Модульный комплекс для сбора и подготовки скважинной продукции
MODULAR SYSTEM FOR COLLECTION AND PREPARATION OF DOWNHOLE PRODUCTS

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к проведению работ по сбору и подготовке нефти в промысловых условиях на новых месторождениях, и может быть использовано при раннем вводе месторождений в эксплуатацию.
Известен мобильный комплекс для обеспечения круглогодичных исследований нефтегазовых скважин, состоящий из функциональных подвижных модулей (скидов, установленных на шасси), соединенных между собой посредством межблочных технологических линий, в котором предусмотрен модуль утилизации продукции (нефти) - факельной установки с бездымной утилизацией, при этом модуль накопительной емкости нефти связан линией подачи отсепарированной нефти с модулем факельного хозяйства.
Данная установка осуществляет прием продукции скважин, ее нагрев, сепарацию, временное хранение сырой нефти, отгрузку отсепарированной сырой нефти в автобойлеры, либо последующую утилизацию невостребованной сырой нефти путем ее бездымного сжигания на факельной установке с использованием дополнительного оборудования (воздушный компрессор) в период проведения плановых работ по обслуживанию оборудования и в период невозможности вывоза продукции с территории месторождения. (Патент RU 2616038, опубликовано 12.04.2017).
В данном решении модуль факельного хозяйства состоит из совмещенной факельной установки для утилизации газа и для утилизации нефти. Поскольку плановое сжигание нефти на факеле не предусматривается ни одним нормативным документом в области добычи нефти, данное решение практически невозможно использовать. Кроме того, данный комплекс не предусматривает термическое обезвреживание сточной воды.
Известна горизонтальная факельная установка, на вход которой при сгорании попутного нефтяного газа подается отделяемая сточная (пластовая) вода, где она подвергается термическому обезвреживанию (выпариванию) (Горизонтальная факельная установка АО «Уралнефтехиммаш» www.uralneftehimmash.ru).
В данной установке испарение воды начинается непосредственно в пламени факела, поэтому для его реализации требуется создать высокое избыточное давление потока сжигаемого газа, и, соответственно, самой воды.
Наиболее близким к заявляемому является модульный комплекс сбора и подготовки скважинной продукции, содержащий функциональные подвижные модули (блоки), соединенные между собой межблочными технологическими линиями - трубопроводами, в котором для утилизации газа и сточной воды предусмотрены линии отвода газа из сепараторов (дегазаторов) и воды из отстойника воды, соединенные с входом факельной установки. Данный модульный комплекс содержит модуль разгазирования и обезвоживания продукции скважин, включающий линию приема сырья с установленным на ней теплообменником для нагрева входного сырья и сепарационные устройства, связанные с линией отвода газа и с буферной емкостью на линии отвода сточной воды, а также модуль утилизации попутного нефтяного газа и сточной воды в виде факельной установки для термического обезвреживания попутного газа и сточной (пластовой воды), отделяемых в процессе сепарации и подготовки нефти. Для термического обезвреживания сточная (пластовая) вода подается на вход факельной установки. (Патент на ПМ RU 13910, опубликовано 10.06.2000)
Недостатком данного комплекса является то, что в нем никак не используется полезное тепло, образующееся при термическом обезвреживании попутного газа и сточной воды.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности использования в процессе подготовки скважинной продукции тепла, образующегося при термическом обезвреживании попутного нефтяного газа и сточной воды.
Задача решается тем, что в модульном комплексе для сбора и подготовки скважинной продукции, содержащем модуль разгазирования и обезвоживания продукции скважин, включающий линию приема сырья с установленным на ней теплообменником для нагрева входного сырья и сепарационные устройства, связанные с линией отвода газа и с буферной емкостью на линии отвода сточной воды, а также модуль утилизации попутного нефтяного газа и сточной воды в виде установки для их термического обезвреживания с газовыми горелками и камерой испарения сточной воды, согласно изобретению установка термического обезвреживания снабжена теплообменным элементом, использующим в качестве первичного теплоносителя дымовые газы, образующиеся при сгорании в газовых горелках попутного нефтяного газа, причем вход вторичного теплоносителя соединен с линией отвода сточной воды из буферной емкости, а выход вторичного теплоносителя соединен со входом в теплообменник для нагрева входного сырья, при этом выход этого теплоносителя из теплообменника для нагрева входного сырья соединен с камерой испарения сточной воды аппарата термического обезвреживания.
