УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ ПОПУТНО ДОБЫВАЕМОЙ ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ
PLANT FOR PRODUCED STRATUM WATER PREPARATION

Заявляемое изобретение относится к оборудованию для нефтедобывающей промышленности, а именно к оборудованию для подготовки попутно добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды, для организации подготовки отделенной пластовой воды до соответствия требованиям ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству». Данное техническое решение может быть также использовано, например, на площадках групповых замерных установок (ГЗУ) и площадках дожимных насосных станций (ДНС).
Известна сепарационная установка (патент РФ №2238783, опубл. 27.10.2004 - прототип), включающая наклонную колонну, разделенную распределителем потока на нефтеотстойную и водоотстойную секции трубопроводом подвода газожидкостной смеси (ГЖС), трубопроводы отвода газа, нефти и воды, трубопровод подвода ГЖС, состоящий из восходящего трубопровода, успокоительного горизонтального трубопровода, расположенного выше верхней точки наклонной колонны с фильтром, размещенным вдоль ее оси, и снабженного газосборником, нисходящего трубопровода и горизонтального трубопровода ввода ГЖС, при этом горизонтальный трубопровод размещен над распределителем потока, выполненным в виде просечно-вытяжного листа с бортами и установленным горизонтально, дополнительно установка снабжена трубным расширителем, который соединен с восходящим трубопроводом и содержит газосборник, кроме того, трубный расширитель, горизонтальный участок трубопровода подвода ГЖС и наклонная колонна снабжены пескоуловителями, соединенными с единым сборным коллектором мехпримесей.
Данная установка может использоваться для раннего предварительного сброса и подготовки воды, например, непосредственно на кусте скважин, так как кроме блока собственно сепарации добываемой газо-жидкостной смеси, осуществляемой в сложной многоуровневой системе трубопроводов и в наклонной колонне, разделенной распределителем потока на нефтеотстойную и водоотстойную секции, содержит в качестве блока подготовки воды нижнюю водоотстойную часть наклонной колонны с фильтром, размещенным вдоль ее оси. Согласно описанию прототипа, вода, отстоявшаяся от частиц нефти и мехпримесей, проходит через фильтр и выводится через трубопровод из нижней части наклонной колонны.
К недостаткам прототипа, очевидно, предназначенного для сепарации добываемых жидкостей со значительно различающимися значениями газового фактора и степеней загрязнения, относится сложность конструкции установки с четырьмя газоотводными трубопроводами и с четырьмя пескоотводами. Соответственно, конструкцию отличает высокая металлоемкость. Сложная многоуровневая система трубопроводов и наклонная колонна, разделенная распределителем потока на нефтеотстойную и водоотстойную секции, требуют привлечения большого количества средств автоматики и контрольно-измерительных приборов (КИП) и не способны функционировать в проточном режиме.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности установки за счет обеспечения проточного режима ее эксплуатации и улучшения качества сепарации и подготовки при упрощении установки по конструкции, в том числе по количеству средств автоматики и КИП, и при снижении ее металлоемкости. При этом в заявляемой установке исключена вероятность перетока отделившейся воды из блока подготовки в блок сепарации, что повышает эффективность подготовки воды. Для улучшения качества сепарации рекомендуется применение наиболее эффективной конструкции блока сепарации для каждого из возможных интервалов газосодержания сепарируемой ГЖС, а для более эффективной подготовки воды - оснащение блока подготовки фильтром в виде пакета параллельных пластин с возможностью очистки не только от механических примесей, но и от нефтепродуктов.
