КОНЦЕВОЙ ДЕЛИТЕЛЬ ФАЗ
DISCHARGE PHASE SEPARATOR

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разделении нефтяной эмульсии на объектах нефтедобычи, транспортировки и подготовки нефти.
Известен концевой делитель фаз, включающий трубопровод подвода продукции скважин с патрубком сброса воды, который выполнен полностью или частично расширяющимся из последовательно соединенных секций газораздела и раздела водонефтяной эмульсии. Вдоль верхней образующей трубопровода подвода, начиная с секции газораздела, выполнена газовая линия, соединенная вертикальными газовыми патрубками с верхней частью трубопровода подвода и расположенная выше верхнего уровня жидкости в трубопроводе подвода продукции скважин. Трубопровод сброса воды расположен в донной части. При этом расширение трубопровода подвода продукции выполнено таким образом, чтобы течение водонефтяной эмульсии и газовой фазы сохранялось ламинарным. Выход патрубка подвода продукции скважин соединен с нефтеотстойной областью сепарационной установки. Патрубок сброса воды расположен в секции раздела водонефтяной эмульсии и соединен с водоотстойной областью сепарационной установки. В трубопроводе подвода продукции скважин над входом в патрубок сброса воды расположен экран для полного или частичного перекрытия сечения трубопровода подвода продукции скважин в зоне расположения патрубка сброса воды (Патент РФ №2307245, опубл. 27.09.2007).
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является концевой делитель фаз, описанный в способе сепарации газоводонефтяной смеси, включающий массообменную секцию и коалесцентор (Патент РФ №2171702, опубл. 10.08.2001 - прототип).
В известных технических решениях поток газожидкостной смеси расслаивается не полностью, что приводит к потерям газа и нефти.
В предложенном способе решается задача более полного расслоения потока газожидкостной смеси.
Задача решается тем, что концевой делитель фаз включает отсек ввода, отстойный отсек, отсек отвода нефти и отсек отвода воды, между отсеком ввода и отстойным отсеком размещен перегораживающий проем, выполненный по всему сечению аппарата из уголков, образующих зигзаги на пути потока газожидкостной смеси без сквозного просвета, отстойный отсек снабжен поперечными перегородками, выполненными от днища, в днище выполнены патрубки отвода механических примесей, между отстойным отсеком и отсеком отвода нефти размещена перегородка, установленная на высоте от днища и кровли, между отсеком отвода нефти и отсеком отвода воды размещена перегородка, установленная на высоте от днища, в кровле равномерно по всей длине выполнены люки для сбора выделяющегося газа, люки соединены с трубопроводом газосбора, аппарат оснащен датчиком уровня раздела фаз «газ-жидкость», датчиком уровня раздела фаз «нефть-вода», клапаном-регулятором уровня раздела фаз «нефть-вода», клапаном-регулятором уровня раздела фаз «газ-жидкость», патрубком для отвода уловленной нефти, патрубком выхода сточной воды.
Сущность изобретения
Процесс расслоения потока газожидкостной смеси перед поступлением нефтяной эмульсии на ступень сепарации сопровождается неполным разделением на газ, нефть и воду. Существующие концевые делители фаз не в полной мере обеспечивают разделение, что приводит к потерям газа и нефти. В предложенном способе решается задача увеличения глубины разделения газожидкостной смеси на газ, нефть и воду. Задача решается концевым делителем фаз, представленным на фиг.1, 2 и 3.
