УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ПО ТРУБОПРОВОДУ
DEVICE FOR DESTRUCTION OF WATER-OIL EMULSION DURING TRANSPORTATION THROUGH PIPELINE

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к разрушению водонефтяных эмульсий.
Известно устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу (авторское свидетельство SU №1142499, C10G 33/06, опубл. в бюл. №8 от 28.02.1985 г.), включающее трубопровод и продольную перегородку, установленную в центральной части его поперечного сечения при этом с целью интенсификации процесса разрушения и снижения эксплуатационных затрат, перегородка выполнена в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, при этом ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе эмульсии.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность разрушения водонефтяной эмульсии, так как выделившаяся свободная вода и крупные капли, оказавшиеся после перегородки в верхней части трубы, через край перегородки в задней ее части направляются вниз рассосредоточенными в потоке нефти, поэтому часть потока водонефтяной эмульсии, оказавшаяся после перегородки ниже ее, в которой преобладают мелкие капли, проходит через рассосредоточенную в нефти воду на небольшом по длине участке, а следовательно, взаимодействие мелких капель и свободной воды практически отсутствует, что не позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии;
- во-вторых, медленный процесса разрушения водонефтяной эмульсии из-за слабого закручивания потока водонефтяной эмульсии продольной перегородкой в трубопроводе всего на 180°, вследствие чего центробежные силы в трубопроводе практически не оказывают влияния на процесс разрушения водонефтяной эмульсии, при этом разрушение эмульсии происходит под действием гравитационных сил, поэтому водонефтяная эмульсия не успевает разрушиться в трубопроводе.
- в-третьих, низкая надежность, обусловленная износом под действием абразивного материала перегородки, выполненной в виде прямоугольной пластины при перекачке по трубопроводу водонефтяной эмульсии с содержанием механических примесей (песком, шламом, и т.д.), особенно при перекачке из скважин с пескопроявлениями и, как следствие, преждевременный выход из строя устройства;
- в-четвертых, большие затраты по времени на проведение операций по обессоливанию и обезвоживанию нефти, а также затраты на деэмульгатор после транспортировки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу (патент RU №2308312, C10G 33/06, опубл. в бюл. №29 от 20.10.2007 г.), включающее трубопровод и центральную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе, при этом трубопровод снабжен дополнительными перегородками, параллельно и симметрично установленными относительно центральной перегородки, при этом все перегородки снабжены на выходе эмульсии конечными горизонтальными участками с длиной не менее 1,8 диаметра трубы, увеличивающейся сверху вниз, при этом конечный горизонтальный участок каждой перегородки, расположенной ниже, выполнен длиннее не менее чем на 0,5 м аналогичного участка вышележащей перегородки.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность разрушения водонефтяной эмульсии, связана с тем, что дополнительные продольные перегородки, установленные параллельно и симметрично относительно центральной продольной перегородки увеличивают металлоемкость конструкции, при этом выделившаяся свободная вода и крупные капли, оказавшиеся за основной и дополнительной продольными перегородками, направляются вниз рассосредоточенными в потоке нефти, поэтому часть потока водонефтяной эмульсии, проходит через рассосредоточенную в нефти воду на небольшом по длине участке даже с учетом удлинения на 0,5 м каждой нижележащей перегородки, при этом взаимодействие мелких капель и свободной воды практически отсутствует, что не позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии;
- во-вторых, низкая интенсивность (медленный процесс) разрушения водонефтяной эмульсии из-за слабого закручивания потока водонефтяной эмульсии продольной и дополнительной перегородками перегородкой в трубопроводе всего на 180°, вследствие чего центробежные силы в трубопроводе практически не оказывают влияния на процесс разрушения водонефтяной эмульсии, при этом разрушение эмульсии происходит под действием гравитационных сил, поэтому водонефтяная эмульсия не успевает разрушиться в трубопроводе.
- в-третьих, низкая надежность, обусловленная износом под действием абразивного материала перегородки, выполненной в виде прямоугольной пластины при перекачке по трубопроводу водонефтяной эмульсии с содержанием механических примесей (песком, шламом, и т.д.), особенно при перекачке из скважин с пескопроявлениями и, как следствие, преждевременный выход из строя устройства.
- в-четвертых, большие затраты по времени на проведение операций по обессоливанию и обезвоживанию нефти, а также затраты на деэмульгатор после транспортировки.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности разрушения водонефтяной эмульсии и интенсификация (ускорение) процесса разрушения водонефтяной эмульсии в трубопроводе, а также повышение надежности работы устройства при перекачке по трубопроводу водонефтяной эмульсии с механическими примесями и сокращение затрат на обессоливание и обезвоживание нефти после транспортировки.
