способ и устройство для предварительного сброса воды в системах сбора продукции нефтедобывающих скважин

Формула изобретения

1. Способ предварительного сброса воды в системе сбора продукции нефтедобывающих скважин, включающий транспортирование газожидкостной смеси по трубопроводу подвода в успокоительный трубопровод с отделением в нем газа через патрубок отвода и затем в наклонную трубу, контроль границы раздела фаз нефть - вода и нефть - газ в наклонной трубе, регулирование расхода газожидкостной смеси, поддержание определенного положения границы раздела фаз нефть - вода в наклонной трубе относительно точки ввода успокоительного трубопровода в наклонную трубы и последующий сброс воды из нижней части наклонной трубы и отвод газа из ее верхней части, отличающийся тем, что в успокоительном трубопроводе осуществляют более полное обезгаживание газожидкостной смеси и полное разделение жидкостной смеси, а в наклонной трубе поддерживают положение границы раздела фаз нефть - вода ниже точки ввода успокоительного трубопровода в наклонную трубу.

2. Установка для предварительного сброса воды в системах сбора продукции скважин, включающая трубопровод подвода газожидкостной смеси, успокоительный трубопровод, оснащенный на входе патрубком отвода газа, и наклонную трубу, оснащенную датчиками раздела фаз нефть - вода и нефть - газ и регулятором расхода газожидкостной смеси, отличающаяся тем, что успокоительный трубопровод выполнен прямолинейно, имеет одинаковый диаметр с наклонной трубой и эксцентричный верхний вход газожидкостной смеси, а на выходе дополнительно оснащен патрубком отвода газа в наклонную трубу под прямым углом к ее оси, причем угол наклона наклонной трубы относительно горизонта составляет 4 - 15^o.

Описание изобретения к патенту

Используется в нефтегазодобывающей промышленности для разделения продукции скважин на газ, нефть и воду.

В связи с высокой обводненностью продукции скважин на поздней стадии разработки нефтяных месторождений целесообразно применять трубные сепарационные установки, изготавливаемые в полевых условиях и обладающие рядом преимуществ по сравнению с емкостными сепараторами.

Известны способ и трубная наклонная установка для предварительного сброса воды [1], содержащая наклонную колонну с трубопроводами подвода газожидкостной смеси (ГЖС), успокоительный участок и участок отвода газа, нефти и воды. При поступлении продукции скважин на установку газ по перемычкам из успокоителя и наклонной колонны поступает в газовый трубопровод, вода отводится из нижней части колонны, нефть - из верхней - в нефтепровод, где вновь соединяется с газом.

Установка позволяет разделять продукцию с высоким водосодержанием (до 80-90%), однако она обладает рядом недостатков:

отсутствуют условия для четкого разделения фаз: газа, нефти и воды, так как изначально предусматривается частичный отбор свободной воды (60-80%) от потенциального ее количества, выделившегося из эмульсии;

в связи с тем, что нефть на выходе вновь перемешивается с газом и частично с водой и выводится с установки в виде газожидкостной смеси, последняя при дальнейшем движении в системе сбора обладает способностью к расслоению, что создает условия для коррозии трубопроводов;

газосборный коллектор с перемычками, расположенный по верхней образующей трубного наклонного разделителя, малоэффективен, так как объемы газа, собирающегося вдоль верхней образующей, незначительны. В связи с этим коллектор погружен на большую часть своей длины в воду и нефть, что в зимнее время может привести к перекрытию его сечения за счет застывания нефти и замерзания воды.

