ЕМКОСТНАЯ СЕПАРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА

Заявляемая полезная модель относится к области оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам предварительного сброса воды и может быть применено в напорных системах сбора и подготовки нефти.
Известна емкостная сепарационная установка, состоящая из цилиндрического сосуда, ось которого параллельна горизонтальной поверхности, патрубок отвода нефти подсоединен к нижней линии донной поверхности сосуда, патрубок отвода газа подсоединен к верхней линии сосуда, в которой внутри сосуда выполнена перфорированная перегородка, перпендикулярная оси сосуда и полностью перекрывающая его поперечное сечение /РД 39-0004-90. Руководство по проектированию и эксплуатации сепарационных узлов нефтяных месторождений, выбору и компоновке сепарационного оборудования, - Уфа, ВНИИСПТнефть, 1990. - с.46/.
Недостатками известной установки являются:
- непригодность для очистки нефти и воды, так как вся поступающая жидкость - водонефтяная эмульсия - отводится через патрубок отвода нефти;
- недостаточное качество очистки нефтяного газа, так как возможно увлечение нефтяным газом капель нефти и воды;
- недостаточная глубина очистки воды от нефти и неустойчивость работы, так как на ряде режимов нефть и вода поступают в газоотводящий трубопровод.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является емкостная сепарационная установка, состоящая из цилиндрического сосуда, ось которого параллельна горизонтальной поверхности, в донной части сосуда выполнена перегородка в виде части круга, ограниченная сверху верхней линией, перегородка частично перекрывает поперечное сечение сосуда снизу до верхней линии и делит его на две неравные части, верхняя линия перегородки прямая, параллельная горизонтальной поверхности, перегородка перпендикулярна оси сосуда, патрубки отвода нефти и воды подсоединены соответственно к нижней линии донной поверхности сосуда со стороны меньшей и большей частей сосуда относительно перегородки, патрубок отвода газа подсоединен к верхней линии сосуда, в которой к торцу сосуда со стороны большей части подсоединен патрубок подвода водонефтегазовой смеси, выход которого расположен ниже уровня верхней линии перегородки /РД 39-0004-90. Руководство по проектированию и эксплуатации сепарационных узлов нефтяных
месторождений, выбору и компоновке сепарационного оборудования, - Уфа, ВНИИСПТнефть, 1990. - c.47/.
Недостатками известной установки являются:
- недостаточная производительность, так как при подается водонефтегазовая смесь, жидкая фаза которой состоит из несмешиваемых компонент - нефти и воды, а газовая представляет собой выделившийся из нефти газ;
- недостаточное качество очистки воды, так как на ряде нерасчетных режимов возможно попадание некоторого количества нефти в отводимую воду;
- недостаточное качество очистки нефти, так как при выходе нефти возможен захват части неотделенной от водонефтяной эмульсии воды;
- недостаточное качество очистки нефтяного газа, так как возможно увлечение нефтяным газом капель нефти и воды.
Решаемой задачей является повышение производительности и качества очистки воды, нефти и нефтяного газа.
Поставленная задача решается тем, что емкостная сепарационная установка, состоящая из цилиндрического сосуда, ось которого параллельна горизонтальной поверхности, в донной части сосуда выполнена перегородка в виде части круга, ограниченная сверху верхней линией, перегородка частично перекрывает поперечное сечение сосуда снизу до верхней линии и делит его на две неравные части, верхняя линия перегородки прямая, параллельная горизонтальной поверхности, перегородка перпендикулярна оси сосуда, патрубки отвода нефти и воды подсоединены соответственно к нижней линии донной поверхности сосуда со стороны меньшей и большей частей сосуда относительно перегородки, патрубок отвода газа подсоединен к верхней линии сосуда, отличается тем, что к большей части сосуда подсоединены патрубки подвода воды, нефти и газа.
Патрубок подвода газа расположен выше верхней линии перегородки, а патрубки подвода нефти и воды расположены ниже верхней линии перегородки.
