АППАРАТ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВОДЯНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к устройствам для разделения нефтегазоводяных смесей и может применяться в нефтедобывающей промышленности.
Известно, что в нефтяном сырье, после поступления его из скважины, содержатся тонкодисперсная водонефтяная эмульсия типа «вода в нефти», свободная вода и попутный газ в растворенном и свободном состоянии. Для получения товарной нефти необходимо отделить жидкую фазу от газа, разрушить устойчивую водонефтяную эмульсию, организовать отстой и разделение жидких фаз (нефти и воды).
Наиболее распространен в различных вариантах двухступенчатый метод получения товарной нефти: первичное разделение путем разрушения водонефтяной эмульсии ее термической обработкой с прямым или косвенным нагревом, а затем - и глубокая очистка нефти гравитационным отделением ее от воды, причем во многих установках для интенсификации глубокой очистки используются коалисцирующие устройства в виде сеток, блоков, насадок и т.п.
Известна установка для деэмульсации нефти, в которой для первичного разрушения водонефтяной эмульсии в нагревательную камеру встроена жаровая труба с газовой горелкой (Авт. св. СССР №747490, Кл. B01D 17/04, опубл. 15.07.1980 г.; Полезная модель RU №42961. Кл. B01D 17/04,. опубл. 27.12.2004 г.). Недостатками этих установок являются следующие:
- малая эффективность разделения водонефтяной эмульсии на составляющие компоненты из-за недостаточно интенсивной циркуляции эмульсии и неравномерного ее нагрева;
- размещение нагревателя - жаровой трубы непосредственно в технологической емкости создает высокую пожароопасность, а также приводит к интенсивному отложению кокса и накипи солей на поверхности жаровой трубы, следствием чего является ухудшение теплообмена, локальный перегрев отдельных участков жаровой трубы, а в результате - прогорание ее стенок и выход установки из строя;
- для уменьшения вероятности прогорания стенок жаровой трубы необходимо ограничивать температуру нагрева эмульсии в пределах 35-50°C, что отрицательно сказывается на производительности установки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является установка подготовки нефти, содержащая горизонтальную технологическую емкость, разделенную поперечной переливной перегородкой на секции предварительной и глубокой тонкой очистки нефти, средство нагрева, ввода эмульсии и вывода разделенных фаз, а также измерения, контроля и регулирования (Полезная модель RU №53178, кл. B01D 17/04, 2005 г.). Отличительной особенностью установки является то, что средство нагрева выполнено в виде аппарата, представляющего собой подогреватель с промежуточным теплоносителем, установленный за пределами технологической емкости, снабженный газовой горелкой и патрубком, по которому к нему подводится сырая нефть - нефтегазоводяная смесь, и соединенный с технологической емкостью посредством трубопроводов, по одному из которых в технологическую емкость подается подогретая нефтегазоводяная смесь, а по другому на горелку подогревателя отводится из емкости часть попутного газа. Подогреватель такой установки имеет следующие принципиальные недостатки:
- через подогреватель прокачивается не только собственно водонефтяная эмульсия, но и вся содержащаяся в смеси, поступающей на подготовку, свободная вода и свободный газ, что вызывает необходимость существенного увеличения площади теплообменной поверхности подогревателя, его габаритов и массы; а кроме того, приводит к увеличению расхода газа, сжигаемого на горелке, т.к. подогреву подвергается не только водонефтяная эмульсия, но и свободные вода и газ;
- присутствие свободного газа в смеси, прокачиваемой через подогреватель, приводит к существенному уменьшению коэффициента теплопередачи и соответственно - к дополнительному увеличению теплообменной поверхности, размеров и металлоемкости подогревателя;
- размещение газовой горелки в подогревателе существенно снижает пожаро- и взрывобезопасность аппарата и установки в целом.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании надежного и удобного в эксплуатации аппарата первичного разделения нефтегазоводяной смеси, совмещающего функции сепаратора свободного газа и свободной воды и деэмульсатора водонефтяной эмульсии, снижении его габаритов и металлоемкости, а также уменьшении расхода тепловой энергии.
Сущность настоящей полезной модели заключается в следующем.
