УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЭМУЛЬСИИ СЫРОЙ НЕФТИ И СПОСОБ РАБОТЫ ТАКОГО УСТРОЙСТВА
DEVICE FOR TREATMENT OF CRUDE OIL EMULSION AND METHOD OF OPERATING SAID DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству и способу обработки промысловой нефтяной эмульсии, и в частности, к устройству и способу более универсальной испарительной обработки сырой нефти, в особенности, сырой нефти с высоким содержанием воды.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к разделению сырой нефти, в основном, на газ, обезвоженную сырую нефть и воду.
В патенте США 5707510 и патенте Канады 2179760 раскрыто изобретение, повышающее эффективность и надежность испарительной обработки сырой нефти. Устройство и способ обработки, раскрытые на ФИГ. 2 и 3 этих патентов, устраняют необходимость использования огневого нагревателя в испарительной секции, когда содержание воды в некондиционном нефтепродукте/остатках после перегонки низкое (в районе 5-10 объемных %). С помощью только погружных жаровых труб или змеевиков в секции нагрева/обработки устройства обработки некондиционных нефтепродуктов некондиционный нефтепродукт/остатки после перегонки обезвоживались до соответствия требованиям техусловий.
В устройстве согласно патенту США 5707510, а также в родственных устройствах секция обработки - это традиционная тяжелая секция обработки нефти, в которой используется подогрев и механическая коалесценция для отделения под действием силы тяжести большей части воды и твердых примесей от некондиционного нефтепродукта/остатков после перегонки. В этом случае эмульсия нагревается под давлением до такой температуры, что при выгрузке некондиционного нефтепродукта/остатков после перегонки и остаточной воды из секции обработки и дросселировании через регулирующий клапан до почти атмосферного давления в испарительной секции, часть тепла горячей смеси сырой нефти и воды переходит в скрытую теплоту парообразования, превращающую воду в пар, когда давление смеси падает после прохождения регулирующего клапана 107. Смесь сырой нефти и воды охлаждается, так как испаряющаяся вода уносит энергию. Величина падения температуры зависит от количества испарившейся воды. В решении согласно патенту США 5707510 рабочая температура секции обработки должна быть достаточно высока для того, чтобы результирующая температура в испарительной секции была выше точки кипения воды при рабочем давлении в испарительной секции, обеспечивая перевод в пар всей воды. В этом устройстве нагреватель в секции обработки обеспечивает все тепло, необходимое для работы испарительной секции.
В патенте США 5707510 авторы исходят из предпосылки, что содержание воды в некондиционном нефтепродукте, поступающем в секцию обработки, менее 10% и что частично обезвоженный некондиционный нефтепродукт/остаток после перегонки, выходящий из секции обработки, будет содержать малые количества воды (3-4 объемных %). Однако в производстве сверхтяжелых масел и битума из нефтеносных песков с применением Парового Гравитационного Режима Пласта ПГРП (SAGD) или технологии «огневого этажа» (Fire Floor) содержание воды в некондиционном нефтепродукте и остатках после перегонки нередко составляет 10-50 объемных % и выше, что требует большей мощности нагрева в секции обработки устройства обработки некондиционных нефтепродуктов.
Эти новые производственные технологии требуют непрерывного вывода остатков после перегонки непосредственно из оборудования разделения.
В способе согласно патенту США 5707510 содержание остаточной воды в частично обезвоженном некондиционном нефтепродукте/остатке после перегонки, выходящем из секции обработки, не может быть уменьшено ниже 4 объемных %.
Как объяснено в патенте США 5707510, значительная часть воды под действием силы тяжести отделяется в секции обработки и выгружается из емкости через выход 52 и выходную линию 131. В патенте США 5707510 эта выпущенная вода затем охлаждается охлаждающим теплообменником 132 с использованием независимой охлаждающей среды.
ЗАДАЧИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ обработки некондиционного нефтепродукта/остатка после перегонки с высоким содержанием воды и предложить оборудование для реализации этого способа. В особенности, задача заключается в том, чтобы предложить способ, применимый для обработки некондиционного нефтепродукта/остатка после обработки по технологии ПГРП (SAGD), содержащего сверхтяжелые масла, битум и большие количества воды.
Еще одна задача заключается в том, чтобы предложить универсальную систему, применимую в некотором диапазоне различных содержаний воды.
И еще одна задача заключается в том, чтобы предложить решение, в котором могут быть уменьшены размеры секции обработки.