Известен способ предварительного сброса воды в системах сбора продукции скважин [2] , согласно которому осуществляют транспортирование ГЖС по трубопроводу подвода в успокоительный трубопровод с отделением в нем газа через патрубок отвода и затем - в наклонную трубу, контроль границы раздела фаз нефть-вода и нефть-газ в наклонной трубе, регулирование расхода ГЖС и поддержание положения границы раздела фаз нефть-вода в точке ввода успокоительного трубопровода в наклонную трубу, и последующий сброс воды из нижней части наклонной трубы и отвод газа из ее верхней части.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является трубная установка, включающая наклонную колонну, трубопровод подвода газожидкостной смеси, успокоитель потока, газоотводящие стояки и трубопроводы отвода нефти, газа и воды [2]. В этой установке успокоительная часть выполнена в форме зигзага. Частичный отбор газа осуществляется в нижней, горизонтальной части успокоительного трубопровода, далее ГЖС, двигаясь в успокоительном участке, частично разделяется на составные части и подается в наклонный участок, оснащенный датчиком раздела фаз нефть - вода и нефть - газ, где осуществляется основной процесс разделения на фазы. Оставшийся газ отбирается с верхней точки наклонного участка, отделившаяся вода с нижней части подается в отстойник воды, а нефть с остаточным содержанием воды поступает в трубопровод для дальнейшей транспортировки.

Известные способ и устройство обладают рядом недостатков.

1. Отбор газа, осуществляемый в нижней горизонтальной части успокоительного трубопровода, крайне нецелесообразен по причине неустойчивости потока и, соответственно, малой доли отбираемого газа, что особенно нежелательно при разделении продукции скважин с высоким газосодержанием.

2. Диаметр успокоительной части меньше, чем диаметр наклонного участка. По этой причине условия для разделения ГЖС на составные части крайне неблагоприятные (турбулентное течение и недостаточное время пребывания в успокоительной части).

3. Подача смеси из успокоительного коллектора в наклонную часть осуществляется на границу раздела фаз нефть-вода, что в технологическом плане является неоптимальным для качества очистки воды.

Предлагаемые способ и устройство позволяют устранить вышеуказанные недостатки.

Решаемая задача - повышение качества разделения ГЖС, особенно с высоким содержанием газа, технологической надежности и эффективности способа и установки при изменении динамических характеристик поступающей продукции скважин с одновременным упрощением конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в успокоительном трубопроводе осуществляют более полное обезгаживание ГЖС и полное разделение жидкостной смеси, а в наклонной трубе поддерживают положение границы раздела фаз нефть-вода ниже точки ввода успокоительного трубопровода в наклонную трубу. Поставленная задача решается также тем, что успокоительный трубопровод выполнен прямолинейно, одинакового диаметра с наклонной трубой, эксцентрично по входу ГЖС по его верхней образующей и дополнительно оснащен патрубком отвода газа на выходе и вмонтирован в наклонную трубу под прямым углом к ее плоскости, причем угол наклона наклонной трубы относительно горизонта составляет 4 - 15^o.

Именно заявляемая совокупность конструктивных элементов установки обеспечивает согласно способу поддержание положения границы раздела фаз нефть-вода в наклонной трубе ниже точки подачи разделяемой смеси из успокоительного трубопровода в наклонную трубу, а также более полное обезгаживание ГЖС и полное разделение жидкостной смеси в успокоительном трубопроводе. Это позволяет сделать вывод о едином изобретательском замысле заявляемых изобретений.

Сравнение существенных признаков заявляемых технических решений и прототипа показывает соответствие предлагаемых изобретений критерию "новизна". Заявляемые способ и установка обладают также "изобретательским уровнем", так как впервые авторами предложены специальная конструкция успокоительного трубопровода и поддержание положения границы раздела фаз в наклонной трубе ниже точки подачи разделяемой смеси из успокоительного трубопровода в наклонную трубу.

Предлагаемый способ осуществляется следующей последовательностью операций.

1. Транспортирование ГЖС по трубопроводу подвода в успокоительный трубопровод с отделением в нем газа через патрубки отвода и полным разделением жидкостной смеси и затем - в наклонную трубу.

2. Контроль границы раздела фаз нефть-вода и нефть- газ в наклонной трубе.

3. Регулирование расхода ГЖС таким образом, чтобы поддерживать положение границы раздела фаз нефть-вода в наклонной трубе ниже точки ввода успокоительного трубопровода в наклонную трубу.

4. Сброс воды из нижней части наклонной трубы.

5. Отвод газа из верхней части наклонной трубы.

На чертеже представлена предлагаемая установка.

