Нефтегазовый сепаратор

Полезная модель относится к нефтяной промышленности к оборудованию для промысловой подготовки нефти, а именно к аппаратам для отделения газа и воды от нефти, обычно присутствующих в продукции нефтяных скважин.
Известен нефтегазовый сепаратор, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус со штуцерами для ввода исходной смеси и вывода нефти, газа и воды, оснащенный тремя вертикальными перегородками и регуляторами уровня "вода-нефть" и "нефть-газ" [Маринин Н.С., Савватеев Ю.Н. Разгазирование и предварительное обезвоживание в системах сбора. М., Недра, 1982, с. 25, рис. 19]. Недостатком известного аппарата является недостаточная эффективность его работы, обусловленная тем, что весь поток нефти и воды проходит под первой перегородкой, вызывая дополнительное смешение нефти и воды; интенсификации процесса отстоя воды далее не происходит.
Наиболее близким к заявляемому является аппарат для обезвоживания нефти, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с поперечными перегородками и отсеком для отсепарированной нефти, штуцерами ввода нефтеводогазовой смеси с одного конца корпуса и вывода нефти, газа и воды с противоположного конца корпуса, регуляторы уровней нефти и воды, в котором поперечные перегородки с горизонтальными краями, открытые сверху для движения нефти и газа и снизу для движения воды, размещены в корпусе так, что верхний край каждой последующей перегородки в направлении от штуцера входа к штуцеру вывода нефти смещен вниз относительно предыдущей перегородки [патент РФ №2077918].
Известный аппарат не может обеспечить хорошую очистку нефти от газа и воды, поскольку в каждом из отсеков от входа к переливу движется только верхний слой нефти, для эмульсии существуют застойные зоны, где нет условий для ее эффективного расслоения.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности процесса отделения газа и воды от нефти, улучшение качества подготовки нефти.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении более полной дегазации нефти путем ликвидации застойных зон и обеспечении динамической коалесценции капель воды.
Поставленная задача решается тем, что в нефтегазовом сепараторе, включающем горизонтальный цилиндрический корпус с поперечными перегородками и отсеком для отсепарированной нефти, штуцерами для ввода нефти с одного конца корпуса и для вывода отсепарированной нефти с противоположного конца корпуса, в котором поперечные перегородки установлены с зазорами к верхней и нижней образующим корпуса, а верхний край каждой перегородки, последующей в направлении от штуцера ввода нефти к штуцеру ее вывода, смещен вниз относительно верхнего края предыдущей перегородки, поперечные перегородки установлены попарно, причем в каждой паре перегородки параллельны, соединены вертикальными продольными ребрами и установлены под острым углом к нижней образующей корпуса сепаратора в направлении к штуцеру ввода нефти, а горизонтальные края второй по ходу нефти перегородки размещены ниже краев первой перегородки.
Поставленная задача решается также тем, что первая в каждой паре перегородка связана с корпусом вертикальными продольными ребрами.
Сепаратор может содержать от одной до трех пар поперечных перегородок.
В случае применения аппарата для глубокой дегазации безводной нефти нижний край второй в каждой паре перегородок установлен к нижней образующей корпуса с зазором, площадь которого составляет не более 10% площади сечения штуцера для вывода нефти.
В случае применения нефтегазового сепаратора со сбросом воды предлагаемый сепаратор дополнительно снабжен штуцером для вывода воды, размещенным по нижней образующей корпуса перед последней перегородкой.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-4.
На фиг. 1 показан вариант выполнения нефтегазового сепаратора для глубокой дегазации нефти, не содержащей большого количества взвешенной воды, на фиг. 2 - его сечение А-А фиг. 1, где: 1 - горизонтальный цилиндрический корпус; 2 и 3 - поперечные перегородки, 4 - накопительный отсек для отсепарированной нефти; 5 - штуцер для ввода нефти; 6 - штуцер для вывода отсепарированной нефти; 7 - штуцер для вывода газа; 8 - вертикальные продольные ребра; 9 - вертикальные продольные ребра.
