[**]

Изобретение относится к области добычи нефти из нефтяных скважин механизированным способом, а именно добыче нефти электроцентробежным насосом или штанговым насосом. Способ сепарации свободного газа из нефтегазовой смеси на приеме глубинного насоса для добычи нефти включает поворот восходящего потока газожидкостной смеси, сепарацию пузырьков газа в затрубное пространство, при этом в патрубке на приеме насоса создают градиенты давления с помощью калиброванных отверстий таким образом, чтобы обеспечить движение потока газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью, а нефтегазовую смесь пропускают через дополнительно установленную вертикальную поверхность сепарации с вертикально расположенными щелями. Щели на поверхности сепарации выполняют шириной меньше диаметров пузырей. Технический результат: увеличение коэффициента сепарации сепаратора.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к области добычи нефти из нефтяных скважин механизированным способом, а именно добыче нефти электроцентробежным насосом или штанговым насосом. Способ сепарации свободного газа из нефтегазовой смеси на приеме глубинного насоса для добычи нефти включает поворот восходящего потока газожидкостной смеси, сепарацию пузырьков газа в затрубное пространство, при этом в патрубке на приеме насоса создают градиенты давления с помощью калиброванных отверстий таким образом, чтобы обеспечить движение потока газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью, а нефтегазовую смесь пропускают через дополнительно установленную вертикальную поверхность сепарации с вертикально расположенными щелями. Щели на поверхности сепарации выполняют шириной меньше диаметров пузырей. Технический результат: увеличение коэффициента сепарации сепаратора.

---

Евразийское (21) 201200615 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. B01D 19/00 (2006.01)
2013.11.29 E21B 43/38 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2012.05.21
(54) СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ГАЗА ИЗ НЕФТЕГАЗОВОЙ СМЕСИ
(96) 2012000127 (RU) 2012.05.21 (71)(72) Заявитель и изобретатель:
ГАРЕЕВ АДИБ АХМЕТНАБИЕВИЧ
(RU)
(74) Представитель:
Шангараева Г.С. (RU)
(57) Изобретение относится к области добычи нефти из нефтяных скважин механизированным способом, а именно добыче нефти электроцентробежным насосом или штанговым насосом. Способ сепарации свободного газа из нефтегазовой смеси на приеме глубинного насоса для добычи нефти включает поворот восходящего потока газожидкостной смеси, сепарацию пузырьков газа в затрубное пространство, при этом в патрубке на приеме насоса создают градиенты давления с помощью калиброванных отверстий таким образом, чтобы обеспечить движение потока газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью, а нефтегазовую смесь пропускают через дополнительно установленную вертикальную поверхность сепарации с вертикально расположенными щелями. Щели на поверхности сепарации выполняют шириной меньше диаметров пузырей. Техниче- I ский результат: увеличение коэффициента сепара- | ции сепаратора.
МПК ВО! Dl7/038, B0IDI9/00 Способ сепарации газа из нефтегазовой смеси
Изобретение относится к области добычи нефти из нефтяных скважин механизированным способом, а именно добыче нефти электроцентробежным насосом или штанговым насосом.
Главным осложняющим фактором добычи нефти различными глубинными насосами является наличие в ней растворенного газа (величина объема растворенного газа в единице объема нефти называется газовым фактором или газонасыщенностью, и зависит от месторождения, продуктивного пласта - обозначим через Г, м3/м3), который при давлениях ниже давления насыщения начинает (значение которого зависит от месторождения, продуктивного пласта, обозначим через Рн. [Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. М.: 2003. с. 424. 474. |) выделяться в свободный попутный газ. Объемная доля свободного газа в газожидкостной смеси называется газосодержанием. Наличие свободного газа на приеме глубинного насоса осложняет добычу нефти, приводя к дестабилизации режимов эксплуатации насоса и в конечном счете к выходу из строя всей насосной установки, снижая экономическую эффективность способа эксплуатации нефтяной скважины. Для борьбы с вредным влиянием свободного газа на глубинный насос созданы различного рода сепараторы (газосепараторы) к установкам электроцентробежных насосов (УЭЦН), газовые якоря к штанговым насосам (ШГН) и т. д. которые пропуская через себя газожидкостную смесь должны отвести от приема насосной установки свободный газ в затрубное пространство нефтяной скважины и помочь стабилизации режима эксплуатации глубинного насоса. Сепараторы характеризуются так называемым коэффициентом сепарации -- отношением объема отведенного от приема насоса свободного газа к всему объему свободного газа в газожидкостной смеси на приеме насоса и обозначается буквой а [Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. М.: 2003. с. 424, 474.].
"-у ">
где
v < - объем свободного газа отводимого сепаратором за пределы приема насоса, ^° - общий объем свободного газа на приеме насоса.
