Сепарационная установка для первичного разделения продукции нефтяных скважин

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, используемым при разработках нефтяных месторождений, а именно к устройствам первичного разделения продукции скважин нефтяных месторождений на водонефтяную эмульсию, попутный нефтяной газ и механические примеси.
Из уровня техники известен газожидкостной сепаратор по патенту РФ на полезную модель №172733 кл. B01D 19/00, опубликован 21.17.2017.
Сепаратор снабжен накопителем водной фазы и выполнен с обеспечением возможности разделения газожидкостной смеси на газовую, углеводородную и водную фазы. Перегородка обеспечивает течение всей жидкой фазы через коалесцирующее устройство. Вывод углеводородной фазы отделен перегородкой и/или расположен выше уровня водной фазы. Установка распределительных устройств в сепаратор обеспечивает гашение образующейся пены, облегчает дегазацию и обезвоживание углеводородной фазы.
Известен нефтегазовый сепаратор, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату, содержащий горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода газожидкостной смеси (ГЖС), отвода воды и нефти, распределительно-коалесцирующее устройство и каплеуловитель (патент на полезную модель №133750, кл. B01D 19/00, опубл. 27.10.2013). Основным недостатком известного сепаратора является низкая эффективность процесса первичного разделения продукции нефтяных скважин на водонефтяную эмульсию, попутный нефтяной газ и механические примеси.
Технической проблемой является устранение отмеченного недостатка. Технический результат заключается в улучшении технологического процесса сепарации газожидкостной смеси, повышении глубины деэмульсации водонефтяной эмульсии и повышении качества подготовки отделенной попутно-добываемой пластовой воды.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что сепарационное устройство для первичного разделения продукции нефтяных скважин содержит горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода ГЖС, отвода воды и нефти, распределительно-коалесцирующее устройство и пластинчатый каплеуловитель, причем распределительно-коалесцирующее устройство выполнено в виде двух перфорированных перегородок высотой 0,3 и 0,5 м и пеногасителя, состоящего из восьми секций, причем I, II, V и VIII секции состоят из зеркально расположенных наклонных пластин, обеспечивающих синусоидальную траекторию движения жидкости, а секции III, IV, VI и VII состоят из вертикальных пластин, выравнивающих поток и обеспечивающих минимизацию риска смешивания уже разделенных нефти и воды.
В разработанном устройстве осуществляется первая ступень сепарации - частичное отделение свободного попутного нефтяного газа и пластовой воды, а также удаление механических примесей. Отделенная в аппарате пластовая вода, ввиду более высокой плотности занимает нижнее граничное положение в аппарате, откуда отводится по перфорированному по нижней образующей узла отвода воды. В ходе движения потока эмульсии по межпластинному пространству происходит неоднократное изменение направления движения потока и формирование ламинарного режима течения жидкости. Данный процесс характеризуется сближением капель дисперсной фазы с поверхностью пластин до момента их соприкосновения. Далее наступает кинетический этап, при котором происходит объединение поверхностей раздела фаз. Происходит объединение и укрупнение, сблизившихся капель воды, слияние капель нефти со слоем нефти на поверхности пластин. При достижении определенного размера, укрупненные капли воды под действием гравитации осаждаются из нефтяной части потока, а укрупненные капли нефти и нефть с пластин поднимаются в поверхностный нефтяной слой.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение сепарационного устройства, где
1 - узел ввода ГЖС;
2 - перфорированная перегородка (0,3 м);
3 - перфорированная перегородка (0,5 м);
4 - узел отвода воды;
5 - узел отвода нефти;
6 - пеногаситель;
7 - глухая перегородка (0,5 м);
8 - каплеуловитель пластинчатый.
3
Сепарационное устройство для первичного разделения продукции нефтяных скважин содержит горизонтальную цилиндрическую емкость с узлами ввода ГЖС, отвода воды и нефти. Объем установки 40 м. Узел ввода ГЖС предназначен для равномерного распределения поступающей со скважин газожидкостной смеси внутрь корпуса устройства. Конструкция узла обеспечивает исключение вероятности возникновения турбулентных завихрений в промежуточном слое, вызванных интенсивным гидродинамическим воздействием жидкости, и поступающей в сепарационное устройство. Узел отвода нефти предназначен для равномерного отвода газожидкостной смеси из сепарационного устройства.
