УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ПО ТРУБОПРОВОДУ
DEVICE FOR DESTRUCTION OF WATER-OIL EMULSION DURING TRANSPORTATION THROUGH PIPELINE

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслям промышленности, в частности к разрушению водонефтяных эмульсий.
Известно устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу (авторское свидетельство SU №1142499, C10G 33/06, опубл. в бюл. №8 от 28.02.1985 г.), включающее трубопровод и продольную перегородку, установленную в центральной части его поперечного сечения, при этом с целью интенсификации процесса разрушения и снижения эксплуатационных затрат перегородка выполнена в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, при этом ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе эмульсии.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность разрушения водонефтяной эмульсии, так как выделившаяся свободная вода и крупные капли, оказавшиеся после перегородки в верхней части трубы, через край перегородки в задней ее части направляются вниз рассосредоточенными в потоке нефти, поэтому часть потока водонефтяной эмульсии, оказавшаяся после перегородки ниже ее, в которой преобладают мелкие капли, проходит через рассосредоточенную в нефти воду на небольшом по длине участке, а следовательно, взаимодействие мелких капель и свободной воды практически отсутствует, что не позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии;
- во-вторых, медленный процесс разрушения водонефтяной эмульсии из-за слабого закручивания потока водонефтяной эмульсии продольной перегородкой в трубопроводе всего на 180°, вследствие чего центробежные силы в трубопроводе практически не оказывают влияния на процесс разрушения водонефтяной эмульсии, при этом разрушение эмульсии происходит под действием гравитационных сил, поэтому водонефтяная эмульсия не успевает разрушиться в трубопроводе;
- в-третьих, высокий расход реагента деэмульгатора и, как следствие, высокие эксплуатационные затраты на 1 тонну подготовки нефти, возникающие ввиду неэффективного и медленного процесса разрушения водонефтяной эмульсии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу (патент RU №2308312, C10G 33/06, опубл. в бюл. №29 от 20.10.2007 г.), включающее трубопровод и центральную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе, при этом трубопровод снабжен дополнительными перегородками, параллельно и симметрично установленными относительно центральной перегородки, при этом все перегородки снабжены на выходе эмульсии конечными горизонтальными участками с длиной не менее 1,8 диаметра трубы, увеличивающейся сверху вниз, при этом конечный горизонтальный участок каждой перегородки, расположенной ниже, выполнен длиннее не менее чем на 0,5 м аналогичного участка вышележащей перегородки.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность разрушения водонефтяной эмульсии связана с тем, что дополнительные продольные перегородки, установленные параллельно и симметрично относительно центральной продольной перегородки, увеличивают металлоемкость конструкции, при этом выделившаяся свободная вода и крупные капли, оказавшиеся за основной и дополнительной продольными перегородками, направляются вниз рассосредоточенными в потоке нефти, поэтому часть потока водонефтяной эмульсии проходит через рассосредоточенную в нефти воду на небольшом по длине участке даже с учетом удлинения на 0,5 м каждой нижележащей перегородки, при этом взаимодействие мелких капель и свободной воды практически отсутствует, что не позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии;
- во-вторых, низкая интенсивность (медленный процесс) разрушения водонефтяной эмульсии из-за слабого закручивания потока водонефтяной эмульсии продольной и дополнительной перегородками перегородкой в трубопроводе всего на 180°, вследствие чего центробежные силы в трубопроводе практически не оказывают влияния на процесс разрушения водонефтяной эмульсии, при этом разрушение эмульсии происходит под действием гравитационных сил, поэтому водонефтяная эмульсия не успевает разрушиться в трубопроводе;
- в-третьих, высокий расход реагента деэмульгатора и, как следствие, высокие эксплуатационные затраты на 1 тонну подготовки нефти, возникающие ввиду неэффективного и медленного процесса разрушения водонефтяной эмульсии.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности разрушения водонефтяной эмульсии и интенсификация (ускорение) процесса разрушения водонефтяной эмульсии в трубопроводе, а также снижение эксплуатационных затрат при подготовке нефти.
Поставленная техническая задача решается устройством для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающим трубопровод и продольную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе.
