АППАРАТ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ
MULTIFUNCTIONAL INSTRUMENT FOR OIL PREPARATION

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при подготовке нефти на компактных объектах добычи нефти и при стесненных условиях (например, на морских платформах).
Для подготовки нефти на объектах добычи обычно используют сепараторы для отделения газа, отстойники для обезвоживания, обессоливания, очистки от механических примесей и других вредных или балластных компонентов.
Известен аппарат для обезвоживания и обессоливания нефти (патент RU №41987 от 2007.07.19, кл. B01D 17/028), состоящий из горизонтального корпуса с патрубками ввода очищаемой нефти, вывода воды и нефти. Внутри установлены две поперечные перегородки, разделяющие корпус на три зоны: приемную зону, зону обессоливания и отстойную зону. При этом поперечная перегородка, размещенная между приемной зоной и зоной обессоливания, выполнена глухой снизу и с зазором к верхней образующей корпуса, а перегородка, разделяющая зону обессоливания и отстойную зону, выполнена глухой сверху и одновременно с зазором к нижней образующей корпуса. В приемной зоне установлен гидроциклон, вход которого соединен с патрубком ввода очищаемой нефти, коалесцентная решетка, расположенная вертикально, и патрубок вывода воды.
В зоне обессоливания размещены лотки обессоливания, выполненные в виде гофрированных желобов, и ряд узлов подачи пресной воды и выходящих из него распределительных насадок. Лотки установлены наклонно и закреплены, чередуясь, одним концом в поперечной перегородке, а второй конец всех лотков остается свободным.
В отстойной зоне установлена коалесцентная решетка, расположенная горизонтально со смещением к верхней части корпуса. Патрубки вывода нефти и воды установлены в верхней и нижней части корпуса соответственно. В приемной и отстойной зонах установлены уровнемеры раздела фаз, а в верхней стенке корпуса зоны обессоливания - манометр и общий уровнемер.
Недостатком аппарата является то, что он не позволяет использовать его как ступень сепарации газа, а отсеки для обезвоживания и обессоливания не имеют конструктивных элементов для осуществления этих процессов, для обессоливания используется два отсека (смешение и отдельно обезвоживание), что нерационально усложняет аппарат.
Известен трехфазный аппарат для обезвоживания нефти (патент RU №2077918 от 11.17.1994, кл. B01D 17/028), включающий горизонтальную цилиндрическую емкость с поперечными перегородками, размещенными в средней части сечения корпуса, и отсеком для накопления обезвоженной нефти, патрубок, подводящий водонефтяную смесь с одного конца корпуса и отводящие газ, воду, нефть патрубки, регуляторы уровней нефти и воды, при этом нижний и верхний края каждой последующей перегородки в направлении от подводящего водонефтяную смесь патрубка к отводящим патрубкам смещены вниз относительно предыдущей перегородки.
Аппарат позволяет высокоэффективно сепарировать свободный газ, обезвоживать нефть и очищать ее от механических примесей.
Недостатком аппарата является невозможность выполнения процесса обессоливания и других процессов дополнительной очистки нефти, например, от сероводорода, которые требуют выполнение (последовательно, после процесса обезвоживания) дополнительного ввода промывочной жидкости или другого агента, смешения их с обезвоженной нефтью и повторного обезвоживания.
Известна установка для очистки нефти (патент RU №2118198 от 1997.10.16, кл. B01D 17/028). Установка включает отстойник с перегородками, отсек для накопления очищенной нефти, патрубки для подачи очищаемой нефти, патрубки для отвода нефти воды и газа, регуляторы уровней нефти и воды. При этом верхние кромки перегородок расположены на одном уровне. Отсек для накопления очищенной нефти образован последней перегородкой. В верхней части отстойника установлен распылитель для подачи промывочной воды. Патрубок для подачи очищаемой нефти размещен открытым концом вверх на уровне нижней кромки первой перегородки, патрубок для отвода отстоявшейся воды расположен в нижней части отстойника перед последней перегородкой и соединен с гидрозатвором.
