способ промысловой подготовки нефти и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ промысловой подготовки нефти, включающий ее многоступенчатую сепарацию, при которой в поступающую на последнюю ступень сепарации нефть подают выделенный на первых ступенях сепарации газ в количестве 5 10% от общего газосодержания сырой нефти, а при подаче нефти в установку подготовки сырой нефти перед отправкой на товарную обработку в нее подают выделенный в результате общей сепарации газ, отличающийся тем, что до поступления нефти в установку подготовки сырой нефти осуществляют газирование только нефтяной части смеси микроскопическими пузырьками размером 0,1 0,2 мм в количестве 1 1,5% от объема жидкости, причем подачу сырой нефти осуществляют в зону границы раздела нефти и воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарацию нефти, воды и песка осуществляют при скорости движения смеси в устройстве, определяемой из соотношения



где u скорость движения смеси в отстойнике, м/с;

g ускорение свободного падения, 9,81 м/с;

d диаметр выпадающей или всплывающей частицы, м;

₂- плотность газожидкостной смеси, кг/м³;

₁- плотность воды, кг/м³;

- кинематическая вязкость газожидкостной смеси, м²/с.

3. Устройство для промысловой подготовки сырой нефти, содержащее отстойник с днищем, входным, выходным, отводным и сливным трубопроводами с запорной арматурой, распределитель, тонкостенные перегородки, отличающееся тем, что оно снабжено демпфером-газификатором, выполненным в виде вертикального сосуда с выходными патрубками для сырой нефти и газа, и выходным патрубком, запорной арматурой и клапаном-регулятором на входном газовом патрубке, установленном внутри сосуда, перфорированной трубкой с отверстиями диаметром 0,1 0,2 мм, установленным внутри трубки, подвешенным на пружине цилиндром, кинематически связанным с клапаном-регулятором на входном газовом патрубке, при этом выходной патрубок демпфера-газификатора связан с входным трубопроводом отстойника, а распределитель размещен на границе раздела нефти и воды и выполнен в виде поплавка.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что корпус отстойника выполнен цилиндрическим.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что потоконаправляющие тонкостенные перегородки установлены вертикально.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что расстояние между перегородками определяют по формуле



где B расстояние между потоконаправляющими вертикальными перегородками, м;

- кинематическая вязкость газожидкостной смеси, м²/с;

Q расход жидкости, м³/с;

h высота движущегося потока, м;

₁, ₂- плотность воды и газированной нефти соответственно, г/м³.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено тороидальным перфорированным трубопроводом обратной промывки песчаных и асфальтосмолистых отложений.

8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что его днище выполнено под углом 45^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к технике и технологии первичной подготовки на промыслах нефти, газа и воды с большим содержанием песка и мехпримесей.

Известен способ первичной подготовки сырой нефти на промыслах путем ее предварительного обезвоживания и отделения песка на последней ступени сепарации групповой нефтесборной установке. Частично обезвоженная нефть с групповой установки подается на установку для ее окончательной товарной подготовки [1]

К недостаткам способа относится невысокая степень и скорость обезвоживания нефти. Известный гравитационной отстойник - нефтеводо-песко-отделитель (отстойник Лобкова) применяется в системах промыслового сбора и подготовки нефтей.

Отстойник Лобкова состоит из вертикальных отстойных камер с наклонными днищами, входного, выходного, отводного и сливных патрубков с запорной арматурой. Разделение продукции скважин в отстойнике на составляющие компоненты нефть, воду и песок происходит по гравитационному принципу в процессе ламинарного движения жидкости от входного к выходному и сливному патрубкам. С целью недопущения скопления песка на стенках днища последние выполнены наклонными под углом 90^o друг к другу (45^o к вертикали).

К недостаткам отстойника, снижающим эффективность его работы относятся:

невысокая производительность установки за счет небольшой скорости сепарации нефти, воды и песка;

резкое ухудшение условий гравитационного разделения нефти и воды при неравномерном поступлении газожидкостной смеси в отстойник из концевой сепарационной установки при совместном сборе нефти и газа пульсирующих скважин;

низкий коэффициент использования объема установки за счет образования застойных зон и зон с повышенными скоростями основного потока, ухудшающих процесс сепарации нефти, воды и песка;

периодическая закупорка бункерной части камер отстойника песком, содержащим примеси глинистых частиц.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является выбранный в качестве прототипа способ первичной подготовки сырой нефти на промыслах [2] заключающийся в подаче в подготавливаемую нефть газа в количестве 5 10% от общего газосодержания сырой нефти.

