Способ удаления конденсирующихся паров из потока природного газа у устья скважины, устройство для его осуществления и устьевой узел, включающий такое устройство
Формула / Реферат
1. Способ удаления конденсирующихся паров из потока природного газа, содержащий стадии:
(A) пропускания потока природного газа со сверхзвуковой скоростью через канал сверхзвукового инерционного сепаратора (1, 23, 306, 358) для охлаждения текучей среды до температуры, ниже температуры или давления, при которых конденсирующиеся пары начинают конденсироваться с образованием отдельных капель и/или частиц;
(B) отделения капель и/или частиц от газа и
(C) сбора газа, из которого удалены конденсирующиеся пары,
отличающийся тем, что поток природного газа пропускают через сверхзвуковой инерционный сепаратор (1, 23, 306, 358), установленный вблизи устья (305, 352) скважины (301, 350) добычи природного газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (B) возбуждают вихревое движение (22) в сверхзвуковом потоке текучей среды, заставляя конденсирующиеся пары проходить в потоке в радиально наружную часть коллекторной зоны с последующим дозвуковым или сверхзвуковым отделением конденсирующихся паров в выходной поток из радиально наружной части коллекторной зоны.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что вихревое движение создают с помощью крыла (15, 41), расположенного в зоне сверхзвукового потока.
4. Способ по любому из пп.2 или 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию создания ударной волны в потоке выше коллекторной зоны по потоку и ниже по потоку места (15, 41), в котором создают вихревое движение.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ударную волну создают путем обеспечения прохождения потока текучей среды через диффузор (11, 35).
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию добавления ингибитора гидратообразования в выходной поток, выделенный из радиально наружной части коллекторной зоны.
7. Устройство (1, 23, 306, 358) для удаления конденсирующихся паров из природного газа, содержащее ускорительную часть для ускорения газа до сверхзвуковой скорости, часть (15, 41) создания вихревого движения газа, коллекторную зону, выполненную с обеспечением возможности удаления из нее потока газа, содержащего уменьшенное количество конденсирующихся паров, и радиально наружную часть коллекторной зоны, приспособленную для сбора из нее конденсирующихся паров, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью установки вблизи устья скважины добычи природного газа и взаимодействия с ним.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит инициатор (11, 35) ударной волны ниже по потоку части, создающей вихрь.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что инициатор ударной волны является диффузором (11, 35), расположенным с возможностью инициализации ударной волны выше коллекторной зоны по потоку.
10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что ускорительная часть содержит вход (3, 25) канала в виде сопла Лаваля, причем наименьшая площадь поперечного сечения потока диффузора (11, 35) больше наименьшей площади поперечного сечения потока сопла Лаваля входа (3, 25), и в котором часть создания вихревого движения потока содержит устройство (15, 41) в виде крыла.
11. Устьевой узел, отличающийся тем, что он содержит устройство по любому из пп.7-9, установленное по потоку ниже устьевого штуцера (305, 352).
12. Устьевой узел по п.11, отличающийся тем, что он содержит подводное морское устье (305).
13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что радиальная наружная часть коллекторной зоны сообщена с первым кольцевым выходом (21, 27) для сбора потока текучей среды, обогащенной конденсирующимися парами, а центральная часть коллекторной зоны сообщена со вторым трубчатым выходом (7, 43) для сбора потока текучей среды, обедненной конденсирующимися парами, при этом второй трубчатый выход (7, 43) образован, по существу, прямой трубой, по существу, коаксиальной первому кольцевому выходу (21, 27), по меньшей мере, на значительной части его длины.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что первый кольцевой выход (21, 27) имеет в направлении вниз по потоку цилиндрическую или расширяющуюся форму.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что второй трубчатый выход (7, 43, 423) имеет в направлении вниз по потоку цилиндрическую или расширяющуюся форму и создает коаксиальный канал (413) обнаружения вихря внутри первого кольцевого выхода (21, 27).
