Способ подготовки нефти и десорбционная колонна для его осуществления
OIL PREPARATION METHOD AND DESORPTION COLUMN FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам подготовки нефти при дегазации, обезвоживании и обессоливании.
Известен способ подготовки сероводородсодержащей нефти (патент RU №2220756, МПК B01D 19/00, C10G 33/00, опубл. 10.01.2004 Бюл. №1), включающий ее многоступенчатую сепарацию и отдувку углеводородным газом, отличающийся тем, что отдувку углеводородным газом ведут при давлении 0,1-0,6 МПа до достижения не более 90%-ной степени удаления содержащегося в нефти сероводорода, после чего в нефть при перемешивании вводят монометанолэтаноламин и/или диметанолэтаноламин - продукты взаимодействия моноэтаноламина с формальдегидом, полученную смесь выдерживают при температуре 10-70°С в течение не менее 5 мин.
Недостатками данного способа являются узкая область применения из-за работы только с водородсодержащей нефтью, очень жесткие временные технологические параметры работы с применением дорогостоящих реагентов, что ведет к сложности в реализации и, как следствие, удорожанию всего процесса.
Наиболее близким по технической сущности является установка подготовки сероводородсодержащей нефти (патент RU №2412740, МПК B01D 19/00, C10G 29/00, опубл. 27.02.2011 Бюл. №6), включающая нефтепровод, ступени сепарации, установку обезвоживания и обессоливания нефти, состоящую из ступени предварительного обезвоживания нефти с резервуарами-отстойниками, сырьевых насосов, нагревателя нефти, отстойников ступени глубокого обезвоживания и отстойников ступени обессоливания нефти с трубопроводом сброса отстоявшейся в них воды и трубопроводом пресной промывочной воды, соединенным с участком нефтепровода перед отстойниками обессоливания, установку очистки нефти от сероводорода и легких меркаптанов, содержащую блок отдувки сероводорода, состоящий из десорбционной колонны с подводящими и отводящими газопроводами и нефтепроводами, расходомера газа, установленного на подводящем газопроводе перед колонной, и сепаратора с выкидным нефтепроводом, блок химической нейтрализации сероводорода и меркаптанов, состоящий из узла приема и хранения реагента, насосов-дозаторов с напорным трубопроводом и установленным на нем гасителем пульсаций давления, смесительное устройство, соединенное с напорным трубопроводом насосов-дозаторов, резервуары товарной нефти, причем выкидной нефтепровод сепаратора снабжен расходомером нефти и завихрителем потока, который охвачен байпасной линией со смесительным устройством, причем напорный трубопровод узла приема и хранения реагента, сообщенный с входом смесительного устройства, снабжен игольчатым вентилем, а насосы-дозаторы снабжены частотным регулятором, функционально связанным с расходомером нефти, при этом напорный трубопровод узла приема и хранения реагента между входом смесительного устройства и игольчатым вентилем выполнен с возможностью сообщения со входом установки обезвоживания и обессоливания нефти перед сырьевыми насосами при остановке блока отдувки, подводящий нефтепровод десорбционной колонны снабжен дополнительным расходомером нефти, а подводящий газопровод - регулирующим клапаном, функционально связанным с дополнительным расходомером нефти.
Данной установкой реализуется способ подготовки нефти, включающий очистку нефти в как минимум в двух входных ступенях сепарации от механических примесей и свободной воды и газа с последующим их отводом на установки сбора и/или утилизации, отбор воды из резервуара-отстойника и последующую прокачку сырьевым насосом очищенной нефти через путевой подогреватель для нагрева выше 60°С, но не выше температуры кипения легкий фракций нефти, через как минимум двух ступеней обезвоживания и обессоливания нефти в подачей между ними пресной промывочной воды, последующую подачу в десорбционную колонну с продувкой газом и подачей реагентов, и потом через выходной сепаратор и резервуар товарной нефти, причем механические примеси, вода и газ из сепараторов отводом на системы сбора и/или утилизации.
Недостатками данного способа являются узкая область применения из-за работы только с сероводородсодержащей нефтью, тепло расходуется нерационально после десорбционной колонны отводится вместе с газом, а не работает на технологический процесс, пресная промывочная вода, введенная в трубопровод между ступенями обезвоживания и обессоливания нефти, не успевает качественно среагировать с солями в нефти из-за небольшого времени воздействия при перемешивании, а процесс в разрушения водонефтяной эмульсии в десорбционной колонне требует больших затрат энергии и точного соблюдения всех технологических параметров, что ведет к сложности в реализации и, как следствие, удорожанию всего процесса за счет, в том числе, и большого расхода реагентов для нейтрализации отрицательных последствий в работе при достижении необходимой степени очистки.