К недостаткам способа относятся:

подача газа через распределитель под водяную подушку приводит к образованию пузырьков диаметром 5 10 мм и более, восходящая скорость которых под действием значительной выталкивающей силы в 3 4 раза больше скорости осаждения песка и в 7 8 раз больше скорости осаждения воды, в результате чего реализуется принцип хаотического барботажа, при котором резко ухудшаются условия сепарации нефти, воды и песка;

не происходит газирования глобул нефти из-за относительно больших размеров пузырьков газа 5 10 мм, вследствие чего не достигается оседание воды и песка и ускоренная сепарация всей массы поступающей обводненной нефти. Скорость сепарации может быть вычислена по формуле Стокса



где d диаметр осаждающейся частицы, м;

₁, ₂ плотность воды и нефти соответственно, кг/м³;

кинематическая вязкость дисперсионной среды, м²/c.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа заявляемому для подготовки нефти, газа и воды, содержащее корпус, нефтесборник, водосборник, тонкослойные пластины, патрубки, входную, сепарирующую и выходную камеру, бункеры, распределитель с продольными щелями [3]

Недостатки устройства следующие:

низкая производительность установки за счет малой скорости сепарации нефти от воды и песка, обусловленные более высокой вязкостью нефтеводяной смеси, чем газированной и несущественной разностью в удельных весах нефти и воды, что подтверждается формулой Стокса;

ухудшение условий гравитационного разделения нефти и воды при неравномерном поступлении газожидкостной смеси в отстойник из концевой сепарационной установки при совместном сборе нефти и газа пульсирующих скважин;

прекращение или резкое снижение процесса сепарации на восходящем участке зигзагообразного движения смеси в сепарационной камере, т.к. восходящая скорость потока становится равной или больше скорости осаждения частиц воды;

осаждение и скопление глинизированного песка на наклонных тонкостенных пластинах и закупорка бункеров и нефтесборника песком;

подача жидкости осуществляется не на границе раздела нефти и воды, а сверху, над водяным слоем, что увеличивает продолжительность сепарации частиц воды и песка относительно границы нефтеводораздела.

Скопление песка на наклонных стенках отстойника обусловлено наличием в составе взвеси глинистых примесей и асфальтенов, создающих большую силу сцепления между песчинками и стенками днища.

Из-за недостаточного уклона поверхности перегородок и днища отстойника на его стенках происходит постепенное скопление песчаноглинистой массы до некоторой критической величины и последующий ее залповый обвал в сливную горловину бункера. В результате происходит закупорка бункера и сливной горловины отстойника и прекращение технологического процесса подготовки нефти.

Основной технической задачей изобретения является повышение эффективности и производительности промысловой сепарации сырой нефти, воды и газа перед подачей на товарную обработку, осуществляемое путем газирования поступающей нефти специальным устройством, установленным на установке промысловой подготовки нефти.

Указанная техническая задача в изобретении в части способа решается тем, что в способе подготовки нефти, включающем многоступенчатую ее сепарацию, при которой в поступающую на последних ступенях сепарации нефть подают выделенный на первой ступени сепарации газ в количестве 5 10% от общего газосодержания сырой нефти, а при подаче нефти в установку подготовки сырой нефти, перед отправкой на товарную обработку, в нее подают выделенный в результате общей сепарации газ, причем осуществляют газирование только нефтяной части смеси микроскопическими пузырьками размером 0,1 0,2 мм, в количестве 1 1,5% от объема поступающей жидкости, а подачу сырой нефти осуществляют в зону границы раздела нефти и воды.

Сепарацию нефти, воды и песка осуществляют при скорости движения смеси в установке, определяемой из соотношения, составленного на основании ф-лы Стокса



где U скорость движения смеси, м/с;

d диаметр выпадающей или всплывающей частицы, м;

₁, ₂ плотность воды и газированной нефти, соотв. кг/м³;

кинематическая вязкость дисперсионной среды, м²/c.