1
2
Концевой делитель фаз включает отсек ввода 1 газожидкостной смеси, отстойный отсек 2, отсек отвода нефти 3 и отсек отвода воды 4. Отсек ввода 1 снабжен патрубком ввода 5. Между отсеком ввода 1 и отстойным отсеком 2 размещен перегораживающий проем 6, выполненный по всему сечению аппарата из уголков 7, образующих зигзаги на пути потока газожидкостной смеси без сквозного просвета. Отстойный отсек 2 снабжен поперечными перегородками 8, выполненными от днища 9 на высоту h. В днище 9 выполнены патрубки отвода механических примесей 10. Между отстойным отсеком 2 и отсеком отвода нефти 3 размещена перегородка 11 высотой h, установленная на высоте Н от кровли аппарата. Отсек отвода нефти 3 образован перегородкой 11, днищем отсека 12 и задней стенкой 13. Отсек 3 снабжен патрубком 14 для отвода нефти. Отсек отвода воды 4 снабжен патрубком 15 выхода сточной воды и патрубком 16 выхода уловленной нефти. В кровле 17 аппарата равномерно по всей длине выполнены люки 18 для сбора выделяющегося газа. Люки 18 соединены с трубопроводом газа 19. В кровле 17 размещены патрубок 20 для размещения датчика уровня раздела фаз «газ-жидкость» 21 и патрубок 22 для размещения датчика уровня раздела фаз «нефть-вода» 23. В патрубке 15 выхода сточной воды размещен клапан-регулятор уровня раздела фаз «нефть-вода» 24. На трубопроводе газа 19 размещен клапан-регулятор уровня раздела фаз «газ-жидкость» 25.
Концевой делитель фаз работает следующим образом.
Смесь нефти, воды и газа по патрубку 5 поступает в отсек 1, где в результате увеличения сечения аппарата обеспечивается равномерное движение жидкости по аппарату. Перегораживающий проем 6 разделяет 1 и 2 отсеки. Перегораживающий проем 6 выполнен по всему сечению аппарата из уголков и обеспечивает движение потока жидкости по мелким зигзагообразным проемам. Движение жидкости через зигзагообразные проемы под действием центробежных сил позволяет резко осадить в отстойном отсеке 2 механические примеси.
В отстойном отсеке 2 происходит гравитационное разделение нефтяной эмульсии, осаждение механических примесей и выделение газа. Равномерное движение жидкости по сечению аппарата в отсеке 2 исключает эмульгирование свободной воды с нефтью, что приводит к увеличению глубины обезвоживания нефти и повышению качества отделившейся пластовой воды.
1
Поперечные перегородки 8 предназначены для удержания оседающих механических примесей. Высоту перегородок 8 h подбирают исходя из максимально необходимого накопления механических примесей. Для отвода оседающих механических примесей предусмотрены патрубки отвода механических примесей 10.
2
2
2
Далее отделившаяся нефть перетекает через перегородку 11 в отсек 3 для отвода нефти. Высота отсека отвода нефти Н составляет 0,57% от диаметра аппарата H=0,57×D. Высота перегородки h=0,43×D подбирается исходя из диапазона колебания уровня раздела фаз «нефть-вода» и с учетом погрешности датчика уровня раздела фаз «нефть-вода». Перегородка h крепится посередине днища 12 отсека отвода нефти 3. В диапазоне высоты h перегородки 11 клапаном-регулятором уровня раздела фаз «нефть-вода» 24 и датчиком уровня раздела фаз «нефть-вода» 23 обеспечивают поддержание необходимого уровня раздела фаз «нефть-вода».
3
В объеме между перегородкой 11, днищем отсека 12 и задней стенкой 13 собирается нефть, которую отводят через патрубок 14. Отделившуюся сточную воду в отсеке 4 отводят через патрубок 15. В случае попадания нефти в отсек сбора сточной воды 4 ее улавливают через патрубок для отвода уловленной нефти 16 с высоты h=0,5×D.
Поддержание необходимого уровня раздела фаз контролируют через контрольно-измерительные и регулирующие приборы 21, 23, 24, 25.
Клапан-регулятор уровня раздела фаз «нефть-вода» 24 обеспечивает поддержание уровня раздела фаз «нефть-вода» в зависимости от показаний датчика уровня раздела фаз «нефть-вода» 23, при котором обеспечивается отвод нефти и сточной воды в соответствующие отсеки для сбора нефти 3 и сбора сточной воды 4. Клапан-регулятор уровня раздела фаз «газ-жидкость» 25, устанавливаемый на линии отвода газа, обеспечивает поддержание необходимого уровня раздела фаз «газ-жидкость» в зависимости от показаний датчика уровня раздела фаз «газ-жидкость» 21, которое в свою очередь обеспечивает максимальное заполнение аппарата и исключает возможность попадания газа в линию отвода нефти и жидкости в линию отвода газа.