Недостаток конструкции заключается в том, что установка позволяет использовать ее для обессоливания нефти или очистки ее от сероводорода в отдельности. Одновременное осуществление этих операций в вышеуказанной установке не предусмотрено
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является установка подготовки нефти (патент RU №44531 от 2004.07.27, кл. B01D 17/00, C10G 33/00), включающая горизонтальную технологическую емкость, разделенную глухой снизу перегородкой на секцию предварительной очистки с распылителем пресной воды и секцию глубокой очистки нефти с коалесцирующим блоком, устройства ввода эмульсии и вывода разделенных фаз, средства измерения, контроля и регулирования, секции предварительной и глубокой очистки нефти, которые сообщены между собой посредством смесителя, размещенного под распылителем пресной воды и вмонтированного в нижнюю часть разделительной перегородки.
Однако конструкция установки нетехнологична, поскольку включает в себя самые различные неунифицированные узлы, которые не обеспечивают эффективное смешение и последующий отстой нефти. Аппарат снабжен подогревателем в виде жаровой трубы, которая периодически будет прогорать, что будет вести к остановке аппарата на ремонт. Для непрерывности работы потребуется резервный аппарат.
Процесс обезвоживания происходит по всей высоте столба жидкости, поэтому при наличии свободного газа его сепарация из среды жидкости препятствует отстою воды и снижает эффективность обезвоживания.
Коалесцирующая сетка в среде жидкости работает неэффективно, так как мелкая сетка быстро забивается, а крупная сетка не препятствует прохождению мелких глобул воды и коалесценция не происходит.
Нефть из секции обезвоживания в секцию обессоливания перетекает через смеситель, а в смеситель нефть поступает через открытый верхний конец трубы смесителя, который находится на уровне верхнего слоя нефти в секции обезвоживания. При этом из-за подтекания нефти к открытому концу смесителя нарушается режим отстоя, так как в поток увлекается недостаточно обезвоженная нефть и газ из газового пространства.
В секции обессоливания подача нефти по распределителю в нижней части секции препятствует отстою воды, так как имеет место поток жидкости против движения глобул воды.
Забор очищенной нефти с верхнего слоя нефти в секции обессоливания не гарантирует забор только очищенной от воды нефти, поскольку с нефтью увлекается газ из газового пространства.
Целью изобретения является разработка многофункционального аппарата для подготовки нефти, обеспечивающего очистку нефти от газа, воды, солей и других вредных или балластных компонентов.
В результате решения данной задачи появляется возможность получения технических результатов, состоящих в том, что предлагаемое устройство обеспечивает подготовку добытой нефти требуемого качества в одном аппарате с минимальными затратами времени и средств.
Поставленная задача решается тем, что в известном аппарате для подготовки нефти, включающем горизонтальный корпус, разделенный перегородкой на блоки, которые сообщены между собой через патрубок со смесителем для смешения обезвоженной нефти с пресной водой, вмонтированный в нижнюю часть разделительной перегородки, патрубок для подачи подготавливаемой нефти, патрубки для вывода нефти, газа и воды с механическими примесями, патрубки для размещения уровнемеров, согласно изобретению в корпусе аппарата выполнено два и более унифицированных блока, которые образованы разделением внутренней полости корпуса аппарата разделительными перегородками, глухо соединенными с нижней и верхней частью корпуса. При этом в каждом блоке установлены перегородки, создающие зону отстоя, и переливная перегородка, глухо соединенная с нижней частью корпуса, создающая отсек для накопления нефти. Уровни верхних кромок перегородок, создающих зону отстоя, в каждом последующем блоке смещены вниз по сравнению с предыдущим блоком. Смесители размещены за разделительными перегородками корпуса по ходу движения потока так, что в последующий блок нефть поступает из нижней части накопительного отсека предыдущего блока через патрубок в нижней части разделительной перегородки и смеситель, а верхняя часть разделительных перегородок имеет каналы для сообщения газовых пространств всех блоков для вывода газа из аппарата.
