СПОСОБ САМОРЕГУЛЯЦИИ В ЗАДАННЫХ ПРЕДЕЛАХ УРОВНЕЙ РАЗДЕЛОВ ФАЗ ГАЗ-НЕФТЬ И НЕФТЬ-ВОДА В ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ ПРОТОЧНЫХ ЕМКОСТЯХ ПРИ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ПАРАМЕТРАХ ФАЗ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
SELF-REGULATION METHOD WITHIN PRESET LIMITS FOR SEPARATING OF GAS-OIL AND OIL-WATER PHASES IN SEALED FLOWING WATER TANKS AT CHANGING PHASE PARAMETERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, в частности к устройствам для регулирования процесса разделения газоводонефтяной смеси с возможностью использования пластового давления и (или) гидравлической энергии подающего смесь насоса для транспортировки разделенных продуктов и закачки воды для поддержания пластового давления, и может быть использовано на нефтепромыслах и на установках комплексной подготовки нефти.
Известен способ регулирования уровня раздела фаз вода-нефть в дегидраторах, при котором дискретным датчиком измеряют уровень раздела фаз, по которому осуществляют изменение степени открытия регулирующего органа, при этом измерение уровня производят с помощью двухпозиционного датчика с нулевой зоной нечувствительности и в каждом цикле регулирования измеряют текущие значения степени открытия регулирующего органа, на основе которых определяют среднее значение его открытия, а в момент переключения указанного датчика измеряют степень открытия регулирующего органа до получения среднего значения [описание изобретения к патенту РФ №2065195 от 26.02.1991, МПК6 G05B 11/28, опубл. 10.08.1996].
Данный способ обеспечивает высокое качество регулировки уровня раздела фаз вода-нефть, но только в случае, если плотность нефти является константой. Но на практике, как известно, бывает так, что плотность нефти существенно изменяется в течение суток.
Известен способ автоматического управления процессом отстоя нефтяной эмульсии путем регулирования уровня раздела фаз нефти и воды в зависимости от перепада гидростатических давлений между двумя точками, расположенными в верхней и нижней частях отстойника, за счет учета гидростатического давления воды в эмульсионной фазе нефти измеряют плотность воды, сбрасываемой из отстойника, определяют по измеренной плотности сбрасываемой воды среднюю плотность нефтяной эмульсии между заданными точками, определяют отношения измеренного значения перепада гидростатического давления и разности плотностей сбрасываемой воды и нефтяной эмульсии, и в зависимости от найденного отношения регулируют уровень раздела фаз нефти и воды [описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №722936 от 25.07.1978, М.кл.2 C10G 33/00, G05D 27/00, опубл. 25.03.1980, Бюллетень №11].
Способ решает техническую проблему повышения точности регулирования уровня раздела фаз нефти и воды.
Известен способ регулирования процесса отстоя водонефтяной смеси путем регулирования отвода воды из сепаратора-отстойника, при этом измеряют долевое содержание воды в водонефтяной смеси сравнением гидростатического давления водонефтяной смеси в сепараторе-отстойнике и гидравлического давления воды в водонапорной трубе, размещенной в сепараторе-отстойнике, сравнивают измеренное значение разности гидростатических давлений с заданным значением разности давлений и по разности этих значений формируют управляющий сигнал на регулирующий клапан на линии отвода воды [описание изобретения к патенту РФ №226,2528 от 26.05.2004, МПК7 C10G 33/08, опубл. 20.10.2005].
Известен способ регулирования уровня раздела фаз нефть-вода в герметизированных проточных емкостях, включающий определение уровня раздела фаз нефти и воды в зависимости от перепада гидростатических давлений между контрольными точками, расположенными в верхней и нижней частях проточной емкости, с последующим формированием управляющего воздействия на скорость отвода воды, отличающийся тем, что в объеме проточной емкости выделяют три контрольные точки, две из которых расположены вверху и внизу его нефтяной части, а третья - в нижней водной части, после чего измеряют гидростатическое давление между контрольными точками в нефтяной части и между контрольными точками вверху нефтяной части и нижней водной части, а управляющее воздействие на скорость отвода воды формируют исходя из величины текущего уровня воды (патент №2328518 от 10.07.2008 г.).
На практике, как это упоминалось выше, плотность нефти может существенно изменяться в течение суток. Поэтому недостатком способов является отсутствие влияния на систему управления изменения плотности нефти, что приводит к низкой точности измерения уровня раздела фаз, особенно при малом уровне воды. На практике это проявляется как наличие остаточной воды в дегидратированной нефти или наличие нефти в сбрасываемой воде.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для регулирования процесса разделения водонефтяной смеси, содержащее датчик уровня воды, соединенный через регулятор с регулирующим клапаном на линии отвода воды из сепаратора-отстойника, отличающееся тем, что датчик уровня воды установлен в вертикальном расширенном участке водонапорной трубы, нижний конец которой размещен в зоне накопления воды, и соединен с регулятором, на второй вход которого подается сигнал заданного значения уровня воды в водонапорной трубе, а выход его соединен с регулирующим клапаном на линии отвода воды, кроме того, верхняя часть водонапорной трубы газоуравнительной линией соединена с газовой зоной сепаратора-отстойника [описание изобретения к патенту РФ №2268285 от 15.06.2004, МПК7 C10G 33/08, опубл. 20.01.2006].
Недостатком этих способов и устройств является низкое качество регулирования процесса разделения водонефтяной смеси из-за пониженной точности измерения уровня раздела фаз «нефть-вода», сложность реализации процесса разделения водонефтяной смеси при изменении параметров фаз и низкая надежность регулирования вследствие перенасыщенности устройства датчиками, измерительными приборами, исполнительными механизмами, насосами, а также необходимость в электросетях и электрооборудовании.
Общим недостатком таких устройств является то, что с течением времени чувствительные элементы датчиков покрываются смолистыми веществами и другими загрязнениями, что значительно снижает точность их показаний, а многочисленные датчики, измерительные приборы и исполнительные механизмы, насосы, электросети и электрооборудование уменьшают надежность и сроки безаварийной работы.
Ненадежность регулирования уровней раздела фаз и регулирования процесса разделения газоводонефтяной смеси в герметизированных проточных емкостях при использовании многочисленных датчиков, измерительных приборов и исполнительных механизмов, насосов при изменяющихся параметрах фаз.
Также этими способами и устройствами не предусмотрено использование энергии пластового давления и (или) давления, создаваемого подающим газоводонефтяную смесь насосом, для разделения и дальнейшей транспортировки фаз по соответствующим трубопроводам и закачки воды для поддержания пластового давления.
Задача изобретения - повышение качества разделения газоводонефтяной смеси за счет стабилизации регулируемых параметров - заданных уровней раздела фаз и повышение надежности регулирования процесса разделения газоводонефтяной смеси в герметизированных проточных емкостях при изменяющихся параметрах фаз и использование пластового давления и гидравлической энергии потока.
Способ решает техническую проблему повышения точности регулирования уровней разделов фаз газ-нефть и нефть-вода при изменяющихся параметрах фаз с использованием энергии пластового давления и (или) давления, создаваемого подающим газоводонефтяную смесь насосом, для разделения и дальнейшей транспортировки фаз по соответствующим трубопроводам и закачки воды для поддержания пластового давления.
Технический результат:
- повышение чистоты разделенных компонентов газоводонефтяной смеси в герметизированных проточных емкостях при любых изменениях параметров фаз;
- повышение надежности и удешевление стоимости устройства и сроков безремонтного периода вследствие отказа от лишних датчиков, измерительных приборов, исполнительных механизмов, регулирующих насосов, электросетей и электрооборудования;
- возможность использования энергии пластового давления или давления, создаваемого насосной установкой, подающей газоводонефтяную смесь в герметизированные проточные емкости, для разделения и транспортировки разделенных фаз по трубопроводам и закачки воды для поддержания пластового давления;
- возможность регулирования качества процесса разделения газоводонефтяной смеси и чистоты продуктов разделения изменением объема подачи газоводонефтяной смеси в подающем трубопроводе;
- уменьшение стоимости процесса разделения и транспортировки разделенных фаз по трубопроводам и закачки воды для поддержания пластового давления за счет использования энергии пластового давления или давления, создаваемого насосной установкой, подающей газоводонефтяную смесь в герметизированные проточные емкости;
- возможность реконструкции и оснащения устройством существующих аппаратов;
- возможность объединения, без потери давления, разделенных нефти и газа для транспортировки газонефтяной смеси в пункты комплексной переработки нефтепродуктов по одному трубопроводу;
- возможность подачи отстоянной воды для поддержания пластового давления непосредственно в ближайшие нагнетательные скважины на нефтепромыслах или в систему поддержания пластового давления без лишней транспортировки и без дополнительного насосного оборудования за счет использования энергии пластового давления или давления, создаваемого насосной установкой, подающей газоводонефтяную смесь в герметизированные проточные емкости;
- возможность оснащения устройством любого участка трубопровода так как не требуется ни электросетей, ни обслуживающего персонала;
- возможность уменьшения нагрузки и (или) диаметра нефтепровода от места сброса пластовой воды до установок предварительной подготовки нефти;
- устройство работает автономно в режиме саморегуляции.
На рис.1, 2 приведены примеры вариантов внешнего и внутреннего исполнения устройств для саморегуляции в заданных пределах уровней разделов фаз газ-нефть и нефть-вода в герметизированных проточных емкостях при изменяющихся параметрах фаз.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого способа, достигается следующим образом.
Рассчитывают и задают технологически оптимальные уровни разделов фаз газ-нефть и нефть-вода и необходимое внутреннее давление для конкретной герметизированной проточной емкости и режима подачи газоводонефтяной смеси.
На высоту заданного уровня раздела фаз газ-нефть устанавливают нефтепереливной патрубок (1), направляющий обезвоженную нефть в нефтеразгрузочную камеру (2), оснащенную клапаном (3), например поплавковым, открывающим нефтепровод (4) при поступлении нефти и запирающим нефтепровод (4) при ее отсутствии. При этом верхний уровень нефти в герметизированной проточной емкости регулируют высотой нефтепереливного патрубка для получения заданного уровня высоты раздела фаз газ-нефть.
Из нижней части герметизированной проточной емкости из зоны, расположенной ниже заданного уровня раздела фаз нефть-вода, отстоянную воду подают в водоразгрузочную камеру (5), уровень воды в которой, регулируют задаваемой расчетной высотой водопереливного патрубка (6). В результате уровни разделов фаз нефть-вода и газ-нефть конструктивно закрепляют водяным гидравлическим затвором на заданных уровнях с незначительными колебаниями уровня раздела фазы нефть-вода по высоте пропорционально изменениям удельных весов поступающих в герметизированную проточную емкость нефти и воды при любых изменяющихся параметрах фаз. Водоразгрузочную камеру (5) оснащают клапаном (7), например поплавковым, открывающим сбросной водопровод (8) при поступлении отстоянной воды и запирающим сбросной водопровод (8) при ее отсутствии.
Поступающий газ из герметизированной проточной емкости подают в газопровод (10), расположенный выше уровня раздела фаз газ-нефть через газорегулирующий клапан (9), поддерживающий заданное давление газа в герметизированной проточной емкости, нефтеразгрузочной и водоразгрузочной камерах.
Клапаны, открывающие трубопроводы при поступлении жидкости и запирающие трубопроводы при ее отсутствии, обеспечивают герметизацию сброса воды и нефти без потерь давления в герметизированной проточной емкости.
Устройство легко реализуемо, так как газовые и жидкостные клапаны разнообразных конструкций освоены промышленностью.
Надежность устройства зависит от надежности работы клапанов - единственных движущихся частей устройства.
Процесс разделения газонефтеводяной смеси протекает под общим заданным давлением в герметизированной проточной емкости, нефтеразгрузочной и водоразгрузочной камерах. Давления в сбросных газовом, нефтяном и водяном трубопроводах за клапанами автоматически понижаются и выравниваются до рабочих давлений каждой из этих систем. Заданное давление в устройстве создается за счет использования энергии пластового давления и (или) давления, создаваемого насосной установкой, подающей газоводонефтяную смесь в герметизированные проточные емкости. Энергия давления может быть использована на транспортировку разделенных нефтепродуктов по трубопроводам без дополнительного насосного оборудования. При необходимости возможно объединение, без потери давления, разделенных нефти и газа для транспортировки газонефтяной смеси в пункты комплексной переработки нефтепродуктов по одному трубопроводу.
Устройство дает возможность подачи отстоянной воды для поддержания пластового давления непосредственно в ближайшие нагнетательные скважины на нефтепромыслах без лишней транспортировки и без дополнительного насосного оборудования за счет использования энергии пластового давления и (или) давления, создаваемого насосной установкой, подающей газоводонефтяную смесь в герметизированные проточные емкости.
При рассмотрении замкнутой герметичной системы, работающей под общим давлением и состоящей из скважины, подающей газонефтеводяную смесь в герметизированную проточную емкость, и нагнетательной скважины, подающей отстоянную воду для поддержания пластового давления, следует отметить, что при равных давлениях и пьезометрических высотах пьезометрический напор скважины с водой существенно больше, чем пьезометрический напор скважины с газонефтеводяной смесью, за счет разной плотности жидкостей. То есть более тяжелая вода из устройства может самотеком поступать в нагнетательную скважину, находящуюся под пластовым давлением.