Трехфазный сепаратор для разделения продукции нефтяных скважин

Полезная модель относится к аппаратам для сепарации и глубокого обезвоживания нефти в нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована в других отраслях для разделения смесей жидкости и газа. Трехфазный сепаратор (ТФС) обеспечивает интенсификацию процесса первичного разделения продукции нефтяных скважин на водонефтяную эмульсию, попутный нефтяной газ и механические примеси. Известен трехфазный сепаратор для разделения продукции нефтяных скважин (патент РФ №2343277, кл. Е21В 43/24, опубл. 10.01.2009), содержащий горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода газо-жидкостной смеси (ГЖС), отвода воды и нефти, распределительно-коалесцирующее устройство, нефтепереливную перегородку и каплеуловитель. Основным недостатком известного сепаратора является низкая эффективность процесса разделения продукции нефтяных скважин на водонефтяную эмульсию, попутный нефтяной газ и механические примеси.
Технической проблемой является устранение отмеченного недостатка. Технический результат заключается в улучшении технологического процесса сепарации газожидкостной смеси, повышении глубины деэмульсации водонефтяной эмульсии и повышении качества подготовки отделенной попутно-добываемой пластовой воды.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что трехфазный сепаратор для разделения продукции нефтяных скважин, содержащий горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода ГЖС, отвода воды и нефти, распределительно-коалесцирующее устройство, нефтепереливную перегородку и каплеуловитель, снабжен узлом ввода воды, а распределительно-коалесцирующее устройство выполнено в виде последовательно размещенных фильтра тонкослойного течения, состоящего из четырех секций, каждая из которых представляет собой набор пластин, установленных под углом 45° к горизонтальной плоскости и перпендикулярно плоскости поперечного сечения емкости, трубного массообменного и пластинчатого массообменного фильтров, причем нефтепереливная перегородка составлена из трех секций, формирующих собой полукруглый сектор, в нижней части которого предусмотрено цилиндрическое отверстие для сливного патрубка узла отвода воды.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемого сепаратора; на фиг. 2 - узел ввода ГЖС (узел ввода воды имеет схожее исполнение); на фиг. 3 - разрезы А-А и Б-Б на фиг. 2; на фиг 4 - общий вид фильтра тонкослойного течения и его разрез по А-А; на фиг. 5 - трубный массообменный фильтр; на фиг. 6 - пластинчатый массообменный фильтр и его поперечный (по А-А) и продольный разрезы; на фиг. 7 - узел «стоп-промслой» (вид сбоку и сверху соответственно); на фиг. 8 - нефтепереливная перегородка, где
1. - узел ввода ГЖС;
2. - узел ввода воды от аппарата пескоуловителя;
3. - фильтр тонкослойного течения;
4. - фильтр трубный массообменный;
5. - фильтр пластинчатый массообменный;
6. - узел отвода нефти;
7. - узел отвода воды;
8. - узел «стоп-промслой»;
9. - нефтепереливная перегородка;
10. - каплеуловитель пластинчатый.
Трехфазный сепаратор для разделения продукции нефтяных скважин содержит горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода ГЖС 1, воды 2, отвода воды 7 и нефти 6. Узлы ввода ГЖС и воды выполнены из патрубка ввода 11, верхней 12 и нижней 13 крышек и четырех распределительных перегородок 14. Поступающий в ТФС поток водонефтяной эмульсии по патрубку 11 равномерно распределяется между четырех распределительных перегородок 14. Поступающий в ТФС поток воды по своему патрубку 11 равномерно распределяется между четырех распределительных перегородок 14. Конструкция узла обеспечивает снижение вероятности возникновения турбулентных завихрений в промежуточном слое аппарата, вызванных интенсивным гидродинамическим воздействием жидкостей поступающих в аппарат ТФС. Фильтр тонкослойного течения (Фиг. 4) предназначен для повышения интенсивности процесса деэмульсации, дегазации потока ГЖС, а также служит в качестве первой ступени подготовки воды. Фильтр тонкослойного течения 3 состоит из четырех основных секций (секция А - 4 шт., секция Б - 8 шт., секция В - 2 шт. и секция Г - 2 шт.), каждая из которых 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, отсутствует эффект перемешивания уже разделенных потоков нефти и воды. За счет разности плотностей, осаждающаяся капля воды попадает на внешнюю поверхность пластины, где происходит ее укрупнения за счет слияния с другими каплями воды и скольжение вниз по поверхности пластины. С обратной стороны пластины тот же процесс происходит с всплывающей каплей нефти. В ходе движения потока по фильтру тонкослойного течения интенсифицируется коагуляция между всплывающими каплями нефти и осаждающимися каплями воды.
В ходе движения потока эмульсии по межпластинному пространству, за счет уникальной конструкции, 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.
Фильтр массообменный трубный 4 (Фиг. 5) предназначен для обеспечения высокой интенсивности в процессе каплеобразования мелких капель нефти и воды в более крупные и тем самым повышения эффективности процесса подготовки нефти и воды. Фильтр массообменный трубный выступает в качестве второй ступени подготовки воды. Фильтр массобменный трубный 4 выполнен из набора параллельных горизонтальных труб одного диаметра. Стенки фильтра обладают олеофильными свойствами. Фильтр массообменный трубный позволяет повысить качество подготовки воды. Угол наклона трубок допускается до 5° по горизонтали. Фильтр массообменный трубный характеризуется эффективностью коалесценции и коагуляции до 85%.