Поставленная техническая задача решается устройством для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающим трубопровод и продольную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе.
Новым является то, что трубопровод перед продольной перегородкой по направлению потока водонефтяной эмульсии оснащен конусом, сужающимся по направлению потока водонефтяной эмульсии в соотношении площадей оснований конуса 2:1 по направлению потока водонефтяной эмульсии, при этом внутри конуса концентрично установлен шнек, выполненный в виде спиральной пластины, при этом площадь проточной части шнека уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, а угол наклона лопастей шнека на выходе меньше 90°, причем на выходе из конуса между шнеком и конусом установлен кольцевой диск, образующий с конусом кольцевую камеру, гидравлически сообщающуюся через радиальное отверстие, выполненное в конусе с отводом тяжелых фракций, врезанным в трубопровод, причем площадь проточной части между шнеком и кольцевым диском меньше площади проточной части на выходе шнека.
На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу в продольном разрезе.
На фиг. 2 изображено поперечное сечение А-А предлагаемого устройства.
Известно, что причиной образования водонефтяных эмульсий с механическими (абразивными) примесями является перемешивание пластовой воды с песком, нефтью и конденсатом при добыче и перекачке, а также содержащихся в ней парафинов, асфальто-смолистых веществ, ПАВ.
Устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу включает трубопровод 1 (см. фиг. 1) и продольную перегородку 2, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе.
1
2
Трубопровод 1 перед продольной перегородкой 2 по направлению потока водонефтяной эмульсии оснащен конусом 3, сужающимся по направлению потока водонефтяной эмульсии в соотношении площадей оснований 4 и 5 конуса 3, соответственно 2:1 (S:S) по направлению потока водонефтяной эмульсии, например при d=350 мм=0,35 м.
1
1
2
2
2
2
-3
2
-3
2
-3
2
S=π·d/4=3,14·(0,35 м)/4=96,2·10 м. Тогда с учетом выполнения соотношения: 2:1=(S:S), то S=96,2·10 м:2=48,1·10 м.
1
2
Внутри конуса 3 концентрично установлен шнек 6, выполненный в виде спиральной пластины. Площадь проточной части шнека 6 уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, т.е. Q>Q,
1
где Q - площадь проточной части на входе в шнек 6, м;
2
Q - площадь проточной части на выходе из шнека 6, м.
Угол наклона лопастей шнека 4 на выходе меньше 90°.
На выходе из конуса 3 между шнеком 6 и конусом 3 установлен кольцевой диск 7, образующий с конусом 3 кольцевую камеру 8 (см. фиг. 1 и 2), гидравлически сообщающуюся через радиальное отверстие 9, выполненное в конусе 3 с отводом 10 тяжелых фракций, врезанным в трубопровод 1.
3
2
2
3
Площадь проточной части Q между шнеком 6 и кольцевым диском 7 меньше площади Q проточной части на выходе шнека 6, т.е.. Q>Q.
2
где Q - площадь проточной части на выходе из шнека 14, м;
3
Q - площадь проточной части между шнеком 6 и кольцевым диском 7, м.
Такое конструктивное исполнение конуса 6 позволяет повысить эффективность действия центробежных сил, направленных на разрушения водонефтяной эмульсии.
Конус 3 зафиксирован относительно трубопровода 1, например, с помощью стопорного винта 11
Предлагаемое устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу работает следующим образом.
Производят монтаж устройства (см. фиг. 1). Конус 3 устанавливают в трубопровод 1 и фиксируют с помощью стопорного винта 11 на расстоянии Н от продольной перегородки 2, причем расстояние Н зависит от физико-химических свойств (плотности, вязкости и состав эмульгаторов, pH водной фазы) и определяется опытным путем, например размещают полый цилиндрический корпус 3 на расстоянии Н=1,0 м от продольной перегородки 2.
