УСТАНОВКА ПРОМЫСЛОВОГО СБОРА, ТРАНСПОРТА И ПЕРВИЧНОЙ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ГАЗА
INSTALLATION OF FIELD COLLECTION, TRANSPORTING AND PRIMARY PREPARATION OF OIL AND GAS

Изобретение относится к технологии промыслового сбора и подготовки нефти и газа на нефтепромыслах, в частности к технике разделения эмульгированных углеводородных многофазных сред, а именно к установкам промыслового сбора, транспорта и подготовки нефти и газа, и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Нефтедобывающая отрасль промышленности характеризуется большим комплексом крупнотоннажных промышленных стадий мощного производства с крупногабаритным металлоемким оборудованием, с большой протяженностью коммуникаций для транспортирования сырья и продуктов, значительными площадями промплощадок на промежуточных стадиях технологии от добычи, сбора, транспорта, подготовки сырья (газ, нефть) до газопереработки и нефтепереработки непосредственно. Опыт эксплуатации месторождений показал, что неизбежными спутниками в процессе добычи нефти является газ и пластовая вода (с мехпримесями) и общая суть подготовки нефти и газа сводится к глубокому разделению многокомпонентной водогазонефтяной эмульсии на составляющие с дальнейшей подготовкой нефти и газа для переработки на соответствующих заводах.
Отечественные и зарубежные научно-проектные организации работают над обновлением процессов и технологических схем, обеспечивающих высокие качественные показатели нефти и газа, поступающих на переработку. Однако до сих пор, в целом, названное производство продолжает характеризоваться высокой финансовой затратностью, металлоемкостью, крупногабаритностью при сравнительно низкой эффективности оборудования для глубокого разделения многокомпонентной смеси (нефть, газ, пластовая вода, мехпримеси), требующей применения дорогостоящих реагентов и электроэнергии. Продолжается воздействие вредных загрязнений на воздушный бассейн и почвенный покров от коптящих факелов и стоков, содержащих нефтяные и реагентные загрязнения.
Основными нефтедобывающими районами на сегодняшний день являются северные районы с жестким климатом, особенностями рельефа местности и значительной отдаленностью добычных участков от объектов промысловой подготовки и в связи с этими своими особенностями ведения технологического процесса.
В качестве прототипа предлагается к рассмотрению стандартная принципиальная схема технологии промыслового сбора и транспорта нефти и газа института Гипровостокнефть (К.С.Каспарьянц. Промысловая подготовка нефти и газа, Изд-во «Недра», М., 1973 г., с.118).
На фиг.1 (по прототипу) подогретая нефть от скважин (1) через замерный трап (2) поступает в трапы-сепараторы первой ступени сепарации (3). Их назначение - разрушение водогазонефтяной эмульсии с целью частичной сепарации газов. Первая ступень сепарации осуществляется при снижении давления до 7-8 атм, т.е. достаточном для бескомпрессорной подачи отсепарированного газа потребителю или на газобензиновые заводы (ГБЗ), если те и другие близко расположены и газ не сложно транспортировать. Из опыта эксплуатации месторождений эта часть газа используется на добычном участке в качестве энергоресурса (для подогрева нефтяного потока и т.п.) и, как правило, избыточна. Внутренняя конструкция трапов-сеператоров не обеспечивает глубокого отделения нефти от выделяющегося на первой ступени сепарации газа, и сжигание избыточного количества газа на факельных устройствах приводит, помимо расточительности, к загрязнению атмосферы и почвы вокруг факелов продуктами неполного сгорания нефти.
