ТРУБНАЯ УСТАНОВКА СБРОСА ВОДЫ

Трубная установка сброса воды (ТУСВ) относится к устройствам для подготовки продукции нефтяных скважин на промысле, в основном для сброса «свободной» пластовой воды, и может применяться в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности при разделении эмульсий несмешивающихся жидкостей.
Известно устройство для обезвоживания нефтей «Способ и устройство для обезвоживания углеводородов», ВОИС, МПК 6 B01D 17/04 №9807494 от 20.08.97. Оно содержит корпус в виде трубы со штуцером для подачи эмульсии, штуцером для вывода обезвоженных углеводородов и штуцерами для отвода водной фазы. Корпус разделен на секции для коалесцирующей насадки.
Известно также устройство по патенту РФ №2036686 МПК 6 B01D 17/02, публ. БИ №16, 95 г. «Устройство для разрушения водонефтяной эмульсии», включающее корпус в виде наружной трубы и встроенной в нее перфорированной трубы. Корпус содержит патрубки для ввода и вывода эмульсии. Устройство предназначено для подготовки эмульсии к разделению.
Известно «Устройство для выделения водной фазы из смеси воды с углеводородами», ВОИС МПК 6 B01D 17/02 от 09.02.95 №9503868.
Оно также содержит корпус в виде наружной трубы со смонтированной в ней внутренней трубой, которая оформляет кольцевое межтрубное пространство. Текучая среда через патрубок поступает в межтрубное пространство, в котором установлены ребра, обеспечивающие проход среды по спиральному пути. Отверстия на внутренней трубе позволяют среде поступать из межтрубного пространства во внутреннюю трубу. Устройство снабжено штуцерами ввода смеси и вывода отделившихся фаз.
Известен также отстойник по а.с. СССР №1105212 «Трубный отстойник» (МПК 6 B01D 17/04, БИ №28, 1984 г.). Он включает корпус в виде участка трубы со штуцерами ввода подготавливаемой эмульсии и вывода отделившихся фаз. Для повышения качества разделения эмульсии корпус отстойника снабжен системой вертикальных и горизонтальных перегородок и выполнен многосекционным (как
минимум три секции). Это усложняет конструкцию и снижает ее надежность, но производительность повышает незначительно.
Вышеперечисленные разделители газожидкостных смесей обладают общими недостатками: они создавались по принципу усложнения конструкции, более трудоемки в изготовлении и при монтаже, требуют постоянного контроля при эксплуатации; каждый аппарат имеет жесткие граничные условия, удовлетворительно работает на каком-то одном типе нефтей (эмульсий), не возможна их эксплуатация на нефтях с высоким содержанием механических примесей, у всех аппаратов низкая удельная производительность одного кубического метра объема аппарата.
Известен делитель фаз по патенту РФ №2077364, «Сепарационная установка», МПК 6 B01D 19/00, публ. 04.02.1997 г. Он представляет собой наклонную трубную колонну, к верхней части которой подсоединены трубопроводы для подвода газожидкостной смеси (ГЖС) и отвода газа. Посредине длины колонны к боковой стенке подсоединен трубопровод для отвода нефти, а трубопровод для отвода воды подсоединяется к нижнему концу наклонной колонны.
Установка отличается большими размерами, сложностью конструкции и ее вертикальной неустойчивостью, но она может быть собрана на самом месторождении из ассортимента имеющихся на нем труб. Ее создание говорит о том, что разработка конструкций устройств подготовки нефти на месторождениях идет по пути использования для них труб нефтяного сортамента.
Известен также трубный делитель фаз по патенту РФ №2098166 «Установка сброса воды», МПК 6 B01D 19/00, публ. 12.10.97 г. Делитель представляет собой трубу со штуцерами ввода разделяемой эмульсии и вывода отделившихся фаз. Для отбора выделяющегося газа над основной трубой расположена еще одна труба, соединенная с внутренним пространством основной трубы трубными перемычками для отвода из нее газа. Трубы установлены со значительным наклоном по отношению к поверхности земли. Штуцер ввода эмульсии в основную трубу расположен в верхней ее части (трети или четверти). Штуцер вывода воды расположен на нижнем конце наклонной трубы, а штуцер вывода нефти - на верхнем конце ее.
Основными недостатками решения являются: большие размеры и вес, сложность его монтажа, неустойчивость конструкции, требующей усиленного фундамента из-за высокой «парусности» и нагрузки от установки сброса воды. Кроме того, она усложнена устройством для отделения газа, хотя дальнейший транспорт отделившихся нефти и газа производится совместно по одной трубе. Необходимо
отметить пульсирующую нагрузку на верхнюю часть делителя при поступлении в нее эмульсии (на многих промыслах поток эмульсии носит пульсирующий характер). Это также не способствует повышению надежности устройства и качества отделившихся фаз.
