УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СОЛЕОТЛОЖЕНИЯ В НАСОСАХ

Серьезные осложнения при добыче обводненной нефти вызывают отложения неорганических солей в скважинах и нефтепромысловом оборудовании. Они являются причиной значительного снижения производительности насосов и эксплуатационного ресурса их работы. Отложения солей в рабочих органах насосов, как в скважинных (ЭЦН), так и работающих в системе сбора продукции скважин (ЦНС), приводят к снижению, даже к прекращению подачи.
Обычно отложение солей предупреждают подачей в поток продукции скважины ингибиторов или пресной воды. При решении задачи по устранению отложения солей в насосах мы исходили из положения, что при пересыщенности пластовой воды солями они могут выпадать как в объеме, так и на поверхности рабочих ступеней насосов. При недосыщенности ими пластовой воды выпадение осадка в объеме невозможно. Поэтому задача сводится к изменению состава продукции скважины по солям из пересыщенного в недосыщенное состояние, при котором выделения солей, следовательно, отложения на поверхностях рабочих ступеней насосов исключаются. Задача состояла в том, чтобы избыточное содержание солей растворялось в воде, подаваемой из трубопровода в смеситель, создавая недонасыщенный раствор.
Поскольку продукция скважины, в виде эмульсии из нефти и пластовой воды, содержит соли, преимущественно растворенные в воде, в практической плоскости наша задача состояла в переводе внутренней дисперсной фазы (воды) в состав пресной воды и получить разбавленный раствор соли в недонасыщенном состоянии. Для этого необходимо было обеспечить их соприкосновение и сливание друг с другом, что обычно достигается при механическом перемешивании в смесителях.
Известные устройства для предупреждения отложения солей [1, 2] не предусматривают повышения эффективности массообменного процесса путем принудительного смешения реагентов с продукцией скважины. В предлагаемом устройстве основным условием является решение данной задачи.
Задача решается тем, что смеситель выполнен в виде направляющих лопастей - завихрителей потока в неподвижной металлической пластине с окнами, образованными в результате выреза сегментов из пластины и загиба сегментов на 45° по отношению к плоскости пластины. Трубопровод для подачи пресной воды выполнен с концевым участком с калиброванными отверстиями для равномерной подачи воды или ингибитора солеотложения с оптимальным расходом.
При прохождении мимо направляющих лопастей поток нефтяной эмульсии приобретает вихревое движение и смешивается с каплями пресной воды, подаваемой в поток через калиброванные отверстия в конечной части трубопровода пресной воды. При перемешивании нефти и пресной воды поверхность глобул воды нефтяной эмульсии приходит в соприкосновение с пресной водой, ввиду их природного родства они легко растворяются (сливаются) без затраты энергии. В процессе слияния двух вод соли, растворенные в одной из них, начинают переходить в другую ввиду конвективной диффузии. Энергия, необходимая для разрыва связей между частицами растворяемой соли, компенсируется энергией, выделяющейся при образовании соединений между частицами растворяемой соли и молекулами растворителя (пресной воды). Именно за счет энергии, выделяющейся при гидратации ионов, и происходит разрыв связей между ионами при растворении солей [3, с.324]. С повышением температуры, также при перемешивании растворимых веществ массообменный процесс (температурная и конвективная диффузия) усиливается.
На рисунке 1 показан смеситель, применяемый в системе сбора и подготовки нефти. Один блок смесителя состоит из двух круглых пластин 1 с загнутыми из выреза направляющих лопастей - завихрителей потока 2, установленных в корпусе 3 путем сварки, трубопровода пресной воды 4 с калиброванными отверстиями в его конечной части 5. Устройство вставляется в фланцевый проем 6 нефтепровода 7.
Действие устройства заключается в следующем. Продукция скважин после предварительного отделения из нефти свободной воды, но содержащая эмульгированную воду, поступает в смеситель и, проходя через вырезанные окна в пластинке 1, распределяется на потоки в зависимости от количества этих вырезов. Потоки жидкости наталкиваются на вырезанные и заправленные в виде винта пластины 2, получив при этом вращательное движение в корпусе 3. С торца трубопровода пресной воды 4, закрытого заглушкой эллиптической формы, под напором через просверленные отверстия подается пресная вода с лучистым направлением. Концевой участок трубопровода также просверлена множеством отверстий для подачи воды в поток нефтяной эмульсии, причем их количество в зависимости от напора насоса определяет оптимальный расход воды.
Вырезанные из стального листа 1 и загнутые на 45° сегменты образуют завихрители потока 2. Число вырезанных сегментов для образования завихрителей устанавливается на основе опытных проб, чтобы обеспечить наибольшее взаимное диспергирование нефти и воды. Размельчение капель воды на более мелкие частицы происходит в закручивающем турбулентном потоке нефти. Мелкодиспергированные капли воды, равномерно распределенные в водонефтяной смеси, растворяют в себе свободные соли из нефти и пластовой воды, образуя ненасыщенные растворы солей, предупреждая тем самым отложения солей в рабочих органах насосов, установленных непосредственно за вышеописанным устройством. При необходимости дополнительного взаимного диспергирования нефтяной эмульсии и воды последовательно устанавливается следующий блок смесителя.
Аналогичный смеситель под скважинным насосом типа ЭЦН, в который вместо пресной воды подается высококонцентрированный раствор различных ингибиторов, также может быть использован для повышения эффективности по предупреждению солеотложения в насосе.
Промысловое испытание смесителя, установленного до насоса в нефтесборном парке, показало хороший результат и перспективность его применения. Смеситель был изготовлен собственными силами промысла. Он состоял из двух блоков, в каждом из которых по два листа круглой формы с вырезанными окнами, диаметр которого совпадает с внутренним диаметром корпуса. Из листа предварительно были вырезаны 8 сегментов (Вид В), после чего путем нагрева вырезанные сегменты разворачивались на 45° с тем, чтобы они получили форму винтообразных лопастей. Затем стальной лист приварили к внутренней поверхности корпуса, ориентировав винтообразные лопасти с тыльной стороны по отношению к потоку. За первым завихрителем в противоположном направлении потоку продукции скважины под напором подается пресная вода с помощью центробежного насоса ЦНС-38×66 по трубопроводу 4. Результаты испытаний оказались положительными. Если содержание соли в воде до применения устройства было 60 г/л (по классификации В.А.Сулина - минерализованная вода), то после оно упало до 15 г/л (слабосоленая, солоноватая вода), что является признаком недонасыщенности солями водного раствора. Цель достигнута: отложения солей в насосе незначительны. Во всяком случае, отказы насосов по причине отложения солей отсутствуют.
Основным достоинством данного смесителя является его простата конструкции.
3
Расчет расхода воды для получения раствора с 15 г солями в 1 л воды (15 кг/м) и выбор насоса по подаче производится исходя из соотношения пластовой воды и пресной воды
, т.е. соотношение должно быть 1:3.
3
В условиях работы Устройства насос ЦНС-38x66, развивающий номинальную подачу 38 м/час удовлетворял этим требованиям.
Использованные источники
1 Патент РФ №66411, Е21В 37/06 «Устройство для дозирования подачи реагентов в скважину». Опубл. 10.09.2007, Бюл. №25.
2 Патент РФ №79993, Е21В 37/06 «Капиллярный трубопровод». Опубл.20.01.2009, Бюл. №2.
3 Киреев В.А. Краткий курс физической химии / В.А.Киреев. - М.: Химия, 1978. - 624 с.