Устройство для разделения водонефтяной эмульсии
DEVICE FOR SEPARATION WATER-OIL EMULSION

Изобретение относится к устройствам для промыслового разделения водонефтяной эмульсии и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.
Известен аппарат для разделения водонефтяной эмульсии (патент №2009687, МПК B01D 17/04, опубл. 30.03.1994 г.), содержащий горизонтальную цилиндрическую емкость с распределителем эмульсии, сборником нефти и сборником воды, диск, установленный на торце распределителя эмульсии и обращенный к сборнику нефти, вертикальную кольцевую перегородку и осевую горизонтальную перфорированную перегородку, осевая горизонтальная перфорированная перегородка выполнена из поперечных лотков с наклонными по ходу движения потока днищами, обращенными попеременно вверх и вниз, аппарат снабжен теплообменными элементами, размещенными между лотками, а перфорации выполнены в нижней части днищ лотков, обращенных вниз и в верхней части днищ лотков, обращенных вверх, при этом теплообменные элементы выполнены в виде горизонтального трубчатого змеевика.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность разделения водонефтяной эмульсии, обусловленная наличием в емкости на границе раздела нефть-вода промежуточного слоя, препятствующего прохождению через него глобул нефти и воды, так как глобулы, пребывающие в промежуточном слое и в непосредственной близости от него, находятся в неподвижном состоянии, увеличивая тем самым сопротивление слоя;
- во-вторых, низкое качество разделения водонефтяной эмульсии ввиду отсутствия канала для подвода химического реагента, разрушающего водонефтяную эмульсию;
- в-третьих, высокая себестоимость изготовления из-за наличия теплообменных элементов, размещенных между лотками;
- в-четвертых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (горизонтальная цилиндрическая емкость, лотки, теплообменные элементы и т.д.);
- в-пятых, высокая металлоемкость конструкции (громоздкая горизонтальная цилиндрическая емкость).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения водонефтяной эмульсии (патент №2089260, МПК B01D 17/04, опубл. 10.09.1997 г.), включающее неподвижный корпус, входной и выходной патрубки для подачи водонефтяной эмульсии и химического реагента, приводную ось, рубашку с окнами и размещенный в рубашке перфорированный цилиндр, внутренняя полость которого сообщена с входным патрубком, устройство снабжено шнеком, установленным на наружной поверхности перфорированного цилиндра, патрубком для подвода сорбента, размещенным в нижней части рубашки, дозатором, установленным в верхней части перфорированного цилиндра, и трубой для вывода химического реагента, взаимодействующей с дозатором, при этом перфорация цилиндра выполнена в его нижней половине, окна рубашки выполнены в ее верхней части, сорбент размещен на шнеке, а выходной патрубок соединен с корпусом.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность разделения водонефтяной эмульсии на тяжелую и легкую фракции с использованием вращающегося шнека;
- во-вторых, низкое качество разделения водонефтяной эмульсии, так как устройство не позволяет сепарировать попутный газ, присутствующий в водонефтяной эмульсии;
- в-третьих, низкая надежность работы, так как механические частицы, содержащиеся в водонефтяной эмульсии, в процессе вращения шнека не выводятся из рубашки, а оседают на дне рубашки под действием собственной силы тяжести, вызывая дополнительное сопротивление вращению шнека с перфорированным цилиндром, и по мере накопления механических частиц начинают засорять перфорированные отверстия цилиндра, что требует остановки работы устройства, разборки и очистки устройства от механических примесей;
- в-четвертых, задержка в действии химического реагента, разделяющего водонефтяную эмульсию, так как химический реагент подается на шнек уже в процессе разделения водонефтяной эмульсии. Это не позволяет полностью реализовать химическое действие на разделение водонефтяной эмульсии.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности и качества разделения водонефтяной эмульсии, а также надежности работы устройства с возможностью воздействия химическим реагентом на водонефтяную эмульсию до начала ее разделения под действием центробежных сил.