3
3
3
3
3
3
Поставленная задача решается тем, что в установке подготовки попутно добываемой пластовой воды, включающей трубопровод подачи добываемой газожидкостной смеси (ГЖС) в блок сепарации ГЖС, трубопровод отвода ГЖС из блока сепарации ГЖС, блок подготовки воды, оснащенный фильтром для очистки от механических примесей, трубопровод отвода воды, согласно изобретению блок сепарации ГЖС представляет собой трубный водоотделитель (ТВО) - для газового фактора ГЖС от 100 до 400 м/м, или узел фазового разделения эмульсии (УФРЭ) - для газового фактора ГЖС от 20 до 100 м/м, или трубный отстойник-сепаратор (ТОС) - для газового фактора менее 20 м/м, причем до ТВО или УФРЭ установлен успокоитель-депульсатор потока ГЖС, оснащенный трубопроводом отвода газа в блок сепарации, а блок подготовки воды представляет собой закрытую с концов горизонтальную трубу, трубопровод ввода в нее нефтесодержащей воды, поступающей из блока сепарации, соединен с тем концом горизонтальной трубы, в котором установлен в качестве фильтра пакет параллельных пластин, соединенный с колпаком для сбора механических примесей через отверстие снизу горизонтальной трубы, причем колпак для сбора выделившихся газа и нефти установлен после пакета параллельных пластин, в верхней части горизонтальной трубы, а трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака для их сбора в блок сепарации выполнен горизонтальным и находится выше уровня трубопровода подачи добываемой ГЖС в блок сепарации, соответственно, из успокоителя-депульсатора потока ГЖС в ТВО или в УФРЭ или непосредственно в ТОС. Кроме того, при применении в качестве блока сепарации ГЖС узла фазового разделения эмульсии (УФРЭ) трубопроводы ввода в горизонтальную трубу нефтесодержащей воды установлены с обоих концов горизонтальной трубы, в каждом из которых установлен в качестве фильтра пакет параллельных пластин, соединенный с колпаком для сбора механических примесей через отверстие снизу горизонтальной трубы.
Конструкции ТВО, УФРЭ и ТОС известны; например ТВО - по патенту РФ №2291734 (опубл. 20.01.2007), УФРЭ - по патенту РФ №2285555 (опубл. 20.10.2006), ТОС - по патенту РФ №2089259 (опубл. 10.09.1997).
Успокоитель-депульсатор потока ГЖС представляет из себя горизонтальную трубу, как, например, в установке сброса воды по патенту РФ №2098166 (опубл. 10.12.1997).
Признак заявляемой установки «трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака для их сбора в блок сепарации выполнен горизонтальным и находится выше уровня трубопровода подачи добываемой ГЖС соответственно из успокоителя-депульсатора потока ГЖС в ТВО или в УФРЭ или непосредственно в ТОС» обеспечивает, в отличие от прототипа, условие работы установки в проточном режиме и с привлечением минимума средств автоматики и КИП; принцип сообщающихся сосудов обеспечивает самостоятельный переток выделившегося газа и нефти из колпака блока подготовки воды в блок сепарации и, соответственно, исключает вероятность перетока очищенной от газа и нефти воды из блока подготовки в блок сепарации; что повышает качество подготовки воды.
Схема установки представлена на фиг. 1. На фиг. 2, 3, 4 представлены соответственно варианты ее выполнения с применением в качестве блока сепарации ГЖС ТВО, УФРЭ или ТОС.
На фиг. 1:
1 - блок сепарации ГЖС
2 - блок подготовки воды - горизонтальный трубный отстойник воды (ТОВ)
3 - трубопровод подачи добываемой ГЖС в блок сепарации 1
4 - трубопровод ввода нефтесодержащей воды в блок подготовки воды - горизонтальный ТОВ 2
5 - трубопровод отвода воды
6 - пакет параллельных пластин
7 - колпак для сбора мехпримесей
8 - колпак для сбора выделившихся газа и нефти
9 - трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака 8 в блок сепарации 1
10 - трубопровод отвода ГЖС из блока сепарации 1
На фиг. 2:
1 - блок сепарации ГЖС - трубный водоотделитель (ТВО)
2 - блок подготовки воды - горизонтальный трубный отстойник воды (ТОВ)
3 - трубопровод подачи добываемой ГЖС в ТВО 1
4 - трубопровод ввода нефтесодержащей воды в горизонтальный ТОВ 2
5 - трубопровод отвода воды
6 - пакет параллельных пластин
7 - колпак для сбора мехпримесей
8 - колпак для сбора выделившихся газа и нефти
9 - трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака 8 в ТВО 1
10 - трубопровод отвода ГЖС из ТВО 1
11 - успокоитель-депульсатор потока ГЖС
