СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR HYDROCARBON MATERIAL DEHYDRATION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING IT

Изобретение относится к нефтедобыче и нефтепереработке и может быть использовано при добыче, сборе и подготовке нефти на промыслах в процессе глубокого обезвоживания углеводородного сырья.
Известен способ магнитной обработки жидкости и устройство для его осуществления [патент №2311942, МПК B01D 17/06, опубл. 10.12.2007], заключающийся в том, что магнитную обработку ведут в одну или несколько ступеней. Перед каждой ступенью из трубопровода предварительно удаляют свободный газ и выделившуюся воду. Устройство для магнитной обработки жидкости включает электромагнит в виде обмотки на корпусе из диамагнитного материала, блок питания и управления. В корпусе каждого электромагнита перед его обмоткой установлены патрубки для отвода свободного газа и выделившейся воды из нефтяной эмульсии. Недостатками способа являются дополнительные временные затраты в связи с необходимостью предварительного экспериментального подбора режима для конкретного объекта. Недостатком устройства является сложность осуществления его монтажа.
Известен способ обезвоживания и обессоливания нефти [патент №2160762, МПК C10G 33/00, опубл. 20.12.2000], заключающийся в высокочастотной магнитной обработке нефти сигналом в формируемом им магнитном поле. Сигнал формируют с набором спектральных компонент как результирующий сигнал системы не менее трех источников СВЧ суммированием их выходных сигналов и управлением взаимной связью между ними. Недостатком способа является ограничение его применения границами обводненность нефти не более 10%, что делает невозможным применение его на большинстве месторождений, где обводненность может достигать значения до 90%. Способ предусматривает предварительный подбор значений интегральной мощности экспериментальным путем для каждого типа обрабатываемого образца углеводородного сырья, что требует дополнительных ресурсов. Кроме того, способ невозможно применять непосредственно в процессе добычи углеводородного сырья в скважине. Таким образом, ограниченные функциональные возможности способа отражаются на эффективности обезвоживания добываемого углеводородного сырья. Данное техническое решение принято за прототип способа.
Известно устройство [а.с. №191728, МПК С10, опубл. 26.01.1967] для разрушения нефтяных эмульсий при помощи переменного магнитного поля, состоящее из рабочей камеры с рубашкой, на корпус которой надеты электромагнитные катушки, снабженной шнековым завихрителем. Недостатком этого устройства является невозможность его расположения непосредственно внутри трубы в скважине, отсутствие возможности управления частотой и величиной тока в зависимости от обводненности углеводородного сырья и, как следствие этого, снижение эффективности обезвоживания и качества углеводородного сырья.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является повышение качества добываемого углеводородного сырья и эффективности его обезвоживания при минимальных энергетических, временных и аппаратных затратах.
Техническим результатом группы изобретений является эффективное обезвоживание углеводородного сырья в непрерывном потоке с помощью создания условий для управляемого ускоренного разделения фаз нефть-вода непосредственно в процессе добычи.
Поставленная задача решается способом обезвоживания углеводородного сырья, включающим высокочастотную магнитную обработку углеводородного сырья сигналом в формируемом им магнитном поле, в котором в отличие от прототипа формируют импульсное магнитное поле, а управление процессом обработки углеводородного сырья осуществляют путем изменения частоты и амплитуды импульсов в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья.
Согласно изобретению импульсное магнитное поле формируют вдоль вектора поступательного движения потока.
Согласно изобретению обработку проводят в трубе скважины непосредственно в процессе добычи.
Поставленная задача решается также устройством для обезвоживания углеводородного сырья, включающим индуктор в виде однослойной катушки, размещенной на каркасе из немагнитного материала, с плоским ферромагнитным сердечником в форме шнека внутри катушки, генератор импульсов, состоящий из высоковольтного разрядника, блока конденсаторов переменной емкости, выпрямителя напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразователя напряжения, системы управления, и анализатор с чувствительным элементом для определения обводненности углеводородного сырья, закрепленным на каркасе индуктора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена функциональная схема устройства для обезвоживания углеводородного сырья.
