система комплексной подготовки продукции скважин и способ ее реализации

Формула изобретения

1. Система комплексной подготовки продукции скважин, состоящая из трубопроводов, теплообменников, нефтенагревателя, резервуара-отстойника и товарного резервуара, отличающаяся тем, что резервуар-отстойник снабжен встроенным в верхней зоне внутренним индивидуальным сепарационным блоком, соединенным через вертикальный сливной патрубок маточником-распределителем, обеспечивающим полную сепарацию газа и получение товарной нефти и чистой пластовой воды в одном и том же резервуаре-отстойнике.

2. Способ комплексной подготовки продукции скважин, включающий сепарацию газа и пластовой воды от нефти, отличающийся тем, что ввод газоводонефтяной эмульсии осуществлен в сепарационный блок тангенциально с целью получения эффекта гидроциклона и равномерного распределения отсепарированной жидкости через сливной патрубок по маточнику-распределителю, расположенному под слоем воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к устройствам и способам для подготовки и обработки газоводонефтяной эмульсии, поступающей из скважин, и предназначено для использования в первую очередь в системах установок подготовки нефти на нефтепромыслах с полным завершенным циклом, в том числе добывающих высокосернистую нефть.

Известна унифицированная схема сбора и подготовки продукции нефтяных скважин, включающая скважины, автоматическую замерную установку, блок дозирования реагента-деэмульгатора, сепаратор 1-й ступени, резервуар предварительного обезвоживания нефти, насос сырой нефти, теплообменник, блок нагрева сырой нефти, смеситель обезвоженной нефти с пресной водой, блок глубокого обессоливания (электродегидратор), сепаратор 2-й (горячей) ступени, резервуар товарной нефти, насос откачки товарной нефти.

Горячая нефть после блока глубокого обессоливания, пройдя теплообменник, нагревает сырую нефть и в охлажденном состоянии поступает в товарный резервуар, из которого откачивается потребителю.

Пластовая вода, отделившаяся при разрушении эмульсии сырой нефти, и пресная промывочная вода, применяемая для обессоливания обезвоженной нефти, после вышеуказанных рециклов смешиваются в резервуаре предварительного обезвоживания нефти, откуда поступают на установку очистки и подготовки воды для ее последующего использования в системе поддержания пластового давления.

Нефтяные газы, отделившиеся на 1-й ступени (газ высокого давления) и 2-й - горячей ступени (газ низкого давления), поступают на переработку на газоперерабатывающий завод [1].

Известна схема промысловой подготовки нефти, состоящая из сепараторов, резервуаров-отстойников, оборудованных в верхней части нефтесборниками (сливными патрубками), товарных резервуаров, нефтенагревателя, резервуара (очистных сооружений) для сбора и подготовки воды и дозировочного насоса, а резервуары-отстойники работают параллельно поочередно и для сбора неразложившейся в резервуарах-отстойниках стойкой эмульсии нефти для повторной подготовки дополнительно используется резервуар-сборник эмульсии, где каждый из резервуаров-отстойников связан с возможностью сообщения через нефтесборники в верхней части с любым из товарных резервуаров и через приемораздаточные трубы - с резервуаром-сборником эмульсии, а резервуар для подготовки воды (очистные сооружения) верхней частью, оборудованной нефтесборником (сливным патрубком), связан с резервуаром-сборником эмульсии [2].

Недостатком унифицированных технологических схем сбора, подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов является то, что данные технологические схемы, предназначенные для обустройства нефтяных месторождений, оказались малоприемлемыми для подготовки высокосернистых, с остаточным газовым фактором, нефтей, а также сложность их эксплуатации, обусловленная наличием большого числа отстойников, резервуаров и многоступенчатостью подготовки нефти.

С разработкой и внедрением в нефтедобывающей промышленности установок улавливания легких фракций (УУЛФ) (разработка института “ТатНИПИнефть” и поставка ЗАО “Татекс”) появились большие возможности эффективного использования резервуаров типа РВС не только в качестве буферных емкостей для приема сырья, хранения товарной нефти и нефтепродуктов, но и как технологические аппараты-отстойники для подготовки нефти и попутных пластовых вод, в том числе для продукции скважин, добывающих высокосернистую нефть.

Однако в резервуарах, где отсутствует избыточное давление, процесс подготовки нефти происходит с интенсивной сепарацией растворенного в нефти остаточного газа. Пузырьки газа, поднимаясь вертикально вверх по всему сечению резервуара через слой воды и нефти, увлекают с собой в верхнюю зону часть уже отделившейся воды. На границе фаз "нефть - газ" крупные пузырьки газа лопаются, и часть воды, не успевая осаждаться, переходит по переливному патрубку в резервуар товарной нефти, а часть воды с газом в виде более мелких пузырьков (пены) проскакивает в систему отбора газа, где в дальнейшем выпадает в конденсат.