Текст
1 Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к способу удаления конденсирующихся паров из потока природного газа у устья скважины ниже устьевого штуцера по потоку, к устьевому устройству для удаления конденсирующихся паров из потока природного газа, которое является частью устьевого узла и к устьевому узлу, содержащему указанное устройство. Уровень техники В качестве информации для характеристики уровня техники, относящегося к устьевым узлам и их штуцерам (называемым иногда также вентилями), предназначенными для управления потоком из скважины, можно привести следующие патенты США: Патент США 3155401 3297344 4194718 4102401Musolf Устьевой узел Соединители для скваHanes жинных частейBaker и др. Штуцер Отвод жидкости для обработки скважины сErbstoesser помощью уплотняющих шариков малой плотности Подводная устьеваяCoffey муфта Устьевое устройство для использования в добывающей газ плунжерной скважине,имеющей Природный газ, добываемый из подземного или подводного морского разрабатываемого газоносного пласта (в последующем подземный пласт), требует отделения компонентов, которые являются обычно жидкими или которые имеют относительно высокую температуру конденсации. Эти компоненты, которые в общем обозначаются в формуле изобретения и в описании понятием "конденсирующиеся пары",включают воду, пропан, бутан, пентан, пропилен, этилен, ацетилен и другие, такие как диоксид углерода, сероводород, азотный газ и т.п. Обычно газовый поток обрабатывают на поверхности, по потоку ниже устья скважины,которая соединена с подземным разрабатываемым газоносным пластом через первичную скважину, содержащую трубы, проходящие вниз от устья скважины. Сепараторы для удаления воды из газа при его добыче известны, например, из патента США 5333684. В этом устройстве используются плавающие шары, которые всплывают и блокируют путь потока, когда уровень воды в скважине становится высоким, и затем с нарастанием давления газа уровень воды принудительно опускается, что позволяет получать газ,не содержащий жидкой воды. Это устройство 2 способно лишь удерживать жидкую воду от добываемого газа. Однако оно не способно удалять воду из скважины, а также понижать температуру точки росы добытого газа. В патенте США 5794697 также раскрыт отпускной сепаратор для извлечения газа из смеси жидкостей и добываемого в скважине газа. Этот патент относится к сжатию в скважине газа и к повторному закачиванию газа в газовую шапку над нефтью, оставшейся в пласте. Показан и описан сепаратор в виде спирального бура, который придает вихревое движение текучей среде с последующим удалением газа из центра вихря. Этот сепаратор также не понижает температуру точки росы газа, а только разделяет существующие фазы. В ЕР-А-0711903 и в патенте США 3599400 раскрыты центробежные сепараторы нефти/газа,в которых добытая сырая нефть и природный газ разделяются с помощью центробежных сил,в котором однако добываемые фазы не расширяют, так что эти сепараторы разделяют существующие фазы нефти и газа. Сепараторы, которые являются эффективными для понижения точки росы газов, обычно требуют сложного оборудования и инструментов, таких как охлажденные абсорбционные масла или гликолевые абсорбенты. Такие операции являются обычно слишком сложными для расположения в устьях, таких как устья на дне моря, и слишком дорогостоящими для расположения в отдельных устьях газоносного месторождения. Желательно иметь дегидратор в виде части устьевого оборудования по потоку ниже устьевого штуцера, который не только удаляет жидкую воду, но и понижает температуру точки росы добытого газа, и является простым и недорогим. Существует множество способов отделения компонентов из газовых или других текучих сред. Примеры обычных сепараторных устройств включают дистилляционные колонны,фильтры и мембраны, центрифуги, отстойные резервуары, электростатические осадители,сушки, охладители, циклоны, сепараторы с вихревой трубой и абсорберы. Дополнительно к этому, в уровне техники описаны инерционные сепараторы, снабженные сверхзвуковым соплом. В патенте JP-A-02017921 описано разделение газовой смеси с использованием сверхзвукового потока. Устройство включает в себя вихревую форсунку, расположенную по потоку выше сверхзвукового сопла. Затем вихревой поток текучей среды проходит через аксиально симметричное расширяющееся сопло для образования мелких частиц. Вихрь сохраняется на большой осевой длине, создавая большое падение давления. В патенте US-A-3559373 описан сверхзвуковой сепаратор, включающий вход для газа 3 высокого давления, имеющую прямоугольное сечение горловину и U-образный канал с прямоугольным поперечным сечением. Канал имеет наружную изогнутую проницаемую стенку. Газовый поток подается на газовый вход с дозвуковыми скоростями. Газ уплотняется при проходе через горловину и расширяется в канал,увеличивая скорость до сверхзвуковой скорости. Расширение потока в