Аппарат для первичного разделения нефтегазоводяной смеси представляет собой технологическую емкость, выполненную в виде вертикального цилиндрического сосуда с патрубком ввода сырой нефти, патрубками отвода деэмульгированной нефти, воды и газа, подогреватель с подводом тепла промежуточным теплоносителем от внешнего источника, а также средства измерения, контроля и регулирования, причем нижняя часть емкости образует сборник-разделитель водонефтяной эмульсии и свободной воды, средняя часть - сепаратор свободного газа, а верхняя часть - сборник деэмульгированной нефти, воды, выделившейся при деэмульсации водонефтяной эмульсии, и газа, выделившегося при нагреве водонефтяной эмульсии, с устройством для отвода этих сред на дальнейшее разделение; в средней части аппарата соосно с корпусом установлен подогреватель, наружная поверхность корпуса которого образует с внутренней поверхностью корпуса аппарата кольцеобразное пространство, отделенное от верхней части аппарата герметичной разделительной перегородкой; одна полость подогревателя снабжена патрубками для подвода и отвода промежуточного теплоносителя, а к нижней части второй полости подогревателя присоединен вертикальный патрубок для подвода в подогреватель водонефтяной эмульсии из сборника-разделителя, причем нижний срез патрубка погружен под ее уровень; патрубок подвода сырой нефти размещен тангенциально в нижней части сепаратора над уровнем водонефтяной эмульсии, патрубок отвода отсепарированного свободного газа - в верхней части сепаратора под разделительной перегородкой, а патрубок отвода свободной воды - в нижней части сборника-разделителя воды и водонефтяной эмульсии.
Подогреватель водонефтяной эмульсии может быть выполнен в виде теплообменника радиально-спирального типа или одно- или многозаходного трубчатого спирального теплообменника.
Кроме того, для предотвращения уноса капель жидкой фазы сырой нефти с потоком газа внутри сепаратора газа над патрубком подвода сырой нефти может быть установлен кольцевой экран Г-образного сечения.
С целью улучшения условий осаждения и удаления твердых примесей нижняя часть сборника-разделителя может быть выполнена в виде опрокинутого конуса с размещением на его днище запорного устройства для периодической выгрузки осадка.
Кроме того, для разделения жидкой и газовой фаз в верхней части корпуса аппарата под патрубком отвода газа может быть каплеотбойник, а на разделительной перегородке соосно с корпусом - цилиндрический стакан, образующий кольцеобразную полость-накопитель жидкой фазы, причем в этом случае в нижней части полости-накопителя аппарат должен быть снабжен патрубком отвода жидкой фазы.
Дальнейшая глубокая очистка нефти, а при необходимости и воды осуществляется одним из известных способов. Выделенный газ отводится из аппарата в газовую линию, откуда часть его направляется потребителю как товарный продукт, а другая часть может использоваться в качестве топлива в нагревателе промежуточного теплоносителя, подаваемого затем в подогреватель заявляемого аппарата.
Ниже сущность полезной модели поясняется конкретными примерами ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает общий вид аппарата для первичного разделения нефтегазоводяной смеси, продольный разрез;
фиг.2 - фрагмент верхней части аппарата, в котором предусмотрено устройство для раздельного вывода жидкой и газовой фаз, продольный разрез.
На чертежах обозначены следующие элементы:
1 - корпус аппарата; 2 - нижнее днище; 3 - сборник-разделитель водонефтяной эмульсии и свободной воды; 4 - сепаратор свободного газа; 5 - верхнее днище; 6 - сборник деэмульгированной нефти, воды и газа, выделившихся при нагреве водонефтяной эмульсии; 7 - патрубок; 8 - подогреватель; 9 - разделительная перегородка; 10 - патрубок подвода промежуточного теплоносителя; 11 - патрубок отвода промежуточного теплоносителя; 12 - патрубок подвода водонефтяной эмульсии к подогревателю; 13 - патрубок подвода сырой нефти; 14 - патрубок отвода газа; 15 - патрубок отвода свободной воды; 16 - экран; 17 - запорное устройство для выгрузки твердого осадка; 18 - каплеотбойник; 19 - стакан, 20 - патрубок отвода жидкой фазы.