В большей части сосуда расположены одна или более разделительных пластин, выполненных в виде части круга, ограниченных сверху и снизу верхней и нижней гранями, разделительные пластины перпендикулярны оси сосуда и частично перекрывают поперечное сечение, оставляя проход сверху и снизу разделительных пластин, верхняя и нижняя грань каждой разделительной пластины прямая, параллельная горизонтальной поверхности, верхняя грань каждой разделительной пластины выше верхней линии перегородки, при этом по мере удаления от перегородки высота верхней грани каждой последующей разделительной пластины больше высоты предыдущей.
Патрубки подвода воды, нефти и газа подсоединены или к торцу большей части сосуда, или между торцом большей части сосуда и ближней от него разделительной пластиной.
Патрубки подвода воды и нефти выполнены без резких поворотов, а их диаметр достаточен для организации в них ламинарного течения подводимых воды и нефти.
Между перегородкой и ближней к ней разделительной пластиной установлен датчик линии раздела нефть-вода, а в меньшей части сосуда установлен датчик уровня нефти.
В сосуде выполнены одна или более газовые пластины в виде части круга, частично перекрывающих поперечное сечение сосуда сверху, оставляющих проход снизу и перпендикулярных оси сосуда, нижняя линия газовой пластины параллельна горизонтальной поверхности и расположена выше верхней грани любой из ближайших разделительных пластин.
Расположение оси сосуда параллельно горизонтальной поверхности при прочих равных условиях обеспечивает максимальные площади поверхностей раздела «нефть-вода» и «нефть-газ», что обеспечивает высокое качество очистки воды, нефти и газа.
Содержание в сосуде в донной части перегородки в виде части круга, ограниченной сверху верхней линией, перегородка частично перекрывает поперечное сечение сосуда снизу до верхней линии и делит его на две неравные части, верхняя линия перегородки прямая, параллельная поверхности, перегородка перпендикулярна оси соответствующего сосуда позволяет уменьшить возможность смешения очищенных нефти и воды, а также организовать осаждение взвешенных в нефтяном газе капель, что ведет к повышению качества очистки воды, нефти и газа.
Расположение патрубка подвода газа выше верхней линии перегородки, а патрубков подвода нефти и воды ниже верхней линии перегородки позволяет уменьшить перемешивание газа с нефтью и водой, что обеспечивает повышение производительности и повышение качества очистки нефти, воды и газа.
Выполнение в большей части сосуда одной или более разделительных пластин, выполненных в виде части круга, ограниченных сверху и снизу верхней и нижней гранями, разделительные пластины перпендикулярны оси соответствующих сосудов и частично перекрывают их поперечное сечение, оставляя проход сверху и снизу разделительных пластин, верхняя и нижняя грань каждой разделительной пластины прямая, параллельная поверхности, верхняя грань каждой разделительной пластины выше верхней линии перегородки соответствующего сосуда, при этом по мере удаления от
перегородки высота верхней грани каждой последующей разделительной пластины больше позволяет организовать последовательное перетекание нефти через разделительные пластины, что ведет к повышению качества очистки нефти.
Расстояние между соседними разделительными пластинами не обязательно постоянно; это позволяет оптимизировать время нахождения нефти на участках между разделительными пластинами в зависимости от параметров нефти, что приводит к повышению качества очистки нефти.
Подсоединение патрубков подвода воды, нефти и нефтяного газа к сосуду или к торцу со стороны большей части, или между торцом его большей части и ближней от него разделительной пластиной позволяет максимально увеличить время нахождения воды, нефти и газа в сосуде, что приведет к повышению качества их очистки.
Выполнение патрубков подвода воды и нефти без резких поворотов, а их диаметра достаточным для организации в них ламинарного течения подводимых воды и нефти позволяет исключить возможность турбулизации предварительно очищенных воды и нефти, что ведет к повышению качества очитки воды и нефти.
Установка в сосуде между перегородкой и ближней к ней разделительной пластиной датчика линии раздела нефть-вода, а в меньшей части - датчика уровня нефти позволяет своевременно реагировать на изменение уровня линии раздела «нефть-вода» и уровня нефти, что позволит реагировать на нерасчетные ситуации, что приведет к повышению качества очистки воды и нефти на нерасчетных ситуациях.
Выполнение в сосуде одной или более газовых пластин в виде части круга, частично перекрывающих поперечное сечение сосуда сверху, оставляющих проход снизу и перпендикулярных оси сосуда, нижняя линия газовой пластины параллельна горизонтальной поверхности и расположена выше верхней линии любой из ближайших разделительных пластин, - позволяет увеличить длину траекторий движения нефтяного газа, а также изменение скорости движения (ускорение и замедление) нефтяного газа вблизи поверхности нефти, что приведет к повышению качества очистки нефтяного газа от содержащихся в нем взвешенных капель.
Расстояние между соседними газовыми пластинами не обязательно постоянно; это позволит оптимизировать время нахождения нефтяного газа в сосуде, что приведет к повышению качества его очистки.
Оценим высоту разделительной пластины.
н
в
э
Плотность нефти ρ всегда меньше плотности воды ρ. Плотность водонефтяной эмульсии ρ определяется так:
в
где n - объемная доля воды в водонефтяной эмульсии.
Разделительная пластина делит часть сосуда на два отсека, сообщающиеся между собой. У них в общем случае разные толщины слоев нефти и воды. При этом давление столба жидкости в этих отсеках должно быть равным:
где  и  ( и ) - толщины слоев воды и нефти в первом (втором) отсеке.
Из соотношения (2) после несложных преобразований получим:
или
i
Тогда суммарные толщины Н слоев воды и нефти в этих отсеках определим как суммы толщин слоев воды и нефти в них:
1
2
н
в
Из соотношений (3), (4) и (5) следует, что если , то  и, соответственно, тогда H>H (ρ/ρ<1). По формуле (5) можно оценить высоту верхней грани разделительной пластины. Для более точной оценки плотности следует рассчитывать по соотношению (1).
Емкостная сепарационная установка показана на фигуре 1. На фигуре 2 показана емкостная сепарационная установка с разделительными и газовыми пластинами.
Емкостная сепарационная установка состоит из цилиндрического сосуда 1 с перегородкой 2. К сосуду 1 подсоединены патрубки подвода воды 4, нефти 5 и газа 6. К днищу сосуда 1 подсоединены патрубки отвода воды 7 и нефти 8. К верху сосуда 1 подсоединен патрубок отвода газа 9. Внутри сосуда 1 расположены разделительная 10 и газовая 11 пластины.
Емкостная сепарационная установка работает следующим образом. Предварительно разделенные вода, нефть и газ поступают в сосуд 1 по патрубкам подвода воды 4, нефти 5 и газа 6 соответственно. В большей части сосуда 1 происходит очистка нефти и воды. В слое нефти наиболее чистая нефть находится вверху как наиболее легкая (формула (1)). Эта чистая нефть последовательно перетекает через верхние грани разделительных пластин 10. Высота верхних граней разделительных пластин
рассчитывается с помощью формул (1)...(5). Более легкая по сравнению с водой нефть переливается через перегородку 2 и отводится патрубком отвода нефти 8. Вода движется по донной части сосуда 1. Очищенная вода отводится по патрубку отвода воды 7. Разделительные пластины 10 способствуют повышению качества очистки нефти, которая переливается через их верх. Содержащиеся в газе взвешенные капли нефти и воды улавливаются газовыми пластинами 11. Газ движется в сосуде 1 над нефтью, последовательно обтекая газовые пластины 11, ускоряясь перед газовыми пластинами 11 и замедляясь после них. Взвешенные в нефтяном газе капли оседают на нефть и газовые пластины 11. Газ отводится патрубком отвода газа 9.
Таким образом, заявляемое техническое решения позволяет повысить производительность и качество очистки воды, нефти и нефтяного газа.