Установка концевой сепарации газожидкостной смеси

Полезная модель относится к оборудованию для нефтедобывающей промышленности, а именно к оборудованию, применяемому для накопления и отделения от нефти эмульгированной попутно-добываемой воды.
Известна установка для сепарации газожидкостной смеси, содержащая горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода газожидкостной смеси (ГЖС), отвода отстоявшейся воды, отвода нефти и коалесцирующее устройство (патент РФ №2568663, кл. Е21В 43/34, опубл. 20.11.2015). Основным недостатком известной установки является недостаточная интенсификация процесса очистки пластовой воды от механических примесей и остаточных нефтепродуктов.
Технической проблемой является устранение отмеченного недостатка. Технический результат заключается в улучшении технологического процесса сепарации газожидкостной смеси, повышении глубины деэмульсации водонефтяной эмульсии и качества подготовки отделенной попутно добываемой пластовой воды за счет увеличения площади поверхности контакта, разделении общего объема водоэмульсионного слоя на более мелкие объемы и создания дополнительных полезных зон отстоя.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что установка концевой сепарации газожидкостной смеси содержит горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода ГЖС, отвода отстоявшейся воды, отвода нефти и коалесцирующее устройство, которое выполнено в виде двух одинаковых фильтров тонкослойного течения, последовательно размещенных на расстоянии 0,8-1,2 длины фильтра друг от друга и состоящих каждый из четырех секций, каждая из которых представляет собой набор пластин, установленных под углом 45° к горизонтальной плоскости и перпендикулярно плоскости поперечного сечения емкости.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемой установки; на фиг. 2 - общий вид узлов ввода ГЖС и отвода нефти; на фиг. 3 - общий вид внутренних составляющих узла ввода ГЖС (сечения А-А и Б-Б на фиг. 2); на фиг. 4 - общий вид фильтра тонкослойного течения (вид сбоку и сечения А-А и Б-Б); на фиг. 5 - общий вид узла отвода отстоявшейся воды (вид сверху); на фиг. 6 - то же, вид снизу и сбоку по стрелке А.
Установка концевой сепарации газожидкостной смеси содержит горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода ГЖС 1, отвода отстоявшейся воды 4, отвода нефти 5 и коалесцирующее устройство. Коалесцирующее устройство выполнено в виде двух одинаковых фильтров 2 и 3 тонкослойного течения.
Узел ввода ГЖС 1 предназначен для равномерного распределения поступающего потока нефти внутри емкости установки. Узел отвода нефти 5 предназначен для равномерного отвода подготовленной нефти из емкости. Узел ввода ГЖС/отвода нефти (Фиг. 2) выполнен из патрубка 6 ввода/отвода, верхней 7 и нижней 8 крышек и четырех распределительных перегородок 9. Поступающий поток по патрубку 6 ввода равномерно распределяется между четырех распределительных перегородок (фиг. 3).
Конструкция узла обеспечивает снижение вероятности возникновения турбулентных завихрений в емкости, вызванных интенсивным гидродинамическим воздействием жидкостей. Каждый фильтр тонкослойного течения 2 и 3 состоит из 4 основных секций (на фиг. 4 секция А - 4 шт., секция Б - 8 шт., секция В - 2 шт., секция Г - 2 шт. фильтра 2 и секция Д - 4 шт., секция Е - 8 шт., секция Ж - 2 шт. и секция З - 2 шт. фильтра 3). Каждая секция представляет собой набор пластин различной конструкции, установленных под углом 45° к горизонтальной плоскости и перпендикулярно плоскости поперечного сечения емкости. При установке пластин под данным углом давление в системе остается неизменным, однако, сопротивление осаждающихся капель воды и всплывающих капель нефти минимизируется. Фильтры последовательно размещены на расстоянии 0,8-1,2 длины фильтра друг от друга, что позволяет увеличить эффективность разделения ГЖС на нефть и воду на втором фильтре тонкослойного течения 3, что приведет к повышению эффективности установки в целом
Одним из ключевых критериев выбора материала пластин являлось наличие гидрофобной поверхности (отсутствие смачивания водой) и олеофильных свойств (смачиваемость нефтью и нефтепродуктами). В ходе движения потока эмульсии по межпластинному пространству происходит неоднократное изменение направления движения потока и формирование ламинарного режима течения жидкости. Данный процесс характеризуется сближением капель дисперсной фазы с поверхностью пластин до момента их соприкосновения. Далее, наступает кинетический этап, при котором происходит объединение поверхностей раздела фаз. Происходит объединение и укрупнение сблизившихся капель воды, слияние капель нефти со слоем нефти на поверхности пластин.