Патрубки для отвода нефти 14 и выхода сточной воды 15 оборудованы отбойниками, которые позволяют осуществить отвод жидкости, не создавая «воронок» в зоне отбора.
Равномерно по всей длине аппарата предусмотрены люки 18 для сбора выделяющегося газа. Сбор газа в люках 18 обеспечивает возможность поддержания уровня раздела фаз «газ-жидкость», при котором возможно максимальное заполнение аппарата, что в свою очередь позволяет увеличить время пребывания жидкости в аппарате, т.е. увеличивается время отстоя и глубина обезвоживания водонефтяной эмульсии. Выделившийся газ через люки 18 отводится по трубопроводу газа 19 в систему газосбора.
Геометрические размеры предложенного концевого делителя фаз рассчитаны исходя из максимального объема поступающей продукции добывающих скважин и необходимого времени отстоя для эффективного расслоения потока нефтяной эмульсии. Эти размеры составляют:
- соотношение общей длины L к диаметру D - (36 40):1;
1
2
- соотношение длин секций 1 и 2 (L к L) - 1:(5-7);
3
4
- соотношение длин секций 3 и 4 (L к L) - (1,7-1,9):1.
Эффективность работы предлагаемого концевого делителя фаз достигается тем, что предлагаемое конструктивное исполнение аппарата имеет ряд особенностей, таких как:
- использование перегораживающего зигзагообразного проема без сквозного просвета по всему сечению аппарата, при прохождении жидкости через который под действием центробежных сил происходит оседание механических примесей,
- использование поперечных перегородок для сбора механических примесей,
- использование люков, расположенных по всей длине аппарата, для сбора выделяющегося газа, позволяющих обеспечить возможность максимального заполнения аппарата жидкостью и тем самым увеличить глубину обезвоживания нефти и повысить качество сточной воды.
- соотношение общей длины аппарата L к диаметру D, обеспечивающее эффективное расслоение потока нефтяной эмульсии.
Пример конкретного выполнения
3
Продукция скважин в виде нефтяной эмульсии с расходом 600 м/час под давлением 0,2-0,4 МПа поступает в концевой делитель фаз диаметром D=1,4 м и длиной L=53,5 м. Концевой делитель фаз наклонен к горизонту под углом 0,005° в сторону ввода нефтяной эмульсии в секцию 1.
1
Движение жидкости осуществляется по отсеку 1 длиной L=7 м, далее зигзагообразному перегораживающему проему 6. Проем выполнен из уголка 50×50×4 мм, толщина перегораживающего проема а=180 мм, ширина проемов b=30 мм.
2
1
В отстойном отсеке 2 длиной L=41,8 м через каждые 15 м установлены поперечные перегородки 8 высотой h=200 мм для сбора оседающих механических примесей.
2
3
После расслоения потока нефтяной эмульсии в отсеке 2 нефть через перегородку 11 высотой h=600 мм перетекает в отсек сбора нефти 3 длиной L=3 м высотой Н=0,8 м, отделившаяся сточная вода поступает в отсек сбора воды 4.
Для сбора выделяющегося газа по всей длине аппарата предусмотрены люки диаметром 600 мм высотой 380 мм с боковыми вырезами для газа R=160 мм.
3
3
В результате работы предложенного концевого делителя фаз удается получить выход по нефти с обводненностью до 5%, с остаточным содержанием свободного газа до 10 м/тн, в то время как в концевых делителях фаз известной конструкции не удается получить выход по нефти с обводненностью менее 10% и остаточным содержанием свободного газа менее 30 м/тн.
Применение предложенного концевого делителя фаз позволит решить задачу более полного расслоения потока газожидкостной смеси и повысить выход нефти и газа.