Технической задачей предлагаемого способа подготовки нефти является расширение области применения за счет работы с любой добываемой из скважин продукцией и более эффективного использования тепла нагреваемой нефти за счет предварительного прогрева поступающей нефти после первой ступени входной сепарации, а процесс разрушения водонефтяной эмульсии в десорбционной колонне осуществлять эффективное разрушение водонефтяной эмульсии при любых параметрах работы за счет равномерного ввода газа по всей длине и сечению этой колонны без использования гидравлического сопротивления, также снизить потребность в большом количестве реагентов для получения необходимой степени очистки нефти.
Известно устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу (патент RU №2604351, МПК C10G 33/06, B01D 17/04, опубл. 10.12.2016 Бюл. №34), включающее трубопровод и продольную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180(по отношению к кромке на входе, причем трубопровод перед продольной перегородкой по направлению потока водонефтяной эмульсии оснащен конусом, сужающимся по направлению потока водонефтяной эмульсии в соотношении площадей оснований конуса 2:1 по направлению потока водонефтяной эмульсии, при этом внутри конуса концентрично установлен шнек, выполненный в виде спиральной пластины, при этом площадь проточной части шнека уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, а угол наклона спиральной пластины шнека на выходе меньше 90°, причем на выходе из конуса между шнеком и конусом установлен кольцевой диск, образующий с конусом кольцевую камеру, гидравлически сообщающуюся через радиальное отверстие, выполненное в конусе с отводом тяжелых фракций, врезанным в трубопровод, причем площадь проточной части между шнеком и кольцевым диском меньше площади проточной части на выходе шнека.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для осуществления способа подготовки нефти к переработке (патент RU №2268284, МПК C10G 33/00, опубл. 27.01.2005 Бюл. №3), содержащее патрубок и смеситель в виде обращенных друг к другу меньшими основаниями усеченных конусов, разнесенных по оси трубопровода и соединенных по меньшим основаниям цилиндром, образующим проточную часть смесителя, причем проточная часть смесителя выполнена с осесимметричной кавитирующей вставкой, расположенной на оси, выполненной в виде обращенных друг к другу меньшими основаниями усеченных конусов.
Недостатками обоих устройств являются сложность конструкции, связанная с сопряжением точно подгоняемых деталей, при этом из-за сильного уменьшения поперечного сечения для прокачки жидкости увеличивается сопротивление потоку жидкости, которую надо прокачивать обязательно на высоких и строго определенных скоростях для получения турбулентного потока для разрушения водонефтяной эмульсии, что требует больших затрат энергии, ведет к сложности в реализации и, как следствие, удорожанию всей конструкции.
Технической задачей предлагаемой десорбционной колонны для осуществления способа подготовки нефти является создание простой надежной конструкции без перепадов поперечного сечения для снижения сопротивления потоку и эффективной работе в широком диапазоне скоростей прокачиваемой жидкости.
Техническая задача решается способом подготовки нефти, включающим очистку нефти в как минимум в двух входных ступенях сепарации от механических примесей и свободной воды и газа, отбор воды из резервуара-отстойника и последующую прокачку сырьевым насосом очищенной нефти через путевой подогреватель для нагрева выше 60°С, но не выше температуры кипения легкий фракций нефти, через как минимум две ступени обезвоживания и обессоливания нефти с подачей между ними пресной промывочной воды, последующую подачу в десорбционную колонну с продувкой газом и подачей реагентов, и потом через выходной сепаратор и резервуар товарной нефти, причем механические примеси, вода и газ из сепараторов и резервуаров отводят в системы сбора и/или утилизации.
Новым является то, что после первой ступени сепарации нефть нагревают до температуры 20 - 35°С теплообменником за счет прокачки через него горячей нефти после второй ступени обессоливания и обезвоживания перед десорбционной колонной, в корпус которой вставлен соосный корпусу газовод с парными радиальными патрубками, расположенными в виде спирали равномерно по периметру и всей длине газовода, причем все патрубки оснащают соплами, направленными против направления потока нефти в корпусе, обеспечивая равномерное насыщение её газом по всей длине и периметру корпуса десорбционной колонны, при этом нефть с пресной промывочной водой перед подачей во вторую ступень обезвоживания и обессоливания нефти прокачивают через змеевик с суммарной длиной, обеспечивающей максимальное растворение солей в пресной воде, а реагенты подают между десорбционной колонной и выходным сепаратором, осуществляя последующую подачу в десорбционную колонну с продувкой газом, с последующей подачей реагентов, и последующей подачей через выходной сепаратор и резервуар товарной нефти.