сверхзвуковой зоне приводит к коалесценции капель, при этом большие капли проходят через наружную проницаемую стенку и собираются в камере. В патенте UK-A-1103130 описаны способ и устройство для разделения компонентов газового потока, в котором поток ускоряется до сверхзвуковой скорости и подвергается воздействию сильного электрического поля в соединении с интенсивным звуком. Таким образом,можно обрабатывать природный газ из скважины, подводимый через трубопровод. В патенте ЕР-А-0496128 описаны способ и устройство для отделения газа из газовой смеси. Устройство включает в себя цилиндр, который сужается к соплу и затем расширяется в зону вихря. Газ входит через входное отверстие цилиндра с дозвуковой скоростью и проходит через сужающуюся часть сопла. Поток расширяется из сужающейся части в расширяющуюся часть цилиндра с сверхзвуковой скоростью. Пара дельтовидных пластин сообщает вихревое движение сверхзвуковому потоку. Комбинация из сверхзвуковых скоростей и вихревого движения способствует конденсации и отделению конденсирующегося компонента от газовых компонентов протекающего потока. Выходная труба расположена по центру цилиндра для обеспечения выхода газовых компонентов протекающего потока с сверхзвуковой скоростью. Жидкие компоненты продолжают движение через вторую сужающуюся часть, которая понижает скорость до дозвуковой, и через вентилятор, и окончательно выходят из цилиндра через второй выход. В WO 99/01194 описан аналогичный способ и соответствующее устройство для удаления выбранного газового компонента из потока текучей среды, содержащей множество газовых компонентов. Это устройство снабжено возбудителем ударного потока по потоку ниже коллекторной зоны для уменьшения осевой скорости потока до дозвуковой скорости. Применение ударной волны таким образом приводит к более эффективному разделению образовавшихся частиц. В этих источниках описаны различные сверхзвуковые инерционные сепараторы. Однако ни в одном из них не описывается их использование в качестве части устьевого оборудования ниже устьевого штуцера по потоку. Сущность изобретения Данное изобретение относится к способу удаления конденсирующихся паров из потока 4 природного газа у устья скважины ниже его устьевого штуцера по потоку. Согласно изобретению, создан способ удаления конденсирующихся паров из потока природного газа, при этом способ содержит стадии:(A) обеспечения прохождения потока природного газа с сверхзвуковой скоростью через канал сверхзвукового инерционного сепаратора и обеспечения тем самым охлаждения текучей среды до температуры, которая ниже температуры/давления, при которых конденсирующиеся пары начинают конденсироваться, образуя отдельные капли и/или частицы;(C) собирания газа, из которого удалены конденсирующиеся пары,при этом сверхзвуковой инерционный сепаратор расположен вблизи устья скважины добычи природного газа для отделения конденсирующихся паров от потока природного газа,добытого из скважины. Создано также устройство для удаления конденсирующихся паров из природного газа,которое расположено вблизи устья и устьевого оборудования, содержащего указанное устройство. Подробное описание изобретения Могут быть использованы любые инерционные сепараторы, снабженные сверхзвуковым соплом, описанным выше. Предпочтительным сепаратором является сепаратор типа, описанного в ЕР-А-0496128, т.е. в котором сверхзвуковой поток, содержащий капли и/или частицы приводится в вихревое движение, обеспечивая тем самым движение капель и/или частиц в потоке в радиально внешнюю часть коллекторной зоны с последующим отделением этих капель и/или частиц в сверхзвуковой коллекторной зоне. В предпочтительном варианте выполнения данного изобретения ударная волна, вызванная переходом от сверхзвукового к дозвуковому потоку, возникает выше по потоку отделения конденсирующихся паров из коллекторной зоны. Было установлено, что эффективность разделения значительно повышается, если сбор капель и/или частиц в коллекторной зоне осуществляется после ударной волны, т.е. в дозвуковом потоке, а не в сверхзвуковом потоке. Предполагается, что это вызвано тем, что ударная волна рассеивает существенное количество кинетической энергии потока и тем самым сильно уменьшает осевую составляющую скорости текучей среды, в то время как тангенциальная составляющая (обусловленная генератором вихря) остается по существу неизменной. В результате плотность капель и/или частиц в радиально внешней части коллекторной зоны значительно выше, чем в других зонах канала, где поток является сверхзвуковым. Считается, что этот эффект обусловлен сильно уменьшенной 5 осевой скоростью текучей среды и тем самым ослабленной тенденцией частиц к увлечению центральным "сердечником" потока, где текучая среда протекает с более высокой осевой скоростью, чем вблизи стенок канала. Таким образом,в режиме дозвукового потока центробежным силам, действующим на конденсированные