Устройство утилизации пластовой жидкости при добыче углеводородов

Область техники
Полезная модель относится к добыче углеводородов из обводняющихся скважин, эксплуатируемых в условиях активного водо- и пескопроявления, требующей утилизации пластовой жидкости (воды, загрязненной механическими примесями), выходящей из скважины попутно с добываемыми углеводородами.
Уровень техники
Известно, выбранное в качестве прототипа, устройство утилизации пластовой жидкости, содержащее сепаратор с патрубками для подвода углеводородного потока с пластовой жидкостью и отвода углеводородов и сообщенный с сепаратором накопитель пластовой жидкости, в который помещен трубчатый канал греющей среды, при этом верхняя часть накопителя снабжена выходом испаряемой пластовой жидкости, а придонная часть - окном доступа для периодического удаления осевших примесей [US 4804477].
В качестве греющей среды, обеспечивающей нагрев и испарение пластовой жидкости из накопителя, прототип использует продукты горения природного газа в газовой горелке, установленной на входе в канал греющей среды, и воздух, нагретый горящим газом.
Недостаток прототипа - низкая эффективность испарения пластовой жидкости, обусловленная малой теплоотдачей греющей среды (нагретого воздуха и продуктов горения газа) и низкая надежность устройства, обусловленная высокой неконтролируемой температурой греющей среды, особенно во входной части трубчатого канала, где установлена газовая горелка. Из-за низкой теплоотдачи греющей среды в прототипе для увеличения теплообменной поверхности приходится использовать трубчатый канал греющей среды из труб большого сечения (tubes 78, 82, 84) и дополнительно пропускать пластовую жидкость через длинную спиральную трубку предварительного подогревателя (preheater 56), что существенно увеличивает металлоемкость устройства. Кроме того, не удаляемый осадок, выпадающий из пластовой жидкости на внутренние стенки трубки спирального подогревателя, быстро сокращает его и без того узкое проходное сечение, тем самым снижая надежность устройства.
Сущность полезной модели
Технический результат полезной модели состоит в повышении эффективности, надежности и снижении металлоемкости устройства утилизации пластовой жидкости путем ее испарения.
Предметом полезной модели является устройство утилизации пластовой жидкости, содержащее сепаратор с патрубками для подвода углеводородного потока с пластовой жидкостью и отвода углеводородов и сообщенный с сепаратором накопитель пластовой жидкости, в который помещен трубчатый канал греющей среды, при этом верхняя часть накопителя снабжена выходом испаряемой пластовой жидкости, а придонная часть - окном доступа для периодического удаления осевших примесей, отличающееся тем, что в качестве греющей среды использован водяной пар, а трубчатый канал выполнен с возможностью конденсации в нем отработавшего пара.
Для дополнительного повышения надежности трубчатый канал греющей среды может быть выполнен из нержавеющей стали, а для уменьшения адгезии к накипи - с наружным тефлоновым покрытием.
Осуществление полезной модели
Конструкция предлагаемого устройства схематично представлена на фигуре.
Устройство содержит сепаратор 1 с патрубком 2 для подвода углеводородного потока с пластовой жидкостью и патрубком 3 для отвода углеводородов (например, газа). Под сепаратором 1 размещен сообщенный с ним накопитель 4 пластовой жидкости. В накопитель 4 помещен трубчатый канал 5 греющей среды (например, канал с прямыми параллельными трубами или змеевикового типа, показанный на фигуре). Внешние выводы 6 и 7 канала 5 предназначены для соединения с парогенератором 8, например, через паропровод (последние на фигуре показаны пунктиром, так как не входят в заявляемое устройство). Через входной вывод 6 в канал 5 поступает перегретый водяной пар практически постоянной температуры в диапазоне 120-150°С, а через выходной вывод 7 выводится конденсат отработавшего пара.
Верхняя часть накопителя 4 снабжена выходом 9 испаряемой пластовой жидкости (выполненным, например, в виде трубы), а придонная часть - окном 10 доступа для периодического удаления осевших примесей 11.
Устройство функционирует следующим образом.
Сепаратор 1 разделяет углеводородный поток, поступающий из скважины через патрубок 2, на углеводороды (например, газ) и пластовую жидкость - воду, загрязненную примесями (песком, солями). Пластовая жидкость из сепаратора 1 поступает в накопитель 4, в котором отстаивается с выпадением в осадок примесей 11.
Через вывод 6 в канал 5 поступает перегретый водяной пар от парогенератора 8. Накопитель 4 с помещенным в него трубчатым каналом 5 работает как рекуперативный теплообменник, в котором теплоносителем -греющей средой является пар, отдающий тепло через стенки канала 5 нагреваемой среде - пластовой жидкости, заполняющей накопитель 4. Отдача тепла существенно интенсифицируется благодаря фазовому переходу отработавшего пара в конденсат (воду), который отводится через вывод 7.
Площадь теплообменной поверхности трубчатого канала 5 выбирается из условия фазового перехода (конденсации) всего объема поступающего перегретого водяного пара. Интенсивная теплоотдача при фазовом переходе водяного пара в конденсат (примерно в тысячу раз превышающая теплоотдачу нагретого газа) способствует уменьшению поверхности теплообмена, требуемой для эффективного испарения пластовой жидкости, что соответственно уменьшает металлоемкость устройства.
Конденсация водяного пара сопровождается большой теплоотдачей, благодаря чему для передачи пластовой жидкости сравнительно больших количеств тепла требуются небольшие весовые количества пара. Постоянство температуры конденсации при заданном давлении облегчает поддержание температурного режима выпаривания пластовой жидкости.
Вода испаряется из накопителя 4 через выход 9, а примеси 11 образуют осадок на дне накопителя 4.
В качестве парогенератора 8, способного работать при отсутствии источника электроснабжения вблизи скважины, может быть применена теплоэнергоустановка с паровым котлом, нагреваемым газовой горелкой (патент RU 156931).
Канал 5 выполняют из коррозийно-стойкого металла, предпочтительно из нержавеющей стали. Удаление накипи с поверхности канала 5, помещенного внутрь накопителя 4, может производиться стряхиванием в периоды профилактики оборудования. Канал 5 может быть покрыт снаружи тефлоном, уменьшающим адгезию к накипи. Благодаря ограниченному диапазону температур греющей среды в канале 5 тефлоновое покрытие практически не выгорает, что дополнительно повышает надежность устройства.
Периодическое удаление примесей 11 из накопителя 4 осуществляется через герметично перекрываемое окно 10.
Выходящий из накопителя 4 водяной пар практически свободен от примесей и поэтому экологически безвреден, а утилизации с соблюдением жестких экологических требований подлежат только выпавшие в осадок на дне накопителя 4 примеси 11.
Как видно из вышеописанного, использование перегретого водяного пара в качестве греющей среды трубчатого канала 5 с возможностью фазового перехода (конденсации) греющей среды позволяет повысить эффективность испарения пластовой жидкости и надежность устройства, а также снизить его металлоемкость.
Выполнение канала 5 из нержавеющей стали дополнительно повышает надежность устройства, а выполнение канала 5 с наружным тефлоновым покрытием (в прототипе такое покрытие бесполезно, поскольку быстро прогорит из-за высокой неконтролируемой температуры греющей среды) уменьшает адгезию к накипи, что позволяет увеличить интервалы между остановками устройства на профилактику.