Блочная установка кустовой сепарации
UNIT SET FOR CLUSTER SEPARATION

Область техники
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для разделения продукции скважин на нефть и воду на нефтяных месторождениях поздней стадии разработки.
Уровень техники
Известен способ сброса попутно добываемой воды (патент РФ №106845, МПК Е21В 43/00, дата публ. 27.07.2011), содержащий скважину, заглушенную пакером, в скважине расположены трубная вставка и внутренняя колонна, нижний конец внутренней колонны расположен на уровне или глубже нижнего конца трубной вставки, патрубок подвода водонефтяной эмульсии (ВНЭ) подсоединен к устью скважины или трубной вставке, патрубок отвода воды соединен с внутренней колонной, патрубок отвода нефти подсоединен к трубной вставке или скважине. Патрубок отвода воды соединен байпасом с патрубком отвода нефти, на байпасе и на патрубке отвода воды после соединения с байпасом выполнены задвижки, причем патрубок отвода воды до соединения с байпасом снабжен пробоотборником. На патрубке отвода воды до байпаса и на патрубке отвода нефти расположены регулирующие задвижки. Недостатком данного устройства является низкая эффективность из-за недостаточной очистки сбрасываемой воды от механических примесей.
Известен способ кустового сброса и утилизации попутно добываемой воды (патент RU №2588234 С1 МПК Е21В 43/20, дата публ. 27.06.2016), согласно которому замеряют приемистость нагнетательной скважины, подают продукцию одной или более добывающих скважин в скважину или шурф для предварительного сброса воды. Замеряют количество сырой нефти и газа, а также обводненность сырой нефти, плотность нефти и воды, поступающих в скважину или шурф для предварительного сброса воды. Делят скважинную продукцию на частично обезвоженную нефть, газ и воду. Направляют частично обезвоженную нефть и газ в сборный коллектор. Подают сброшенную воду в нагнетательную скважину. Определяют совместимость сброшенной воды с водой пласта. При совместимости вод нагнетательную скважину оснащают устройством для создания давления воды, достаточного для закачки воды в пласт, выполненного с возможностью изменения подачи, в том числе, минимальной подачи. При неудовлетворительном качестве сброшенной воды ее направляют в сборный коллектор. При удовлетворительном качестве сброшенной воды ее направляют в нагнетательную скважину. Замеряют количество поступающей в нагнетательную скважину сброшенной воды. Недостатком данного устройства является то, что количество сбрасываемой в сборный коллектор воды непостоянно, что существенно снижает эффективность технологии.
Известна сепарационная установка (Патент РФ №2252312, кл. МПК Е21В 43/38, дата публ. 20.05.2005), содержащая колонну с трубопроводами подвода водонефтяной эмульсии и отвода воды и нефти, при этом колонна расположена в скважине, трубопровод подвода водонефтяной эмульсии подсоединен тангенциально к верхней части колонны, нижняя часть колонны открыта. Трубопровод отвода нефти, выполненный в виде трубы меньшего диаметра, чем колонна, расположен внутри колонны, а трубопровод отвода воды присоединен к устью скважины. Оси колонны и трубопровода отвода нефти выполнены соосными или параллельными, трубопровод отвода воды и отвода нефти оснащены регулирующими устройствами. Недостатком устройства является то, что не обеспечивается эффективное разделение водонефтяной эмульсии, в частности, не обеспечивается достаточно эффективная очистка воды, при этом часть капель нефти увлекается с водой. Разделение происходит в ограниченном кольцевом пространстве, вследствие чего отсутствуют условия для очистки воды и седиментации мехпримесей. Еще одним недостатком является высокая металлоемкость при строительстве шурфа на кусте скважин и недостаточная оснащенность технологии средствами контроля, управления и автоматизации.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению и выбранным в качестве прототипа является способ сброса попутно-добываемых воды и газа по отдельности на кустах скважин нефтяного месторождения (патент РФ №2713544, кл. МПК Е21В 43/34, дата публ. 05.02.2020), реализуемый через установку, включающую установку, расположенную на кусту скважин, содержащую вертикальную трубу, заглушенную снизу, с герметичной внутренней полостью, погруженную на всю глубину в землю, запорную арматуру, регулятор давления, входные и выходные трубопроводы, водовод, газоотвод, которые, располагаясь вертикально, параллельно друг другу, герметично проходят сверху через устьевую арматуру внутрь установки.
Недостатком данной установки является сложность спуска в скважину трех параллельных колонн труб, отсутствие дополнительной очистки воды от мехпримесей и сложность работы установки при низком газовом факторе продукции скважин.
Сущность изобретения
Предлагаемое изобретение направлено на увеличение эффективности кустовой сепарации за счет использования скважины в консервации, располагающейся на кустовой площадке, без дополнительного строительства новых скважин и капитальных сооружений.