Следующая задача заключается в том, чтобы предложить способ, энергетически эффективный в этих условиях.
Также еще одна задача заключается в том, чтобы предложить способ и систему, не требующих нагрева в испарительной секции.
Согласно одному варианту настоящего изобретения предлагается способ работы устройства обработки сырой нефти, содержащего секцию обработки и испарительную секцию, соединенные друг с другом трубой и испарительным клапаном, содержащий следующие шаги:
подают содержащую воду сырую нефть в упомянутую секцию обработки;
отделяют в этой секции обработки воду от содержащей воду сырой нефти;
получают частично обезвоженную сырую нефть;
прогоняют частично обезвоженную сырую нефть сквозь упомянутую трубу и упомянутый испарительный клапан в упомянутую испарительную секцию упомянутого устройства;
нагревают частично обезвоженную сырую нефть выше по потоку относительно испарительной секции и ниже по потоку относительно испарительного клапана посредством теплообмена с упомянутой водой, отделенной от сырой нефти в секции обработки, и
получают обезвоженную сырую нефть из упомянутой испарительной секции.
В одном из вариантов осуществления способа согласно настоящему изобретению этот способ дополнительно содержит возврат части полученной обезвоженной сырой нефти в испарительную секцию.
В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит возврат части полученной обезвоженной сырой нефти в секцию обработки.
В еще одном варианте осуществления способа согласно настоящему изобретению все тепло для испарительной секции обеспечивается нагревом частично обезвоженной сырой нефти выше по потоку относительно испарительной секции.
В соответствии с одной из особенностей способа согласно настоящему изобретению содержание воды в сырой нефти находится в пределах диапазона 5-50 объемных %, предпочтительно 11-50 объемных % или 15-50 объемных %, согласно другой особенности содержание воды в сырой нефти превышает 50 объемных %. Соответственно, предлагаемый способ применим к сырой нефти с содержанием воды в диапазоне 5-90 объемных %, равно как с содержанием 11-80 объемных % и 15-75 объемных %.
В следующем варианте осуществления способа согласно настоящему изобретению содержание воды в частично обезвоженной сырой нефти, выходящей из секции обработки, находится в пределах диапазона 5-10 объемных %.
В настоящем изобретении дополнительно предлагается устройство для обработки сырой нефти, содержащее:
секцию обработки, имеющую вход для содержащей воду сырой нефти, выход для газа, выход для воды, выход для частично обезвоженной сырой нефти и, по меньшей мере, один огневой трубчатый нагреватель;
испарительную секцию без нагревателя, содержащую вход для частично обезвоженной сырой нефти, выход для обезвоженной сырой нефти и выход для пара;
испарительный клапан и теплообменник, размещенный на трубе, соединяющей выход для частично обезвоженной сырой нефти с входом частично обезвоженной сырой нефти,
причем упомянутый выход для воды соединен по потоку с упомянутым теплообменником.
Согласно одной из особенностей настоящего изобретения испарительная секция дополнительно содержит вход рециркуляции обезвоженной сырой нефти, соединенный по потоку с выходом для обезвоженной сырой нефти.
Согласно другой особенности предлагаемое устройство дополнительно содержит трубу, соединенную по потоку с выходом для обезвоженной сырой нефти и входом для содержащей воду сырой нефти.
В одном из вариантов осуществления предлагаемого устройства испарительная секция дополнительно содержит вход для конденсированного углеводорода.
В системе согласно патенту США 5707510 исходно нет стимула нагревать поток нефти, текущий из секции обработки в испарительную секцию, так как секция обработки в патенте США 5707510 запроектирована довольно большой для создания возможности достаточного отделения воды от нефти, так что остаточная малая часть воды в потоке нефти, текущем из секции обработки, испаряется в результате падения давления при поступлении нефти в испарительную секцию. Автор настоящего изобретения с удивлением обнаружил, что размер секции обработки может быть значительно уменьшен, если допустить выход из секции обработки потока нефти, содержащей несколько больше воды, чем такое количество, какое способно испарить латентное тепло в нефти. Далее автор настоящего изобретения обнаружил, что содержащееся в потоке нефти из секции обработки увеличенное количество воды может быть превращено в пар теплом отделенной воды. Соответственно, автор настоящего изобретения с удивлением обнаружил, что, хотя оба водяных потока порождены одним и тем же процессом, первый поток воды может быть нагрет с использованием второго потока воды. Это может быть достигнуто вследствие того, что содержащееся в потоке нефти из секции обработки увеличенное количество воды приводит к падению температуры на испарительном клапане, и благодаря этому падению температуры на испарительном клапане вода из секции обработки может обеспечить энергию испарения увеличенного количества воды в нефти из секции обработки, после того как поток нефти пройдет испарительный клапан. С увеличением содержания воды поток, выходящий из испарительного клапана и поступающий в теплообменник, становится смесью нефти, жидкой воды и водяного пара при давлении, которое ниже давления воды на выходе из секции обработки. Сам по себе поток нефти не содержит достаточно энергии для полного испарения водной фракции. Энергию, необходимую для испарения воды, оставшейся в жидком состоянии после прохода испарительного клапана, передает теплообменник.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Настоящее изобретение проиллюстрировано прилагаемым чертежом.