12 - трубопровод отвода газа из успокоителя-депульсатора 11 в ТВО 1
13 - трубопровод подачи добываемой ГЖС в успокоитель-депульсатор 11
На фиг. 3:
1 - блок сепарации ГЖС - узел фазового разделения эмульсий (УФРЭ)
2 - блок подготовки воды - горизонтальный трубный отстойник воды (ТОВ)
3 - трубопровод подачи добываемой ГЖС в УФРЭ 1
4 - трубопровод ввода нефтесодержащей воды в горизонтальный ТОВ 2
5 - трубопровод отвода воды
6 - пакет параллельных пластин
7 - колпак для сбора мехпримесей
8 - колпак для сбора выделившихся газа и нефти
9 - трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака 8 в УФРЭ 1
10 - трубопровод отвода ГЖС из УФРЭ 1
11 - успокоитель-депульсатор потока ГЖС
12 - трубопровод отвода газа из успокоителя-депульсатора 11 в УФРЭ 1
13 - трубопровод подачи добываемой ГЖС в успокоитель-депульсатор 11
На фиг. 4:
1 - блок сепарации ГЖС - трубный отстойник сепаратор (ТОС)
2 - блок подготовки воды - горизонтальный трубный отстойник воды (ТОВ)
3 - трубопровод подачи добываемой ГЖС в ТОС 1
4 - трубопровод ввода нефтесодержащей воды в горизонтальный ТОВ 2
5 - трубопровод отвода воды
6 - пакет параллельных пластин
7 - колпак для сбора мехпримесей
8 - колпак для сбора выделившихся газа и нефти
9 - трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака 8 в ТОС 1
10 - трубопровод отвода ГЖС из ТОС 1
Установка по фиг. 1 состоит из двух блоков - блока сепарации 1 и блока подготовки воды 2, а также трубопровода 3 подачи добываемой ГЖС в блок сепарации 1, трубопровода 4 ввода нефтесодержащей воды в блок подготовки воды 2, трубопровода отвода воды 5 из блока подготовки воды 2, причем блок 2 оснащен пакетом параллельных пластин 6 с колпаком для сбора мехпримесей 7 и колпаком для сбора выделившихся газа и нефти 8; и трубопровода отвода выделившихся газа и нефти 9 из колпака 8 в блок сепарации 1.
Добываемая ГЖС поступает в блок сепарации 1 по трубопроводу 3 подачи добываемой ГЖС; в блоке 1 под действием гравитационных сил нефтяная составляющая добываемой ГЖС займет верхнюю часть блока сепарации 1, а водяная составляющая - нижнюю часть блока сепарации 1. Таким образом, будут сформированы нефтеотстойная и водоотстойная части блока сепарации 1 (Фиг. 1). Отделившаяся в блоке сепарации 1 вода из водоотстойной части поступает по трубопроводу 4 ввода нефтесодержащей воды в блок подготовки воды 2 на очистку от мехпримесей и нефтепродуктов. Блок подготовки воды 2 выполнен в виде закрытой с концов горизонтальной трубы с установленным внутри пакетом параллельных пластин 6, выполненным с возможностью очистки воды от мехпримесей и от нефтепродуктов. Отделившая в блоке 1 вода, поступившая в блок подготовки воды 2, направляется в пакет параллельных пластин 6, где происходит очистка воды от механических примесей и нефтепродуктов. Отделенные механические примеси скапливаются в колпаке для сбора мехпримесей 7, откуда происходит их периодическая откачка. Отделенные от воды в пакете параллельных пластин 6 газ и нефтепродукты занимают верхний граничный слой блока 2 - горизонтальной трубы и скапливаются в колпаке 8 для сбора выделившихся газа и нефти, соединенном трубопроводом 9 отвода выделившихся газа и нефти с блоком сепарации 1. Колпак для сбора выделившихся газа и нефти 8 выполнен таким образом, чтобы обеспечить условие самостоятельного перетока выделившихся газа и нефтепродуктов из колпака 8 для сбора выделившегося газа и нефти в блок сепарации 1. Для этого колпак 8 выполняется такой высоты, чтобы трубопровод 9 отвода выделившихся газа и нефти был расположен горизонтально и находился выше уровня входа трубопровода 3 подачи добываемой ГЖС в блок сепарации 1. В таких условиях в соответствии с принципом сообщающихся сосудов очищенная от мехпримесей и нефти в блоке 2 вода, наоборот, не может попасть назад в блок 1 и отводится по трубопроводу 5 отвода воды.
Газ и нефтепродукты, отделившиеся в блоке 2 через колпак 8, поступают по трубопроводу 9 в блок сепарации 1, откуда выводятся по трубопроводу 10 отвода ГЖС.
Установка по фиг. 2 оснащена трубным водоотделителем (ТВО) в качестве блока сепарации 1. Добываемая ГЖС по трубопроводу 13 поступает в успокоитель-депульсатор 11, где происходит гашение пульсаций потока ГЖС и отделение основного потока ГЖС от попутного нефтяного газа (ПНГ), находящегося в свободном состоянии. Отделенный ПНГ по трубопроводу 12 отвода газа поступает в ТВО 1.