Поставленная техническая задача решается устройством для разделения водонефтяной эмульсии, включающим неподвижный корпус, рубашку с окнами, размещенный в рубашке перфорированный цилиндр, внутренняя полость перфорированного цилиндра сообщена с входным патрубком для подачи водонефтяной эмульсии и патрубком для подвода химического реагента, приводную ось, соединенную с цилиндром.
Новым является то, что рубашка установлена внутри неподвижного корпуса и жестко соединена с перфорированным цилиндром с возможностью совместного вращения, при этом перфорированный цилиндр разделен глухой перегородкой, причем перфорация в цилиндре выполнена виде четырех рядов радиальных отверстий, при этом первый и второй ряды радиальных отверстий сообщаются между собой и выполнены до глухой перегородки цилиндра, а третий и четвертый ряды радиальных отверстий сообщаются между собой и выполнены за глухой перегородкой цилиндра, входной патрубок для подачи водонефтяной эмульсии и патрубок подвода химического реагента выполнены в виде неподвижного кругового патрубка, установленного напротив первого ряда радиальных отверстий цилиндра, причем второй ряд радиальных отверстий цилиндра сообщается с пакетом тарелок, наклоненных к цилиндру под углом 45° и размещенных внутри неподвижного корпуса и жестко закрепленных на цилиндре перед рубашкой, имеющей два окна, причем каждая из тарелок на одинаковом радиусе от центра оси цилиндра, жестко соединенного с приводной осью, оснащена рядом сквозных отверстий, причем диаметр тарелок увеличивается по ходу движения водонефтяной эмульсии, неподвижный корпус оснащен тремя выходными патрубками, первый выходной патрубок неподвижного корпуса сообщается с пространством над пакетом тарелок через пространство над рубашкой для отвода тяжелых фракций водонефтяной эмульсии, второй выходной патрубок неподвижного корпуса сообщается с пространством под пакетом тарелок через пространство под рубашкой и первое окно рубашки для отвода легких фракций водонефтяной эмульсии, третий выходной патрубок неподвижного корпуса сообщается с пространством под рубашкой через третий ряд радиальных отверстий цилиндра, пакет сеток, установленный внутри цилиндра, и четвертый ряд радиальных отверстий цилиндра, и второе окно рубашки, жестко соединенное с четвертым рядом радиальных отверстий цилиндра для отвода газа.
На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство для разделения водонефтяной эмульсии.
На фиг. 2 изображено сечение А-А кругового патрубка устройства для разделения водонефтяной эмульсии.
Устройство для разделения водонефтяной эмульсии включает неподвижный корпус 1 (см. фиг. 1) и рубашку 2. В рубашке 2 размещен перфорированный цилиндр 3. Внутренняя полость перфорированного цилиндра 3 сообщена с входным патрубком 4 для подачи водонефтяной эмульсии и патрубком 5 для подвода химического реагента. Рубашка 2 установлена внутри неподвижного корпуса 1 и жестко соединена с перфорированным цилиндром 3 с возможностью совместного вращения.
Перфорированный цилиндр 3 разделен глухой перегородкой 6, а перфорация в цилиндре 3 выполнена виде четырех рядов радиальных отверстий 7, 8, 9 и 10.
Первый 7 и второй 8 ряды радиальных отверстий сообщаются между собой и выполнены до глухой перегородки 6 цилиндра 3, а третий 9 и четвертый 10 ряды радиальных отверстий сообщаются между собой и выполнены за глухой перегородкой 6 цилиндра 3.
Входной патрубок 4 и патрубок подвода химического реагента 5 выполнены в виде неподвижного кругового патрубка 11 (см. фиг. 1 и 2), установленного напротив первого ряда 7 радиальных отверстий цилиндра 3.