На ФИГ.1 представлена схема одного из вариантов осуществления настоящего изобретения.
ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение будет теперь раскрыто более подробно со ссылкой на прилагаемую ФИГ. 1. Система согласно настоящему изобретению содержит кожух или сосуд с входной секцией или установкой 7 обработки, в которую через вход 101 по линии 102 поступает текучая среда, содержащая неочищенную сырую нефть. Текучая среда, поступающая в секцию обработки, - это смесь нефти, воды, газа и твердых примесей. Секция 7 обработки работает при избыточных давлениях от 1,72 бар до 6,9 бар или более и при температурах от 120°C до 140°C. Секция 7 обработки содержит один или несколько U-образных трубчатых огневых нагревателей 17, способных нагреть поступающую сырую нефть до таких рабочих температур. Внутри секции 7 обработки основная часть воды, газа и твердых примесей извлекается под действием силы тяжести. Отделенный газ выводится из сосуда через выход 32, выходную линию 106 и регулирующий клапан 105. Отделенная вода выводится из сосуда через выход 52, выходную линию 131, охлаждающий теплообменник 132, регулирующий клапан 133 и линию 134. Твердые примеси, осевшие на дно сосуда, извлекаются пескоструйной обработкой и системой удаления песка. Струи воды подаются в сосуд через несколько входов (не показаны), и песчаный шлам выводится из сосуда через несколько выходов (не показаны).
Частично обезвоженная сырая нефть, выходящая из секции 7 обработки, может содержать 5 объемных % воды или более, в зависимости от содержания воды в некондиционном нефтепродукте, поступающем в секцию обработки. Частично обезвоженная сырая нефть отделяется в испарителе или испарительной секции 9. Сырая нефть выходит из секции 7 обработки через выход 58 и проходит через регулирующий клапан 107. После этого частично обезвоженная нефть нагревается теплообменом с отделенной водой в охлаждающем теплообменнике 132. Вследствие высокого содержания воды в неочищенной сырой нефти водяной поток значителен и соответственно высока содержащаяся в нем тепловая энергия. Нагретая сырая нефть далее идет по линии 108′ и через вход 59 подается в испарительную секцию 9. Испарительная секция 9 работает при давлении, почти равном атмосферному. Часть тепла, содержащегося в горячей смеси сырой нефти и воды, переходит в скрытую теплоту парообразования, превращающую воду в пар, когда давление смеси падает после прохождения регулирующего клапана 107. Смесь сырой нефти и воды охлаждается, так как испаряющаяся вода уносит энергию. Величина падения температуры зависит от количества испарившейся воды. Рабочая температура испарительной секции 9 ниже, чем секции 7 обработки, но все еще выше точки кипения воды.
В ходе этого процесса испарения определенное количество низкокипящих углеводородов также испаряется вместе с водой. Эти низкокипящие углеводороды являются компонентами сырой нефти и также переходят в пар под влиянием сброса давления и содержащегося в смеси тепла.
Текучая среда, поступающая в испарительную секцию 9 через вход 59 - это смесь сырой нефти, водяного пара и паров легких углеводородов.
Испарительная секция 9 - это сепаратор, из которого смесь водяного пара и паров углеводородов выходит вверх через выход 76. Пары по линии 109 поступают в конденсатор 110, где пары охлаждаются. Водяной и углеводородный конденсаты, а также некоторые неконденсируемые газы поступают в сепараторный сосуд 111, в котором происходит разделение текучих сред под действием сил тяжести. Неконденсируемые газы выходят вверх из сепаратора 111 через линию 112, в то время как вода выкачивается из донной части в линию 117 насосом 118 и выгружается в бак по линии 119. Сжиженные легкие углеводороды извлекаются из зоны сепаратора 111, находящейся непосредственно над зоной воды, по линии 113, ведущей к насосу 114. Часть сжиженных легких углеводородов может быть от насоса 114 направлена по линии 115 в линию 120 и через регулирующий клапан 116 обратно в испарительную секцию 9, куда они попадают через вход 81. Остальная часть сжиженных легких углеводородов выгружается в резервуар по линии 115.