В то же время гидростатический столб жидкости (нефть, вода), который в резервуаре-отстойнике постоянен, не позволяет проводить полную сепарацию газа от нефти при непосредственном вводе сырья в распределитель-маточник, расположенный в нижней зоне резервуара. Вследствие этого не полностью отсепарированная от газа нефть переходит в резервуар товарной нефти, где аналогичный процесс повторяется. Таким образом, процесс сепарации газа из нефти в резервуаре, сопровождаемый барботажем жидкости, приводит к ухудшению качества подготовки нефти, пластовой воды и газа.

При максимальном использовании эффекта внутритрубной деэмульсации подготовка нефти до товарных кондиций возможна при температуре не выше 30-35С. Однако при этой температуре процесса не обеспечивается требование одного из параметров, предъявляемых к качеству товарной нефти по ГОСТ 9965-76 “Нефть. Степень подготовки для нефтеперерабатывающих предприятий. Технические условия”, - упругости насыщенных паров. Для обеспечения выполнения этого параметра качества необходима температура процесса 40-45С. А с повышением температуры процесса происходит выпаривание более тяжелой части углеводородов (С₃ и выше), а также более интенсивное испарение воды. Таким образом, чем выше температура нагрева нефти, тем глубже и степень сепарации газа. Однако повышение температуры приводит к обратному эффекту деэмульсации нефти, связанному с более интенсивным барботированием жидкости в резервуаре, т.е. увеличению содержания балласта в товарной нефти (вода, соли).

С учетом вышеизложенного в основу изобретения была положена задача разработать устройство и способ, которые позволили бы осуществлять процесс подготовки высокосернистой нефти и проводить сепарацию газа и пластовой воды от нефти непосредственно в резервуаре-отстойнике, причем для исключения эффекта барботирования и его отрицательного влияния на качество нефти и воды, увеличения глубины сепарации газа из нефти при более низких температурах процесса подготовки нефти (30-35С) предложен способ глубокой сепарации остаточного газа от нефти непосредственно в верхней зоне резервуара-отстойника.

Техническим результатом изобретения является: повышение качества подготовки нефти, ускорение естественного распада газоводонефтяных эмульсий на их составляющие ингредиенты (нефть, воду, газ) при подаче в резервуар-отстойник и отстое при невысоких температурах.

Это достигается в устройстве, состоящем из трубопроводов, теплообменников, нефтенагревателя, резервуара-отстойника и товарного резервуара за счет того, что резервуар-отстойник снабжен встроенным в верхней зоне внутренним индивидуальным сепарационным блоком, соединенным через вертикальный сливной патрубок маточником-распределителем, обеспечивающим полную сепарацию газа и получение товарной нефти и чистой пластовой воды в одном и том же резервуаре-отстойнике.

Также это достигается в способе комплексной подготовки продукции скважин, включающем сепарацию газа и пластовой воды от нефти за счет того, что ввод газоводонефтяной эмульсии осуществлен в сепарационный блок тангенциально с целью получения эффекта гидроциклона и равномерного распределения отсепарированной жидкости через сливной патрубок по маточнику-распределителю, расположенному под слоем воды.

Новым является то, что резервуар-отстойник снабжен встроенным в верхней зоне индивидуальным сепарационным блоком, обеспечивающим глубокую степень сепарации газа от нефти и исключающим отрицательное влияние на процесс обезвоживания и обессоливания остаточного газа, поступающего с нефтью в резервуар-отстойник.

Процесс сепарации газа от нефти происходит в верхней зоне резервуара-отстойника при отсутствии избыточного давления, причем для исключения эффекта барботирования полностью отсепарированная от газа и разрушенная на нефть и воду смесь поступает под слой пластовой воды через маточник-распределитель, где происходит естественное полное разделение смеси на водную и нефтяную фазу, а не через слой воды и нефти с образованием пузырьков газа с водой, двигающихся по всему сечению вертикально вверх. Завершенный цикл подготовки нефти происходит при температуре нагрева не более 30-35С и случшими показателями качества товарной нефти, воды и газа.

Указанные выше новые существенные признаки являются отличительными признаками предлагаемого изобретения по отношению к известному по прототипу решению, они обеспечивают достижение нового технического результата заявляемого изобретения.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации нам не известны устройства или способы для подготовки нефти и попутных пластовых вод с полным завершающим циклом, которые вместе с известными признаками включали бы в целом предложенное нами указанное выше сочетание новых существенных признаков, характеризующихся тем, что:

- введены новые конструктивные элементы: резервуар-отстойник снабжен пустотелым сепарационным блоком;

- предложена новая форма выполнения элементов: ввод приемного трубопровода расположен тангенциально, а подача газоводонефтяной эмульсии осуществляется в верхнюю зону резервуара-отстойника;

- выполнено новое взаимное расположение элементов: пустотелый сепарационный блок встроен в верхнюю зону резервуара-отстойника.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - предлагаемая система подготовки продукции скважин;

на фиг.2 - схема резервуара-отстойника по предлагаемой системе, разрез по А-А.

В конце описания приведена сравнительная таблица некоторых технико-экономических показателей до и после внедрения разработки.

Система комплексной подготовки продукции скважин и способ ее реализации (фиг.1) содержит сырьевой трубопровод 1, теплообменник 2, печь 3, резервуар-отстойник 4, встроенный индивидуальный сепаратор (пустотелый сепарационный блок) 5, резервуар 6, насос товарной нефти 7, насос очищенной воды 8, установку УЛФ 9.