капли и/или частицы, не в сильной степени противодействует увлекающее воздействие центрального "сердечника" потока, так что частицы могут собираться в радиально внешней части коллекторной зоны, из которой они извлекаются. Ударная волна предпочтительно создается посредством пропускания потока текучей среды через диффузор. Подходящим диффузором является сверхзвуковой диффузор. Диффузор может быть, например, расширяющегося объема,или сужающегося и затем расширяющегося объема. В предпочтительном варианте выполнения коллекторная зона расположена смежно с выпускным концом диффузора. Данное изобретение можно применять на практике в соединении с другими операциями для осуществления сушки потока текучей среды с помощью других средств с целью уменьшения нагрузки на сепаратор, согласно данному изобретению. Поток, содержащий конденсирующиеся пары из коллекторной зоны, или же поток, из которого отделены конденсирующиеся пары, может быть также подвергнут дополнительной операции отделения, например, в сушке или сепараторе. Сверхзвуковой поток, согласно данному изобретению, также обуславливает быстрое расширение, за счет чего осуществляется охлаждение сжимаемого потока текучей среды. Это охлаждение приводит к конденсации паров в такой степени, что охлаждение понижает температуру потока ниже точки росы потока текучей среды. Любую газовую фракцию, выделенную из радиально наружной части коллекторной зоны,предпочтительно можно подавать обратно на вход, предпочтительно с использованием индуктора, для повышения давления снова до давления входного потока. Средство для обеспечения прохождения потока со сверхзвуковой скоростью предпочтительно содержит вход канала в виде сопла Лаваля, при этом наименьшая площадь поперечного сечения потока диффузора больше наименьшей площади поперечного сечения потока входа в виде сопла Лаваля. Краткое описание чертежей На чертежах схематично изображено на фиг. 1 - продольный разрез первого варианта выполнения сепаратора, используемого при реализации данного изобретения; на фиг. 2 - продольный разрез второго варианта выполнения сепаратора, используемого при реализации данного изобретения; 6 на фиг. 3 А и 3 В - устройство согласно данному изобретению у скважины; на фиг. 4 - устройство, используемое для демонстрации возможности реализации данного изобретения. Описание предпочтительных вариантов выполнения На фиг. 1 показан канал в виде открытого на концах трубчатого корпуса 1, имеющий вход 3 для текучей среды на одном конце корпуса. Первый выход 5 для загруженной конденсирующимися парами текучей среды находится вблизи другого конца корпуса, а второй выход 7 для, по существу, не содержащей конденсирующиеся пары текучей среды находится на другом конце корпуса. Направление потока в устройстве 1 от входа 3 к первому и второму выходам 5, 7. Вход 3 является ускорительной частью, содержащей сопло Лаваля, имеющее продольное сечение сужающейся - расширяющейся формы в направлении потока для придания сверхзвуковой скорости потоку текучей среды, входящему в корпус через вход 3. Корпус 1 дополнительно снабжен первичной цилиндрической частью 9 и диффузором 11, при этом первичная цилиндрическая часть 9 расположена между входом 3 и диффузором 11. Одно или более (например, четыре) дельтовидных крыла 15 выступают радиально внутрь от внутренней поверхности первичной цилиндрической части 9. Каждое крыло 15 установлено под выбранным углом относительно направления потока в корпусе для придания вихревого движения текучей среде, протекающей со сверхзвуковой скоростью через первичную цилиндрическую часть 9 корпуса 1. Диффузор 11 имеет продольное сечение сужающейся-расширяющейся формы в направлении потока, образуя вход 17 диффузора и выход 19 диффузора. Наименьшая площадь поперечного сечения потока диффузора больше наименьшей площади поперечного сечения потока сопла Лаваля входа 3. Корпус 1 дополнительно содержит вторичную цилиндрическую часть 17, имеющую большую площадь прохождения потока, чем первичная цилиндрическая часть 9, и расположенную по потоку ниже диффузора 11 в виде продолжения диффузора 11. Вторичная цилиндрическая часть 17 снабжена продольными выходными щелями 18 для жидкости, при этом щели 18 расположены на подходящем расстоянии от выхода 19 диффузора. Выходная камера 21 окружает вторичную цилиндрическую часть 17 и снабжена указанным выше первым выходом 5 для потока концентрированных твердых частиц. Вторичная цилиндрическая часть 17 заканчивается указанным выше вторым выходом 7 для по существу газа. Ниже приводится описание нормальной работы устройства 1. 