За прототип принята полезная модель «Трубный делитель фаз» по патенту РФ №19771, МПК 6 B01D 17/04, опубл. 2001.10.10.
Трубный делитель фаз, содержит корпус с штуцерами ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз. Корпус делителя выполнен из труб в виде установленной вертикально рамы с трубной горизонтальной перемычкой, соединяющей внутреннее пространство вертикальных участков корпуса. Штуцер ввода эмульсии в делитель расположен в середине горизонтальной перемычки, а штуцера вывода отделившихся легкой и тяжелой фаз расположены в серединах верхнего и нижнего горизонтальных трубных участков корпуса делителя фаз соответственно.
Недостатком данного устройства является его слабая защищенность от негативного воздействия газовых пузырей, содержащихся в промысловой газожидкостной смеси (сырой нефти), особенно крупных. Эти пузыри, попадая в рабочий объем трубной установки сброса воды, вызывают в местах соединения трубных элементов турбулизацию потока смеси, разрушают создавшийся режим течения потока и препятствуют его разделению на фазы. Результатом в конечном случае имеет место значительное ухудшение качества как легкой, так и тяжелой отделившихся фаз. Кроме того, турбулизация приводит к замешиванию в жидкие фазы механических примесей.
Задачей, стоящей перед авторами, является создание конструкции трубной установки сброса воды, максимально исключающей воздействие содержащегося в разделяемой смеси газа и соответственно - повышение качества ее разделения. При этом установка должна сохранять простоту в сборке, т.е. должна собираться из в заводских труб нефтяного сортамента, применяемых в системах сбора нефти на месторождениях. Быть легко транспортируемой к месту эксплуатации и надежной в эксплуатации, которую можно установить на любом месторождении на кустах скважин, а также на любых промысловых площадках, в любых климатических условиях, везде, где прокладываются внутрипромысловые трубопроводы сбора продукции, добываемой из нефтяных залежей.
Т.о, основным недостатком прототипа является снижение качества сбрасываемой сточной воды и колебание остаточного содержания воды в
предварительно обезвоженной нефти под воздействием крупных газовых пузырей, содержащихся в промысловой ГЖС, приводящих к беспрерывной множественной пульсации потока, поступающего в ТУСВ.
Для ее решения трубная установка сброса воды включающая корпус в виде установленной вертикально рамы из труб с трубной горизонтальной перемычкой, соединяющей внутреннее пространство вертикальных участков корпуса, и устройства (трубопроводы) ввода эмульсии в делитель и вывода отделившейся тяжелой фазы. Она отличается от прототипа тем, что вертикальная рама из труб снабжена еще двумя горизонтальными трубными перемычками, расположенными одна над другой. Труборовод ввода разделяемой смеси в трубный делитель расположен на нижней из них, а вывода отделившейся легкой фазы - на верхней. К трубопроводу ввода смеси в трубный делитель подсоединена вертикальная трубная камера (ВТК), верхняя часть которой соединена трубопроводом с серединой верхней части рамы трубного делителя, а перепуск смеси из ВТК в трубный делитель осуществляют по трубопроводу, соединенному тубопроводом с средней частью нижней трубной перемычки корпуса. В установке сброса воды на трубопроводе перетока разделяемой смеси из ВТК в рамный корпус установлено устройство для ввода деэмульгатора, а трубопровод ввода промысловой газожидкостной смеси в ВТК подсоединен к камере тангенциально.
Эти конструктивные изменения позволят уже на первом этапе подготовки смеси к разделению выделить из потока основную часть идущего с ним газа в отдельный газопровод, а на заключительной части подготовки - вновь соединить его с основной частью жидкостного потока, обойдя места стыка участков труб в устройстве и предотвратив таким образом возникновение турбулизации.
Такая конструкция устройства для сброса основной части попутной воды позволяет эксплуатировать установку в автономном режиме и не требует частого вмешательства в прцесс для обслуживания установки.
Трубная установка сброса воды (ТУСВ) из газожидкостной смеси (ГЖС) состоит из основного рамного корпуса, выполненного из труб с вертикальными 1 и 2, верхним 3 и нижним 4 горизонтальными участками. Внутреннее пространство вертикальных 1 и 2 участков рамного корпуса соединены двумя трубными перемычками - нижней 5 и верхней 6. К середине нижней 5 перемычки подсоединен трубопровод 7 для перетока из ВТК ГЖС без газовых пузырей на разделение в трубный корпус установки, а к середине верхней перемычки 6 - трубопровод 8 вывода из ТУСВ предварительно обезвоженной газонасыщенной нефти и газа. Трубопровод 9 на
нижнем 4 участке корпуса рамы предназначен для вывода из него отделившейся воды. К нижней горизонтальной трубной перемычке 5 трубопроводом 7 подсоединена ВТК 10, на которой к корпусу тангенциально подсоединен трубопровод 11 ввода в нее промысловой ГЖС, идущей на разделение, а к верхней части ВТК - трубопровод 12 перепуска газа, который соединен с серединой верхнего 3 участка вертикальной рамы из труб. На трубопроводе 7, соединяющем ВТК 10 с нижней перемычкой 5 вертикальной рамы из труб, установлено устройство 13 для ввода в него деэмульгатора.