Второй ряд 8 (см. фиг. 1) радиальных отверстий цилиндра 3 сообщается с пакетом тарелок, например, выполненных в виде пяти тарелок: 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''', наклоненных к цилиндру 3 под углом α=45°, размещенных внутри неподвижного корпуса 1 и жестко закрепленных на цилиндре 3 перед рубашкой 2, имеющей два окна 13 и 14.
Каждая из тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' на одинаковом радиусе R от центра оси цилиндра 3, жестко соединенного с приводной осью 15, оснащена рядом сквозных отверстий 16', 16'', 16''', 16'''', 16'''' соответственно.
1
2
3
4
5
Диаметр D, D, D, D, D соответственно тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' увеличивается по ходу движения водонефтяной эмульсии.
Неподвижный корпус 1 оснащен тремя выходными патрубками 16, 17 и 18.
Первый выходной патрубок 16 неподвижного корпуса 1 сообщается с пространством 19 над пакетом тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' через пространство 20 над рубашкой 2 для отвода тяжелых фракций водонефтяной эмульсии (воды и механических примесей).
Второй выходной патрубок 17 неподвижного корпуса 1 сообщается с пространством 21 под пакетом тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' через пространство 22 под рубашки 2 и первое окно 13 рубашки 2 для отвода легких фракций водонефтяной эмульсии (нефти).
Третий выходной патрубок 18 неподвижного корпуса 1 сообщается с пространством 22 под рубашкой через третий ряд 9 радиальных отверстий цилиндра 3, пакет сеток 23, установленный внутри цилиндра, и четвертый ряд 10 радиальных отверстий цилиндра 3, и второе окно рубашки 14, жестко и герметично соединенное с четвертым рядом 10 радиальных отверстий цилиндра 3 для отвода газа.
Пакет сеток 23, размещенный внутри в цилиндре 3 между третьим 9 и четвертым 10 радами радиальных отверстий, выполнен, например, в виде четырех сеток с размерами ячейки 0,1⋅0,1 мм.
Подшипники на фигуре 1 (показаны условно) обеспечивают неподвижность корпуса 1 и кругового патрубка 11 в процессе работы устройства (при вращении жестко соединенных между собой цилиндра 3 и рубашки 2).
Необходимую герметичность при работе устройства обеспечивают уплотнительные элементы (не показано).
Устройство работает следующим образом.
Монтируют устройство непосредственно в месте, где имеется группа добывающих скважин. Для этого вал 25 (см. фиг. 1) электродвигателя (не показано) посредством соединительной муфты 24 (см. фиг. 1) соединяют с приводной осью 15, жестко соединенной с цилиндром 3.
Запускают в работу вал 25 электродвигателя, при этом происходит вращение приводной оси 15, цилиндра 3 и рубашки 2 относительно неподвижного корпуса 1 и кругового патрубка 11.
Добываемую водонефтяную эмульсию подают во входной патрубок 4 для подачи водонефтяной эмульсии, а химический реагент, например деэмульгатор, предназначенный для ускорения разделения водонефтяной эмульсии, подают в патрубок 5 для подвода химического реагента.
В пространстве 26 (см. фиг. 2) кругового патрубка 11 происходит смешивание водонефтяной эмульсии и деэмульгатора. После чего водонефтяная эмульсия с деэмульгатором через первый ряд 7 (см. фиг. 1 и 2) радиальных отверстий цилиндра 3 попадает внутрь цилиндра 3 до ее глухой перегородки 6 и далее через второй ряд 8 радиальных отверстий водонефтяная эмульсия, смешанная с деэмульгатором, попадает на пакет тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''', вращающихся совместно с цилиндром 3.
Такая конструкция кругового патрубка 11 исключает задержку в действии химического реагента, разделяющего водонефтяную эмульсию, так как ввод химического реагента (деэмульгатора) в водонефтяную эмульсию и их смешивание осуществляются до начала процесса разделения (центрифугирования) в круговом патрубке 11. Это позволяет реализовать химическое действие реагента на разделение водонефтяной эмульсии в полном объеме.