7 Поток, содержащий твердые частицы микронного размера входит в сопло Лаваля через вход 3. При прохождении потока через вход 3 поток ускоряется до сверхзвуковой скорости. Вследствие сильного повышения скорости потока температура потока может уменьшится ниже точки конденсации тяжелых газовых составляющих потока (например, водяных паров),которые за счет этого конденсируются с образованием множества жидких частиц. При прохождении потока вдоль дельтовидных крыльев 15 потоку сообщается вихревое движение (схематично обозначенное спиралью 22), так что на жидкие частицы воздействуют направленные радиально наружу центробежные силы. Когда поток входит в диффузор 11, то вблизи расположенного ниже по потоку выхода 19 диффузора 11 создается ударная волна. Ударная волна рассеивает значительное количество кинетической энергии потока, за счет чего в основном уменьшается осевая составляющая скорости потока текучей среды. Вследствие сильного уменьшения осевой составляющей скорости центральная часть потока (или "сердечник") протекает с уменьшенной осевой скоростью. Это обуславливает уменьшение тенденции увлечения конденсированных частиц центральной частью потока, протекающего во вторичной цилиндрической части 17. Поэтому конденсированные частицы могут образовывать агломераты в радиально наружной части коллекторной зоны потока во вторичной цилиндрической части 17. Агломерированные частицы образуют слой жидкости, который извлекается из коллекторной зоны через выходные щели 18, выходную камеру и первый выход 5 для, по существу,жидкости. Поток, из которого была удалена вода (и любые конденсирующиеся пары), выходит через второй выход 7 для, по существу, не содержащего твердых частиц газа. На фиг. 2 показан второй вариант выполнения устройства согласно изобретению, при этом устройство содержит трубчатый корпус 23 с открытыми концами с входом 25 для текучей среды в виде сопла Лаваля на одном конце. На другом конце корпуса находится первый выход 27 для потока, содержащего жидкости. Направление потока текучей среды в устройстве обозначено стрелкой 30. Корпус от входа 25 до выхода 27 для жидкости имеет первичную, по существу, цилиндрическую часть 33, расширяющийся диффузор 35, вторичную цилиндрическую часть 37 и расширяющуюся часть 39. Дельтовидное крыло 41 выступает радиально внутрь в первичной цилиндрической части 33,при этом крыло 41 установлено под выбранным углом к направлению потока в корпусе для придания вихревого движения текучей среде, протекающей с сверхзвуковой скоростью через корпус 23. Имеющий форму трубы второй выход 43 для, по существу, газа проходит коакси 004226 8 ально через первый выход 27 в корпус и имеет входное отверстие 45 на нижнем по потоку конце вторичной цилиндрической части 37. Внутри выхода 43 предусмотрено спрямляющее устройство (не изображено), например, спрямляющее устройство вентиляторного типа, для преобразования вихревого потока газа в выпрямленный поток. Дельтовидное крыло предпочтительно имеет профиль треугольной формы, при этом передняя кромка наклонена относительно вершины крыла. Нормальная работа второго варианта выполнения аналогична нормальной работе первого варианта выполнения. Завихрение сверхзвукового потока происходит в первичной цилиндрической части 33, ударная волна возникает вблизи перехода диффузора 35 во вторичную цилиндрическую часть 37. Дозвуковой поток возникает во вторичной цилиндрической части 37, поток, содержащий твердые частицы и любые конденсированные жидкости, выходит через первый выход 27. Высушенный газ выходит через второй выход 43, в котором вихревой поток газа преобразуется в выпрямленный поток с помощью спрямляющего устройства. В приведенном выше описании корпус,первичная цилиндрическая часть, диффузор и вторичная цилиндрическая часть имеют круглое поперечное сечение. Однако может быть выбрано любое другое подходящее поперечное сечение этих элементов. Первичная и вторичная цилиндрические части в качестве альтернативного решения также могут иметь форму, отличную от цилиндрической, например, форму усеченного конуса. Кроме того, диффузор может иметь любую другую подходящую форму, например, без сужающейся части (как показано на фиг. 2), в особенности для применения при низких сверхзвуковых скоростях текучей среды. Вместо крыльев, установленных каждый под фиксированным углом относительно осевого направления корпуса, может быть установлено крыло с увеличивающимся углом в направлении потока, предпочтительно в комбинации со спиральной формой крыла. Аналогичный результат может быть обеспечен при расположении плоских крыльев вдоль пути с увеличением угла относительно оси первоначального потока. Кроме того, каждое крыло может быть снабжено поднятой вершиной крыла (называемой также крылышком). Вместо диффузора, имеющего расширяющуюся форму (фиг. 2), диффузор в качестве альтернативного решения может иметь расширяющуюся часть с последующей сужающейся частью в направлении потока. Преимуществом такого диффузора расширяющейся-сужающейся формы является то, что в диффузоре происходит меньшее увеличение температуры текучей среды. 