На фиг. 3 показан вариант выполнения нефтегазового сепаратора со сбросом воды, на фиг. 4 - его сечение Б-Б, где: 1 - горизонтальный цилиндрический корпус; 2 и 3 - поперечные перегородки, 4 - накопительный отсек для отсепарированной нефти; 5 - штуцер для ввода нефти; 6 - штуцер для вывода отсепарированной нефти; 7 - штуцер для вывода газа; 8 - вертикальные продольные ребра; 9 - вертикальные продольные ребра; 10 - штуцер для вывода воды; 11 - поперечная перегородка.
Предлагаемый нефтегазовый сепаратор для глубокой дегазации нефти, не содержащей большого количества взвешенной воды (фиг. 1), содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с поперечными попарно установленными перегородками 2 и 3, соединенными между собой вертикальными продольными ребрами 8, отсек 4 для отсепарированной нефти, штуцер 5 для ввода нефти с одного конца корпуса и штуцер 6 для ее вывода с противоположного конца корпуса, а также штуцер 7 для вывода газа.
В каждой паре перегородки параллельны и установлены под острым углом к нижней образующей корпуса сепаратора в направлении к штуцеру ввода нефти.
3
1
2
3
4
5
2
4
6
Вторая перегородка 3 в каждой паре перегородок установлена с зазором h к нижней образующей корпуса (фиг. 2), площадь которого составляет не более 10% площади сечения штуцера вывода нефти 6. Перегородки 2 установлены с зазором к верхней и нижней образующим корпуса и размещены таким образом, что верхний край каждой последующей перегородки смещен вниз относительно предыдущей, т.е. высоты H>H; Н>Н; Н>6 и Н>H>Н. Каждая из перегородок 2 для жесткости связана с корпусом 1 вертикальными продольными ребрами 9.
На фиг. 3 и 4 представлен вариант выполнения нефтегазового сепаратора со сбросом воды.
Этот вариант аппарата аналогичен по конструкции аппарату, показанному на фиг. 1.
Он содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с поперечными попарно установленными перегородками 2 и 3, соединенными между собой вертикальными продольными ребрами 8, отсек 4 для отсепарированной нефти, штуцер 5 для ввода нефти с одного конца корпуса и штуцер 6 для ее вывода с противоположного конца корпуса, а также штуцера для вывода газа 7 и для вывода воды 10. С помощью поперечной перегородки 11 организован отсек 4 для отсепарированной нефти.
1
2
3
4
5
2
1
4
3
Перегородки 2 установлены с зазором к верхней и нижней образующим корпуса и размещены таким образом, что верхний край каждой последующей перегородки смещен вниз относительно предыдущей, т.е. высоты H>H и Н>Н>Н, а высоты нижнего края h<h<h<h. Каждая из перегородок 2 для жесткости связана с корпусом 1 вертикальными продольными ребрами 9.
Парные параллельные перегородки 2 и 3 установлены под острым углом к нижней образующей корпуса сепаратора в направлении к штуцеру ввода нефти 5 и каждая из них соединена вертикальными продольными ребрами 8 с параллельной ей второй перегородкой 3, горизонтальные края которой размещены ниже краев первой перегородки 2. В аппарате может быть размещено от одной до трех пар перегородок 2 и 3.
Нефтегазовый сепаратор для глубокой дегазации нефти, не содержащей большого количества взвешенной воды, показанный на фиг. 1, 2, работает следующим образом.
В этом аппарате происходит только дегазация нефти. Исходную нефтегазоводную смесь вводят в аппарат через штуцер 5. Интенсивнее всего газ выходит из верхнего слоя нефти, где меньше всего давление. При прохождении нефти от штуцера ее входа 5 к отсеку для отсепарированной нефти 4 сверху вниз по отсекам между парными перегородками 2 и 3 слои нефти перемешиваются между этими перегородками и в верхней части последующего отсека оказываются слои нефти, которые в предыдущем отсеке были ниже. Таким образом, достигается более полная дегазация нефти, чем в известных аналогах. Нефть из этого аппарата выводят через штуцер 6, а газ через штуцер 7.
Основное отличие работы заявляемого устройства от прототипа - обновление поверхности нефти перед каждой перегородкой, поскольку нефть здесь движется не только вдоль аппарата, но и сверху вниз между каждой парой перегородок. При расчетах конструкции принималась модель идеального смешения в каждой ступени процесса.