Трубная установка сброса воды работает следующим образом. Промысловая ГЖС, содержащая свободную воду и попутный нефтяной газ, как растворенный, так и в виде пузырей, тангенциально вводится по трубопроводу 11 в ВТК 10, внутри которой вращается, при этом газовые пузыри выделяются в отдельную фазу, занимают центр колонны и поднимаются в верхнюю часть ВТК. Жидкая составляющая смеси вращается по внутренней стенке ВТК и после отделения газовых пузырей концентрируется в нижней части ВТК 10, а затем, по трубопроводу 7, соединяющему ВТК с серединой нижней горизонтальной перемычки 5 перепускается внутрь вертикальной рамы из труб. В нижней горизонтальной перемычке 5 жидкая газонасыщенная смесь делится на два равноценных потока, при этом одна часть смеси движется к вертикальной трубе 1, а вторая - к вертикальной трубе 2. В точках подсоединения нижней горизонтальной перемычки 5 к вертикальным трубам 1 и 2 происходит гравитационное разделение жидкой составляющей на легкую и тяжелую фазы. Образовавшиеся части легкой фазы, содержащие предварительно обезвоженную нефть, остатки эмульсии и «свободной» воды в газонасыщенном состоянии движутся вверх до точек соединения вертикальных труб 1 и 2 с верхней трубной горизонтальной перемычкой 6, вводятся в нее и движутся к ее центру. Одновременно с этим газ, из верхней части ВТК 10, поступает по трубопроводу 12 в середину верхнего трубного горизонтального участка 3 корпуса рамы, где делится на равные доли, каждая из которых опускается до мест присоединения участков труб 1 и 2 с верхней горизонтальной трубной перемычкой 6, входит в нее и смешивается с легкой фазой. Таким образом, в верхней горизонтальной трубной перемычке 6 корпуса рамы образуется новая ГЖС, в которой отсутствуют разрозненные газовые пузыри и соблюдается во времени равное соотношение легкой жидкой фазы и газа. Такая ГЖС через патрубок 8 выводится из верхней горизонтальной перемычки 6 и транспортируется под давлением процесса сброса воды в ТУСВ к месту следующей ступени (стадии) промысловой подготовки нефти.
Третья составляющая промысловой ГЖС - пластовая вода - отделилась от легкой фазы в точках соединения нижней горизонтальной перемычки 5 с вертикальными трубами 1 и 2, по которым равными частями опускается в нижний трубный участок 4 корпуса рамы, из середины которого выводится из ТУСВ по трубопроводу 9. Таким образом, в вертикальных трубах 1 и 2 корпуса рамы происходят важные технологические операции, включающие различные по направлению и по составу движущихся составляющих, полученных при разделении промысловой ГЖС, перемещения. В верхней части вертикальных труб 1 и 2 на участке до их сочленения с верхней горизонтальной перемычкой 6 сверху вниз движется газ, который вводится в эту перемычку. На среднем участке от верхней горизонтальной перемычки 6 до места соединения с нижней горизонтальной перемычкой 5 снизу вверх движется легкая жидкая фаза и вводится в верхнюю горизонтальную перемычку 6 вместе с газом. В нижнем участке вертикальных труб 1 и 2 от места их соединения с нижней горизонтальной перемычкой 5 до места их соединения с нижней образующей 4 корпуса рамы происходит движение сверху вниз тяжелой жидкой фазы (воды), которая выводится из ТУСВ из середины трубы 4 по патрубку 9.
Предлагаемая установка эксплуатируется в автономном режиме и не требует постоянного обслуживания, достаточно ежедневного визуального осмотра и перерегулирования автоматики после изменения производительности куста скважин, что обуславливается остановкой или вводом в эксплуатацию отдельных добывающих скважин.
3
Как показали испытания предлагаемой конструкции, однорамный элемент, изготовленный из труб диаметром 8-10 дюймов, рекомендуется для производительности по ГЖС до 500 м сутки. Для подготовки большего количества ГЖС установку компонуют из нескольких рамных элементов. Таким образом можно компоновать эту установку на кустах скважин, на которых объем ГЖС превышает даже 1000 м сутки (можно применять ТУСВ, собранные из четырех рамных элементов либо собирать такие элементы из труб большего диаметра, например, 12-14 дюймов).
Таким образом, предлагаемая ТУСВ собирается из нескольких рамных элементов для сброса «свободной» воды из различного количества промысловой ГЖС.
3
Испытания установки, изготовленной из труб диаметром 8 дюймов, показали также, что суточная ее удельная производительность 1 м ее объема почти в 2 раза превышает показатели прототипа.