Выполнение многофункционального аппарата из унифицированных блоков, позволяющих каждому в отдельности выполнять операции сепарации свободного газа, обезвоживания, обессоливания, очистки от механических и других балластных примесей одновременно, расширяет область применения аппарата, обеспечивая высокое качество подготовки нефти в осложненных условиях, упрощает процесс изготовления аппарата.
Эффективная работа многофункционального аппарата обеспечивается интенсификацией процессов в каждом блоке в результате использования системы перегородок, создающих благоприятный гидродинамический режим потока жидкости при отстое.
При отсутствии необходимости дополнительной специальной подготовки последующий блок может быть использован как вторая ступень подготовки в предыдущем блоке, что позволит увеличить пропускную способность аппарата при повышенном качестве подготовленной нефти.
Снабжение каждого блока отсеком для накопления подготовленной нефти обеспечивает четкое отделение подготовленной части нефти, предотвращает повторное смешение ее с неотстоявшейся частью.
Отбор нефти, подготовленной в предыдущем блоке, для направления в последующий блок, из нижней части накопительного отсека через патрубок в разделительной перегородке предупреждает попадание газа из газового пространства в поток нефти и повторное смешение ее с газом, не возникают возмущения в зоне отстоя и не нарушается режим отстоя.
Выполнение уровня верхних кромок перегородок в зоне отстоя блоков со смещением вниз относительно предыдущего блока обеспечивает переток нефти последовательно из предыдущего блока в последующий без использования каких-либо средств перекачки.
Такое выполнение аппарата позволяет выполнить основные операции подготовки нефти, такие как сепарация газа, обезвоживание, очистка от механических примесей, обессоливание, очистка от других балластных и вредных примесей, например, сероводорода в одном компактном аппарате.
На чертеже представлена общая схема заявляемого многофункционального аппарата для подготовки нефти.
Аппарат многофункциональный для подготовки нефти состоит из корпуса 1, разделительных перегородок 2, глухо соединенных с нижней и верхней частью корпуса и разделяющих корпус 1 на блоки для выполнения отдельных операций подготовки нефти. В верхней части разделительных перегородок 2 выполнены каналы 3, предназначенные для сообщения газовых пространств блоков, в нижней части вмонтированы патрубки 4 для поступления нефти из предыдущего блока в последующий блок.
В каждом блоке установлены перегородки 5, создающие зону отстоя
нефти и глухие снизу переливные перегородки 6, отделяющие зону отстоя нефти от отсека для накопления нефти. Верхний уровень перегородок 5 и 6 в каждом блоке одинаков по высоте, но при этом в каждом последующем блоке перегородки 5 и 6 образуют ступеньку вниз (по высоте их установки) относительно предыдущего блока, что позволяет осуществлять переток нефти из одного блока в другой.
На патрубках 4 установлены смесители 9, служащие для смешения нефти с промывочной водой или другими компонентами, которые поступают в смеситель через патрубок 10 в предусмотренный для этой цели блок в соответствии с технологическим процессом.
Газ, выделяющийся в результате сепарации в каждом блоке, через каналы 3 сообщается с последующим блоком и через патрубок 11 выводится из аппарата. Вода, накапливающаяся в блоках в результате отстоя, выводится через патрубки 12.
Патрубки 13 служат для размещения уровнемеров. Через люки-лазы 14 производят осмотр внутреннего состояния блоков.
Аппарат многофункциональный для подготовки нефти работает следующим образом.
Продукция нефтедобывающих скважин в виде газожидкостной смеси подается по патрубку 7 в первый блок корпуса 1. При этом газожидкостная смесь уже подготовлена к разделению на компоненты, поскольку содержит необходимые химические реагенты, добавляемые обычно на прием насоса в скважине, а при необходимости и в коллектор системы сбора продукции скважин.