Новым является также то, что резервуар-отстойника, сырьевой насос, путевой подогреватель, ступени обезвоживания и обессоливания нефти оснащают аналогичными дублирующими конструкционными элементами для обеспечения длительной непрерывной работы при переключении между ними.
Техническая задача решается десорбционной колонной для осуществления способа подготовки нефти, включающей корпус, предназначенный для прокачки нефти, и Г-образный вход для подачи газа с одного из концов, выход которого расположен соосно корпусу по направлению потока жидкости в корпусе для закачки в нее газа.
Новым является то, что выход Г-образного патрубка сообщен соосным с корпусом газоводом, снабженным парными разнонаправленными от оси радиальными патрубками, которые установлены в виде спирали равномерно по периметру и всей длине газовода практически от газовода до внутренней стенки корпуса, причем все патрубки оснащены соплами, направленными против направления потока нефти в корпусе, обеспечивая равномерное насыщение её газом по всей длине и периметру корпуса десорбционной колонны, при этом длина корпуса и расстояние между ближайшими патрубками определены эмпирическим путем для получения максимально возможного положительного эффекта.
На фиг. 1 изображена схема реализации способа.
На фиг. 2 изображена десорбционная колона в продольном разрезе.
На фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 2.
Способ подготовки нефти реализуется в следующей последовательности.
Способ подготовки нефти включает в себя очистку нефти (продукцию пласта - газо-водо-нефтяную смесь, поступающую с добывающих скважин - не показаны) первоначальную очистку на входном блоке 1 сепарации, состоящим как минимум из двух 2 и 3 ступеней сепарации, устанавливаемых последовательно. Причем между первой ступенью сепарации 2 входного блока 1 и второй ступенью 3 после предварительно сброса газа в газопровод 4 (для исключения сильного повышения давления расширяющимся газом) нефть в теплообменнике 5 подогревают до 20 - 35°С горячей нефтью (температурой 40 - 55°С), поступающей с блока обезвоживания и обессоливания нефти 6, для ускорения газа- и водо- отделения из нефти, так как в нагретом состоянии процессы проходят значительно быстрее. Из остальных ступеней 3 сепарации входного блока 1 газ также сбрасывают в газопровод 4. Из входного блока 1 предварительно очищенная нефть поступает в резервуар-отстойник 7, где за счет гравитационного разделения (отстоя) происходит газа- и водо- отделения из нефти, а за счет предварительного нагрева нефти в теплообменнике 5 процесс отстоя нефти ускоряется на 5 - 10% (чем меньше резервуар-отстойник 7, тем больше эффект от нагрева), что значительно экономит время при больших объемах очистки нефти. Вода и шлам из нижней части резервуара-отстойника 7 сбрасывают в водовод 8 подачи в очистные сооружения (не показаны). Нефть из резервуара-отстойника 7 нефть прокачивают далее сырьевым насосом 9 через путевой подогреватель 10 для нагрева нефти выше 60°С, но не выше температуры кипения легкий фракций нефти, в блок обезвоживания и обессоливания нефти 6, состоящий как минимум из двух ступеней 11 и 12. Причем между первой ступенью 11 блока обезвоживания и обессоливания нефти 6 и второй ступенью 12 для отмывки от соли вводят пресную воду при помощи смесителя 13 (показан условно), и далее нефть с пресной промывочной водой перед подачей во вторую ступень 12 прокачивают через змеевик 14 с суммарной длиной, обеспечивающей максимальное растворение солей в пресной воде. Змеевик 14 может быть выполнен в виде закрученной спирали (не показана), параллельных труб, соединенных гнутыми патрубками (не показаны) или т.п. Авторы на конструкцию змеевика 14 не претендуют, так как она известна из открытых источников. Суммарную длину змеевика 14 подбирают эмпирическим путем до стабилизации сниженного содержания солей в нефти после блока обезвоживания и обессоливания нефти 6. Эффективность на практике при испытании на месторождениях Республики Татарстан (РТ) составила от 20% до 59% (чем больше солей в нефти, тем эффективней), а суммарная длина змеевика 14 составляет не менее 29 м. Далее из блока обезвоживания и обессоливания нефти 6 после прокачки через теплообменник 5 нефть поступает на десорбционную колонну 15 для отдувки (насыщения) нефти газом. Десорбционная колонна 15 включает в себя корпус 16 (фиг. 1 и 2), предназначенный для прокачки нефти, и Г-образный вход 17 для подачи газа с одного из концов, выход которого расположен соосно корпусу 16 по направлению потока жидкости в корпусе 16 для закачки в нее газа. Выход Г-образного патрубка 17 сообщен соосным с