2
1
Устройство содержит индуктор 1, размещенный в трубе 2, генератор импульсов 3 и анализатор 4 с чувствительным элементом для определения обводненности углеводородного сырья 5. Индуктор 1 в виде однослойной катушки выполнен на каркасе из немагнитного материала (не показан). На этом же каркасе находится чувствительный элемент 5 анализатора 4 в виде катушки индуктивности. Внутрь индуктора 1 помещен плоский ферромагнитный сердечник в форме шнека 6. Индуктор 1 электрически соединен с генератором импульсов 3, который включает в себя высоковольтный разрядник 7, соединенный с индуктором 1, блок конденсаторов переменной емкости 8, соединенный с индуктором 1 и с разрядником 7, выпрямитель напряжения 9, связанный с блоком конденсаторов 8, высоковольтный трансформатор 10, вторичная обмотка W которого соединена с выпрямителем напряжения 9, преобразователь напряжения 11, связанный с первичной обмоткой W высоковольтного трансформатора 10, и систему управления 12, первым выходом которая соединена с преобразователем напряжения 11, вторым выходом - с блоком конденсаторов 8, а входом - с анализатором 4.
Способ осуществляется следующим образом.
a
1
2
а
Добываемое в скважине углеводородное сырье выкачивается из пласта на поверхность, проходит по трубе 2 через размещенный в ней индуктор 1 и подвергается воздействию импульсного магнитного поля индуктора 1. После включения (подачи электропитания) устройства запускается чувствительный элемент 5 анализатора 4 для определения степени обводненности добываемого углеводородного сырья. Чувствительный элемент 5 анализатора 4 представляет собой катушку индуктивности, находящуюся на каркасе индуктора 1, питающуюся переменным током заданной частоты от анализатора 4. Ток в цепи катушки индуктивности и соответственно потери энергии P в катушке зависят от степени обводненности углеводородного сырья и являются информационными параметрами для формирования сигнала, который подается с анализатора 4 в систему управления 12. В зависимости от этого сигнала в системе управления 12 формируется команда управления, которая корректирует величину тока, длительность разряда и периодичность последующих разрядов для передачи на индуктор. С первого выхода системы управления 12 на преобразователь напряжения 11 подается управляющий сигнал, корректирующий напряжение на первичной обмотке W высоковольтного трансформатора 10. Высокое напряжение с вторичной обмотки W подается через выпрямитель напряжения 9 на блок конденсаторов 8. Со второго выхода системы управления 12 на блок конденсаторов 8 подается управляющий сигнал, изменяющий энергию разряда путем подключения необходимого количества конденсаторов. После полной зарядки подключенных конденсаторов происходит пробой в высоковольтном разряднике 7, и далее в индукторе 1 формируется импульсное магнитное поле, которое непосредственно воздействует на протекающее по трубе 2 углеводородное сырье. Таким образом, изменение величины напряжения и соответственно изменение величины тока на чувствительном элементе 5 анализатора 4 в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья являются основой для формирования импульсного магнитного поля индуктора 1, вызывающего обезвоживание обрабатываемого углеводородного сырья. Для усиления эффекта обезвоживания углеводородного сырья в индукторе 1 закреплен плоский ферромагнитный сердечник в форме шнека 6. Режимы работы устройства для обезвоживания углеводородного сырья различаются по количеству подключенных в цепь конденсаторов в блоке 8 в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья. При высокой степени обводненности напряженность поля падает по причине поглощения электромагнитного поля (возникновения токов Фуко) индуктора 1 водной частью углеводородного сырья. С целью повышения эффективности работы и поддержания эффективного уровня обезвоживания производится корректировка энергии разряда в контуре разрядника 7. В результате в зоне индуктора 1 поддерживается наиболее эффективное для данного уровня обводненности углеводородного сырья электромагнитное поле. Режим воздействия на углеводородное сырье выбирается в соответствии с полученным на анализатор 4 значением потери энергии Р с чувствительного элемента анализатора 5 следующим образом.
Потери энергии в чувствительном элементе 5 на вихревые токи, возникающие в водной части углеводородного сырья, определяются по известной формуле [Электротехника: Учебно-методический комплекс. / И.М. Коголь, Г.П. Дубовицкий, В.Н. Бородянко, В.С. Гун, Н.В. Клиначев, В.В. Крымский, А.Я. Эргард, В.А. Яковлев; Под редакцией Н.В. Клиначева. - Offline версия 2.2. - Челябинск, 2008]:
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>k</mi><mi>в</mi><mo>*</mo></msubsup><msubsup><mi>f</mi><mi>a</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>*</mo><msubsup><mi>B</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>*</mo><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><mi>ρ</mi></mrow>
,
в
где k - коэффициент, определяемый экспериментально;
a
f - частота воздействия;
m
B - максимальная магнитная индукция;
d - толщина листа электротехнической стали сердечника;
ρ - удельное сопротивление материала сердечника.