Перетекание нефти через перегородки 3 обеспечивается тем, что площадь зазора между нижними краями перегородок 3 и нижней образующей аппарата составляет меньше 10% площади сечения выходного штуцера 6. Большое гидравлическое сопротивление этого зазора заставляет нефть подниматься до уровня перегородок 3.
Для гарантии эффективности работы аппарата глубокой дегазации (фиг. 1. 2) уровень нефти в накопительном отсеке 4 желательно поддерживать максимально высоким для уменьшения паразитных перетечек под перегородками.
Нефтегазовый сепаратор со сбросом воды, показанный на фиг. 3, 4, работает следующим образом.
2
Исходную нефтегазоводную смесь вводят в аппарат через штуцер 5. Во входном отсеке, ограниченном корпусом и первой из перегородок 2, происходит предварительное расслоение смеси, при котором уровень нефти устанавливается на высоте Н (высотой перелива можно пренебречь ввиду его незначительности, обычно несколько миллиметров), выше этого уровня газ, а внизу отсека скапливается осевшая вода.
Потоки нефти, газа и воды движутся вдоль оси аппарата, нефть в смеси с эмульгированной водой проходит при этом между парными перегородками 2 и 3. В процессе подъема нефти между указанными перегородками капельки воды зависают, скорость их подъема меньше скорости подъема нефти, поэтому их объемная концентрация увеличивается, расстояние между отдельными каплями уменьшается и интенсифицируется процесс их коалесценции, слияния в более крупные капли, которые легче и быстрее осаждаются. Кроме того, из-за наклонного расположения перегородок возрастает площадь поверхности металла, вдоль которой движется поток нефти. На этой поверхности тоже идет коалесценция капель воды с образованием пленки, в которую переходят все новые капли воды. По мере движения нефти по отсекам, образуемым парами перегородок 2 и 3, она обезвоживается. Кроме того, при переливе нефти через перегородку 3 из нее выходит газ; поверхность раздела нефть-газ обновляется в каждом из отсеков. В представленном на фиг. 3 примере три пары перегородок образуют 4 отсека, трехкратного обновления поверхности вполне достаточно для достижения более высокой, чем в известных промышленных аппаратах степени дегазации нефти.
При движении нефти между перегородками идет коалесценция капель воды, как было указано выше, а в отсеках между парами перегородок идет осаждение капель воды в стесненных условиях, что значительно повышает эффективность обезвоживания нефти.
Вода перетекает из отсека в отсек под перегородками 3, количество ее в нижней части аппарата увеличивается по ходу движения. Выводят воду из аппарата через штуцер 7, нефть - через штуцер 6. В накопительном отсеке 4, где с помощью уровнемера (на фиг. 3, 4 он не показан) поддерживают постоянный уровень нефти.
Предлагаемый вариант аппарата позволяет за счет повышения эффективности процесса улучшить качество подготовки нефти, т.е. уменьшить содержание воды и газа в ней. Снижение содержания газа в нефти при применении аппарата, показанного на фиг. 1, 2 приводит к уменьшению потерь углеводородов, поскольку такой аппарат предназначен в основном для концевой ступени сепарации, где давление настолько мало, что выделяющийся газ практически на всех установках сжигают на факеле или рассеивают в атмосфере. Поскольку основной областью применения сепаратора, представленного на фиг. 3, является предварительный сброс пластовой воды, уменьшение содержания воды в нефти приводит к снижению энергозатрат на нагрев нефти для ее последующего глубокого обезвоживания.
Наклонное расположение поперечных перегородок под острым углом в направлении к штуцеру входа нефти 4 обеспечивают более эффективную коалесценцию капель воды и значение межфазной поверхности нефть-газ в отсеках между перегородками, что приводит к улучшению дегазации нефти. Наличие продольных вертикальных ребер, связывающих парные перегородки друг с другом и с корпусом, обеспечивает жесткость конструкции и больший срок ее службы из-за уменьшения напряжения в металле перегородок.
Ограничение числа пар перегородок в аппарате тремя штуками (в чертеже прототипа приведено 6 перегородок) удешевляет конструкцию, снижает габариты установки и удешевляет строительство.