корпусом 16 газоводом 18, снабженным парными разнонаправленными от оси радиальными патрубками 19, которые установлены в виде спирали равномерно по периметру (фиг. 3) и всей длине (фиг. 2) газовода 18 практически от газовода 18 до внутренней стенки корпуса 16. Все патрубки 19 (фиг. 3) оснащают соплами 20, направленными против направления потока нефти в корпусе 16, обеспечивая равномерное насыщение ее газом по всей периметру и длине (фиг. 2) корпуса 16 десорбционной колонны 15 (фиг. 1). При этом длина L (фиг. 2) корпуса 16 и шаг h патрубков 19 (расстояние между ближайшими патрубками 19 по длине газовода 18) определены эмпирическим путем для получения максимально возможного положительного эффекта - разрушения водонефтяной эмульсии (анализом нефти на выходе из десорбционной колонны 15 (фиг. 1). Например, для работы на месторождениях РТ достаточно длины корпуса 16 (фиг. 2) L=3,4 - 3,6 м, а шаг h=145 - 160 мм. Корпус 16 (фиг. 2 и 3) может соединяться с трубопроводом (не показан), перекачивающим нефть, при помощи фланцев 21, резьбы, сварки или т.п.(последние не показаны). Работоспособность десорбционной колонны 15 (фиг. 1) не зависит от режимов прокачки через корпус 16 (фиг. 2 и 3) нефти в отличие от аналогов, что значительно упрощает ее работу. Так как корпус 16 не имеет гидравлических сопротивления кроме, расположенных на расстоянии патрубков 19, разнесенных по длине и периметру корпуса 16, то его гидравлическое сопротивление как минимум в два раза меньше, чем у аналогов, и в три раза меньше, чем у колонн с фильтрующими элементами. Что снижает затраты на электричество при прокачке электрическими сетевыми насосами 9 (фиг. 1) при реализации способа до 5%, что позволяет добиться большой экономии при перекачке больших объемов нефти. После десорбционной колоны 15 в нефть при помощи смесителя 22 (показан условно) добавляют реагент для нейтрализации сероводорода для через выходной сепаратор 23 в резервуар товарной нефти 24, из которого отстоявшаяся и очищенная нефть поступает потребителю. Благодаря качественной очистке в блоке обезвоживания и обессоливания нефти 6 и десорбционной колонны 15 из практического применения на месторождениях РТ количество необходимых реагентов для нейтрализации сероводорода снижается примерно на 20 - 53% (чем больше воды и газа в нефти, тем более виден эффект и меньше нужно реагентов).
Для исключения длительных простоев из-за выхода из строя или при обслуживании наиболее подверженное частым поломкам или необходимым очисткам элементы (резервуар-отстойник 7, сырьевой насос 9, путевой подогреватель 10, ступени 11 и 12 блока обезвоживания и обессоливания нефти 6) оснащают дублирующими конструкционными элементами (соответственно: резервуар-отстойник 7, сырьевой насос 9, путевой подогреватель 10’, ступени 11’ и 12’ блока обезвоживания и обессоливания нефти 6). Вода и шлам из нижних частей резервуаров-отстойников 7 и 7’, ступеней 11, 11’, 12 и 12’ блока обезвоживания и обессоливания нефти 6 и резервуара товарной нефти 24 отводят в системы сбора и/или утилизации по водоводу 8, а газ из верхних их частей по газопроводу 4 поступает в систему утилизации и/или сбора газа. При этом выделившийся газ может быть использован для работы (поддержания горения в топках) путевых подогревателей 10 и 10’, для закачки в пласт в составе водогазовых смесей или т.п. Вода из резервуара товарной нефти 24 может быть использована в качестве пресной воды, подаваемой через смеситель 13. Авторы на это не претендуют, как и на конструкции отдельных элементов системы, кроме десорбционной колонны. Также авторы не претендуют на теплоизоляцию некоторых конструктивных элементов, работающих в прогретой нефтью.
Предлагаемый способ подготовки нефти позволяет расширить область применения за счет работы с любой добываемой из скважин продукцией и более эффективного использования тепла нагреваемой нефти за счет предварительного прогрева поступающей нефти после первой ступени входной сепарации, а процесс разрушения водонефтяной эмульсии в десорбционной колонне позволяет осуществлять эффективное разрушение водонефтяной эмульсии при любых параметрах работы за счет равномерного ввода газа по всей длине и сечению этой колонны без использования гидравлического сопротивления, также снизить потребность в большом количестве реагентов для получения необходимой степени очистки нефти.
Предлагаемая десорбционная колонна для осуществления способа подготовки нефти является простой надежной конструкцией без перепадов поперечного сечения для снижения сопротивления потоку и эффективно работает в широком диапазоне скоростей прокачиваемой жидкости.