УСТАНОВКА ДЛЯ СТРУЙНО-КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ НЕФТИ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ

Полезная модель относится к нефтехимии и предназначена для обработки тяжелой нефти природным (попутным) газом с помощью струйно-кавитационного способа с целью улучшения потребительских свойств нефти перед ее транспортировкой по трубопроводам, в первую очередь для снижения вязкости и плотности нефти.
Известна установка для струйно-кавитационной обработки нефти природным газом, включающая линию обработки и линию подачи газа, содержащие насосную группу, блок подогрева нефти, блок смешения и блок измерения параметров нефти, а также запорно-регулирующую арматуру (см. патент RU 2376340, опубл. 20.12.2009). Недостатком известной установки является относительно низкое качество обработки нефти.
Задачей полезной модели является устранение указанного недостатка и разработка эффективной и экономичной промышленной установки для обработки тяжелой нефти с помощью природного газа. Технический результат заключается в улучшении потребительских свойств нефти до приемлемых для транспортировки по трубопроводам. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что установка для струйно-кавитационной обработки нефти природным газом включает линию обработки, байпасные линии, линию подачи газа и линию циркуляции, а также запорно-регулирующую арматуру, при этом на линии обработки последовательно расположены: насосная группа, блок подогрева нефти, блоки смешения, гомогенизации и сепарации-рекуперации природного газа, связанные с байпасными линиями, и блок измерения параметров нефти, ее вход связан с трубопроводом подачи исходной нефти, а выход - с транспортным трубопроводом, на линии подачи газа последовательно расположены блок измерения расхода газа и блок подогрева газа, ее вход соединен с трубопроводом подвода природного газа, а выход - со вторым входом блока смешения, второй выход блока сепарации-рекуперации соединен с линией подачи газа перед блоком подогрева газа, а линия циркуляции соединяет выход и вход линии обработки.
На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемой установки.
Установка включает линию обработки 1, байпасные линии 2, линию подачи газа 3 и линию циркуляции 4, а также запорно-регулирующую арматуру (стандартное обозначение, без нумерованной позиции). На линии обработки 1 последовательно расположены: насосная группа 5, блок подогрева нефти 6, блоки смешения 7, гомогенизации 8 и сепарации-рекуперации природного газа 9, а также блок измерения параметров нефти 10. Блоки 6-9 связаны с байпасными линиями. Вход линии обработки 1 связан с трубопроводом подачи исходной нефти, а выход - с транспортным трубопроводом. На линии подачи газа 3 последовательно расположены блок измерения 11 расхода газа и блок подогрева газа 12. Вход линии 3 соединен с трубопроводом подвода природного газа, а выход - со вторым входом блока смешения 7. Второй выход блока сепарации-рекуперации 9 соединен с линией подачи газа 3 перед блоком подогрева газа 12. Линия циркуляции 4 соединяет выход и вход линии обработки 1.
В основу предлагаемой технологической установки обработки нефти положены высокоэффективные гидродинамические струйно-кавитационные процессы, позволяющие при минимальных энергозатратах создать условия, необходимые для такого воздействия на молекулярную структуру нефти, при котором происходит механодеструкция крупноразмерных частиц в потоке нефти, модифицируется химический и корпускулярный состав нефти в части уменьшения содержания высокомолекулярных соединений, высших парафинов, смол и асфальтенов. Также изменяется структура межмолекулярных связей, определяющая вязкостные свойства нефти.
В предлагаемой установке обработки нефти реализовано последовательное струйно-кавитационное воздействие путем насыщения нефти природным газом в струйно-смесительном аппарате первой ступени и кавитационная обработка смеси в кавитаторе-гомогенизаторе (аппарате второй ступени), а также сепарация с направлением избыточного газа на повторную обработку. После струйно-кавитационной обработки производится контроль плотности, вязкости, температуры и давления в режиме он-лайн перед подачей нефти на транспортировку.
Установка, в зависимости от параметров исходной нефти, работает либо в режиме однократной обработки, либо (для особо тяжелых и высокопарафинистых нефтей) в режиме многократной обработки (работает линия циркуляции 4). Установка укомплектована запорно-регулирующей арматурой и контрольно-измерительными приборами. Технологические контуры в схеме скомпонованы таким образом, что позволяют оперативно поддерживать различные режимы обработки нефти в зависимости от возможного изменения ее свойств.
Давление и расход нефти поддерживает насосная группа 5 (шестеренные насосы). Блоки смешения 7 и гомогенизации 8 установлены в трубопроводе на напоре насоса последовательно.
Блок смешения 7 выполнен на основе струйно-кавитационного трансзвукового смесителя, на один вход которого поступает нефть с напора насоса, а на второй подается природный газ. Оба компонента предварительно подогреваются до температур, необходимых для возникновения интенсивной паро-газовой кавитации в смеси, получаемой на выходе смесителя. Природный газ поступает в камеру смешения после прохождения через расширяющееся сопло Лаваля, благодаря чему его скорость возрастает до 600 м/с и более. Поток нефти ускоряется в сужающемся сопловом канале конической формы и поступает в камеру смешения со скоростью более 30 м/с, образуя в камере смешения объемную вакуумную кавитационную каверну, при этом поток нефти в значительной мере диспергируется. Расширяющийся диффузорный профилированный канал на выходе блока смешения 7 обеспечивает снижение скорости нефте-газового потока с переходом в дозвуковую область, при этом возникает скачок уплотнения, в основном завершается схлопывание паро-газовых кавитационных пузырьков.
Выход блока смешения 7 связан с входом блока гомогенизации 8, выполненного на основе струйно-кавитационного устройства Т-КЭМ с внутренними профилированными сопловыми каналами. Т-КЭМ обеспечивает равномерную по сечению потока кавитационную обработку на множественных кавитационных кавернах, гомогенизируя нефте-газовый поток и создавая условия для дополнительного насыщения нефти легкими копонентами.
Блок сепарации-рекуперации 9 обеспечивает отделение избыточного природного газа. Отделение газа происходит в газо-жидкостном сепараторе циклонного типа с последующим отделителем капельной фазы. Возврат отделенного газа на вход блока смешения 7 для повторной обработки нефти осуществляется через автоматический газоотводчик поплавкового типа, за счет избыточного давления, возникающего в результате сжатия газовой среды в блоке смешения 7. После прохождения бока сепарации-рекуперации обработанная нефть поступает в транспортный трубопровод.
В трубопроводы подачи нефти и газа установлены подогреватели 6 и 12 (электро-тэновые подогреватели и паро-жидкостные рекуперативные теплообменники) смешиваемых сред для получения оптимальной температуры, при которой процесс насыщения и модификации внутренней структуры нефти будет происходить наиболее эффективно.
Для контроля над процессом обработки нефти схема укомплектована блоком измерения параметров нефти с приборами контроля плотности, вязкости, температуры и давления в режиме он-лайн.
3
Обработка нефти природным газом на предлагаемой установке позволяет достигнуть путем применения статических струйно-кавитационных устройств гидродинамического типа максимально возможного улучшения технологических характеристик исходной нефти (снижение плотности и вязкости) при минимальных энергозатратах, безвозвратная часть которых не превышает 1,5 кВт*час на 1 м обрабатываемой нефти. В зависимости от состава исходной нефти вязкость ее после обработки снижается на 30% и более, а плотность уменьшается на 2-3%.
Установка размещается на открытой площадке непосредственно на месте добычи нефти.