9 На фиг. 3 А показано устройство, согласно данному изобретению, на подводном морском устье. Подводная морская скважина 301 показана в толще воды 313 с обсадной трубой 302,имеющей перфорацию 303, обеспечивающую соединение внутреннего пространства скважины 304 с пластом 312. Схематично показано типичное устьевое оборудование 305. Сепаратор 306, согласно данному изобретению, отделяет в основном жидкий поток от высушенного потока 308 паров. Температура на дне 309 моря приближается к температурам замерзания и поэтому образование гидратов в проходящем по дну моря трубопроводе является серьезной проблемой. Данное изобретение обеспечивает создание простой, требующей небольшого обслуживания и недорогой системы дегидрации. Отделенные жидкости могут быть снабжены добавкой 310 ингибитора гидратообразования с помощью контролируемого впрыска 311. На фиг. 3 В показан другой вариант выполнения устройства, при этом скважина 350 расположена на поверхности 351. Скважина имеет обсадную трубу 354, снабженную перфорацией 355. Может быть предусмотрено обычное устьевой оборудование 352. Сепаратор 353 жидкости от газа снабжен выходом 356 для жидкости и системой 357 контроля уровня. Выход 363 для газа из сепаратора жидкости от газа подходит к дегидратору 358, согласно данному изобретению. Пары из выхода 359 сепаратора, согласно данному изобретению, являются сухим газом 360, имеющим точку росы ниже точки росы добываемого газа. Жидкость из сепаратора 358,согласно данному изобретению, может содержать пары, которые являются насыщенными, и поэтому их предпочтительно направляют во второй сепаратор 361 жидкости от газа. Жидкость 362 из этого второго сепаратора может быть объединена с жидкостью из первого сепаратора, или же может направляться отдельно в наземное оборудование. В качестве альтернативного решения, жидкость из второго сепаратора можно повторно впрыскивать в пласт для эффективного устранения. Жидкость из второго сепаратора можно закачивать в резервуар высокого давления, или же она может стекать под имеющимся давлением в пласт низкого давления. Если желательно повторное впрыскивание, то жидкость из второго сепаратора можно собирать и затем повторно впрыскивать, или же повторно впрыскивать в скважину, из которой был добыт газ. Пары 365 из второго сепаратора жидкости от воды можно рециркулировать через декомпрессорное сопло Вентури на вход сепаратора,согласно данному изобретению. Поток 364, насыщенный водой и конденсирующимися углеводородами, предпочтительно достаточно насыщен водяным паром, так что нет необходимости в добавках, исключающих образование гидратов. Даже если желательно 10 ингибирование гидратообразования, то количество необходимого ингибитора гидратообразования значительно снижается, поскольку необходимо обрабатывать меньший объем текучей среды, подлежащей обработке. Создающие вихрь средства могут быть установлены у входной части канала, а не ниже по потоку от входной части. Примеры Для данного изобретения было подготовлено и продемонстрировано испытательное устройство для отделения водяного пара от воздуха. Очевидно, что при использовании устройства под землей, на дне моря или у устья будут иметь место другие температуры, давления и числа Маха. Однако для специалистов в данной области техники не представляет трудности выполнить соответствующую коррекцию. На фиг. 4 показана общая конфигурация используемого устройства. В этом примере воздух 425 сжимается до 140 кПа (1,4 бар(а с помощью нагнетательного вентилятора 401 для получения сжатого воздуха 426. После вентилятора воздух охлаждают до около 25-30 С с помощью ребристого охладителя 402, расположенного в резервуаре 418, и затем в пространство пара ниже охладителя 420 разбрызгивают воду 419, обеспечивая насыщение воздуха водой (относительная влажностьRV = 90%). Этот насыщенный водой воздух 427 подают в парожидкостной сепаратор 403, в котором воду с небольшим количеством проскакивающего воздуха выделяют в виде влажного потока 421, проходящего вместе с потоком жидкости, и отдельно выводят высушенный воздух 422. В данном примере устройство снабжено трубчатыми каналами потока, хотя такие же результаты можно получить с прямоугольными или не симметричными поперечными сечениями. Поэтому всегда указываются диаметры и они относятся к внутренним диаметрам. Типичные условия на входе приведены ниже: 1. Удельный массовый расход: 2. Входное давление: 3. Входная температура: 4. Входная влажность: Устройство обеспечивает конденсацию водяного пара, в результате чего создается эмульсионный поток, содержащий большое число водных капель. Конечные давление и температура составляют 68 кПа (680 мбар(а и 28 С, в результате чего обеспечивается пренебрежимо малая фракция водяного пара. Диаметр 404 горловины сопла составляет 70 мм. Входной диаметр 405 равен 300 мм, хотя его величина не оказывает влияния на работу устройства. Выходной диаметр 400 сопла равен 80 мм для получения условия сверхзвукового 11 потока; обычно, соответствующего числу Маха М = 1,15. Длины сопла определяются скоростью