Новым является то, что трубопровод перед продольной перегородкой по направлению потока водонефтяной эмульсии оснащен полым цилиндрическим корпусом, снабженным поперечными диафрагмами с центральными щелевыми отверстиями, при этом каждые последующие щелевые отверстия поперечной диафрагмы имеет меньшую пропускную способность и смещены на угол 15-30° по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, причем за поперечными диафрагмами на конце полого цилиндрического корпуса выполнен конус с размещенным в нем концентрично шнеком, при этом конус расширяется в соотношении площадей оснований конуса 1:2,5 по направлению потока водонефтяной эмульсии, причем шнек выполнен в виде спиральной пластины с углом поворота по длине конуса на 180° с отношением внутреннего диаметра входного отверстия к длине конуса 1:4, а полый цилиндрический корпус с конусом имеют возможность продольного перемещения и фиксации относительно трубопровода.
На фигуре 1 схематично изображено предлагаемое устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу в продольном разрезе.
На фигурах 2 и 3 изображены поперечные сечения А-А и Б-Б полого цилиндрического корпуса с поперечными диафрагмами.
Известно, что причиной образования водонефтяных эмульсий является перемешивание пластовой воды с нефтью и конденсатом при добыче и перекачке, а также содержащихся в ней парафинов, асфальто-смолистых веществ, ПАВ.
Устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу включает трубопровод 1 (см. фиг. 1) и продольную перегородку 2, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе.
n
n
Трубопровод 1, например, диаметром 400 мм = 0,4 м перед продольной перегородкой 2 по направлению потока водонефтяной эмульсии оснащен полым цилиндрическим корпусом 3, снабженным поперечными диафрагмами 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 с щелевыми отверстиями 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5.
n
n
1
2
3
4
n
Каждые последующие щелевые отверстия 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5 соответствующей поперечной диафрагмы 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 имеют соответственно меньшую пропускную способность (Q<Q<Q<Q<Q) и смещены на угол α=15-30° по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, например по часовой стрелке на угол α=20°.
n
За поперечными диафрагмами 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 на конце полого цилиндрического корпуса 3 выполнен конус 6 с размещенным в нем концентрично шнеком 7.
1
2
1
2
-3
2
-3
2
-3
2
Конус 6 расширяется в соотношении площадей оснований 8 и 9 конуса соответственно 1:2,5 (S:S) по направлению потока водонефтяной эмульсии, например при d=150 мм=0,15 м. S=17,66·10 м. Тогда S=17,66·10 м·2,5=44,15·10 м.
Шнек 7 выполнен в виде спиральной пластины с углом поворота по длине L конуса на 180° с отношением внутреннего диаметра d входного отверстия к длине конуса L 1:4, т.е. d:L=1:4, например при d=150 мм=0,15 м, то L=150 мм·4=600 мм=0,6 м.
Такое конструктивное исполнение конуса 6 позволяет повысить эффективность действия центробежных сил, направленных на разрушения водонефтяной эмульсии.
Полый цилиндрический корпус 3 с конусом 6 имеют возможность продольного перемещения и фиксации с помощью стопорного винта 8 относительно трубопровода 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Производят монтаж устройства (см. фиг. 1). Устанавливают и фиксируют с помощью стопорного винта 8 полый цилиндрический корпус 3 с конусом 6 и шнеком 7 в трубопроводе 1 на расстоянии Н от продольной перегородки 2, причем расстояние Н зависит от физико-химических свойств (плотности, вязкости и состав эмульгаторов, pH водной фазы) и определяется опытным путем, например размещают полый цилиндрический корпус 3 на расстоянии Н=1,5 м от продольной перегородки 2.
n
n
n
n
n
n
1
2
3
4
n
Производят перекачку водонефтяной эмульсии по трубопроводу 1. Сначала водонефтяная эмульсия по направлению потока в трубопроводе 1 попадает в щелевые отверстия 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5 соответствующих диафрагм 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 полого цилиндрического корпуса 3, при прохождении которых скорость потока водонефтяной эмульсии постепенно увеличивается, вследствие снижения их пропускной способности (Q<Q<Q<Q<Q) и закручивается благодаря смещению на угол α=20° (см. фиг. 1, 2 и 3) относительно друг друга щелевых отверстий 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5. В полом цилиндрическом корпусе 3 за щелевыми отверстиями 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5 поперечных диафрагм 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 происходит резкая потеря скорости потока водонефтяной эмульсии, что создает эффективные условия для постепенного гравитационного разделения водонефтяной эмульсии в закрученном смещенном потоке водонефтяной эмульсии между поперечными диафрагмами 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 полого цилиндрического корпуса 1.
n
n
Повышается эффективность разрушения водонефтяной эмульсии, так как наличие в устройстве полого цилиндрического корпуса с поперечными диафрагмами 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4, оснащенными щелевыми отверстиями 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5, запускает механизм разрушения водонефтяной эмульсии за счет действия гравитационных сил еще до ее попадания на продольную перегородку 2.
