Установка по разделению скважинной продукции на нефть и воду

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности в области сбора и подготовки скважинной продукции, в частности к установкам по разделению водонефтяной эмульсии на нефтяную и водную фазы.
3
Процесс разделения нефти воды на промыслах происходит в горизонтальных емкостях типа ОГ-200 объемом 200 м, в резервуарах вертикальных стальных различного объема: РВС-2000, 3000, в трехфазных сепараторах типа Хиттер-Триттер и в остойниках различных конструкций.
Известен отстойник с жидким гидрофобным слоем для очистки нефтесодержащей пластовой воды по патенту РФ на изобретение №2094081 (опубл. 27.10.1997), в котором внутренняя полость горизонтальной емкости разделена на несколько ступенчато расположенных отсеков, в которых эмульсия или сточная вода с нефтью равномерно подается в гидрофобный нефтесодержащий слой.
Недостатком устройства является то, что нижние части отсеков, кроме последнего, не участвуют в активном процессе удаления нефти и являются своеобразным балластом в устройстве.
Известна конструкция фильтрующего отстойника марки ФЖ-2973 (источник: страница 152 книги Зейгман Ю.В. Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений: учеб. пособие - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - 232 с.) для доочистки сточной нефтепромысловой воды. Частички нефти из воды в отстойнике удаляются с помощью полиэтиленовых гранул, имеющих гидрофобную поверхность. Недостаток устройства заключается в том, что пространство между гранулами быстро засоряется адгезированной нефтью и для эффективной работы фильтрующих кассет необходима их периодическая промывать органическим растворителем.
В. качестве прототипа к заявке выбран трехфазный сепаратор Хитер-Триттер или его отечественный аналог под маркировкой НГВРП (нефтегазоводоразделитель с подогревом), описанный на страницах 45-50 книги: Технологический расчет и подбор стандартного оборудования для установок системы сбора и подготовки скважинной продукции; учебное пособие / С.А. Леонтьев, Р.М. Галикеев, М.Ю.Тарасов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. - 124 с. Во второй секции сепаратора-разделителя (стр. 50 книги) находятся коалесцирующие пластинки, расположенные вертикально и имеющие гидрофобную поверхность, благодаря которым капли воды скатываются вниз, а укрупненные капли нефти всплывают вверх в водной среде. Расстояние между отмеченными пластинами незначительно (6 мм), поэтому в граничной зоне нефти и воды образуется два встречных потока разнополярных жидкостей: нефти и глобул воды. Образуется так называемое стесненное движение частиц, причем во встречных направлениях. Это приводит к тому, что скорости всплытия частиц нефти и осаждения глобул воды замедляются, качество отделяемой воды снижается.
Технической задачей по полезной модели является создание емкостного устройства, в котором всплывающие частицы нефти и нефтепродуктов не будут сталкиваться с нисходящим потоком седиментирующихся глобул воды с достижением следующего технического результата: ускорение процесса разделения скважинной продукции на нефть и попутно-добываемую воду.
Поставленная задача выполняется в установке по разделению скважинной продукции на нефть и воду в виде горизонтального отстойника, имеющего пластины с избирательной смачиваемостью нефтью или водой, согласно полезной модели пластины в отстойнике расположены вдоль горизонтальной оси отстойника в зоне раздела фаз: нефти и воды под углом в 45° к вертикали таким образом, что нижняя часть пластин, обращенная в сторону водной фазы, имеет гидрофильную поверхность, а верхняя часть пластин, обращенная в сторону объема нефти, имеет гидрофобную поверхность, причем пластины своей поверхностью перекрывают всю площадь межфазной поверхности нефти и воды таким образом, что нижняя часть одной пластины находится по вертикали под верхней кромкой соседней пластины.
Избирательная смачиваемость поверхности пластин обуславливает следующий технический результат:
гидрофильная поверхность с нижней стороны пластин обеспечивает в водной среде свободное движение частиц нефти вверх и вдоль поверхности пластин без адгезии к этой поверхности;
гидрофобная поверхность верхней стороны пластин способствует свободному скатыванию глобул воды по наклонной в 45° из нефтяной среды в водную фазу.