1
2
Производят перекачку водонефтяной эмульсии по трубопроводу 1. Сначала водонефтяная эмульсия по направлению потока через основание 4 конуса 3 поступает на вход шнека 6, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, т.е. Q>Q. Это позволяет обеспечить отсутствие градиента давления в проточной части шнека, что наряду с повышенной меридиональной скоростью приводит к улучшению проходимости проточной части сепаратора для легкой фракции водонефтяной эмульсии, что повышает эффективность разделения водонефтяной эмульсии. Двигаясь через спиральные пластины шнека 6, поток водонефтяной эмульсия закручивается, подвергаясь воздействию центробежных сил, что создает условия для ускоренного разрушения водонефтяной эмульсии. Более тяжелая фаза водонефтяной эмульсии (вода), включая механические примеси (песок, шлам и т.д.) т.е. абразивный материал отбрасывается к внутренним стенкам конуса 3, а более легкая фаза (нефть) собирается в приосевой зоне потока у поверхности спиральной пластины шнека 6. Таким образом, закрученный поток водонефтяной эмульсии, перемещаясь по спиральной пластине шнека 6 от входа к выходу, т.е. от основания 4 к основанию 5, достигает кольцевого диска 7.
3
2
2
3
Кольцевой диск 7 на выходе из конуса 3 создает устойчивое, вращающееся кольцо водонефтяной эмульсии, опирающееся на спиральную пластину шнека 6. Это происходит благодаря тому, что площадь проточной части Q между шнеком 6 и кольцевым диском 7 меньше площади Q проточной части на выходе шнека 6, т.е. Q>Q. Вращающееся кольцо водонефтяной эмульсии выдавливает тяжелые фракции с механическими примесями к периферии в пространство между конусом 3 и кольцевым диском 7, откуда тяжелые фракции водонефтяной эмульсии с механическими примесями поступают в кольцевую камеру 8 (см. фиг. 1 и 2), по которой опускаются вниз и через радиальное отверстие 9 и отвод 10 для тяжелых фракций выводятся из трубопровода 1.
3
Часть наименее легкой по весу тяжелой фракции (воды), находящиеся в средней части вращающегося кольца и легкие фракции (нефти) водонефтяной эмульсии, концентрирующиеся в закрученном потоке ближе к спиральной поверхности пластины шнека 6 и по центру потока выносятся из конуса 6 через проточную часть между шнеком 6 и кольцевым диском 7, (площадь Q) и, минуя расстояние Н=1,0 м, поток водонефтяной эмульсии попадают на продольную перегородку 2.
После попадания водонефтяной эмульсии на продольную перегородку 2 нижний слой разрушающегося потока водонефтяной эмульсии переходит в верхний, а верхний слой потока переходит в нижний, при этом наименее легкая по весу тяжелая фракция, оказавшиеся в верхнем и нижнем слоях, двигаясь в потоке по мере осаждения, захватывают легкие фракции из среднего слоя (центра) и тем самым ускоряют процесс их оседания.
3
Угол наклона спиральной пластины шнека 6 на выходе меньше 90°, что позволяет минимизировать попадание механических примесей в проточную часть между шнеком 6 и кольцевым диском 7, (площадь Q), т.е. на прием продольной перегородки 2. Кроме того, благодаря отделению наиболее тяжелой фракции водонефтяной эмульсии совместно с механическими примесями исключается износ продольной перегородки в процессе работы устройства, что исключает преждевременный выход из строя устройства. Все это в целом повышает надежность работы устройства.
Таким образом, происходит интенсивное (ускоренное) взаимодействие легкой фракции и наиболее легкой по весу тяжелой фракции, что позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии. Для незахваченных легких фракций время оседания под действием гравитационных сил сокращается в 2-3 раза за счет уменьшения расстояния их расположения до нижней образующей трубопровода 1.
Благодаря наличию центробежных сил интенсифицируется (ускоряется) процесс разрушения водонефтяной эмульсии посредством осуществления фильтрования всех слоев ее потока через выделившуюся тяжелую фракцию водонефтяной эмульсии, что позволяет повысить качество разрушения водонефтяной эмульсии в системе нефтесбора.
В сравнении с прототипом, где основную роль в разрушении водонефтяной эмульсии выполняет продольная перегородка 2, в предлагаемом устройстве на продольную перегородку 2 водонефтяная эмульсия попадает в стадии разрушения водонефтяной эмульсии и роль продольной перегородки 2 заключается в завершении разрушения водонефтяной эмульсии, благодаря чему также повышается эффективность работы устройства. Кроме того, повышение эффективности и интенсификации процесса разрушения водонефтяной эмульсии за счет комплексного действия гравитационных и центробежных сил позволяет сократить затраты по времени на проведение операций по обессоливанию и обезвоживанию нефти, в том числе и затраты на деэмульгатор.
Предлагаемое устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу позволит:
- повысить эффективность разрушения водонефтяной эмульсии;
- ускорить процесс разрушения водонефтяной эмульсии;
- повысить надежность работы устройства;
- сократить затраты на обессоливание и обезвоживание нефти после транспортировки.