Таким образом, под действием сил гравитации водонефтяная эмульсия начинает разделяться, так как вода и нефть имеют разные значения плотности.
n
n
После выхода из щелевых отверстий 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5 поперечных диафрагм 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 (см. фиг. 1) разделяющийся поток водонефтяной эмульсии поступает в конус 6, расширяющийся по ходу движения потока водонефтяной эмульсии.
n
n
1
2
3
4
n
В конусе 6 поток разделяющейся водонефтяной эмульсии подвергается воздействию центробежных сил, возникающих в расширяющемся конусе 6 благодаря шнеку 7, выполненному в виде спиральной пластины. Кроме этого, за счет того, что каждые последующие щелевые отверстия 5′; 5′′; 5′′′; 5′′′′; …5 соответствующей поперечной диафрагмы 4′; 4′′; 4′′′; 4′′′′; …4 имеют соответственно меньшую пропускную способность (Q<Q<Q<Q<Q), происходит максимальное увеличение скорости потока водонефтяной эмульсии на входе в конус 6, что увеличивает скорость вращения потока водонефтяной эмульсии на начальном участке конуса 6. Это увеличивает действие центробежных сил на поток водонефтяной эмульсии и создает условия для ускоренного разрушения водонефтяной эмульсии, при этом крупные тяжелые капли воды отбрасываются к внутренним стенкам конуса и по винтовой траектории (по периферии конуса 6) перемещаются к продольной перегородке 2. Мелкие легкие частицы нефти концентрируются в закрученном потоке на спиральной поверхности шнека 7 и по центру потока выносятся из конуса 6, где также попадают на продольную перегородку 2.
Благодаря наличию центробежных сил интенсифицируется (ускоряется) процесс разрушения водонефтяной эмульсии посредством осуществления фильтрования всех слоев ее потока через выделившуюся свободную воду, что позволяет повысить качество разрушения водонефтяной эмульсии в системе нефтесбора.
В сравнении с прототипом, где основную роль в разрушении водонефтяной эмульсии выполняет продольная перегородка 2, в предлагаемом устройстве на продольную перегородку 2 водонефтяная эмульсия попадает в стадии разрушения водонефтяной эмульсии и роль продольной перегородки 2 заключается в завершении разрушения водонефтяной эмульсии, благодаря чему также повышается эффективность работы устройства.
Поэтому после попадания водонефтяной эмульсии на продольную перегородку 2 нижний слой разрушающегося потока водонефтяной эмульсии переходит в верхний, а верхний слой потока переходит в нижний, при этом крупные капли пластовой воды, оказавшиеся в верхнем и нижнем слоях, двигаясь в потоке по мере осаждения, захватывают мелкие капли из среднего слоя (центра) и тем самым ускоряют процесс их оседания. Таким образом происходит интенсивное (ускоренное) взаимодействие мелких капель и свободной воды, что позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии. Для незахваченных мелких капель время оседания сокращается в 2-3 раза за счет уменьшения расстояния их расположения до нижней образующей трубопровода 1.
Повышение эффективности и интенсификации процесса разрушения водонефтяной эмульсии за счет комплексного действия гравитационных и центробежных сил позволяет сократить продолжительность проводимых в дальнейшем операций по обессоливанию и обезвоживанию нефти, снизить расход реагента деэмульгатора и таким образом сократить эксплуатационные затраты при подготовке нефти.
При изменении физико-химических свойств водонефтяной эмульсии, например при увеличении вязкости и плотности водонефтяной эмульсии, освобождают крепление (отворачивают стопорный винт 8) полого цилиндрического корпуса 3 с конусом 6 и шнеком 7 в трубопроводе 1.
После чего перемещают полый цилиндрический корпус 3 с конусом 6 и шнеком 7 в трубопроводе 1 в сторону продольной перегородки 2, например, так, чтобы расстояние Н=1 м (определяется опытным путем) и вновь фиксируют стопорным винтом 8 полый цилиндрический корпус 3 с конусом 6 и шнеком 7 относительно трубопровода 1. Далее монтируют устройство, как описано выше, и запускают устройство в эксплуатацию, как описано выше.
Предлагаемое устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу позволяет:
- повысить эффективность разрушения водонефтяной эмульсии;
- ускорить процесс разрушения водонефтяной эмульсии;
- сократить эксплуатационные затраты при подготовке нефти.