При больших расстояниях от трапов первой ступени сепарации (3) и неблагоприятных условиях по рельефу местности дальнейший транспорт нефти с растворенными в ней оставшимися газами осуществляется дожимными насосами (4) через сборную емкость (5) на вторую ступень сепарации, которая как и третья ступень (при необходимости) проводится уже на централизованных пунктах сбора и подготовки нефти и газа в трапах-сепараторах второй (6) и третьей ступени (7), объем и количество которых мало чем отличается от первой ступени. На второй ступени сепарации в условиях технологии отсепарированная часть газа из трапов (6) поступает в газовую линию, а нефть, содержащая остатки растворенного газа, транспортируется на следующую ступень сепарации в трапы-сепараторы (7). На третьей ступени сепарации из нефти выделяется остаточная часть газа, которая объединяется с газовым потоком второй ступени в общем коллекторе и поступает на газобензиновый завод (ГБЗ). Нефть после трапов сепарации третьей ступени (7) представляет собой водонефтяную эмульсию и поступает в технологические сборные наполнительные емкости с понтонами (8).
Трапы-сепараторы представляют собой горизонтальные емкости, внутри которых установлены устройства для разрушения газоводонефтяной эмульсии. Ввиду их недостаточной эффективности по разрушению эмульсии, эти емкости имеют крупные габариты и их количество на каждой ступени сепарации, в зависимости от характеристики поступающего потока, может достигать до 10 и более.
Для соответствия качества нефти стандарту предприятия нефтепереработки для водонефтяной эмульсии требуется дополнительная стадия подготовки в зависимости от характеристики нефти одним из способов: холодный отстой; теплохимический отстой с использованием тепловой энергии и дорогостоящих реагентов (деэмульгаторов); электрообезвоживание и обессоливание с применением громоздкого, дорогостоящего оборудования и электроэнергии, требующих особой тщательности при ведении технологического режима для достижения требуемых показателей. Любая из этих стадий является в значительной степени финансово и трудозатратным производством, требующим оснащения также крупногабаритным отстойным и другим оборудованием, размещаемым на значительной площади промплощадки.
По достижении требуемых показателей качества нефть транспортируется уже на нефтеперерабатывающие заводы.
Устранение перечисленных недостатков достигается тем, что в предлагаемой установке промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа, включающей скважины, групповой замерный трап, трапы-сепараторы в виде горизонтальных емкостей, внутри которых установлены устройства для разрушения газоводонефтяной эмульсии, выполненные в виде фильтрующе-коалесцирующего пакета, перекрывающего рабочее сечение аппарата и составленного из композиции материалов пористо-ячеистых металлов и(или) сплавов, и(или) пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой, дожимные насосы, сборные емкости.
Предлагаемая установка позволяет очень громоздкую технологическую схему промыслового сбора и транспорта нефти и газа (по прототипу) преобразовать в компактную высокоэффективную схему промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа, исключающую малоэффективные крупногабаритные трапы-сепараторы с заменой их на универсальные, оснащенные высокопроизводительными фильтрующе-коалесцирующими устройствами (ФКУ), позволяющими глубоко разрушать водогазонефтяную эмульсию с получением газового потока, не содержащего капельной нефти, и нефтяного потока, практически не содержащего пластовой воды.
Количество единиц трапов-сепараторов сократилось до такого количества, что теперь вся установка может разместиться на промплощадке ДНС (дожимной насосной станции).
Такую новационную реконструкцию позволяет осуществить возможность применения в ФКУ пористо-ячеистых металлических и полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой с оптимальными свойствами поверхности для рабочей среды.
Трап-сепаратор с ФКУ представляет собой емкость, размер которой также как и ФКУ может быть рассчитан на любую производительность. Высокая эффективность разделения газа, нефти и воды достигается за счет высокоразвитой рабочей поверхности контакта среды с фиксированной пористо-ячеистой структурой используемых материалов, имеющих 92-95% свободного объема. Высокая производительность трапа-сепаратора обусловлена очень низким сопротивлением фильтрующе-коалесцирующего пакета в пределах 50 мм водяного столба. Фильтрующая наружная поверхность пористо-ячеистых материалов способна задерживать включения водной фазы, в которой обычно накапливаются мехпримеси, и глубинные слои материалов композиции фильтра остаются свободными от мехпримесей, не требуют регенерации. При необходимости регенерации фильтрующий пакет легко промывается обратным ходом потока среды, выбранного для промывки.
На фиг.2 в общем виде представлена принципиальная технологическая схема предлагаемой установки промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа.