Указанная техническая задача в изобретении в части установки решается тем, что установка промысловой подготовки сырой нефти, содержащая отстойник с входным, выходным, отводным и сливным патрубками с запорной арматурой, распределителем и тонкостенной перегородкой, снабжена установленным на входе в отстойник демпфером-аэризатором в виде вертикального сосуда, выполненного с входным и сливным патрубками для жидкости и газа, снабженными запорной и регулирующей арматурой с установленным в нем перфорированной трубой с микроскопическими отверстиями диаметром 0,1 0,2 мм, соединенных с сливным патрубком, причем внутри трубы размещен подвешенный на пружине цилиндр, имеющий возможность перемещения при прохождении вокруг него вязкой жидкости и кинематически связанный с клапаном регулятором на входном газовом патрубке, а распределитель размещен на границе раздела нефти и воды и выполнен в виде поплавка.

Корпус отстойника выполнен цилиндрическим, а потоконаправляющие тонкостенные перегородки выполнены вертикальными с расстоянием между перегородками, определяемым по формуле



где b расстояние между потоконаправляющими вертикальными перегородками, м;

кинематическая вязкость газожидкостной смеси, м²/c;

Q расход жидкости, м³/сут.

h высота движущегося потока, м;

d диаметр частицы, м;

r₁, ₂ плотность воды, нефти соответственно, кг/м³.

Помимо всего устройство снабжено тороидальным перфорированным трубопроводом обратной промывки песчаных и асфальто-смолистых отложений. Днище устройства выполнено под углом конусности 45^o.

Новыми отличительными существенными признаками заявленного способа является избирательное газирование микроскопическими пузырьками газа только нефтяной части газожидкостного потока.

Новыми отличительными существенными признаками заявленной установки является снабжение установки демпфером-аэризатором и поплавковым распределителем на границе раздела нефти и воды.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа; на фиг.2 - разрез А А на фиг.1; на фиг.3 демпфер-газификатор в диаметральном разрезе.

Устройство промысловой подготовки нефти содержит отстойник 1, выполненный в виде цилиндрического корпуса 2 с коническим днищем 3 с углом конусности 45^o. С наружной стороны к цилиндрической части отстойника присоединены входной трубопровод 4 для ввода обводненной газированной нефти, отводной трубопровод 5 для выдачи нефти на товарную подготовку. На крыше отстойника 1 установлены каплеотбойник 6 и патрубок 7 для вывода газа. К конической части отстойника присоединены трубопровод 8 слива воды, а несколько ниже трубопровод возврата воды 9, соединенный с тремя тороидальными перфорированными трубопроводами 10, обратной промывки песчаных и асфальтосмолистых отложений. Конусная часть отстойника заканчивается в нижней части сливным патрубком 11. Все входные и выходные трубопроводы снабжены запорной арматурой 12.

Отстойник 1 внутри разделен потоконаправляющими тонкостенными (фиг.2) вертикально установленными перегородками 13, разделяющими отстойник на входную и отводную камеры 14,15 и расположенные между ними промежуточные каналы 16. Расстояние между перегородками b определяется по формуле (2).

Входной трубопровод 4 тангенциально вводится в цилиндрический корпус 2 отстойника и соединен с гибким поплавковым распределителем 17, плавающим горизонтально на границе раздела нефти и воды 18 и выполнен с отверстиями, по всей его длине обеспечивающими равномерный ввод продукции во входную камеру 14.

Отстойник 1 снабжен установленным на его крыше демпфером-газификатором 19 (фиг.3), выполненным в виде вертикального сосуда с входными патрубками 20 и 21 соответственно для подвода сырой нефти и газа. На подводящем газопроводе 21 установлен клапан регулятор 22. В нижней части сосуда размещена перфорированная трубка 23 с микроскопическими отверстиями 24 диаметром 0,1 - 0,2 мм. Трубка 23 соединена через выходной патрубок 25 с входным трубопроводом 4, подающим газированную нефть и воду в отстойник 1. В трубке 23 размещен подвешенный на пружине 26 цилиндр 27, имеющий возможность перемещаться при прохождении через трубку 23 вязкой жидкости. Количество газификаторов определяется расчетом в зависимости от величины поступающего продукта. Перемещение цилиндра 27 кинематически передается клапану-регулятору 22 на входном патрубке 21, регулируя таким путем поступление газа в демпфер-газификатор 19.