Все эти сепараторы центробежного принципа действия (сепараторы типа МГН-5Л
российского производства - автор Ляпков П. Д., "RGV", "KGV" фирмы "ODI"
[Сургутнефтегаз.Семинар по технологии ПНС. Талса. Оклахома, 15.X.1995]). Из-за большой
разницы в лабораторных условиях плотности газа (1 кг/м3) и плотности масла (700-800 кг/м')
такие сепараторы позволяют получить коэффициент сепарации не менее 0,5 (или 50%).
Центробежная сила в центробежном сепараторе зависит следующим образом:
F = mV2/R , (2) где m - масса "частицы", некоторый выделенный элемент нефти с газом (или масса
единицы объема нефти, которая называется плотностью нефти), V - линейная скорость
вращения "частицы" нефти в сепараторе, равная линейной скорости вращения элементов
электроцентробежного газосепаратора, R - радиус вращения кусков нефти.
При одинаковых величинах радиуса и линейной скорости вращения центробежная сила, действующая на "элемент" нефти, зависит от плотности. Если в "элементе" нефти с плотностью рн имеется пузырек свободного газа с плотностью р,, то отношение центробежных сил на элемент нефти F,, и элемент газа Fr отличаются
F"/ F, = mHV2/R : mrV2/R = m"/mn (3)
В условиях электроцентробежного насоса, находящегося под давлением (называется давлением на приеме насоса) 30-60 атмосфер, плотность нефти отличается от плотности газа в свободных газовых пузырях в той же нефти не более 4-5 раз (например, плотность нефти в среднем 700-800 кг/м3, в то же время плотность газа равна 145-150 кг/м3). В лабораторных условиях, когда плотность жидкости (масла) отличается от плотности пузырьков газа (воздуха или метана) в несколько сот раз. соотношение (3) становится существенным и. поэтому, в лабораторных условиях центробежные сепараторы дают хороший коэффициент сепарации.
Однако, в условиях нефтяного месторождения, на больших глубинах и под давлением 30-60 ат. разница в плотностях газа составляет около 150 кг/м3, а жидкости - около 750 кг/м\ коэффициент сепарации этих сепараторов не превышает 0.18 (18%) [Хусаинов З.М.. Усманов И.Ш.. Гареев А.А. К вопросу сепарации газа. Нефтепромысловое дело. №2. 2000. с. 21-22.|.
Также известны гравитационные сепараторы к электроцентробежным насосам (ЭЦН). в которых для сепарации используют силу гравитации при повороте восходящего потока газожидкостной смеси и пропускании потока газожидкостной смеси через полупрозрачную поверхность сепарации. Например, в модуле погружного центробежного насоса по патенту RU 2215907 уменьшение содержания свободного газа выполняют пропусканием потока
газожидкостной смеси через отверстия сетки.
Наиболее близким аналогом является способ сепарации газового якоря [Крец В.Г., Основы нефтегазового дела: учебное пособие / В.Г. Крец, А.В. Шадрина. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010, с. 126.], в котором при изменении газожидкостного потока на 180° пузырьки газа под действием архимедовой силы всплывают и частично сепарируются в затрубное пространство, а жидкость через отверстия поступает в центральную трубу на прием насоса. Однако, согласно законам гидромеханики, движение газожидкостного потока через отверстия происходит неодинаково: наибольшая скорость - в отверстиях близких к приему насоса (так как в них перепад давления больше), а наименьшая скорость - в отверстиях удаленных от приема насоса (так как в них перепад давления меньше). Вследствие этого, в местах наибольших скоростей сепарация не происходит. Таким образом, хотя гравитационные сепараторы являются наиболее экономичными (нет вращающихся узлов и деталей), из-за неравномерности скорости движения через поверхность сепарации они имеют низкий коэффициент сепарации (не более 10%) и, поэтому, не нашли широкого применения.
Целью изобретения является увеличение коэффициента сепарации сепаратора.
Поставленная цель достигается в предлагаемом способе сепарации свободного газа из нефтегазовой смеси на приеме глубинного насоса для добычи нефти, включающем поворот восходящего потока газожидкостной смеси, сепарацию пузырьков газа в затрубное пространство, при этом в патрубке на приеме насоса создают градиенты давления с помощью калиброванных отверстий таким образом, чтобы обеспечить движение потока газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью, а нефтегазовую смесь пропускают через дополнительно установленную вертикальную поверхность сепарации с вертикально расположенными щелями. Щели на поверхности сепарации выполняют шириной меньше диаметров пузырей.
В результате перераспределения перепадов давления, скорости движения газожидкостной смеси на всех щелях, а также верхних и нижних частях щелей становятся одинаковыми и уменьшаются, поэтому скорость движения пузыря газа возле щели в вертикальном направлении под действием Архимедовой силы становится больше, чем скорость горизонтально направленной газожидкостной смеси, что приводит к отставанию пузырей и увеличению сепарации.
В частном случае, для увеличения сепарации щели на поверхности сепарации
выполняют шириной меньше диаметров пузырей.