Установка содержит скважины (1), групповой замерный трап с подогревом (2), трап-сепаратор первой ступени с ФКУ (3), трап-сепаратор второй ступени с ФКУ (4), сборные емкости для нефти с понтонами (5), дожимные насосы (6), трап-сепаратор третьей ступени с ФКУ (7).
Установка работает следующим образом. От скважин (1) нагретая нефть, представляющая собой водонефтяную эмульсию, насыщенную углеводородными газами, через групповой замерный трап (2) поступает в трап-сепаратор первой ступени (3), представляющий собой емкость, оснащенную фильтрующе-коалесцирующим устройством (ФКУ). Размеры аппарата и ФКУ рассчитываются исходя из производительности газоводонефтяного потока. В трапе-сепараторе первой ступени при снижении исходного давления на рабочей высокоразвитой поверхности пористо-ячеистых фильтрующе-коалесцирующих материалов в ФКУ происходит частичная сепарация газа и частичное разрушение водонефтяной эмульсии. Выделившийся газ, который может содержать капельную нефть, поступает далее в верхнюю часть трапа-сепаратора второй ступени (4), а водонефтяной поток поступает в нижнюю часть трапа-сепаратора (4), где происходит сепарация остаточной части газа при понижении давления до технологических норм. Двигаясь через пористо-ячеистую структуру коалесцирующих материалов (ФКУ), газовый поток освобождается полностью от капельной нефти и поступает в газовую линию продукта, по показателям качества готового для переработки на заводах и для использования другими потребителями (в качестве энергоносителя, на газлифт и т.п.). Водонефтяной поток эмульсии, проходя через слои пористо-ячеистых материалов ФКУ (4), подвергается более глубокому разрушению и выводится в сборную емкость нефти с понтонами (5). В сборной емкости (5) более крупные глобулы и линзы пластовой воды оседают на дно и при накоплении в нижней части емкости (5) выводятся в автоматическом режиме, а водонефтяная эмульсия дожимным насосом (6) подается в трап-сепаратор третьей ступени (7). Пройдя пористо-ячеистый слой ФКУ трапа-сепаратора (7), водонефтяная эмульсия подвергается глубокому разрушению и полному расслоению нефтяной и водной фаз.
Низкое остаточное содержание пластовой воды в нефти приводит к значительному снижению содержания солей, и при необходимости дальнейшей подготовки нефти до норм по содержанию на центральном сборном пункте (ЦСП) затратный механизм может быть уже значительно снижен как по реагентам, так и по объемам оборудования. В общей сложности, как показала практика, предлагаемая схема позволяет удалять из нефти влагу в широком диапазоне - от 10 до 85% объемных; в оптимальном технологическом режиме обезвоживания - до следовых концентраций.
Технический результат состоит в том, что предлагаемая установка позволяет повысить эффективность глубокого разделения газоводонефтяной эмульсии на потоки:
- газа, не содержащего капельной нефти, по показателям качества готового к переработке на заводах; газ в случае производственной необходимости сжигания избытка его на факеле не коптит и не загрязняет почвенный покров и воздушный бассейн продуктами неполного сгорания нефти;
- нефти, глубоко обезвоженной и частично обессоленной;
- пластовой воды, не содержащей нефтяных включений, готовой при необходимости для закачки ее в нефтяной пласт, а при хранении в накопительных амбарах исключает загрязнение почв нефтяными примесями.
Замена малоэффективных крупногабаритных трапов-сепараторов на высокоэффективные, оснащенные фильтрующе-коалесцирующими устройствами, резко сократила объемы и количество металлоемкого технологического оборудования, включающего отстойную и другую аппаратуру. Установка выглядит очень компактной и может быть размещена на промплощадке ДНС (дожимных насосных станций).
Нет необходимости содержания и эксплуатации больших реагентных хозяйств и значительного парка громоздкого и энергозатратного электрооборудования для подготовки нефти (ее глубокого обезвоживания и обессоливания). Соответственно резко сократится стоимость предлагаемой схемы.