На фиг.1 показан общий вид аппарата для первичного разделения нефтегазоводяной смеси. Аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с корпусом 1, нижняя часть которого вместе с днищем 2 образует сборник-разделитель 3 водонефтяной эмульсии и свободной воды, средняя часть - сепаратор 4 свободного газа, а верхняя часть с днищем 5 - сборник 6 деэмульгированной нефти, воды, выделившейся при деэмульсации водонефтяной эмульсии, и газа, выделившегося при нагреве водонефтяной эмульсии, снабженный патрубком 7 для отвода этих сред на дальнейшее разделение. В средней части аппарата соосно с корпусом 1 установлен подогреватель 8, наружная поверхность корпуса которого с внутренней поверхностью корпуса 1 аппарата образует кольцеобразное пространство, отделенное от сборника 6 герметичной разделительной перегородкой 9. Одна полость подогревателя снабжена патрубками 10 и 11 подвода и отвода промежуточного теплоносителя, а к нижней части второй полости подогревателя присоединен вертикальный патрубок 12, который предназначен для подачи водонефтяной эмульсии в подогреватель 8 и нижний срез которого погружен под ее уровень. Патрубок 13 подвода сырой нефти размещен тангенциально в нижней части сепаратора 4 над уровнем водонефтяной эмульсии, патрубок 14 отвода отсепарированного свободного газа размещен в верхней части сепаратора 4 под разделительной перегородкой 9, а патрубок 15 отвода свободной воды установлен в нижней части сборника-разделителя 3. Для предотвращения уноса капель жидкой фазы сырой нефти с потоком газа внутри сепаратора 4 газа над патрубком 13 подвода сырой нефти установлен кольцевой экран 16, имеющий Г-образное сечение. С целью улучшения условий осаждения и удаления твердых примесей днище 2 выполнено в виде опрокинутого конуса, заканчивающегося запорным устройством 17 для периодической выгрузки осадка.
Аппарат работает следующим образом. Сырая нефть, состоящая из водонефтяной эмульсии, свободной воды и газа, через патрубок 13 поступает в среднюю часть аппарата - сепаратор 4, где осуществляется гравитационное разделение газовой и жидкой фаз. Поскольку патрубок 13 установлен тангенциально, разделение фаз усиливается благодаря центробежному эффекту. Газ поднимается вверх и выводится из аппарата через патрубок 14, причем заброс жидкой фазы в газовый поток предотвращается экраном 16. Жидкая фаза сливается в сборник-разделитель 3, где благодаря разным плотностям водонефтяной эмульсии и свободной воды происходит расслоение жидкой фазы на компоненты. Свободная вода выводится из аппарата через патрубок 15, а водонефтяная эмульсия через патрубок 12 поступает в подогреватель 8, обогреваемый промежуточным теплоносителем, который подводится от внешнего источника через патрубок 10 и отводится через патрубок 11. При нагреве водонефтяной эмульсии бронирующая нефтяная пленка разрушается и водонефтяная эмульсия трансформируется в смесь деэмульгированной нефти и воды. Кроме того, при нагреве выделяется газ, растворенный в нефти и воде. Пройдя подогреватель 8, смесь нефти, воды и газа поступает в сборник 6, откуда выводится через патрубок 7 и направляется на дальнейшее разделение. Поступающие в аппарат вместе с сырой нефтью твердые частицы оседают на дно сборника-разделителя 3 и периодически, по мере накопления, выводятся из аппарата через запорное устройство 17.
На фиг.2 показан фрагмент верхней части аппарата, в котором предусмотрено устройство для раздельного вывода жидкой и газовой фаз. В отличие от аппарата, показанного на фиг.1, в верхней части сборника 6 под патрубком 7 дополнительно установлен каплеотбойник 18, а на разделительной перегородке 9 соосно с корпусом 1 размещен цилиндрический стакан 19, образующий кольцеобразную полость - накопитель жидкой фазы, а в нижней части которой аппарат снабжен патрубком 20 отвода жидкой фазы для дальнейшего разделения ее компонентов. В этом случае патрубок 7 используется только для отвода газовой фазы. В остальном такой аппарат работает аналогично показанному на фиг.1.
Преимущества предлагаемой полезной модели следующие. Благодаря сепарации свободной воды и свободного газа до поступления обрабатываемой среды в подогреватель, через него прокачивается только собственно водонефтяная эмульсия, что позволяет интенсифицировать процесс теплообмена в подогревателе, существенно уменьшить габариты и металлоемкость аппарата, снизить расход газа, сжигаемого на горелке устройства подогрева промежуточного теплоносителя.