Распределительно-коалесцирующее устройство выполнено в виде двух перфорированных перегородок и пеногасителя. Перфорированные перегородки 2 и 3 предназначены для создания дополнительных застойных зон, в которых будут формироваться зоны седиментации механических примесей, содержащихся во входном потоке ГЖС. Конструкцией устройства предусмотрено 2 перегородки высотой 0,3 и 0,5 м. Выбор высот перегородок, а также выбор диаметра и количества отверстий в перегородках обоснован необходимостью создания минимального гидравлического сопротивления проходящего потока ГЖС, а также необходимостью организации полезных застойных зон, обеспечивающих высокую эффективность седиментации механических примесей.
Пеногаситель 6 предназначен для интенсификации процесса разрушения образующейся в ходе сепарации водонефтегазовой пены, а также для повышения интесивности разделения водонефтяной эмульсии.
Общий вид пеногасителя представлен на фиг. 2.
Пеногаситель состоит из 8 секций, каждая из которых является набором пластин, установленных таким образом, чтобы организовать движение жидкости по синусоидальной траектории и выравнивание потока перед его отводом из устройства. При этом происходит не только разделение всего потока ГЖС на отдельные, более мелкие потоки, но и возникновение положительных застойных зон и снижение возникновения явления перемешивания уже разделенных фаз нефти и воды. Секции I, II, V и VIII состоят из наклонных пластин и обеспечивают движение жидкости по синусоидальной траектории за счет зеркального расположения пластин в отдельных секциях. Секции III, IV, VI и VII состоят из вертикальных пластин и выравнивают поток, обеспечивая тем самым минимизацию риска смешивания уже разделенных нефти и воды. Отделенная вода, ввиду более высокой плотности, занимает нижнее граничное положение в корпусе устройства, откуда отводится через узел отвода воды.
Каплеуловитель пластинчатый предназначен для очистки выделившего в устройстве попутного нефтяного газа от капельной жидкости.
Каплеуловитель пластинчатый является покупным изделием (ТУ 3683-005-97973985-2018).
Каплеуловитель пластинчатый работает следующим образом: газообразная среда поступает в корпус и попадает в секции вертикально ориентированных пластинчатых профилей и на наклонные пластинчатые профили, где частицы капельной жидкости налипают на поверхность профилей и под действием сил гравитации стекают через нижнюю перфорированную крышку корпуса в наклонный экран слива.
Капли жидкости, находящиеся в очищаемом газе, при прохождении потока газа через вертикальные и наклонные секции пластины, выполненые из олеофильных материалов, ударяясь о поверхности пластин активно коалесцируют друг с другом. При этом происходит рост их массы. При достижении критических значений массы капель происходит их скольжение вниз по поверхности пластин на поверхность нижней перфорированной крышки, откуда капли попадают на наклонный экран слива.
Конструкция наклонных секций пластин имеет меньший зазор между пластинами в сравнении с вертикальными. Это сделано для того, что основной поток газа проходил через секцию вертикальных пластин. Отделившийся газ через патрубок выхода газа отводиться из корпуса. Конструкция узла ввода нефти (ГЖС) идентична узлу отвода нефти.
Устройство работает следующим образом: газожидкостная смесь из добывающих скважин поступает через узел ввода ГЖС на распределительно-коалесцирующее устройство. С целью поддержания стабильного технологического режима работы устройство оснащено приборами КИПиА, поддерживающими уровень раздела фаз «жидкость-газ».
Устройство оснащено пеногасителем 6, интенсифицирующим процесс разрушения пены, образующейся в корпусе устройства в процессе сепарации газа из нефти и процессе деэмульсации.
С целью очистки сепарированного газа от капельной жидкости в устройстве перед патрубком отвода газа установлен пластинчатый каплеуловитель 8.
Отделившаяся вода, ввиду более высокой плотности, занимает нижнее граничное положение и выводится из аппарата из отсека, перекрытого глухой по нижней образующей перегородкой 7.
Механические примеси, содержащиеся во входном потоке ГЖС, осаждаются под воздействием гравитации и накапливаются перед перфорированными и глухой перегородками.
Частично дегазированная водонефтяная эмульсия из отсека (после глухой перегородки) подается в ТФС для разделения на нефть и воду.
Необходимо отметить, что для интенсификации технологических процессов разрушения эмульсии, сепарации газа и подготовки воды поверхности коалесцирующих элементов обладают олеофильными свойствами - смачиваются нефтью. Осажденные механические примеси скапливаются на нижней образующей корпуса между перфорированными перегородками 2 и 3.
Отделившийся попутный нефтяной газ через автоматический регулирующий клапан (на чертеже не показан) направляется в факельный коллектор высокого давления и утилизируется на горизонтальной факельной установке высокого давления.