На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа сепарации газа, на которой сделаны следующие обозначения:
1 - патрубок радиуса R, заглушённый снизу и соединенный (не показано) верхним торцом с приемом насоса,
2 - направление движения смеси на прием насоса,
3. 4 и 5 - калиброванные отверстия с радиусами Rb R2 и R3,
6 вертикальная поверхность сепарации площадью S с вертикально расположенными щелями ширины d" и длины L,
7 - скорость W,, всплытия газовых пузырей, не прошедших через щели 13.
8 - скорость Wt движения газожидкостной смеси на поверхности 6,
9. 10 и 11 - скорости движения газожидкостной смеси на уровне отверстий 3. 4 и 5.
12 - скорость Wo движения газожидкостной смеси в восходящем потоке до поверхности
13 - щели ширины d0 и длины L на поверхности 6,
14 - заглушка.
Предлагаемый способ сепарации осуществляют следующим образом. В патрубке I радиуса R на приеме насоса 2 с калиброванными отверстиями 3. 4 и 5 на вертикальной поверхности работающим насосом создают градиенты давления, перпендикулярные к оси патрубка. При этом патрубок 1 заглушён снизу заглушкой 14.
Градиенты давления при этом обеспечивают движение газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью (объемная скорость 9 равна объемной скорости 10 и равна объемной скорости II). На пути объемных скоростей устанавливают перпендикулярную к направлению потоков. вертикальную поверхность 6 сепарации с вертикально расположенными щелями 13. Направление восходящего газожидкостного потока на вертикальной поверхности 6 сепарации под действием градиента давления меняется на 90°. Если линейная скорость в восходящем потоке Wo, то на поверхности сепарации эта скорость уменьшится и станет равной:
где S площадь поверхности щелей на поверхности сепарации.
Вектор скорости •¦¦ будет одинаково направлен с вектором градиента давления, т.е.
направление вектора скорости w < будет перпендикулярен к плоскости калиброванных
отверстий 3. 4 и 5. Можно подобрать площадь S так, чтобы скорость w < стала намного
меньше линейной скорости 0 в восходящем потоке газожидкостнои смеси
W, < W0 (5)
и так. чтобы скорость горизонтального движения газожидкостной смеси (как и газовых пузырей) стала меньше скорости всплытия газовых пузырей.
(6)
При повороте газожидкостной смеси из-за малой скорости "дрейфа" пузырьков в сторону вертикальной поверхности 6 сепарации Архимедова сила приведет пузырьки в движение в восходящем направлении. Торможение пузырьков газа и подход к вертикальной поверхности 6 сепарации других пузырьков согласно законам механики движения газожидкостных смесей приведет к коагуляции - слипанию и укрупнению пузырьков газа, что даст увеличить величину действующей Архимедовой силы, следовательно, и величину скорости восходящего движения газовых пузырьков.
С другой стороны, пузырьки газа с диаметром dn, двигаясь горизонтально к щели 13, из-за своих диаметров и ширины щели d0, не могут проходить через щель 13 и будут вытеснены в пространство перед вертикальной поверхностью сепарации 6 другими пузырьками, приближающимися к щели.
d() < dn (7) Таким образом, поверхность 6 пропустит через щели 13 однородную жидкость (нефть + вода попутная) и в отверстия 3, 4 и 5 будет попадать сепарированная однородная смесь. Уменьшение в смеси газовых пузырей стабилизирует подачи УЭЦН. ШГН. Коэффициент сепарации пузырькового сепаратора будет приближаться к 100%.
Формула изобретения
1. Способ сепарации свободного газа из нефтегазовой смеси на приеме глубинного насоса для добычи нефти, включающий поворот восходящего потока газожидкостной смеси, сепарацию пузырьков газа в затрубное пространство, отличающийся тем, что в патрубке на приеме насоса создают градиенты давления с помощью калиброванных отверстий таким образом, чтобы обеспечить движение потока газожидкостной смеси с одинаковой объемной скоростью, а нефтегазовую смесь пропускают через дополнительно установленную вертикальную поверхность сепарации с вертикально расположенными щелями.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что щели на поверхности сепарации выполняют шириной меньше диаметров пузырей.
Фиг. 1 Схема сепарации газа
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки: 201200615
Дата подачи: 21 мая 2012 (21.05.2012)
Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения:
Способ сепарации газа из нефтегазовой смеси
Заявитель:
ГАРЕЕВ Адиб Ахметнабиевич
Д Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа)
D Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
B01D19/00 (2006.01) Е21В43/38 (2006.01)
Согласно международной патентной классификации (МПК)
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК)
Е21В 43/34, 43/38, B01D 19/00
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
X А
RU 98471 U1 (ГАРЕЕВ АЛИБ АХМЕТНАБИЕВИЧ) 20.10.2010, формула, фиг. 1, с. 4 US 4231767 A (TRW INC.) 04.11.1980
1-2
1-2
| [последующие документы указаны в продолжении графы В Д| данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* Особые категории ссылочных документов:
"А" документ, определяющий общий уровень техники
"Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения
"X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень,
взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
15 февраля 2013 (15.02.2013)
Наименование и адрес Международного поискового oprai Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСП-5,Бережковская наб., 30-1. Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
(19)