Кроме того, теплообменный элемент установки термического обезвреживания может быть выполнен в виде трубчатого теплообменника, установленного в камере испарения сточной воды, или в виде теплообменной камеры, охватывающей камеру испарения сточной воды, или он может быть выполнен выносным, соединенным с камерой испарения линиями входа и выхода дымовых газов и при этом снабженным устройством для обеспечения циркуляции дымовых газов.
Таким образом, нефтепромысловую сточную воду перед испарением нагревают теплом дымовых газов, образующихся в установке термического обезвреживания при сгорании попутного нефтяного газа, и используют в качестве первичного теплоносителя для нагрева входного сырья (продукции скважин). Это решение позволяет обеспечить работу модульного комплекса сбора и подготовки скважинной продукции на ранней стадии эксплуатации нефтяных месторождений в условиях отсутствия развитых систем энергоснабжения.
Также, вследствие нагрева сточной воды перед ее испарением в аппарате термического обезвреживания сокращается время испарения, а, следовательно, уменьшаются размеры, как самой камеры испарения, так и в целом аппарата термического обезвреживания, что существенно улучшает транспортабельность данного модуля.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1-3 представлены блок-схемы предлагаемого комплекса сбора и подготовки скважинной продукции с различными вариантами исполнения теплообменного устройства. Так на фиг. 1 теплообменное устройство находится непосредственно внутри камеры испарения установки термического обезвреживания; на фиг. 2 теплообменное устройство выполнено в виде камеры, размещенной вокруг камеры испарения установки термического обезвреживания; на фиг. 3. теплообменное устройство выполнено выносным.
Мобильный комплекс сбора и подготовки скважинной продукции содержит модуль (I) разгазирования и обезвоживания продукции скважин, включающий линию приема сырья 1, с установленным на ней теплообменником 2 для нагрева входного сырья, соединенным с устройством предварительного отбора газа 3 и нефтегазосепаратором-водоотделителем 4. Устройство предварительного отбора газа 3 соединено линией 5 отвода газа с газосепаратором 6 и линией 7 отвода газа с нефтегазосепаратором-водоотделителем 4, который линией 8 отвода газа соединен с газосепаратором 6, линией 9 отвода нефти соединен с концевым сепаратором 10 и линией 11 отвода сточной воды соединен с буферной емкостью 12 сточной воды. Газосепаратор 6 соединен линией 13 отвода конденсата с линией 11 отвода сточной воды из нефтегазосепаратора-водоотделителя 4, а концевой сепаратор 10 соединен с линией 14 отвода товарной нефти. Модуль (I) также содержит линию 15 подачи деэмульгатора из блока 16 дозирования деэмульгатора в линию 1 приема сырья.
Модуль (II) утилизации и термического обезвреживания попутно добываемого газа и воды содержит установку 17 термического обезвреживания с газовыми горелками 18, и камерой испарения 19 сточной воды, снабженную теплообменным элементом 20, использующим в качестве первичного теплоносителя дымовые газы, образующиеся при сгорании попутного нефтяного газа в газовых горелках 18, а в качестве вторичного теплоносителя сточную воду, накапливающуюся в буферной емкости 12. В теплообменном элементе 20 вход вторичного теплоносителя соединен линией 21 с буферной емкостью 12, а выход вторичного теплоносителя соединен линией 22 со входом в теплообменник 2 для нагрева входного сырья (по отношению к входному сырью в теплообменнике 2 данный теплоноситель является уже первичным теплоносителем). Выход данного теплоносителя из теплообменника 2 соединен линией 23 с камерой испарения 19 сточной воды установки 17. Линия 21 отвода сточной воды из буферной емкости 12 соединена с линией 24 приема подпиточной воды от внешнего источника. Установка 17 термического обезвреживания также соединена с линией 25 отвода газа из газосепаратора 6 и с линией 26 отвода газа из концевого сепаратора 10. Линия 21 отвода воды из буферной емкости 12, линия 11 отвода воды из нефтегазосепаратора-водоотделителя 4 и линия 9 отвода нефти снабжены клапанами регуляторами расхода, а линии 25 и 26 отвода газа и линия 14 отвода товарной нефти снабжены расходомерами.