Рециркулируемые легкие углеводороды, возвращенные в испарительную секцию 9, текут по внутренней трубе с соплами, направляющими жидкость вниз навстречу пару, втекающему через вход 59. Легкие углеводороды смешиваются с сырой нефтью и способствуют подавлению пенообразования внутри испарительной секции 9. Это помогает отделению пара от сырой нефти.
Обезвоженная горячая сырая нефть откачивается насосом из донной части испарительной секции 9 через выход 80 в линию 121. Насос 122 подает большую часть сырой нефти через линию 123, охлаждающий теплообменник 125 и линию 126 в резервуар хранения. Часть горячей сырой нефти, перекачиваемой насосом 122, рециркулируется по линии 127. Рециркулируемая горячая нефть течет в два разных места. Часть рециркулируемой нефти течет обратно в испарительную секцию по линии 130, через клапан 129 и по линии 128, поступая в донную часть сосуда через вход 82. Этот поток рециркулируемой нефти протекает по внутренней трубе 85 и выгружается через сопла, направленные ко дну испарительной секции. Это поддерживает циркуляцию в донной части испарительной секции, сохраняя твердые примеси в состоянии суспензии и предотвращая закупорку выхода 80 нефти.
Второй поток рециркулируемой горячей нефти течет по линии 127 к клапану 135 и затем по линии 136 обратно во входную линию 102, ведущую к входу в секцию 7 обработки. Рециркулируемая обезвоженная сырая нефть из испарительной секции смешивается с поступающей неочищенной сырой нефтью. В секции 7 обработки рециркулируемая нефть вместе с поступающей неочищенной сырой нефтью нагревается огневым U-образным трубчатым нагревателем 17. Рециркулируемая нефть вновь проходит технологический путь через секцию 7 обработки и регулирующий клапан 107 сброса давления в испарительную секцию 9. На этом пути нагреватель секции 7 обработки обеспечивает всю теплоту, требуемую для работы испарительной секции 9. Благодаря добавлению массы обезвоженной рециркулируемой нефти, смеси нефти с водой может быть передано дополнительное тепло огневым нагревателем в секции обработки и при испарении после регулирующего клапана 107. Это увеличивает способность установки испарять дополнительную воду, что особенно важно при возникновении кратковременных нарушений в первой секции 7 обработки.
Благодаря подаче некоторого количества рециркулируемой нефти в донную часть испарительной секции 9 через вход 82 нефть в испарительной секции 9 остается теплой и при отсутствии входного потока. Если производятся кратковременные отключения установки, нагреватель секции обработки может быть использован для поддержания рабочей температуры сырой нефти посредством рециркуляции малого объема обезвоженный сырой нефти со дна испарительной секции 9 обратно в секцию 7 обработки, как описано выше.
Усовершенствование, достигнутое в настоящем изобретении, состоит в использовании теплоты большого количества воды, выгружаемой из секции обработки, для снижения общего подвода тепла трубчатым нагревателем 17 и для поддержания выше точки кипения температуры воды, содержащейся в сырой нефти/нефти, ниже по потоку относительно регулирующего клапана 107. Как было объяснено выше, величина падения температуры частично обезвоженного некондиционного нефтепродукта/остатка после перегонки, когда он испаряется после прохождения регулирующего клапана 107, зависит от количества воды в нем; чем выше содержание остаточной воды в частично обезвоженном некондиционном нефтепродукте/остатке после перегонки, тем выше должны быть рабочие температуры и давления в секции обработки для поддержания высокой температуры смеси после прохождения регулирующего клапана 107. Для минимизации этого теплопотребления используется тепло, содержащееся в горячей воде, выходящей из секции обработки, - чтобы добавить дополнительное тепло частично обезвоженному некондиционному нефтепродукту/остатку после перегонки, когда давление смеси будет сброшено при прохождении регулирующего клапана 107. Выходная линия 108 подает смесь в охлаждающий теплообменник 132, где смесь нагревается для завершения испарения воды из сырой нефти перед подачей к выходу 59 испарительной секции 9.