Технический результат, заключающийся в повышение эффективности сепарации продукции скважин и снижении влияния газового фактора на работу установки, достигается благодаря тому, что блочная установка кустовой сепарации включает устьевую арматуру, систему сбора и подачи газа, станцию управления, систему подачи водонефтяной эмульсии из сборного коллектора скважин или АГЗУ в блок сепарации, систему отвода воды из блока сепарации в систему ППД, систему отвода обезвоженной ВНЭ из блока сепарации, при этом внутри блока сепарации параллельно установлены две колонны НКТ таким образом, что более короткая колонна НКТ в верхней части гидравлически связана с выходом трубопровода подачи ВНЭ, более длинная колонна НКТ в своей верхней части гидравлически связана с системой отвода воды из блока сепарации в систему ППД, верхняя часть блока сепарации через устьевую арматуру трубопроводом отвода обезвоженной нефти связана с входом в систему сбора (УППН, ДНС), при этом блок сепарации выполнен в виде законсервированной скважины с эксплуатационной колонной, на нижней части более длинной колонны НКТ размещен погружной насос, а верхняя часть блока сепарации трубопроводом отвода обезвоженной нефти, связана с входом в систему сбора (УППН, ДНС) через эжектор, при этом, блочная установка кустовой сепарации включает также систему подачи реагента.
Указанный технический результат достигается также тем, что блочная установка кустовой сепарации включает: систему подачи реагента, систему сбора и подачи газа в эжектор, а также станцию управления.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена схема блочной установки кустовой сепарации Осуществление изобретения
Блочная установка кустовой сепарации включает: систему подачи ВНЭ из сборного коллектора скважин или АГЗУ в блок сепарации, блок сепарации (шурф или законсервированная скважина), систему отвода воды из блока сепарации в систему ППД, систему отвода обезвоженной ВНЭ из блока сепарации, систему подачи реагента, систему сбора и отвода газа, станцию управления БУКС.
Система подачи ВНЭ из сборного коллектора скважин или АГЗУ в шурф или законсервированную скважину включает трубопровод 1 для подачи ВНЭ с АГЗУ через фильтрационную установку 2 на газоотделитель 3, который трубопроводом 4 гидравлически связан с входом насоса 5. Выход насоса 5 гидравлически трубопроводом 6 связан с входом в блок сепарации 7.
Блок сепарации 7 включает скважину в консервации 8 с диаметром эксплуатационной колонны (146/168 мм), в которую параллельно установлены колонны НКТ 9 и 10 (например, диаметром 40 мм). Вход более короткой колонны НКТ 9 в верхней части гидравлически связан с выходом трубопровода 6 системы подачи ВНЭ. Выход более длинной колонны НКТ 10 в верхней части гидравлически связан с системой отвода воды из блока сепарации 7 в систему ППД. На нижней части колонны НКТ 10 размещен погружной насос 11.
Система отвода воды в систему ППД включает трубопровод 12, гидравлически связывающий выход колонны НКТ 10 с входом в блок фильтров 13, а также трубопровод 14, связывающий выход блока фильтров 13 с входом в скважину ППД 15.
Система отвода обезвоженной ВНЭ включает трубопровод 16, гидравлически связывающий выход обезвоженной нефти из верхней части блока сепарации 7 с входом в эжектор 17, а также трубопровод 18, связывающий выход эжектора 17 с входом в систему сбора (ДНС).
Система подачи реагента включает в себя блок подачи реагента 19, гидравлически, трубопроводом 20, связанный с трубопроводом 6, и электрической связью связанный со станцией управления ЭЦН 21.
Система сбора и подачи газа включает газоотделитель 3, гидравлически трубопроводом 22, связанный с входом в камеру эжектора 17. Газоотделитель 3 предназначен для уменьшения влияния выделившего газа на процесс сепарации и работу блочной установки.
Станция управления 21, обеспечивающая автоматизированную работу установки, имеет три уровня управления.
Осуществление изобретения
Блочная установка кустовой сепарации работает следующим образом.
Для реализации способа кустовой сепарации и утилизации попутно добываемой воды, устройство работает следующим образом. Установку, размещенную в корпусе коробчатого типа, доставляют на объект подготовки нефти, например на куст скважин. В наземное оборудование блочной установки кустовой сепарации входят: фильтрационные установки предварительной и тонкой отчистки от механических примесей, газоотделитель, горизонтальный насос, эжектор, блок подачи реагентов. Монтаж производят на подготовленной площадке с твердым покрытием. Данное исполнение обеспечивает мобильность и удобство транспортировки и монтажа установки. Подключение установки осуществляется к сборному коллектору скважин или выходу из АГЗУ через фланцевое или быстроразъемное соединение. На входе в установку располагается пробоотборник. К подсоединенному к АГЗУ или сборному коллектору скважин, по трубопроводу 1 направляют продукцию добывающих скважин, представляющую собой прямую эмульсию с высокой обводненностью (более 70%). Дисперсной фазой является нефть в виде мелко раздробленных капель, дисперсионной средой является попутно добываемая вода.
Водонефтяная эмульсия со сборного коллектора по трубопроводу поступает через задвижку в газоотделитель 3, предназначенный для уменьшения влияния выделившегося газа на процесс сепарации и работу установки. Давление входящей ВНЭ контролируется через датчик давления.
