УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ПО ТРУБОПРОВОДУ
INSTALLATION FOR DESTRUCTION OF WATER-OIL EMULSION AT TRANSPORTING IT THROUGH PIPE LINE

Предложение относится к подготовке нефти, в частности к разрушению водонефтяных эмульсий, и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известно устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающее трубопровод и продольную горизонтальную перегородку, установленную в центральной части его поперечного сечения, которая 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 (см. а.с. 1142499, C10G 33/06, B01D 17/04, опубл. БИ №8 от 28.02.1985).
Недостатком устройства является недостаточная эффективность разрушения водонефтяной эмульсии: 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. В результате 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 либо незначительно, либо отсутствует вообще, что не позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающее трубопровод, центральную и дополнительные, установленные параллельно и симметрично относительно центральной, перегородки, изготовленные в виде прямоугольных пластин, плавно свернутых по спирали, причем их кромки на выходе повернуты на 180° по отношению к кромкам на входе, при этом все перегородки снабжены на выходе эмульсии конечными горизонтальными участками с длиной не менее 1,8 диаметра трубы, увеличивающейся сверху вниз, а конечный горизонтальный участок каждой перегородки, расположенной ниже, выполнен длиннее не менее чем на 0,5 м аналогичного участка вышележащей перегородки (см. положительное решение от 18.06.2007 г. по заявке №2006113456/15 (014622) от 20.04.2006 г.).
Недостатком устройства является необходимость строгой горизонтальности кромок перегородок на выходе, что выполнить при монтаже конструкции в промысловых условиях технически затруднительно, а при несоблюдении данного условия эффективность применения устройства снижается, поскольку появляются зоны в потоке под кромками перегородок на выходе, над которыми слоя свободной воды нет или он по толщине существенно меньше того, который соответствует случаю строгой горизонтальности перегородки, что приводит к неравномерности обработки различных объемов водонефтяной эмульсии из-за прохождения их через слой стекающей с перегородок воды различной толщины.
Технической задачей изобретения является повышение качества разрушения водонефтяной эмульсии в системе нефтесбора, сокращение времени, необходимого для предварительного обезвоживания нефти, что приведет к снижению металлозатрат на подготовку 1 т нефти за счет сокращения потребного количества отстойной аппаратуры и уменьшения объема дополнительного дозирования реагента-деэмульгатора, подаваемого на установке подготовки нефти.
Техническая задача решается предлагаемым устройством для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающим трубопровод, центральную и дополнительные, установленные параллельно и симметрично относительно центральной, перегородки, изготовленные в виде прямоугольных пластин, плавно свернутых по спирали, причем их кромки на выходе повернуты на 180° по отношению к кромкам на входе, при этом все перегородки снабжены на выходе эмульсии конечными горизонтальными участками с длиной не менее 1,8 диаметра трубы, увеличивающейся сверху вниз, а конечный горизонтальный участок каждой перегородки, расположенной ниже, выполнен длиннее не менее чем на 0,5 м аналогичного участка вышележащей перегородки.
Новым является то, что на горизонтальных участках перегородок просверлены отверстия диаметром d=(0,008…0,010) м в шахматном порядке, причем расстояние между отверстиями составляет (3…8)·d, при этом ближний по направлению тока жидкости край отверстий отогнут книзу, а дальний - кверху, причем угол отгибания составляет 30°…45°.
На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 - горизонтальные участки перегородок предлагаемого устройства; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.6 - вид Г.
Предлагаемое устройство включает трубопровод 1 (см. фиг.1), горизонтальные центральную перегородку 2 и дополнительные перегородки 2', параллельно и симметрично установленные относительно центральной перегородки 2, которые способствуют обращению слоев потока жидкости. Конструктивно каждая из перегородок - центральная 2 и дополнительные 2' - представляет собой прямоугольный лист металла, прикрепленный плотно к стенкам трубопровода и свернутый плавно по спирали таким образом, что левый край начала листа в конце становится правым и наоборот, причем конечный горизонтальный участок каждой перегородки тем длиннее, чем ниже она расположена. На фиг.3 центральная перегородка 2 и дополнительные перегородки 2' представлены горизонтальным профилем, и по мере удаления по ходу потока угол наклона их к горизонту увеличивается и становится равным 90° (см. фиг.3) и 180° (см. фиг.4). На горизонтальных участках перегородок просверлены отверстия диаметром d=(0,008…0,010) м в шахматном порядке, причем расстояние между отверстиями составляет (3…8)·d, при этом ближний по направлению тока жидкости край отверстий отогнут книзу, а дальний - кверху, причем угол отгибания составляет 30°…45°.
Такой профиль перегородок 2 и 2' (см. фиг.1) позволяет перевести самый нижний слой потока жидкости IV (см. фиг.3) в самый верхний (см. фиг.5) и наоборот (см. фиг.3-5), а остальные слои I-II-III, на которые разделяется входной поток жидкости, попадающий на перегородки 2 и 2' (см. фиг.1), обратить зеркально относительно центральной перегородки 2. При этом выделившаяся свободная вода из самого нижнего слоя IV потока переходит в самый верхний, а самый верхний слой I, в котором количество мелких капель существенно преобладает над количеством крупных, переходит в самый нижний слой потока жидкости. Остальные слои, на которые разделяется входной поток эмульсии, попадающий на перегородки, обращают зеркально относительно центральной перегородки 2 свое расположение в потоке эмульсии. Часть потока водонефтяной эмульсии - большей частью свободная вода, - оказавшаяся после набора перегородок 2 и 2' в самой верхней зоне трубопровода, стекая через отверстия в горизонтальной части перегородки струей и дробясь на крупные капли, позволяет каплям свободной воды создать благоприятные условия для коалесценции с ними более мелких капель воды из нижепротекающего слоя водонефтяной эмульсии, что приведет к уменьшению концентрации мелких капель в данном слое и оседанию скоалесцировавших крупных капель на нижеразмещенную перегородку. Наличие в предлагаемом устройстве нескольких перегородок 2 и 2' позволяет как сократить время гравитационного оседания мелких, не перешедших в водную среду капель воды в 2-3 раза за счет уменьшения высоты их расположения от нижней образующей трубопровода 1, так и перевести оставшиеся капли в водную среду посредством создания благоприятных условий для их коалесценции с крупными каплями свободной воды во всех слоях потока водонефтяной эмульсии.
По результатам промысловых исследований, в зависимости от вязкости, плотности, скорости водонефтяной эмульсии, перемещаемой по трубопроводу, наибольшего эффекта можно добиться при соблюдении следующих условий:
- минимальная длина горизонтального участка 3 и 3' перегородок 2 и 2' не менее 1,8 диаметра трубопровода;
- каждый, расположенный ниже, горизонтальный участок 3 и 3' перегородки 2 или 2' должен быть не менее чем на 0,5 м длиннее вышележащего;
- диаметр отверстий, которые просверливают в шахматном порядке на горизонтальной части перегородок, должен быть равным d=(0,008…0,010) м;
- расстояние между отверстиями должно составлять (3…8)·d;
- ближний по направлению тока жидкости край отверстий должен быть отогнут книзу, а дальний - кверху, причем угол отгибания должен составлять 30°…45°.
Таким образом, отверстия, просверленные в горизонтальных перегородках 2 и 2', способствуют ускорению разрушения водонефтяной эмульсии посредством создания более благоприятных условий для коалесценции крупных капель свободной воды, на которые разрываются струи воды, стекающие с верхних перегородок, с более мелкими каплями воды, присутствующими в перемещающихся под перегородками слоях водонефтяной эмульсии, что в дальнейшем позволит повысить качество разрушения водонефтяной эмульсии в системе нефтесбора, а следовательно, сократить время, необходимое для предварительного обезвоживания нефти, и приведет к снижению металлозатрат (необходимого количества отстойной аппаратуры) на подготовку 1 т нефти и расхода реагента-деэмульгатора.
Пример конкретного выполнения.
Водонефтяную эмульсию, характеризующуюся следующими параметрами:
- производительность по жидкости
до 9600 м<sup>3</sup>/сут
- обводненность
до 92%
- вязкость
78-200 мПа·с
- плотность
920-960 кг/м<sup>3</sup>
- содержание сульфида железа
- 75-1600 мг/дм<sup>3</sup>,
транспортировали по трубопроводу 1 диаметром 500 мм с размещенным в нем устройством для разрушения водонефтяной эмульсии, состоящим из трех горизонтальных перегородок - центральной 2 и двух дополнительных 2'. Конечный горизонтальный участок 3' самой верхней перегородки 2' имел длину 1,2 м, а расположенные ниже 2,0 м и 2,7 м соответственно. Диаметр отверстий, просверленных на горизонтальных участках перегородок 3 и 3', равнялся 0,008 м, расстояние между отверстиями составляло 0,045 м. Ближний по направлению тока жидкости край отверстий был отогнут книзу, а дальний - кверху, причем угол отгибания составлял 45°. Скорость движения водонефтяной эмульсии была 0,3…0,6 м/с. Результаты проведенных исследований приведены в таблице.
№№
Место зондирования
Объемная доля воды, %
Раздел фаз в нефтепроводе (уровень воды), м
верхнее сечение потока
среднее сечение потока
нижнее сечение потока
1
До устройства
12,0
44,0
84,0
0,140
2
После устройства (через 2 м после его конца)
8,0
28,0
100,0 (вода)
0,185
Как видно из данных, приведенных в таблице, после предлагаемого устройства объемная доля воды в нефти в верхнем слое потока составила 8,0%, ближе к середине потока 28,0%. По прототипу объемная доля воды в нефти в верхнем сечении потока составляла 12…24%.
3
-6
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства складывается из сокращения времени, необходимого для предварительного обезвоживания нефти, что ведет к снижению металлозатрат на подготовку 1 т нефти за счет сокращения потребного количества отстойной аппаратуры и к уменьшению объема дополнительного дозирования реагента-деэмульгатора, подаваемого на установке подготовки нефти. В результате применения устройства снижаются металлозатраты - высвобождаются на узле предварительного отделения свободной пластовой воды 1…2 отстойных аппарата емкостью 200 м каждый, а также экономится реагент-деэмульгатор в расчете (5…10)·10 кг/кг нефти.