Резервуар-отстойник 4 (фиг.2) включает в себя вертикально поднимающийся на высоту H₂ приемный трубопровод 10 с тангенциальным вводом, пустотелый сепарационный блок 5 высотой Н с верхними и нижними конусами с отбойными тарелками, расположенными в верхней конусной части пустотелого сепарационного блока 5, газовый патрубок 11, сливной трубопровод 12, трубопровод товарной нефти 13, расположенный на высоте Н₃, и трубопровод очищенной воды 14.

Работа системы комплексной подготовки продукции скважин происходит следующим образом.

Предварительно разрушенная на нефть и воду эмульсия с остаточным газосодержанием 0,2 - 0,6 м³/т по приемному трубопроводу 10 подается через сопло (для создания скорости завихрения) в пустотелый сепарационный блок 5, расположенный в верхней зоне резервуара-отстойника 4 на расстоянии H₁ от крыши. Пустотелый сепарационный блок 5, выполненный из трубы большого диаметра ( 500-1000 мм) высотой Н с верхними и нижними конусами для выхода газа и нефти состоит из двух частей:

- собственно встроенного индивидуального сепаратора нефти, газа и воды (пустотелого сепарационного блока) 5, представляющего собой элемент гидроциклона;

- отбойных тарелок от пузырьков газа и воды, расположенных в верхней конусной части пустотелого сепарационного блока 5.

Разрушенная водогазонефтяная эмульсия через сопло тангенциально вводится в верхнюю часть пустотелого сепарационного блока 5 гидроциклона. В гидроциклоне достигается некоторое разрежение, что способствует эффективному выделению растворенного газа. Вращательное движение по спирали сверху вниз по окружности стенки пустотелого сепарационного блока 5 за счет тангенциального ввода вызывает эффект центробежных сил, достаточный для разделения водогазожидкостной смеси на три фазы. Легкая - газовая - по центру устремляется к верхней конусной части с отбойными тарелками, где освобождается от мелких пузырьков (пены) и воды. Вода по стенкам стекает вниз. Ближе к стенке располагается водная фаза, за ней - нефть, которые под действием гравитационных сил свободно перетекают по сливному трубопроводу 12 в маточник-распределитель, расположенный в нижней части резервуара-отстойника 4 под слоем пластовой воды. Полностью отсепарированная от газа и разрушенная на нефть и воду смесь поступает под слой пластовой воды через маточник-распределитель, расположенный на высоте Н₄, где происходит естественное полное разделение на водную и нефтяную фазу.

Рабочий (жидкостный) объем резервуара-отстойника 4 при этом служит только для глубокого обезвоживания нефти, т.к. отсутствует отрицательный эффект барботажа смеси остаточным газом. Таким образом, достигается более глубокая сепарация газа и пластовой воды от нефти при невысоких температурах.

Данная конструкция пустотелого сепарационного блока 5 может быть использована также в горизонтальных отстойниках и дегидраторах.

В таблице для сравнения представлены данные, характеризующие достигаемое качество товарной нефти, и основные технологические параметры действующей системы подготовки нефти (УПВСН НГДУ “Ямаш-нефть”), работающей по известной технологической схеме, и системы комплексной подготовки продукции скважин этой же нефти, использующей предлагаемые технические решения.

Система проста по изготовлению и монтажу, надежна в эксплуатации, не требует квалифицированного обслуживания и не зависит от других технических и технологических факторов, т.е. положительный эффект достигается при любых изменениях технологического режима.

Благодаря предложенному наличию конструктивных элементов в заявляемом техническом решении, а также в связи с их выполнением и взаимным расположением, заявляемое устройство и способ при обработке газово-донефтяной эмульсии обеспечивают достижение нового технического результата:

- по сравнению с традиционными методами способ глубокой сепарации нефти от газа и пластовой воды в резервуаре-отстойнике по изобретению требует значительно меньших затрат (см. таблицу);

- разделение газоводонефтяной эмульсии на составляющие (нефть, газ, воду) без применения реагентов и/или дополнительного нагрева;

- возрастание скорости естественного полного разделения газоводонефтяной эмульсии на ингредиенты, что позволяет при необходимости увеличить мощность системы;

- заявляемое техническое решение в условиях нефтяных промыслов надежное в работе и простое в обслуживании;

- позволяет получать товарную нефть более высокого качества, в частности снизить остаточное содержание воды, солей и газа в товарной нефти;

- отпадает необходимость в частых остановках и проведении профилактических работ, которые будут производиться только при капитальном ремонте резервуаров;

- улучшает общую экологическую обстановку на объектах подготовки нефти, ликвидируя вредные выбросы в атмосферу.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявленного изобретения выполнена следующая совокупность условий:

- средство, воплощающее заявленные способ и устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Источники информации:

1. Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды. - М.: Недра, 1981, с. 71-81.

2. Патент РФ №2142093, F 17 D 3/14 “Схема промысловой подготовки нефти”.