ГЖС из успокоителя-депульсатора 11 по трубопроводу 3 подачи добываемой ГЖС поступает на верх наклонной трубы ТВО 1, где под действием гравитационных сил нефтяная составляющая ГЖС займет верхнюю часть ТВО 1, а водная составляющая - нижнюю часть ТВО 1. Таким образом будут сформированы нефтеотстойная и водоотстойная части ТВО 1 (Фиг. 2). Отделившаяся в ТВО 1 вода из водоотстойной части поступает по трубопроводу 4 ввода нефтесодержащей воды в горизонтальный ТОВ 2 на очистку от мехпримесей и нефтепродуктов 2. ТОВ 2 выполнен в виде закрытой с концов горизонтальной трубы с установленным внутри пакетом параллельных пластин 6, выполненным с возможностью очистки воды от мехпримесей и от нефтепродуктов. Отделившая в ТВО 1 вода, поступившая в горизонтальный ТОВ 2, направляется в пакет параллельных пластин 6, где происходит очистка воды от механических примесей и нефтепродуктов. Отделенные механические примеси скапливаются в колпаке 7 для сбора мехпримесей, откуда происходит их периодическая откачка. Отделенные от воды в пакете параллельных пластин 6 газ и нефтепродукты занимают верхний граничный слой горизонтального ТОВ 2 и скапливаются в колпаке 8 для сбора выделившихся газа и нефти, соединенном трубопроводом 9 отвода выделившихся газа и нефти с ТВО 1. Колпак 8 для сбора выделившихся газа и нефти выполнен таким образом, чтобы обеспечить условие самостоятельного перетока выделившихся газа и нефти из колпака 8 в ТВО 1. Для этого колпак 8 для сбора выделившихся газа и нефти выполняется такой высоты, чтобы трубопровод 9 отвода выделившихся газа и нефти был расположен горизонтально и находился выше уровня входа трубопровода 3 подачи добываемой ГЖС из успокоителя-депульсатора 11 в ТВО 1. В таких условиях в соответствии с принципом сообщающихся сосудов очищенная от мехпримесей и нефти в горизонтальном ТОВ 2 вода, наоборот, не может попасть назад в ТВО 1 и отводится по трубопроводу 5 отвода воды.
Поступая в ТВО 1, отделившиеся в горизонтальном ТОВ 2 через колпак 8 газ и нефтепродукты, затем выводятся из ТВО 1 по трубопроводу 10 отвода ГЖС.
Установка по фиг. 3 оснащена в качестве блока сепарации 1 узлом фазового разделения эмульсий (УФРЭ), представляющим собой две наклонные трубы, соединенные горизонтальным участком. Добываемая ГЖС по трубопроводу 13 поступает в успокоитель-депульсатор 11, где происходит гашение пульсаций потока ГЖС и отделение основного потока ГЖС от попутного нефтяного газа (ПНГ), находящегося в свободном состоянии. Отделенный ПНГ по трубопроводам отвода газа 12 поступает в УФРЭ 1.
ГЖС из успокоителя-депульсатора 11 по трубопроводам 3 подачи добываемой ГЖС поступает на верх УФРЭ 1, где под действием гравитационных сил нефтяная составляющая добываемой ГЖС займет верхнюю часть УФРЭ 1, а водная составляющая - нижнюю часть УФРЭ 1. Таким образом, ввиду конструкции УФРЭ будут сформированы одна нефтеотстойная и две водоотстойные части УФРЭ 1 (Фиг. 3). Отделившаяся в УФРЭ 1 вода из водоотстойных частей поступает по трубопроводам 4 ввода нефтесодержащей воды в горизонтальный ТОВ 2 на очистку от мехпримесей и нефтепродуктов. Горизонтальный ТОВ 2 выполнен виде закрытой с концов горизонтальной трубы с установленными внутри с обоих концов пакетами параллельных пластин 6, выполненными с возможностью очистки воды от мехпримесей и от нефтепродуктов. Организация двух отдельных входов отделившейся в УФРЭ 1 воды с двух концов горизонтального ТОВ 2, обусловленная конструкцией УФРЭ, способствует снижению габаритных размеров и металлоемкости установки в целом. Отделившая в УФРЭ 1 вода, поступившая с двух концов в горизонтальный ТОВ 2, направляется в пакеты параллельных пластин 6, где происходит очистка воды от механических примесей и нефтепродуктов. Отделенные механические примеси скапливаются в колпаках 7 для сбора мехпримесей, откуда происходит их периодическая откачка. Отделенные от воды в пакетах параллельных пластин 6, газ и нефтепродукты занимают верхний граничный слой горизонтального ТОВ 2 и скапливаются в колпаке 8 для сбора выделившихся газа и нефти, соединенном трубопроводом 9 отвода выделившихся газа и нефти с УФРЭ 1. Колпак 8 для сбора выделившихся газа и нефти выполнен таким образом, чтобы обеспечить условие самостоятельного перетока выделившихся газа и нефтепродуктов из колпака 8 в УФРЭ 1. Для этого колпак 8 выполняется такой высоты, чтобы трубопровод 9 отвода выделившихся газа и нефти был расположен горизонтально и находился выше уровня входа трубопроводов 3 подачи добываемой ГЖС из успокоителя-депульсатора 11 в УФРЭ 1. В таких условиях в соответствии с принципом сообщающихся сосудов очищенная от мехпримесей и нефти в горизонтальном ТОВ 2 вода, наоборот, не может попасть назад в УФРЭ 1 и отводится по трубопроводу 5 отвода воды.