За счет параллельного расположения колонн НКТ 9 и 10 для ввода скважиной продукции и отвода отделившейся воды расширяются возможности и границы применимости технологии по объемам отбора воды после разделения. В связи с ограничением диаметра ЭК (146/168 мм), при соосном расположении колонн НКТ 9 и 10 в блоке сепарации 7 не имеется возможности спуска ЭЦН габаритов 3 и более, имеющих недостатки в стоимости и энергосбережении перед насосами серийных типоразмеров.
Водонефтегазовую смесь направляют через колонну НКТ 9 диаметром 40 мм, выводят на заданную глубину ввода и направляют в затрубное пространство между лифтовыми НКТ 9 и 10 диаметром 40 мм и эксплуатационной колонной, диаметром 146/168 мм, где происходит перемешивание и создание неустойчивой эмульсии. За счет разности в плотностях, отделенная нефть скапливается в верхней части скважины эксплуатационной колонны 8 блока сепарации 7, и далее, по межтрубному пространству и отводится через патрубок для выхода нефти в трубопровод 16. Отделившая после отстоя вода скапливается в нижней части эксплуатационной колонны 8. Оставшиеся в воде капли нефти всплывают в опускающемся потоке воды, при этом капли участвуют в процессе разделения фаз при условии создания и укрупнения капель нефти во время движения к погружному насосу 11. Погружной насос 11 типа ЭЦН поднимает воду на поверхность, направляя ее в трубопровод 12. Частично обезвоженная нефть поднимается из скважины в трубопровод 16 за счет линейного давления добывающих скважин.
Реагент-деэмульгатор подают в ВНЭ из блока подачи реагентов 19 по трубопроводу 20 для повышения эффективности сепарации.
Отделившийся в газоотделителе 3 газ по трубопроводу 22 направляют на вход эжектора 17, с помощью которого газ подкачивают в поток жидкости, выходящей из блока сепарации, а разгазированная ВНЭ поступает на прием горизонтального насоса, на котором достигается давление, необходимое для движения жидкости в скважине. При достаточном для работы установки давлении в сборном коллекторе, насос отключают, а ВНЭ отправляют на байпас.
Отделяемая вода, по трубопроводу 12, поступает на фильтрационную установку 13 для очистки сбрасываемой воды. Фильтрационная установка 13 на линии отвода воды позволяет уменьшить размер и содержание механических примесей в воде, позволяя ей удовлетворять условиям СТП и ОСТ 39-225-99. С помощью расходомера измеряют количество сбрасываемой воды. Для контроля за качеством воды, пробы отбираются на входе и выходе фильтрационной установки 13. При соответствии качества требованиям ОСТ, воду отправляют в систему ППД.
Частично обезвоженная нефть поступает в линию отвода нефти 16. Влагомером и расходомером определяют расход и обводненность нефти. Давление контролируют через преобразователь давления. После этого нефть поступает на прием эжектора 17, для подкачки ранее отделенного попутного газа из газоотделителя 3 по трубопроводу 22. На выходе из эжектора 17 находится пробоотборник.
Автоматизированная работа установки обеспечивается тремя уровнями управления: нижний уровень - датчики и исполнительные механизмы, (датчики давления Pt, расходомеры Ft). Средний уровень - контроллеры, принимающие и обрабатывающие информацию с датчиков и выдающие управляющие сигналы для регулирования параметров процесса сепарации (ЧРП), а также датчики индикации. Верхний уровень - автоматизированные рабочие места (АРМ) оператора, обеспечивающие сбор и хранение информации, и выдачу команд дистанционного управления.
Обвязка всех технологических элементов поверхностной части установки выполнена таким образом, что позволяет направить поток нефтесодержащей жидкости через байпас без поступления ВНЭ при отсутствии необходимости. При наклонном профиле скважины в консервации происходит дополнительное отделение нефти от воды, так как наклонное исполнение позволяет обеспечить наличие большей поверхности (стенки эксплуатационной колонны) для накопления и укрупнения капель нефти, содержащихся в эмульсии, тем самым характеризуется повышенной эффективностью установки по сравнению с вертикальным профилем.
Повышение надежности регулирования работы скважины включает замер количества подаваемой водонефтяной эмульсии и попутного газа, а также обводненности, определение количества поступающей обезвоженной нефти, отвод частично обезвоженной нефти и попутного газа из затрубного пространства скважины, отвод сбрасываемой воды по колонне НКТ, замер количества сбрасываемой воды, замер давления водонефтяной эмульсии на входе в скважину, давления частично обезвоженной нефти на выходе из затрубного пространства скважины и давления сбрасываемой воды на выходе из внутренней колонны. Регулирование работы установки осуществляют при помощи запорно-регулирующих арматур на входе в блок сепарации, на выходе из затрубного пространства и на выходе из колонны НКТ, а также определяют количество обезвоженной нефти и сравнивают его с количеством поступающей в скважину сырой нефти. Перед пуском в работу лифтовые трубы подлежат опрессовке.