Способ осуществляют следующим образом.

Продукция скважин после сепарации на групповых замерно-сепарационных установках промысла направляется в концевые сепараторы (не показаны) и далее под давлением 0,2 0,3 МПа поступает через входной патрубок 20 в демпфер-газификатор 19, где, попадая в трубку 23, происходит полное гашение энергии потока и снижение давления до атмосферного. Одновременно через патрубок 21 подается газ под давлением 0,2 0,3 МПа в количестве 1 1,5% от объема поступающей жидкости, который через отверстие 24 проникает в трубку 23 и газирует находящуюся нефтяную фракцию. Поступление газа автоматически регулируется клапаном-регулятором 22 в зависимости от вязкости проходящей жидкости. Чем выше вязкость проходящей жидкости, тем больше поступает газа. При прохождении через трубку 23 воды клапан-регулятор 22 отрегулирован в положении "закрыто". Затем свободным сливом по трубопроводу 4 (фиг.1,2) сырая нефть поступает в поплавковый распределитель 17 и далее, выйдя из него, поступает во входную камеру 14 на уровне раздела нефти и воды в отстойнике 1. Распространяясь в камере со значительно уменьшенной скоростью, поток поступающей жидкости разделяется на нефть, газ, воду, песок и мехпримеси. Предварительное избирательное газирование только нефтяной части водонефтяной смеси в демпфере-газификаторе 19 и плавный ввод ее в зону раздела нефти и воды 18 является наиболее благоприятным для более ускоренного разделения фаз, что ведет к повышению эффективности процесса. Предварительно очищенная тонкодисперсно газированная нефть и вода в процессе ламинарного движения от входной камеры 14 через промежуточные хода по камерам 16 до выходной камеры 15 очищается от газа, воды песка и мехпримесей до окончательной стадии. Крупные осадки в виде песка и мехпримесей выпадают в конусный бункер 3. При очистке нефти пузырьки газа частично выплывают вверх, и заполняя пространство под крышей отстойника 1, удаляются через каплеотбойник 6 и патрубок 7. Очищенная нефть через выходную камеру 15 удаляется по трубопроводу 5. Грубоочищенная вода отводится из отстойника через трубопровод 8. Осадок в конусной части 3 в виде пульпы непрерывно удаляется через сливной патрубок 11.

Предлагаемый способ подготовки сырой нефти на промыслах позволяет весьма эффективно на качественно более высоком уровне разделять продукцию на компоненты, т. е. нефть, воду и осадки, вывести каждый компонент в отдельности с максимальным использованием объема отстойника, повышением скорости разделения компонентов, вследствие чего увеличивается его производительность.

Пример. Объем подготавливаемой жидкости на месторождении составляет 6 тыс. м³/сут. при 50% обводненности. На один отстойник приходится 2,5 тыс. м³/сут.

Скорость осаждения глобул воды средним диаметром d 0,1 см в нефти с вязкостью 2,5 см²/с, определяемой по формуле (1) составит



Скорость же осаждения глобул воды в случае газированной газожидкостной смеси при принимаемой дозировке газа составит



т.е. почти в 3 раза больше, чем в негазированной.

В случае же избирательной аэрации только нефтяной части смеси скорость сепарации нефти от воды при той же концентрации газа составит



т. е. в 17 раз больше, чем в обычных условиях подготовки дегазированной нефти.

Зная скорость создания частиц в жидкости, а следовательно и допустимую скорость потока жидкости в отстойнике V U, определим площадь потока в отстойнике



где F площадь сечения отстойника, см²;

Q суточный расход жидкости, м³/сут.

Для негазированной жидкости



Для газированной жидкости



Для газированной нефти



Расстояние между потоконаправляющими перегородками высотой 50 см для вышеотмеченных случае составит соответственно







С учетом технологических соображений и резервирования, а также за счет увеличения длины пути и времени продвижения смеси в отстойнике его диаметр принят равным 8,5 м, а расстояние между потоконаправляющими перегородками принято равным 1,5 м. Применение отстойника с плавным вводом жидкости через устройство для газирования, оптимизация процесса гравитационного разделения компонентов смеси путем управления гидравлическим режимом движения между потоконаправляющими перегородками, повышает эффективность и производительность предлагаемых способа и устройства.