В случае уменьшения дебета скважины перемещение оборудования предлагаемой схемы на другие перспективные добычные участки будет экономически приемлемым и более выгодным по сравнению с реконструкцией по схеме-прототипу.
Для подтверждения технико-экономического преимущества предлагаемой схемы приводятся результаты опытно-промышленных испытаний в условиях реального производства на технологических установках ДНС-1 Северо-Губкинского месторождения Пуровского района Тюменской области в технологии отделения капельной нефти от попутного газа и технологии обезвоживания нефти.
3
3
Результаты, представленные в Акте промышленного испытания на установке ДНС-1 Северо-Губкинского месторождения по улавливанию капельной жидкости из попутного газа, показали, что в ходе трехмесячной обкатки трап-сепаратора, оснащенного ФКУ, по выбору оптимального режима отделения нефти от газа выявлен стабильный режим для улавливания из газа через каждые 6 часов по 10 м нефти (таким образом, экономия сжигаемой нефти составит, как минимум 40 м/сут - 32 т/сут). При стоимости ее ориентировочно 7000 руб./т предотвращено сжигание на факеле: 7000 руб.×32×365=81760000 руб./год.
Результаты, представленные в Акте промышленного испытания на установке ДНС-1 Северо-Губкинского месторождения по обезвоживанию нефти, показали, что в оптимальном режиме фильтрации водонефтяной эмульсии через фильтрующе-коалесцирующее устройство в пределах скоростей фильтрации от 0,0014 до 0,0043 м/сек (таблица 1) достигнуто глубокое обезвоживание нефти.
Высокий результат глубокого обезвоживания нефти достигнут без использования дорогостоящей реагентной подготовки нефти по технологии прототипа.
Таблица 1Режим № 1Фильтр включен в параллель основной линии с ориентировочной производительностью 30% потока. Сброс воды 2-3 раза в сутки в ручном режиме. Пробы точечные.
№
Дата
Объем жидкости, проходящей через фильтр (м<sup>3</sup>/сут)
Скорость потока на фильтре (м/сек)
Объем сброшенной воды (м<sup>3</sup>/сек)
Р на входе (ат)
Р на выходе (ат)
Т на выходе печей (°С)
Т на входе в КСУ (°С)
Т на аппарате (°С)
Содержание воды на входе и выходе аппарата (%)
вход
выход
1
19.09.96 г.
340
0,0012
8
2,2
2,2
45
9
27
6,9
сл
2
20.09.96 г.
315
0,0011
8
2,2
2,2
48
17
32,5
9,0
0,65
3
21.09.96 г.
380
0,0014
5
2,2
2,2
51
11
31
31,3
0,28
4
22.09.96 г.
310
0,0011
4
2,2
2,2
55
12
33,5
2,29
0,17
5
23.09.96 г.
320
0,0012
5
2,2
2,2
57
10
33,5
1,5
0,18
6
24.09.96 г.
310
0,0011
5
2,2
2,2
52
13
32,5
4,20
0,58
Режим № 2На фильтр направлен полный поток жидкости, приходящей на ДНС-1. Сброс воды 2-3 раза в сутки в ручном режиме.
№
Дата
Объем жидкости, проходящей через фильтр (м<sup>3</sup>/сут)
Скорость потока на фильтре (м/сек)
Объем сброшенной воды (м<sup>3</sup>/сек)
Р на входе (ат)
Р на выходе (ат)
Т на выходе печей (°С)
Т на входе в КСУ (°С)
Т на аппарате (°С)
Содержание воды на входе и выходе аппарата (%)
вход
выход
1
27.09.96 г.
1094
0,0039
7
2,6
2,6
30
10
20
2,85
сл
2
28.09.96 г.
1186
0,0043
5
2,6
2,6
25
9
17
1,50
сл
3
29.09.96 г.
1083
0,0039
3
2,6
2,6
50
9
29,5
3,29
1,16
29.09.96 г.
1083
0,0039
3
2,6
2,6
50
9
29,5
4,20
0,43
29.09.96 г.
1083
0,0039
3
2,6
2,6
50
9
29,5
3,06
сл