Поступая в УФРЭ 1, отделившиеся через колпак 8 в горизонтальном ТОВ 2 газ и нефтепродукты затем выводятся из УФРЭ 1 по трубопроводу 10 отвода ГЖС.
Установка по фиг. 4 оснащена в качестве блока сепарации 1 трубным отстойником-сепаратором (ТОС). Добываемая ГЖС по трубопроводу 3 подачи добываемой ГЖС поступает в ТОС 1, где под действием гравитационных сил нефтяная составляющая добываемой ГЖС займет верхнюю часть ТОС 1, а водная составляющая - нижнюю часть ТОС 1. Таким образом, будут сформированы нефтеотстойная и водоотстойная части ТОС 1 (Фиг. 4). Отделившаяся в ТОС 1 вода из водоотстойной части поступает по трубопроводу 4 ввода нефтесодержащей воды в горизонтальный ТОВ 2 на очистку от мехпримесей и нефтепродуктов. Горизонтальный ТОВ 2 выполнен в виде закрытой с концов горизонтальной трубы с установленным внутри пакетом параллельных пластин 6, выполненным с возможностью очистки воды от мехпримесей и от нефтепродуктов. Отделившаяся в ТОС 1 вода, поступившая в горизонтальный ТОВ 2, направляется в пакет параллельных пластин 6, где происходит очистка воды от механических примесей и нефтепродуктов. Отделенные механические примеси скапливаются в колпаке 7 для сбора мехпримесей, откуда происходит их периодическая откачка. Отделенные от воды в пакете параллельных пластин 6 газ и нефтепродукты занимают верхний граничный слой горизонтального ТОВ 2 и скапливаются в колпаке 8 для сбора выделившихся газа и нефти, соединенном трубопроводом 9 отвода выделившихся газа и нефти с ТОС 1. Колпак 8 для сбора выделившихся газа и нефти выполнен таким образом, чтобы обеспечить условие самостоятельного перетока выделившихся газа и нефтепродуктов из колпака 8 в ТОС 1. Для этого колпак 8 выполняется такой высоты, чтобы трубопровод 9 отвода выделившихся газа и нефти был расположен горизонтально и находился выше уровня входа трубопровода 3 подачи добываемой ГЖС в ТОС 1. В таких условиях, в соответствии с принципом сообщающихся сосудов, очищенная от мехпримесей и нефти в горизонтальном ТОВ 2 вода, наоборот, не может попасть назад в ТОС 1 и отводится по трубопроводу 5 отвода воды.
Поступая в ТОС 1, отделившиеся в горизонтальном ТОВ 2 через колпак 8 газ и нефтепродукты, затем выводятся из ТОС 1 по трубопроводу 10 отвода ГЖС.
Таким образом, обеспечен проточный режим эксплуатации установки и улучшено качество сепарации и подготовки при упрощении установки по конструкции, в том числе по количеству средств автоматики и КИП, при снижении металлоемкости. При этом в заявляемой установке исключена вероятность перетока отделившейся воды из блока подготовки в блок сепарации, что повышает эффективность раннего сброса и качество подготовки воды. Для улучшения качества сепарации рекомендуется применение наиболее эффективной конструкции блока сепарации для каждого из возможных интервалов газосодержания сепарируемой ГЖС, а для более эффективной подготовки воды - оснащение блока подготовки фильтром в виде пакета параллельных пластин с возможностью очистки не только от механических примесей, но и от нефтепродуктов.