охлаждения, которая в данном случае составляет 19000 К/с. Специалисты в данной области техники могут определить профили давления и температуры для потока, проходящего через устройство, и тем самым - скорость охлаждения. Скорость охлаждения определяет распределение размера частиц. Понижение скорости охлаждения приводит к повышению среднего размера капель. Длины сопла составляют:L1, 406: 700 мм: от входа сопла до горловины сопла, L2, 407: 800 мм: от горловины сопла до выхода сопла. Для уменьшения потерь на трение шероховатость стенок выбрана небольшой, предпочтительно 1 мкм. В зависимости от применения можно использовать любой жесткий материал для выполнения сопла с учетом указанных выше параметров конструкции. Между выходом сопла и диффузором расположена вихревая труба 408. В вихревой трубе установлен крылоподобный, вызывающий завихрение внутренний элемент 409. На кромке этого внутреннего элемента создается вихрь на верхней стороне (стороне низкого давления) и сбрасывается с плоскости предпочтительно на задней кромке. Корневая хорда этой крылоподобной пластины присоединена к внутренней стенке вихревой трубы. Входной диаметр 400 вихревой трубы равен 80 мм. В данном случае вихревая труба является слегка конической; диаметр линейно увеличивается по длине хорды крыла до 84 мм(диаметр 423). После конической части 410 вихревой трубы диаметр вихревой трубы остается постоянным и равным 84 мм на длине, где капли осаждаются на внутреннюю стенку (длина отделения). Эти две длины составляют: L3, 410: 300 мм: от верхней точки крыла до задней кромки крыла, от L4, 412: 300 мм: от задней кромки крыла до диффузора. Размеры внутреннего крыла зависят от предпочтительной циркуляции или общей завихренности. Эта циркуляция составляют обычно 16 м 2/c при длине хорды крыла 300 мм, размахе крыла на задней кромке 60 мм и угле атаки у хорды крыла относительно оси трубы 8. Угол стреловидности передней кромки (от линии,перпендикулярной потоку) составляет 87 и угол стреловидности задней кромки составляет около 40. Кромки крыла выполнены острыми. Плоскость крыла является плоской, а профиль экстремально узким. Толщина крыла у основания составляет 4 мм. Крыло наклонено относительно оси трубы на 8. В дренажной части обеспечивается удаление жидкости из вихревой трубы. Дренажная 12 часть не является четко определенным устройством, а является составной частью вихревой трубы, образованной с помощью щелей, пористых материалов, отверстий в стенках вихревой трубы; или же, как показано на фиг. 4, является составной частью диффузора, образованной с помощью вихревого вкладыша 413 (коаксиального канала). В этом случае вихревой вкладыш(коаксиальный канал) расположен по центру в канале после ударной волны, которая создавалась непосредственно после вихревой трубы в первой части 414 диффузора. Размеры вихревой трубы зависят от соотношения диаметра 414 диффузора в этом месте(90 мм на входе) и входного диаметра 425' вихревого вкладыша в этой точке (85 мм на входе). Разница этих площадей поперечного сечения влияет на минимальный поток, который выделяется из основного потока, содержащего жидкости. В данном случае этот минимальный поток составил 10% от основного потока, т.е. 0,12 кг/с. Длина 433 диффузора составляет 1500 мм. В диффузоре остаточная кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию (увеличение статического давления). Желательно избегать отделения приграничного слоя, которое может вызвать срыв потока, что снижает эффективность. Поэтому половина угла расширения диффузора в данной испытательной установке должна быть предпочтительно меньше 5 и в данном случае составляет 4. Диаметр входа диффузора равен диаметру входа вихревого вкладыша (85 мм). Выходной диаметр 415 диффузора равен 300 мм, и сухой воздух в этой точке имеет приблизительно атмосферное давление. Производительность устройства измерялась с помощью двух датчиков влажности (емкостных, изготовленных фирмой "Vaisala"),расположенных на входе 416 воздуха и на выходе 417 сухого воздуха, оба с коррекцией на температуру и давление. Типичная величина фракций воды на входе составляла 18-20 г водяного пара на 1 кг сухого воздуха. Типичная величина фракций воды на выходе составляла 1315 г водяного пара на 1 кг сухого воздуха. Это означает, что эффективность отделения входного водяного пара составляет около 25%. Это также соответствует отделению жидкостей,конденсированных в сверхзвуковой зоне, поскольку большинство жидкой воды, присутствующей во входном потоке, конденсируется в этой точке. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ удаления конденсирующихся паров из потока природного газа, содержащий стадии:(A) пропускания потока природного газа со сверхзвуковой скоростью через канал сверхзвукового инерционного сепаратора (1, 23, 306,358) для охлаждения текучей среды до темпера 13 туры, ниже температуры или давления, при которых конденсирующиеся пары начинают конденсироваться с образованием отдельных капель и/или частиц;(B) отделения капель и/или частиц от газа и(C) сбора газа, из которого удалены конденсирующиеся пары,отличающийся тем, что поток природного газа пропускают через сверхзвуковой инерционный сепаратор (1, 23, 306, 358), установленный вблизи устья (305, 352) скважины (301, 350) добычи природного газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (В) возбуждают вихревое движение(22) в сверхзвуковом потоке текучей среды, заставляя конденсирующиеся пары проходить в потоке в радиально наружную часть коллекторной зоны с последующим дозвуковым или сверхзвуковым отделением конденсирующихся паров в выходной поток из радиально наружной части коллекторной зоны. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что вихревое движение создают с помощью крыла(15, 41), расположенного в зоне сверхзвукового потока. 4. Способ по любому из пп.2 или 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию создания ударной волны в потоке выше коллекторной зоны по потоку и ниже по потоку места (15, 41), в котором создают вихревое движение. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ударную волну создают путем обеспечения прохождения потока текучей среды через диффузор (11, 35). 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию добавления ингибитора гидратообразования в выходной поток, выделенный из радиально наружной части коллекторной зоны. 7. Устройство (1, 23, 306, 358) для удаления конденсирующихся паров из природного газа, содержащее ускорительную часть для ускорения газа до сверхзвуковой скорости, часть(15, 41) создания вихревого движения газа, коллекторную зону, выполненную с обеспечением возможности удаления из нее потока газа, содержащего уменьшенное количество конденсирующихся паров, и радиально наружную часть коллекторной зоны, приспособленную для сбора из нее конденсирующихся паров, отличающееся 14 тем, что оно выполнено с возможностью установки вблизи устья скважины добычи природного газа и взаимодействия с ним. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем,что оно дополнительно содержит инициатор(11, 35) ударной волны ниже по потоку части,создающей вихрь. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем,что инициатор ударной волны является диффузором (11, 35), расположенным с возможностью инициализации ударной волны выше коллекторной зоны по потоку. 10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что ускорительная часть содержит вход (3, 25) канала в виде сопла Лаваля,причем наименьшая площадь поперечного сечения потока диффузора (11, 35) больше наименьшей площади поперечного сечения потока сопла Лаваля входа (3, 25), и в котором часть создания вихревого движения потока содержит устройство (15, 41) в виде крыла. 11. Устьевой узел, отличающийся тем, что он содержит устройство по любому из пп.7-9,установленное по потоку ниже устьевого штуцера (305, 352). 12. Устьевой узел по п.11, отличающийся тем, что он содержит подводное морское устье(305). 13. Устройство по п.7, отличающееся тем,что радиальная наружная часть коллекторной зоны сообщена с первым кольцевым выходом(21, 27) для сбора потока текучей среды, обогащенной конденсирующимися парами, а центральная часть коллекторной зоны сообщена со вторым трубчатым выходом (7, 43) для сбора потока текучей среды, обедненной конденсирующимися парами, при этом второй трубчатый выход (7, 43) образован, по существу, прямой трубой, по существу, коаксиальной первому кольцевому выходу (21, 27), по меньшей мере,на значительной части его длины. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем,что первый кольцевой выход (21, 27) имеет в направлении вниз по потоку цилиндрическую или расширяющуюся форму. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем,что второй трубчатый выход (7, 43, 423) имеет в направлении вниз по потоку цилиндрическую или расширяющуюся форму и создает коаксиальный канал (413) обнаружения вихря внутри первого кольцевого выхода (21, 27).
МПК / Метки
МПК: E21B 43/34, B01D 45/16
Метки: устья, потока, паров, узел, включающий, газа, конденсирующихся, способ, устьевой, такое, осуществления, природного, удаления, устройство, скважины
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-4226-sposob-udaleniya-kondensiruyushhihsya-parov-iz-potoka-prirodnogo-gaza-u-ustya-skvazhiny-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya-i-ustevojj-uzel-vklyuchayushhijj-takoe-ustrojjstvo.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ удаления конденсирующихся паров из потока природного газа у устья скважины, устройство для его осуществления и устьевой узел, включающий такое устройство</a>
Предыдущий патент: Способ повторной переработки пластмасс и способ получения материалов из пластмасс
Следующий патент: Гидроксамиды (4-сульфониламино)тетрагидропиран-4-карбоновой кислоты
Случайный патент: Профилактика вич-инфекции