Основная функция пластин с наклоном в 45° заключается в разделении по горизонтали двух вертикальных потоков: нефти вверх и глобул воды вниз.
На фиг. 1 приведено пространственное расположение пластин в зоне межфазной поверхности внутри установки в виде горизонтального отстойника;
на фиг. 2 показаны пластины в разрезе вместе со схемой движения частиц нефти и воды соответственно вверх и вниз.
Установка по разделению скважинной продукции на нефть и воду состоит из цилиндрического корпуса 1, входного патрубка с электрозадвижкой 2, патрубка по выводу нефти с электрозадвижкой 3, патрубка по выводу сточной воды с электрозадвижкой 4, пластин 5 с избирательной смачиваемостью, уровнемера 6, вторичного прибора 7 вместе с контроллером. Межфазная поверхность между нефтью и водой обозначена позицией 8.
На фиг. 2 позициями обозначены: 9- гидрофобная поверхность пластин (верхняя сторона), 10- гидрофильная поверхность пластин (нижняя сторона), 11- область нефти, 12- зона водной подушки, 13- глобулы воды, 14- частички нефти.
Установка по разделению скважинной продукции на нефть и воду эксплуатируется следующим образом.
В патрубок с электрозадвижкой 2 подают водонефтяную эмульсию, которая движется горизонтально по водной подушке емкости в сторону выходных патрубков и задвижек 3 и 4. Глобулы воды в нефтяной части эмульсии участвуют в двух движениях - горизонтальном и вертикальном одновременно, то есть движется по параболе в сторону водной подушки, водной фазы установки. Частички нефти из водной среды, попавшие туда в результате флуктуаций и турбулентности эмульсии после входного патрубка, поднимаются вверх к границе двух сред по параболе, крутизна которой будет определяться процентным содержанием нефти и воды в эмульсии и степенью удаления воды из эмульсии в установке.
И глобулы воды, и частички нефти на своем пути вверх, встречаются с пластинами 5 с избирательной смачиваемостью поверхности. Глобулы воды скатываются по гидрофобной поверхности 9 (фиг. 2), а частички нефти скользят относительно гидрофильной поверхности 10 (фиг. 2). Благодаря косому перекрытию межфазной поверхности пластинами два потока частиц нефти и воды не встречаются друг с другом, как это имеет место быть в известных конструкциях отстойников, в частности, в НГВРП, рассмотренный в заявке в качестве прототипа.
Поплавок уровнемера 6 всегда находится в серединной части межфазной зоны ввиду своей промежуточной плотности относительно нефти и отделяемой воды. С другой стороны уровнемер поддерживает межфазную поверхность и высоту водной подушки установки на заданном значении с помощью электрически регулируемых задвижек 3 и 4. При снижении уровня водной подушки (межфазной поверхности) электрозадвижка 4 прикрывает проходное сечение патрубка по выводу воды.
Наоборот, при движении межфазной поверхности вверх, прикрывается электрозадвижка 3.
По техническому решению не рассматриваются габариты пластин с избирательной смачиваемостью поверхностей, так как они зависят от размеров горизонтального отстойника, как основы установки, от толщины межфазной поверхности, температуры водонефтяной эмульсии и эффективности применяемых деэмульгаторов в системе нефтесбора. Габариты пластин выбираются после анализа перечисленных факторов, сложившихся на нефтяном месторождении.
Установка, благодаря внутренней начинке, состоящей из пластин с избирательной смачиваемостью и определенным пространственным расположением, решает существующую проблему в отстойниках системы нефтесбора - разделяет седиментирующие глобулы воды и всплывающие частицы нефти и направляет их в разные зоны межфазной поверхности. Это ускоряет процесс разделения фаз и повышает качество не только отделяемой нефти, но и сточной воды для системы поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях.