Распределительный коллектор

Распределительный коллектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способам разделения многофазного потока в несколько потоков, по существу, с такой же смесью фаз.

Уровень техники

При добыче нефти или газа из подводных скважин добываемый флюид часто представляет собой многофазную смесь. Также может существовать необходимость в обработке этого потока многофазной смеси, например, ее охлаждении перед разделением на различные вещества, такие как газ, нефть, вода, песок или другие флюиды, находящиеся в многофазном потоке. Например, для достижения требуемой степени охлаждения потока предпочтительно охлаждать меньшие количества, а тогда будет предпочтительно разделить многофазный поток на несколько одинаковых меньших потоков.

Надлежащее распределение такого многофазного потока является непростой задачей. Состав потока может разниться на разных выпусках в точке разделения, а в крайних случаях один выпуск может содержать только газ или только воду. В подводных системах имеется несколько причин для того, чтобы иметь управление разделением между параллельными потоковыми линиями, технологическими системами или технологическим оборудованием: 1) для обеспечения одинаковой нагрузки; 2) для обеспечения достаточного количества ингибирующей жидкости.

Особо сложным было решение для систем, в которых объемный расход жидкости мал по сравнению с объемным расходом газа. Сложности касаются одинакового распределения жидкости и газа в целом. Данное приложение важно, если в газоконденсатной системе присутствует МЭГ, который нужно одинаково распределить в несколько труб для того, чтобы избежать образования гидрата. Оно также может быть важным, если требуется одинаково загрузить расходы в две и более линий.

Имеется несколько известных решений по обеспечению разделения одного многофазового потока на несколько. В патенте США 4293025 описан разделитель потока с использованием имеющего впуск и два выпуска бака, в котором выпуски выполнены в виде вертикальных стояков, частично входящих в бак. Имеющиеся перегородки не дают входящим в бак сверху флюидам прямо поступить в стояки. Жидкость собирается на днище бака. Стояки в этой системе перфорированы таким образом, что жидкость входит в стояки через отверстия перфорации, а пар поступает в стояки сверху. Это устройство используют для распределения парожидкостной смеси для теплообменника. В патенте США 7261120 показана аналогичная конструкция, но в ней стояки расположены на верхнем конце бака и выступают в бак сверху вниз, а впуск расположен внизу. Стояки в этой системе также перфорированы. В патенте США 4662391 описан разделитель потока парожидкостных смесей, в целом имеющий форму четырехходового трубного распределителя. Распределитель имеет впуск и нижний слив прямо напротив впуска, а также два выпуска, перпендикулярных впуску. Флюид собирается в центральной камере распределителя. Когда накапливающаяся жидкость достигает края боковых выпусков, она в равных количествах разделяется между двумя выпусками для того, чтобы быть вторично унесенной равной частью пара, проходящего через каждый выпуск. Слив используют для регулирования высоты флюида в центральной камере.

Раскрытие изобретения

Ни одно из этих решений не является удовлетворительным для разделения многофазного потока, особенно когда оборудование используется под водой. Задачей изобретения является предложение альтернативного устройства и способа обеспечения разделения многофазного потока на несколько меньших потоков, имеющих, по существу, одинаковое содержимое по различным флюидам потока.

Поставленная задача решается коллектором и способами, определенными в приводимой формуле изобретения, причем дополнительные детали изобретения приводятся в зависимых пунктах формулы и в нижеследующем описании.

Согласно изобретению предлагается коллектор для использования в системе распределения потока. По стандартному определению коллектором является труба или камера, разветвляющаяся через несколько отверстий. Коллектор является присоединяемым к питающей трубе. Коллектор по изобретению сформирован с нижней частью, внутренняя поверхность которой имеет форму полуцилиндра, продольная ось которого при нормальном использовании проходит, по существу, в горизонтальном направлении. Внутренняя поверхность может также иметь форму полного цилиндра. В этой внутренней поверхности расположены по меньшей мере два выпуска, размещенные в ряд, по существу параллельный продольной оси. Эти выпуски присоединены к выпускным трубным сегментам, центральная ось которых отходит от нижней части коллектора наклонно вниз.

Согласно одному аспекту изобретения, коллектор может быть образован продольной главной трубной секцией, труба которой имеет, по существу, круглое сечение. На одном из концов коллектора может быть расположен впуск. Центральная ось главной трубной секции тогда будет образовывать продольную ось коллектора и при нормальной эксплуатации будет проходить в, по существу, горизонтальном направлении. При этом выпуски будут размещены в нижней половине главной трубной секции и будут присоединены к выпускным трубам, центральная ось которых отходит от главной трубной секции наклонно вниз.

Согласно данному аспекту, выпуски могут быть расположены таким образом, что на виде в поперечном разрезе нижней части коллектора или главной трубной секции главная ось присоединенных к выпускам трубных сегментов будет образовывать с вертикальной осью угол от 35 до 50 градусов.

Согласно другому аспекту, выпуски могут быть так расположены в пространстве и присоединены к выпускным трубам, что главная ось выпускных трубных сегментов на выпуске будет образовывать с вертикальной осью угол 45 градусов.

Согласно еще одному аспекту, выпускные трубы могут быть так присоединены к главной трубе, чтобы на выпуске центральная ось выпускных труб пересекала продольную ось нижней части коллектора или главной трубной секции.

Согласно еще одному аспекту, в нижней части или в нижней половине коллектора или главных трубных секций могут быть размещены два ряда выпусков. В одном варианте осуществления изобретения выпуск одного ряда находится в той же поперечной плоскости, что и выпуск второго ряда, а в другом варианте осуществления выпуск одного ряда находится в поперечной плоскости, находящейся между поперечными плоскостями соседних выпусков другого ряда.

Согласно другому аспекту, на одном конце главной трубной секции расположен один впуск. При этом первый выпуск размещен на расстоянии от впуска. В другом варианте осуществления на каждом из концов продольной оси коллектора имеется по одному впуску.

Согласно изобретению также предлагается способ распределения смешанного потока по нескольким трубам, включающий в себя подачу смешанного потока в горизонтальную трубу, где жидкая фаза смешанного потока сама разместится в нижней части трубы, а газовая фаза - в оставшейся части поперечного сечения трубы, с последующим выводом смеси из трубы в выпускные трубы, размещенные в нижней части трубы под углом от 35 до 50 градусов к вертикальной оси.

Изобретением также предлагается способ охлаждения многофазного флюида, включающий в себя подачу многофазного флюида в вышеописанный коллектор по изобретению, в результате чего поток разделяется на несколько частичных многофазных потоков, каждый из которых охлаждают по отдельности, а затем снова собирают в общий многофазный поток.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение разъясняется на неограничивающих примерах осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, причем:

нФиг.1 показан принципиальный эскиз распределительного коллектора по изобретению,

на Фиг.2 показано поперечное сечение коллектора,

на Фиг.3 показан принципиальный эскиз применения коллектора по изобретению,

на Фиг.4А, 4В и 4С показаны поперечные сечения коллектора в различных вариантах осуществления,

на Фиг.5А и 5В показаны принципиальные эскизы главной трубной секции в виде снизу в вертикальном направлении.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показан принципиальный эскиз части коллектора по изобретению. Коллектор, являющийся устройством для разделения одного потока на несколько потоков, содержит главную трубную секцию 1 с центральной осью 15, причем с одного конца у главной трубной секции имеется впуск 13. Через этот впуск 13 вводится флюидная смесь 10. По длине главной трубной секции 1 имеются несколько выпусков 14. Эти выпуски 14 расположены в ряд вдоль главной трубной секции 1 и в нижней половине трубы, когда она имеет нормальную конфигурацию для использования, и они присоединены к выпускным трубам 2. Выпускные трубы 2 по меньшей мере на секции 22 выпускных труб 2, которой выпускные трубы 2 присоединяются к выпускам 14, направлены вниз. Центральная ось 21 выпускной трубной секции 22 образует острый угол 6 с вертикальной осью 3, причем открытый конец угла ориентирован вниз, что лучше всего видно на Фиг.2. Центральная ось 21 выпускной трубной секции 22 в предпочтительном варианте может пересекать центральную ось главной трубной секции 1.

Как показано на Фиг.2, поступивший в главную трубную секцию 1 поток флюидной смеси 10 быстро сам разделится на более жидкостную часть 12 в нижней части главной трубной секции 1 и на более газовую часть 11 в относительно верхней части главной трубной секции 1. Установка выпуска 14 с выпускной трубной секцией 22, направленной вниз под углом θ от 35 до 50 градусов, предпочтительно 45 градусов, даст предпочтительную и аналогичную частичную смесь 20 газовой части 11 и жидкой части 12 главной трубной секции в каждой из выпускных трубных секций 22.