При достижении определенного размера, укрупненные капли воды под действием гравитации осаждаются из нефтяной части потока, а укрупненные капли нефти и нефть с пластин поднимаются в поверхностный нефтяной слой.
Использование листовой стали в качестве материала для изготовления пластин коалесцирующих элементов, приводит к значительному увеличению веса конструкции, кроме того поверхность такого материала обладает гидрофильными свойствами. Гидрофильность - характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой и высокой смачиваемостью поверхностей водой.
Ввиду вышеотмеченного, использование листов стали в качестве материала для пластин коалесцирующих элементов является низкоэффективным технологическим решением.
Использование листовой стали с нанесенной на поверхность полимерной пленкой позволяет наделить поверхность материала олеофильными свойствами, но в значительно степени увеличит стоимость фильтра.
Материал фильтра-коалесцера должен обладать минимальным весом и олиофильной поверхностью. Такими свойствами обладает изделие, изготовленное из полипропилена.
К свойствам олеофильности и гидрофобности полипропилена предлагается уделить особое внимание, ввиду того, что именно обеспечение смачиваемости поверхности коалесцера нефтью и несмачиваемость водой позволит достичь высоких показателей эффективности работы большей части комплекса технологического оборудования.
Как известно, смачивание - это физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твердого тела или другой жидкости.
Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь).
Молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого тела, и в результате жидкость стремится прижаться к поверхности и расплывается по ней. Так ведет себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.
Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого тела, то в результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают ее в капельку.
Данным свойством обладает полипропилен, что позволяет при использовании в значительной степени интенсифицировать процесс коалесценции мелких глобул нефти в более крупные глобулы, обладающие большей энергией всплытия.
За счет этого свойства производительность коалесцеров по разделению эмульсии значительно увеличивается по сравнению с поверхностями других материалов.
Физико-химические свойства полипропилена позволяют использовать его в качестве материала внутренних конструкций установки. Кроме этого в сравнении с другими материалами использование полипропилена значительно снижает общий вес конструкции.
Полипропилен обладает износо- и ударостойкостью, хорошими антистатическими свойствами. Длительное время термоокислительного старения, стойкость по отношению к моющим веществам так же выделяют его среди материалов аналогов.
Показатель текучести расплава при 230°С/2,16 кгс составляет от 0,2 до 0,5 г/10 мин. Предел текучести при растяжении (5/50 мм/мин), не менее 26 МПа, при этом относительное удлинение, не менее 14%.
Модуль упругости при изгибе (1,27 мм/мин), не менее 750 МПа.
Ударная вязкость по Изоду образца с надрезом при 0°С, не менее 70 Дж/м.
Стойкость к термоокислительному старению при 150°С, не менее 2000 ч.
Необходимо отметить, что для обеспечения надежности работы крепежные элементы конструкции необходимо выполнять из коррозионно-стойких материалов.
Узел отвода отстоявшейся воды предназначен для отвода из установки отделенной воды (фиг 5). Отделенная вода, ввиду более низкой плотности занимает нижнее граничное положение в емкости, откуда отводится через узел отвода 4 отстоявшейся воды. Узел отвода отстоявшейся воды состоит из перфорированного по образующей патрубка 10 приема воды, патрубка 11 отвода воды и двух крышек 12.
Установка работает следующим образом:
ГЖС подается в установку через узел ввода 1. Поступая в емкость ГЖС, равномерно распределяется внутри нее и поступает на фильтры тонкослойного течения 2 и 3. За счет разности плотностей осаждающаяся капля воды попадает на внешнюю поверхность пластин фильтров, где происходит ее укрупнение за счет слияния с другими каплями воды и скольжение вниз по поверхности платины. С обратной стороны пластины тот же процесс происходит с всплывающей каплей нефти. В ходе движения потока по фильтрам тонкослойного течения интенсифицируется коагуляция между всплывающими каплями нефти и осаждающимися каплями воды. Обезвоженная нефть отводится из устройства через узел отвода нефти 5. Выделившаяся вода отводится из установки через узел отвода отстоявшейся воды 4.
Осажденные механические примеси скапливаются по нижней образующей устройства. Удаление механических примесей из аппарата осуществляется в соответствии с требованиями Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности».
Предлагаемая установка обеспечивает концевую сепарацию газа и равномерное бесперебойное поступление продукции скважин на насосное оборудование для откачки водонефтяной эмульсии.