser junction with a diameter of D ₁ 70 mm, into which the oil and gas fluid enters. Due to the region of smooth narrowing of the passage diameter of the confuser-diffuser junction, the flow velocity increases, and the fluid through the first nozzle 6 enters the surface of the spherical partition 4. The direction of its movement changes and the fluid through the holes 5 of the spherical partition 4 enters through the second nozzle 6 to the surface of the next spherical partition 4 and so on, until the fluid reaches the third spherical partition 4. The total area of the holes 5 is equal to the minimum cross-sectional area of the first confuser-diffuser junction with diameter D ₁ . Then the fluid enters the second confuser-diffuser junction formed by confuser 7 and diffuser 8, in which, in its narrowest part, in the area of smooth narrowing of the bore diameter D ₂ 70 mm, there are openings 9 with a diameter D ₃ 9 mm.

При попадании газовой пробки в трубопровод 12 часть ее поступает в корпус 1 через отверстия 10 и далее через отверстия 9 проходит в область плавного сужения проходного диаметра второго конфузорно-диффузорного перехода (область сужения выходного потока) с диаметром D₂, за счет чего происходит равномерное распределение газовой пробки по потоку водонефтегазового флюида.When a gas plug enters the pipeline 12, part of it enters the housing 1 through the openings 10 and then passes through the openings 9 into the region of smooth narrowing of the passage diameter of the second confuser-diffuser transition (the region of narrowing of the output stream) with the diameter D ₂ , due to which uniform distribution occurs gas plugs in the flow of oil and gas fluid.

Диаметры D₁ и D₂ рассчитываются по формуле Бернулли таким образом, чтобы образовывался турбулентный режим течения без образования дополнительных гидродинамических потерь на устройстве.The diameters D ₁ and D _{2 are} calculated according to the Bernoulli formula so that a turbulent flow regime is formed without the formation of additional hydrodynamic losses on the device.

Количество и диаметр D₃ отверстий 9 рассчитываются исходя из того, чтобы скорость потока через отверстия 9 с таким диаметром была выше не менее чем в 10 раз по сравнению со скоростью потока, проходящего через область плавного сужения проходного диаметра второго конфузорно-диффузорного перехода с диаметром D₂, что также рассчитывается по формуле Бернулли. При прохождении водонефтегазового флюида через предлагаемое устройство гидродинамические потери не превышают 5% от входного давления.The number and diameter D _{3 of} holes 9 are calculated based on the fact that the flow rate through openings 9 with such a diameter is no less than 10 times higher than the flow rate passing through the area of smooth narrowing of the passage diameter of the second confuser-diffuser junction with diameter D ₂ , which is also calculated by the Bernoulli formula. When the water-oil and gas fluid passes through the proposed device, the hydrodynamic losses do not exceed 5% of the inlet pressure.

Предлагаемая полезная модель позволяет улучшить эффективность работы мультифазных насосов при перекачке водонефтегазового флюида с высоким газовым фактором при ламинарном течении жидкости (при значениях числа Рейнольдса менее 1000) с минимальным уровнем гидравлических потерь на устройстве, что обеспечивается за счет формирования на выходе устройства стабильного потока мелкодисперсной смеси, конструкции устройства без участков с резким расширением потока, а также системой отверстий, которая обеспечивает нивелирование негативного влияния повышенного газосодержания во входном потоке водонефтегазового флюида, в частности при образовании газовых пробок.The proposed utility model allows to improve the efficiency of multiphase pumps when pumping water-oil and gas fluid with a high gas factor in a laminar flow of liquid (with Reynolds numbers less than 1000) with a minimum level of hydraulic losses on the device, which is ensured by the formation of a stable stream of finely dispersed mixture at the device output, device design without sections with a sharp expansion of the flow, as well as a system of holes that provides leveling of negative effects of increased gas content in the input stream of oil and gas fluid, in particular during the formation of gas plugs.

Claims (1)

Устройство для создания мелкодисперсной газожидкостной смеси, включающее корпус с установленными в нем последовательно радиально-коаксиальными камерами, канал с плавным сужением проходного диаметра и фланец, отличающееся тем, что радиально-коаксиальные камеры образованы сферическими перегородками и штуцерами, канал с плавным сужением проходного диаметра выполнен в виде конфузорно-диффузорного перехода, образованного входным конфузором и выходным диффузором, сферические перегородки снабжены отверстиями, причем корпус дополнительно содержит конфузорно-диффузорный переход с отверстиями в области плавного сужения проходного диаметра, сообщающийся с внутренней полостью корпуса посредством отверстий, размещенных в корпусе.A device for creating a finely dispersed gas-liquid mixture, comprising a housing with radial-coaxial cameras sequentially mounted in it, a channel with a smooth narrowing of the bore diameter and a flange, characterized in that the radial-coaxial chambers are formed by spherical partitions and fittings, a channel with a smooth narrowing of the bore diameter is made in in the form of a confuser-diffuser junction formed by the inlet confuser and the outlet diffuser, the spherical partitions are provided with holes, and the housing is additional comprises a convergent-passage diffuser with openings in a smooth narrowing the passage diameter, communicating with the interior of the housing through holes disposed in the housing.

Images