Внутри неподвижного корпуса 1 под действием центробежных сил и благодаря пакету тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''', наклоненных к цилиндру 3 под углом α=45°, происходит предварительное разделение водонефтяной эмульсии на фазы: воду, нефть и газ. Угол α=45° наклона тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' определен опытным путем и обеспечивает наиболее эффективное разделение водонефтяной эмульсии в процессе центрифугирования водонефтяной эмульсии под воздействием центробежных сил.
Водонефтяная эмульсия в процессе вращения пакета тарелок по ходу движения водонефтяной эмульсии перепускается через сквозные отверстия 16', 16'', 16''', 16'''', 16''''' соответствующих тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' и по выходу из сквозных отверстий 16', 16'', 16''', 16'''', 16''''' соответственно тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' водонефтяная эмульсия под действием центробежных сил разделяется на тяжелую (воду и механические примеси) и легкую (нефть с газом) фракции.
1
2
3
4
5
Увеличивающиеся диаметры D, D, D, D, D, соответствующих тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' по ходу движения разделяющейся под действием центробежных сил водонефтяной эмульсии исключают попадание легких фракций в пространство 20 выше рубашки 2, что позволяет повысить эффективность разделения тяжелой фракции от легкой.
В результате действия центробежных сил внутри неподвижного корпуса 1 тяжелая фракция (вода вместе с механическими примесями) располагается у периферии неподвижного корпуса 1, т.е. в пространстве 19 над пакетом тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''', откуда через пространство 20 выше рубашки 2 и первый выходной патрубок 16 неподвижного корпуса 1 откачивается, например, насосом.
Повышается надежность работы устройства, так как центробежными силами, возникающими в процессе вращения цилиндра 3 с пакетом тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''', поток водонефтяной эмульсии направляется сначала под углом α=45°, а затем перпендикулярно относительно оси цилиндра 3, при этом механические примеси не накапливаются в корпусе, как в прототипе, а выводятся из устройства вместе с потоком тяжелой фракции (воды), что не требует остановки работы устройства, разборки и очистки устройства от механических примесей.
Легкая фракция (нефть и газ) из пространства 21 под пакетом тарелок 12', 12'', 12''', 12'''', 12''''' свободно перетекают в пространство 22 под рубашкой 2 и там происходит окончательное разделение жидкой и газообразной фаз разделяемой смеси: нефть под действием центробежных сил выбрасывается из пространства 22 в первое окно 13 рубашки 2, а оттуда через второй выходной патрубок 17 неподвижного корпуса 1 откачивается насосом и направляется в нефтесборный трубопровод, а газ под собственным давлением через третий ряд 9 радиальных отверстий цилиндра 3 попадает внутрь цилиндра 3 за глухой перегородкой 6 и далее на пакет сеток 23
Газообразная фаза проходит через пакет сеток 23 и оставляет на ней самые мелкие частицы жидкости, что позволяет полностью очистить газ от примесей жидкости, что повышает качество газа, транспортируемого в газовую магистраль.
Далее газ через четвертый ряд 10 радиальных отверстий цилиндра 3 и второе окно 14 рубашки 2 попадает в третий выходной патрубок 18 неподвижного корпуса 1, откуда направляется в газосборный трубопровод.
В предлагаемом устройстве сначала идет обезвоживание (разделения на тяжелую и легкую фракции) и только потом проводится разгазирование легкой фракции (нефти), но обе эти операции осуществляются одновременно и в одном устройстве, что позволяет повысить качество разделения водонефтяной эмульсии.
Предлагаемое устройство позволяет:
- повысить эффективность и качество разделения водонефтяной эмульсии;
- повысить надежности работы устройства;
- оказать воздействие химическим реагентом на водонефтяную эмульсию до начала ее разделения под действием центробежных сил.