Теплообменный элемент 20 может иметь различные варианты исполнения и располагаться непосредственно внутри камеры 19 испарения сточной воды установки 17 (фиг. 1), или снаружи охватывать камеру 19 испарения сточной воды (фиг. 2), либо теплообменный элемент 20 может быть выполнен выносным (фиг. 3). В последнем случае теплообменный элемент 20 соединен с камерой испарения 19 сточной воды линией 27 входа дымовых газов и линией 28 выхода дымовых газов. Для обеспечения циркуляции дымовых газов через камеру нагрева может быть использована газодувка (дымосос), устанавливаемая на линии 28 (на чертеже не показаны).
Работа модульного комплекса для сбора и подготовки скважинной продукции осуществляется следующим образом.
Водогазонефтяная смесь (входное сырье) от добывающих скважин поступает в модуль (I) в линию 1 приема сырья, в которую по линии 15 вводится деэмульгатор из блока дозирования 16. Обработанная деэмульгатором смесь по линии 1 проходит через трубное пространство теплообменника 2, нагревается до требуемой температуры, и поступает в устройство предварительного отбора газа 3, находящееся в компоновке с нефтегазосепаратором-водоотделителем 4. Основное количество попутного нефтяного газа, отделяемое в устройстве предварительного отбора газа 3, по линии 5 направляется в газосепаратор 6, либо по линии 7 в газовое пространство нефтегазосепаратора-водоотделителя 4, а частично разгазированная водонефтяная смесь из устройства предварительного отбора газа 3 поступает в нефтегазосепаратор-водоотделитель 4. В нефтегазосепараторе-водоотделителе 4 происходит разделение сырья на газ, нефть и воду. Газ по линии 8 отвода газа направляется в линию 5 отвода газа из устройства предварительного отбора газа 3 и далее в газосепаратор 6, нефть по линии 9 отвода нефти направляется в концевой сепаратор 10, сточная вода по линии 11 отвода воды направляется в буферную емкость 12, выполняющую функцию очистки сточной воды от взвешенных нефтепродуктов. Товарная нефть из концевого сепаратора 10 по линии 14 направляется потребителю (непосредственно в автобойлеры, либо на модуль хранения и нефтеналива - на рисунке не показаны). Газ из газосепаратора 6 по линии 25 и газ из концевого сепаратора 10 по линии 26 отвода газа подается в газовые горелки 18 установки 17 термического обезвреживания. Сточная вода из буферной емкости 12 направляется по линии 21 отвода воды на предварительный нагрев в теплообменный элемент 20, а после нагрева по линии 22 направляется в межтрубное пространство теплообменника 2, в котором осуществляет нагрев входного сырья, а затем выходит из теплообменника 2 и по линии 23 через форсунки 29 поступает в камеру испарения 19 сточной воды установки 17 термического обезвреживания. При нехватке отделяемой из нефти воды (при добыче малообводненной нефти) требуемое для питания аппарата термического обезвреживания и теплообменника дополнительное количество воды подают из внешнего источника по линии 24.
В качестве примера работа предлагаемого мобильного комплекса на нефтегазовой скважине была смоделирована при следующем режиме:
- расход жидкости (водонефтяной смеси) - 4227 кг/ч;
- расход воды - 2087 кг/ч;
3
- расход газа - 166,5 нм/ч;
- температура на входе в мобильный комплекс - 21°С;
- требуемая температура нагрева сырья - 50°С;
- давление на входе в мобильный комплекс - 1,0 МПа.
Расчеты показали, что при полном сгорании указанного количества газа в установке 17 термического обезвреживания, сточная вода, подаваемая от буферной емкости 12 по линии 21, может нагреться до 165°С с образованием пароводяной смеси, количество которой достаточно для нагрева входного сырья в теплообменнике 2 до 55°С. Расчетная температура дымовых газов, выходящих из установки 17 термического обезвреживания, составляет 633°С. Расчеты показывают, что при смешении дымовых газов и поступающей в камеру испарения предварительно нагретой воды (пароводяной смеси) вода полностью испаряется и уносится потоком дымовых газов.
Предлагаемый модульный комплекс обеспечивает возможность полезного использования тепла попутного нефтяного газа и, согласно нормативным документам [ГОСТ Р 58367-2019, п. 6.7.1.5], может быть использован при соответствующем технико-экономическом обосновании на начальном этапе разработки месторождений нефти.