В роли сердечника в чувствительном элементе 5 выступают глобулы воды, содержащиеся в углеводородном сырье. Поэтому потери энергии, которая поглощается глобулами воды углеводородного сырья, рассчитывают, принимая величины d и ρ как средний диаметр капель воды в углеводородном сырье и удельное сопротивление воды с растворенными в ней солями соответственно.
a
а
a
После того как чувствительный элемент 5 анализатора 4 начинают питать током от анализатора 4 с заданной частотой f, анализатором 4 считываются потери энергии Р, возникающие при прохождении тока через чувствительный элемент 5. Для заданной частоты f 1 кГц и тока 1А замеряемые анализатором 4 потери энергии будут указывать на процент обводненности углеводородного сырья, проходящего по трубе 2 через чувствительный элемент 5 анализатора 4. Согласно проведенным исследованиям:
а
1) при Р от 0,001 до 0,22106 минимальное содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 1 до 15% от общего объема сырья, выбирается режим работы с одним включенным в цепь конденсатором (С1);
а
2) при Р от 0,22106 до 0,3509 содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 16 до 30% от общего объема сырья, выбирается режим работы с двумя включенными в цепь конденсаторами (С1+С2);
a
3) при P от 0,3509 до 0,55703 содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 31 до 60% от общего объема сырья, выбирается режим работы с тремя включенными в цепь конденсаторами (С1+С2+С3);
a
4) при P от 0,55703 до 0,7778 содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 61 до 99% от общего объема сырья, выбирается режим работы с четырьмя включенными в цепь конденсаторами (C1+С2+С3+С4).
В зависимости от количества подключенных в цепь конденсаторов блока конденсаторов 8 изменяется частота и амплитуда импульсов подаваемого на индуктор 1 сигнала и осуществляется управление процессом обработки в зависимости от степени обводненности поступающего в трубу 2 углеводородного сырья.
Примеры конкретного выполнения
1. В качестве углеводородного сырья использовалась эмульсия Бариновско-Лебяжинского месторождения (УПСВ Утевская, скв. №8) обводненностью 60% от общего объема сырья. Сырье обрабатывалось предложенными способом и устройством. В результате опытов было выявлено, что наиболее эффективное обезвоживание углеводородного сырья происходит в режиме работы трех конденсаторов (С1+С2+С3) при указанном значении обводненности и составило 61,1% от общего объема содержащейся в углеводородном сырье воды.
2. В качестве углеводородного сырья использовалась эмульсия Боровского месторождения обводненностью 30% от общего объема сырья. Сырье обрабатывалось предложенными способом и устройством. В результате опытов было выявлено, что наиболее эффективное обезвоживание углеводородного сырья происходит в режиме работы двух конденсаторов (С1+С2) при указанном значении обводненности и составило 77% от общего объема содержащейся в углеводородном сырье воды.
В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано способов обезвоживания углеводородного сырья, позволяющего с минимальными временными и энергетическими затратами и минимальным аппаратным вмешательством осуществить отделение воды в процессе добычи непосредственно в скважине, не нарушая и не прерывая его.
Таким образом, предлагаемая группа изобретений реализуема практически и обладает следующими преимуществами.
1. Способ позволяет осуществить выбор режима воздействия в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья непосредственно в процессе его добычи.
2. Устройство для обезвоживания углеводородного сырья обладает возможностью формирования импульсного магнитного поля с различными параметрами в автоматическом режиме посредством системы управления.
3. Размещение индуктора непосредственно в потоке углеводородного сырья позволяет существенно повысить эффективность процесса обезвоживания углеводородного сырья в связи с увеличением интенсивности воздействия.
Предлагаемая группа изобретений обеспечивает эффективное обезвоживание углеводородного сырья в непрерывном потоке с помощью создания условий для управляемого ускоренного разделения фаз нефть-вода непосредственно в процессе добычи.