Поступающая продукция скважин заполняет первый блок корпуса 1. После перекрытия жидкостью нижней кромки перегородок 5 корпуса 1 продукция скважин начинает разделяться на водную и нефтяную фазы. Водная фаза опускается в нижнюю часть блока I, а нефтяная фаза накапливается перед перегородками 5 и, дойдя до уровня верхней кромки перегородок 5, движется тонким слоем выше перегородок 5. С тонкого слоя эмульсии интенсивно выделяется газ, вода и механические примеси. Выделившийся газ занимает пространство выше уровня жидкости, нефть, очищенная от свободного газа, воды и механических примесей, переливается через переливную перегородку 6 и накапливается в отсеке между переливной перегородкой 6 и разделительной перегородкой 2. Вода, выделившаяся в первом блоке, удаляется через патрубок 12 перед переливной перегородкой 6. Вместе с водой удаляются и механические примеси.
Очищенная в первом блоке нефть через патрубок 4 поступает в смеситель 9, расположенный во втором блоке. Если второй блок предназначен для обессоливания нефти, то в смеситель 9 через патрубок 10 (одновременно с обезвоженной нефтью) подают пресную воду. При интенсивном перемешивании нефти с пресной водой, имеющаяся соль в нефти вымывается. Нефть, перемешанная с пресной водой, заполняет второй блок в корпусе 1 аппарата. При этом, так же, как и в первом блоке, нефтяная фаза движется выше перегородок 5, а водная фаза - ниже перегородок 5. Во втором блоке при движении выше перегородок 5 выделяются промывочная вода и имеющиеся в нефти газ и механические примеси. Выделившийся газ поступает в газовое пространство выше уровня жидкости, промытая от солей нефть, переливаясь через переливную перегородку 6, поступает в отсек между переливной перегородкой 6 и разделительной перегородкой 2 второго блока. Промывочная вода, насыщенная солями, накапливается в нижней части второго блока и удаляется через патрубок 12. Вместе с водой удаляются и механические примеси, выделившиеся во втором блоке.
Обессоленная нефть из второго блока через патрубок 4 поступает в смеситель 9, расположенный в третьем блоке. В случае необходимости очистки нефти от сероводорода в смеситель 9 через патрубок 10 подают реагент на водной основе для поглощения сероводорода. При смешении нефти с реагентом на водной основе поглощается сероводород. Нефть заполняет третий блок и отстаивается в зоне отстоя с перегородками 5. Имеющаяся в нефти газовая фаза отделяется и занимает газовое пространство. Нефть движется тонким слоем выше перегородок 5, при этом вода с реагентом и поглощенным сероводородом осаждается, а очищенная нефть, переливаясь через переливную перегородку 6, занимает отсек для очищенной нефти. Отделившаяся вода занимает нижнее пространство третьего блока до переливной перегородки 6. Газ из газового пространства удаляется через патрубок 11, нефть отводится через патрубок 8, вода - через патрубок 12.
Уровень границы раздела фаз «нефть - вода» контролируют в каждом блоке уровнемерами, установленными в патрубках 13, уровень нефти контролируют уровнемером, установленным только в отсеке за перегородкой 6 третьего блока. Уровень нефти в других частях аппарата устанавливается в соответствии с высотой переливных перегородок 6, что позволяет сократить капитальные затраты на уровнемеры и средства регулирования уровня нефти в аппарате.
Качество подготавливаемой нефти регулируется изменением технологических параметров процесса, а также изменением уровня границы раздела фаз «нефть - вода» в блоках. Наличие нескольких блоков в одном аппарате позволяет подготавливать нефть по всем показателям качества, в том числе и по тем показателям, для которых требуются особые условия подготовки.
Отдельный блок со смесителем может быть использован и для подогрева нефти в аппарате путем подачи в смеситель теплоносителя в виде горячей нефти, воды и т.д.
В любой блок аппарата через смеситель может подаваться дополнительно необходимый реагент для повышения эффективности технологического процесса и качества подготавливаемой нефти.
Наличие в каждом блоке отсека для накопления подготовленной нефти обеспечивает надежную работу каждого блока и позволяет контролировать качество подготовленной нефти.
Таким образом, многофункциональный аппарат для подготовки нефти является универсальным. При необходимости число блоков может быть увеличено. При отсутствии подготовки нефти в отдельных блоках свободные блоки могут служить дополнительной ступенью операции подготовки нефти в предыдущем блоке. При этом достигается увеличение пропускной способности аппарата, высокое качество подготовки нефти с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.