Фильтр массообменный пластинчатый 5 (Фиг. 6) предназначен для обеспечения коалесценции крупнодисперсных капель нефти и капель воды, а также для выравнивания потока жидкости по внутреннему диаметру аппарата. Фильтр массообменный пластинчатый выступает в качестве третьей ступени подготовки воды. Фильтр массообменный 5 выполнен из вертикальных пластин, установленных таким образом, чтобы движение потока по межпластинному пространству проходило вначале под углом 45°, а далее снова выравнивалось и равномерно распределялось по внутренней поверхности аппарата ТФС.
Узел «стоп-промслой» 8 (Фиг. 7) предназначен для минимизации риска перетекания пластовой воды из основного (технологического) отсека ТФС в нефтяной отсек. Узел «стоп-промслой» 8 состоит из перфорированной цилиндрическими отверстиями пластин полипропилена и крепежных элементов. Узел «стоп-промслой» формирует искусственную преграду из промежуточного слоя, состоящего из нефти и воды, обеспечивающую снижение риска перетока уже отделенной и подготовленной воды в нефтяной отсек аппарата ТФС.
Нефтепереливная перегородка 9 (фиг. 8) предназначена для разграничения зон отвода воды и отвода нефти в аппарате ТФС. Нефтепереливная перегородка состоит из 3 секций 15, 16 и 17, формирующих собой полукруглый сектор, радиусом 1100 мм. В нижней части сектора предусмотрено цилиндрическое отверстие (Ду=103 мм) для патрубка узла отвода воды.
Каплеуловитель пластинчатый 10 предназначен для очистки выделившего в ТФС попутного нефтяного газа от капельной жидкости. Каплеуловитель-пластинчатый является покупным изделием (ТУ 3683-005-97973985-2018). Газообразная среда поступает в корпус каплеуловителя и попадает в секции вертикально ориентированных пластинчатых профилей и на наклонные пластинчатые профили, где частицы капельной жидкости налипают на поверхность профилей и под действием сил гравитации стекают через нижнюю перфорированную крышку корпуса в наклонный экран слива. Капли жидкости, находящиеся в очищаемом газе, при прохождении потока газа через вертикальные и наклонные секции пластины, выполненные из олеофильных материалов, ударяясь о поверхности пластин активно коалесцируют друг с другом. При этом происходит рост их массы. При достижении критических значений массы капель происходит их скольжении вниз по поверхности пластин на поверхность нижней перфорированной крышки, откуда капли попадают на наклонный экран слива. Конструкция наклонных секций пластин имеет меньший зазор между пластинами, в сравнении с вертикальными. Это сделано для того, что основной поток газа проходил через секцию вертикальных пластин. Отделившийся газ через патрубок выхода газа отводится из корпуса.
Сепаратор работает следующим образом.
Частично дегазированная водонефтяная эмульсия из аппарата пескоуловителя (ПУ) через узел ввода, поступает в емкость сепаратора (Фиг. 1) объемом 40 м3. Отделенная в ПУ вода отдельным потоком подается в аппарат ТФС через узел ввода воды.
Равномерно распределяясь внутри корпуса аппарата ТФС, водонефтяная эмульсия и вода ввиду разности плотностей занимают верхнее и нижние граничные положения и поступают в фильтр тонкослойного течения 3 (Фиг. 4), обеспечивающий эффективную деэмульсацию и коалесценцию капель нефти и капель воды. Также, на фильтре тонкослойного течения происходит седиментация мелкодисперсных механических примесей, унесенных потоками ГЖМ из аппарата ПУ.
Далее, поток подается в фильтр массообменный трубный 4 (Фиг. 5), выполненный из горизонтально установленных труб с олеофильной поверхностью. Проходя по внутритрубному пространству мелкодисперсные капли нефти налипают на стенки и со временем коалесцируют друг с другом, образуя капли большего размера, имеющие более высокую энергию всплытия. После фильтра массообменного трубного 4 (Фиг. 5) поток жидкости поступает на фильтр массообменный пластинчатый 5 (Фиг. 6), выполненный из пластин с олефильной поверхностью, необходимый для эффективного каплеобразования в водяном и нефтяном слоях потока жидкости. Частично обезвоженная водонефтяная эмульсия после фильтра тонкослойного пластинчатого 5 переливается через нефтепереливную перегородку 10 (Фиг. 8) и через узел отвода нефти выводится из аппарата ТФС. Вода, частично очищенная от нефтепродуктов и КВЧ, отводится из аппарата ТФС через узел отвода воды. С целью минимизации возможности перетока отеленной воды через нефтепереливную перегородку на ней предусмотрен узел «стоп-промслой» (Фиг. 7), формирующий искусственный барьер для водяного потока.
Выделившейся в ходе сепарации в аппарате ТФС газ, проходя каплеуловитель пластинчатый, очищается от капельной жидкости и выводится из аппарата. Осажденные механические примеси скапливаются по нижней образующей аппарата ТФС.