На Фиг.3 показан возможный вариант применения коллектора по изобретению. Питающая труба 9 присоединена к главной трубной секции 1, к которой присоединены несколько выпускных труб 2. Выпускная трубная секция 22 может составлять только меньшую часть общей длины выпускной трубы 2. Каждая из выпускных труб далее присоединена к своему охладителю 4, охлаждающему частичную смесь 20. После охлаждающих устройств трубная секция 5 ведет в коллекторную трубу 6, снова собирающую все охлажденные частичные смеси 20 в главную смесь 10 и подающую ее по общей трубе 7 в агрегат 8, например сепаратор 8. Количество охладителей 4 и конфигурацию каждого из них, а также количество ингибиторов, которое нужно подать в систему, рассчитать относительно проще, так как проще охладить меньшую часть потока, а не весь главный поток целиком.

На Фиг.4А и 4В показаны поперечные сечения, на которых выпуски 14 главной трубы 1, присоединенные к имеющим центральную ось 21 выпускным трубным секциям 22, показаны образующими с вертикальной осью 3 различные углы θ от 35 до 50 градусов. Также показано, что центральная ось 21 не обязательно пересекает центральную ось главной трубы 1. На Фиг.4С показан еще один вариант осуществления, в котором в нижней части главной трубы 1 имеются два ряда выпусков 14. Выпуски 14 обоих рядов образуют с вертикальной осью 3 одинаковый угол θ. Как показано на Фиг.5А и 5В, на которых изображен принципиальный эскиз главной трубы 1 в виде снизу по вертикальной оси, два ряда выпусков 14 могут располагаться по длине главной трубы 1 параллельно друг другу или в шахматном порядке. Выпуски 14 обоих рядов могут быть сформированы попарно в общей плоскости, поперечной центральной оси главной трубы, или же они могут быть сформированы таким образом, чтобы выпуск одного ряда находился в другой проходящей поперечно центральной оси плоскости, чем выпуск другого ряда выпусков. На данной фигуре также видно, что выпуски 14 сформированы на расстоянии от впуска 13, присоединенного к питающей трубе 9.

Таким образом, изобретение было разъяснено выше со ссылкой на неограничивающие примеры осуществления, показанные на чертежах. Специалистам в данной области ясно, что эти осуществления могут иметь варианты в пределах объема изобретения, определенного приводимой формулой.

1. Коллектор для использования в системе регулирования потока, содержащий продольную главную трубную секцию (1) с одним присоединяемым к питающей трубе (9) впуском (13) и по меньшей мере двумя выпусками (14), расположенными в ряд по длине главной трубной секции (1), причем центральная ось (15) главной трубной секции (1) при нормальном использовании проходит в, по существу, горизонтальном направлении, отличающийся тем, что выпуски (14) расположены в нижней половине главной трубной секции (1) и присоединены к выпускным трубным секциям (22), расположенным так, что их центральная ось (21) отходит от главной трубной секции (1) наклонно вниз, причем все выпуски (14) расположены так, что на виде в разрезе через главную трубную секцию (1) центральная ось (21) трубных секций (22), присоединенных к выпускам (14), образует с вертикальной осью (3) одинаковый угол θ от 35 до 50 градусов.

2. Коллектор по 1, отличающийся тем, что выпуски (14) расположены и присоединены к выпускным трубным секциям (22) так, что центральная ось (21) выпускных трубных секций (22) на выпуске (14) образует с вертикальной осью (3) угол θ, равный 45 градусам.

3. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что выпускные трубные секции (22) присоединены к главной трубной секции (1) так, что центральная ось (21) выпускных трубных секций пересекает центральную ось (15) главной трубной секции (1).

4. Коллектор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в нижней половине главной трубной секции (1) расположены два ряда выпусков (14).

5. Коллектор по п.4, отличающийся тем, что выпуск (14) одного ряда размещен в той же поперечной плоскости, что и выпуск (14) другого ряда.

6. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что на одном конце главной трубной секции (1) расположен один впуск (13).

7. Способ распределения смешанного потока по нескольким трубам, в котором подают текучую смесь (10) в горизонтальную трубу (1), таким образом, что жидкая фаза (12) смешанного потока сама расположится в нижней части трубы (1), а газовая фаза (11) - в оставшейся части поперечного сечения трубы (1), затем выводят смесь из трубы в по меньшей мере две выпускные трубные секции (22), расположенные в нижней части трубы (11) под одинаковым углом 30-50 градусов к вертикальной оси (3).

8. Способ по п.7, в котором смесь выводят в выпускные трубные секции (22), расположенные под углом 45 градусов к вертикальной оси (3).

9. Способ охлаждения многофазного флюида, включающий в себя подачу многофазного флюида (10) в коллектор, охарактеризованный в одном из пп.1-6, так что поток (10) разделяется на несколько частичных многофазных потоков (20), каждый из которых охлаждают по отдельности, а затем снова собирают в общий многофазный поток.