УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ НА ПРОМЫСЛАХ

Устройство для подготовки нефти на промыслах
Решение относится к области разделения многофазных систем и может быть использовано в нефтегазовой, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности для разделения смесей газ-жидкость-жидкость. Для разделения систем газ-нефть-вода известны устройства, содержащие узлы для предварительной обработки нефти в виде депульсаторов, соединенных с аппаратами подготовки нефти (а.с. СССР N 1397056, МПК 4 В 01 Д 19/00, БИ N 19, 88г.). Устройства для предварительной обработки нефти в данном случае предназначены для ликвидации пульсаций потока поступающей в аппарат смеси и разгрузки его от основного количества идущего с потоком газа. Недостатком их являются значительное падение давления в аппарате подготовки нефти и в системе магистральных транспортных трубопроводов, унос с газом нефти, потребность в дополнительных устройствах для ее улавливания и возврата, а также в дополнительных насосных установках для поддержания давления, необходимого для транспорта отделенных фаз (газа, нефти, воды). Из-за резкого падения давления в этих устройствах снижается также качество разделения смеси, т.е. в газе содержится больщое количество нефти, в нефти - воды, в воде - нефти.
МПК 6 в 01 Д 17/02
Известны также установки, в которых в качестве узла предварительной обработки нефти установлены гидроциклоны ( перед аппаратами подготовки нефти ) ( а.с. СССР N 1456178, МПК 4 В 01 Д 17/02, БИ N5, 89г., а.с. СССР N 1699941, МПК 5 С 02 F 1/40, БИ N 47, 91г.)- Эти узлы используют для предварительной обработки нефти центробежные силы. Недостатком их является сложность управления этими силами, так как из практики эксплуатации гидроциклонов известно, что они хорошо и удовлетворительно работают на однородных системах. Промысловые эмульсии являются газожидкостными смесями, в которых в жидкости содержатся средние и крупные газовые пузыри значительного объема. В период поступления такого пузыря в гидроциклон происходит разрыв потока жидкости и последующий гидравлический удар, создающий интенсивную турбулизацию, в процессе которой происходит дробление глобул нефти до минимальных размеров менее 50-100 мкм. Последующее укрупнение таких капель становится весьма трудноосуществимой технологической операцией. Кроме того, отделение газа от водонефтяной эмульсии в гидроциклоне приводит к более глубокой сепарации на начальной стадии подготовки нефти. Следствием этого становится повышение плотности нефти и эмульсии, увеличение их вязкости, уменьшение разности плотностей между водой и нефтью. Все перечисленные факторы ухудшают технологические показатели транспорта эмульсии и процесса деэмульсации. Наряду с этим, гидроциклоны требуют обслуживания высококвалифицированными специалистами, что зачастую невозможно из-за удаленности месторождений от баз обслуживания. Поэтому, устройства с гидроциклонами в качестве узла предварительной обработки нефти используются редко.
Известно также устройство для подготовки нефти по а.с. СССР N 1204574, МПК 4 В 01 Д 17/02, С 02 F 1/40, В 01 Д 17/02, БИ N 2, 86г. Оно принято в качестве прототипа как по назначению - разделение смесей газ-нефть-вода, так и по общим конструктивным признакам ( ограничительная часть формулы предлагаемого решения ). Оно содержит соединенные между собой узел предварительной обработки нефти с подводящим и отводящими верхним и нижним патрубками и аппарат подготовки нефти с распределителем нефти, соединенным с одним из отводящих патрубков. Недостаток этого устройства общий с аналогами, а.с. СССР N 1456178, N 1699941, т.к. в качестве узла предварительной обработки нефти установлен гидроциклон. Кроме того, качество отделяемых фаз падает из-за интенсивного выделения газа. Падает также давление в системе аппарат-трубопроводы, и, соответственно, присоединяются недостатки аналога по а.с. СССР N 1397056.
Задачей, стоящей перед авторами, является создание
конструкции устройства, простой в изготовлении и эксплуатации, позволяющей использовать энергию потока разделяемой смеси и в условиях промысла осуществлять качественное разделение смеси газ-нефть-вода.
Решение поставленной задачи достигается устройством, включающим соединенные между собой узел предварительной обработки нефти с подводящим и отводящими верхним и нижним патрубками и аппарат подготовки нефти с распределителем нефти, соединенным с одним из отводящих патрубков, в котором аппарат снабжен распределителем газа, установленным в верхней части аппарата и соединенным с верхним отводящим патрубком узла предварительной обработки нефти, а распределитель нефти соединен с его нижним отводящим патрубком. Причем, узел предварительной обработки нефти выполнен в виде цилиндрической вертикальной камеры с тангенциальным подводящим патрубком. Конструктивное выполнение узла предварительной обработки нефти позволяет эффективно использовать энергию центробежных сил, возникающих в камере, не дает им превысить предел, за которым начинается стабилизация эмульсии или ее превращение в обратную. Оно выделяет из смеси только пузыри газа, при этом нефть и вода остаются газонасыщенными жидкостями.
Предлагаемая связь элементов в устройстве Узел предварительной обработки - аппарат, соединенных по газу через
распределитель газа, а по нефти - через распределитель эмульсии, позволяет выводить из газожидкостной смеси газовые пузыри, перепускать их в верхнюю часть аппарата, дробить их на множество частей, разрушать пену, образующуюся при выделении газа и плавно вводить в сжимаемую газовую зону, гасить гидравлические удары, имеющие место в прототипе и, одновременно с этим, вводить в зону отстоя в аппарате жидкую газонасыщенную фазу, состоящую из нефти, эмульсии и пластовой воды. Последнее очень важно, так как сохраняется меньшая вязкость нефти и эмульсии, а следовательно и подвижность системы, сохранаяется ( не увеличивается ) плотность нефти, что обеспечивает максимальную разность плотностей воды и нефти, а следовательно обеспечивает максимальную скорость всплывания капель нефти, кроме того, растворенный газ выделяется в глобуле нефти в виде газового микропузыря, не нарушая целостности оболочки капли, увеличивает ее объем и дополнительно, иногда кратно, увеличивает разность плотностей тяжелой и легкой фаз и, таким образом, интенсифицирует процесс всплывания капель нефти к нефтяному слою в верхней части аппарата. На фиг.1 показано устройство для подготовки нефти на промыслах в разрезе, в котором узел предварительной обработки нефти расположен единым блоком с аппаратом подготовки нефти. На фиг.2 показан пример устройства, в котором узел предварительной обработки нефти вынесен из объёма аппарата и установлен рядом и соединяется с ним трубопроводами.
Устройство для подготовки нефти на промыслах состоит из соединенных между собой аппарата подготовки нефти 1 и узла предварительной обработки нефти 2, который имеет подводящий патрубок 3 и отводящие патрубки; верхний 4, соединенный с распределителем газа 5, установленным в газовом пространстве 6 в верхней части аппарата над плоскостью, проведенной по оси штуцера вывода 7 легкой фазы, и нижний отводящий патрубок 8 узла 2 соединен с распределителем нефти 9 в аппарате 1, выполненные в виде горизонтальной перфорированной трубы с открытыми торцами, соединённой с патрубком ввода в аппарат а также патрубок 10 вывода воды из нижней части аппарата 1.
Устройство работает следующим образом. Промысловая эмульсия ( газожидкостная смесь ) через подводящий патрубок 3 тангенциально вводится в узел предварительной обработки нефти 2, в котором легкая составляющая - газовые пузыри и захваченное ими небольшое количество нефти собирается в центре цилиндрической вертикальной камеры узла 2 предварительной обработки нефти и, поднимаясь вверх, через верхний штуцер 4 перепускается в распределитель газа 5, установленный в газовом пространстве 6 в верхней части аппарата 1, над плоскостью, проведенной по оси штуцера 7 вывода легкой фазы из аппарата 1
Данный технологический прием уменьшает до минимума гидравлические колебания вводимой в аппарат 1 эмульсии, за счет перепуска газовых пузырей через верх устройства 2 и штуцер 4 в распределитель газа 5, в котором газовые пузыри вначале делятся пополам, каждая половина направляется к противоположным элептическим днищам аппарата, при этом, в процессе такого движения газ вводится в газовую зону в верхней части аппарата частями через перфорационные отверстия в распределителе газа 5, при этом гасится пена. Кроме того, газ является сжимаемой фазой, что тоже гасит неравномерное поступление газа в газовую зону. В результате, гидравлические удары гасятся на 80 - 95%.
Одновременно с описанным выше процессом отделения газовых пузырей из газожидкостной смеси в вертикальной цилиндрической камере, газонасыщенная жидкая составляющая этой смеси - нефть, эмульсия и попутная пластовая вода формируются на внутренней цилиндрической поверхности этой камеры узла 2 предварительной обработки нефти, плавно закручиваются и опускаются вниз, откуда через патрубок 8 перепускаются в распределитель 9 в аппарате 1. Поступившая указанным способом жидкая фаза равномерно распределяется в горизонтальной зоне аппарата 1 ввода нефти вокруг маточника 9. В этой зоне газ, растворенный в нефтяных каплях, начинает выделяться внутри
самих нефтяных капель, не нарушая целостности их внешних межфазных оболочек, что увеличивает разность плотностей нефти и среды, вытесняющую силу и скорость всплывания капель, которые в процессе подъема частично коалесцируют между собой, все поднимаются к слою нефти и сливаются с ним. Обезвоженная нефть и газ выводятся из аппарата через патрубок 7 вывода нефти, а отделившаяся и опустившаяся на дно вода выводится из аппарата через штуцер 10. Кроме того, поскольку потеря давления внутри устройства минимальная, устройство работает в задавленном режиме под действием давления, создаваемого системой промыслового сбора продукции скважин, что устойчиво предотвращает кипение смеси внутри аппарата и весьма значимо повышает глубину и качество получаемых предварительно обезвоженной нефти и сточной воды.