Установка, включающая трубопровод подвода ГЖС 1, успокоительный трубопровод 2 с эксцентричным вводом 3, в котором осуществляется разделение смеси на три потока - нефть, газ и воду и отделение газа через патрубки 4 отвода газа и далее ввод потоков нефти и воды в наклонную трубу 5, в верхней части которой установлен датчик контроля раздела фаз нефть-газ 6 и патрубок отвода газа, ниже точки ввода установлен датчик контроля границы раздела фаз нефть-вода 7, соединенный с регулирующим клапаном 8.

Выше точки ввода в наклонной части имеется трубопровод 9 для отвода нефти, а в нижней части - трубопровод 10 для отвода воды. Успокоительный трубопровод выполнен одинакового диаметра с наклонным, а угол наклона наклонной трубы составляет 4 - 15^o к горизонту. При меньших значениях угла наклона процесс очистки воды в наклонной части будет происходить крайне медленно и сбрасываемая вода будет грязной, при больших значениях угла наклона конструкция будет громоздкой и дорогостоящей.

Устройство работает следующим образом.

ГЖС с кустов по подводящему трубопроводу 1 поступает в горизонтальный успокоительный трубопровод 2, в котором благодаря эксцентричному (верхнему) вводу 3 происходит разделение смеси на составляющие компоненты. Газ по верхней образующей трубы отбирается патрубками 4 и под давлением подается в сборный газопровод, а нефть и вода разделенными потоками поступают в наклонный трубопровод 5, причем ввод потоков осуществляется в нефтяную зону, то есть выше границы раздела фаз нефть-вода, чем достигается эффект более полной очистки воды при ее прохождении через слой нефти. Оставшийся газ отбирается из наклонной части через патрубок 4. Для контроля границы раздела фаз нефть-газ установлен датчик 6, а граница раздела фаз нефть-вода контролируется датчиком 7, который электрически соединен с регулирующей задвижкой 8 для поддержания оговоренного положения границы раздела фаз относительно точки ввода жидкостных потоков в наклонную трубу. Отбор обезвоженной нефти осуществляется через трубопровод 9, а выделившейся и отстоявшейся воды - из нижней части наклонной трубы через трубопровод 10.

Для повышения эффективности процесса отбора всплывающих пузырьков нефти из воды с верхней образующей наклонный трубопровод установлен под углом 4-15^o к горизонту. В результате такой конструкции трубопровода достигается глубокая очистка воды от нефтепродуктов и мехпримесей под действием гравитационной силы.

Пример конкретного осуществления.

Предлагаемые технология и конструкция вышеприведенной установки были реализованы на ДНС-Т Тепловского месторождения ОАО "Юганскнефтегаз". Параметры поступающей продукции в установку следующие:

Объем поступающей продукции, м³/сут - 10000

Обводненность, % - 78

Температура, ^oC - 28

Тип эмульсии - Среднеустойчивая

Газовый фактор, м³/м³ - 43

Плотность поступающей жидкости, г/см³ - 0,882

Вязкость поступающей жидкости, сСТ - 25

Конструктивные данные установки:

Длина наклонной части, м - 100

Диаметр трубы, мм - 1420

Угол наклона к горизонту, град - 5

В результате промышленных испытаний в марте-мае 1997г. были получены следующие результаты: объем сбрасываемой воды на КНС - 4 000 м³/сут; содержание нефтепродуктов и мехпримесей в воде - около 35 мг/л (по существующим нормативам - не более 50 мг/л); обводненность продукции, перекачиваемой на ЦПС -35%.

Таким образом, поставленная задача решена, цель достигнута. В результате промышленной реализации получены удовлетворительные результаты по качеству сбрасываемой воды и достаточное количество воды.

Способ и устройство промышленно применяются, так как все узлы и детали устройства выпускаются промышленностью и изготовлены в промысловых условиях, а технология не требует специального оборудования.

Источники информации:

1.Голубев В.Ф., Вильданов Р.Г., Серазетдинов Ф.К., Мамбетова Л.М. Совмещенная герметизированная схема подготовки нефти и воды на объектах нефти. Нефтяное хозяйство. - 1995, N 5/6, с. 77-80.

2. Крюков В.А. и др. Новое в технологии предварительного сброса и очистки пластовых вод. Нефтяное хозяйство. - 1996, N 2, с. 56-58.