трубная установка для очистки нефтесодержащих вод

Формула изобретения

1. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод, содержащая трубную полость, составленную из горизонтальной и вертикальной труб, трубопроводы подвода нефтесодержащих вод и отвода очищенной воды, нефти и газа, отличающаяся тем, что горизонтальная и вертикальная трубы равного или неравного диаметра, горизонтальная труба расположена параллельно или под углом к поверхности, трубная полость образована из заглушенной с обоих торцов горизонтальной трубы, к донной части которой подсоединена заглушенная снизу вертикальная труба, трубопровод подвода нефтесодержащих вод, завершающийся распылителем, подсоединен к горизонтальной трубе, распылитель расположен внутри горизонтальной трубы, трубопровод отвода очищенной воды подсоединен к вертикальной трубе или донной части горизонтальной трубы, трубопровод отвода газа подсоединен к верхней части горизонтальной трубы, трубопровод отвода нефти подсоединен к горизонтальной трубе.

2. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод подвода нефтесодержащих вод подсоединен к торцевой стенке горизонтальной трубы, а в горизонтальной трубе выполнен карман, к которому подсоединен трубопровод отвода газа.

3. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.2, отличающаяся тем, что трубопровод отвода очищенной воды подсоединен к боковой стенке вертикальной трубы, а к донной части вертикальной трубы подсоединен накопитель твердых частиц.

4. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.3, отличающаяся тем, что внутрь вертикальной трубы вставлена труба меньшего диаметра, открытая с обеих концов.

5. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.4, отличающаяся тем, что трубопровод отвода очищенной воды подсоединен к боковой стенке вставленной трубы.

6. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.5, отличающаяся тем, что длина горизонтальной трубы не меньше D/sin , где D - диаметр горизонтальной трубы, - угол наклона горизонтальной трубы.

7. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.1, отличающаяся тем, что распылитель расположен необязательно параллельно поверхности.

8. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальная часть установки составлена из двух соединенных торцами наклонных труб, необязательно имеющих одинаковый диаметр и длину, а также необязательно наклоненных под одинаковыми углами к поверхности, вершина горизонтальной части направлена к поверхности или вверх, к каждой наклонной трубе подсоединены патрубки подвода нефтесодержащей воды, заканчивающиеся распылителями, и патрубки отвода нефти.

9. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.1 или 7, отличающаяся тем, что перед входом в горизонтальную часть расположен гидроциклон с патрубками отвода газа и жидкости.

10. Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод по п.8, отличающаяся тем, что установка состоит из нескольких параллельно или непараллельно расположенных горизонтальных частей, необязательно одинаковой длины и диаметра, к каждой из которых от делителя подведен патрубок подвода нефтесодержащих вод.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к области сбора и подготовки нефти и воды на промыслах, и может быть использовано при очистке попутно с нефтью извлекаемой из пласта воды с целью подготовки для закачки обратно в пласт для поддержания пластового давления. Для этих целей используют различные отстойники.

Известна трубная установка для очистки нефтесодержащих вод, включающая трубный отстойник-сепаратор, снабженный распылителями очищаемой воды, патрубки для подвода очищаемой воды, гидрозатвор, регуляторы уровня, патрубки для отвода очищенной воды и накопившейся нефти, газа, в которой распылители очищаемой воды размещены над слоем нефти /Патент РФ №2133222, МПК⁶ С01F 1/40, опубл. 20.17.1999 г./.

Недостатком данной трубной установки является недостаточное качество очистки пластовой воды, обусловленное возможностью образования водонефтяной эмульсии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является трубная установка для очистки нефтесодержащих вод, содержащая трубную полость, составленную из горизонтальной и вертикальной труб одинакового диаметра, с трубопроводами подвода нефтесодержащих вод и отвода очищенной воды, нефти и газа /Патент РФ №2089259, МПК⁶ В02D 17/00, опубл. 10.09.1997 г./.

Недостатком данного устройства является недостаточное качество очистки пластовой воды, обусловленное тем, что он недостаточно приспособлен к очистке пластовой воды.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение качества очистки пластовой воды.

Это достигается тем, что в трубной установке для очистки нефтесодержащих вод, содержащей трубную полость, составленную из горизонтальной и вертикальной труб одинакового диаметра, с трубопроводами подвода нефтесодержащих вод и отвода очищенной воды, нефти и газа, в которой трубная полость образована из заглушенной с обоих торцов горизонтальной трубы, к донной части которой подсоединена заглушенная снизу вертикальная труба, трубопровод подвода нефтесодержащих вод, завершающийся распылителем, подсоединен к горизонтальной трубе, распылитель расположен внутри горизонтальной трубы, трубопровод отвода очищенной воды подсоединен к вертикальной трубе, трубопровод отвода газа подсоединен к верхней части горизонтальной трубы, трубопровод отвода нефти подсоединен к горизонтальной трубе. Кроме того, в некоторых случаях горизонтальная и вертикальная трубы могут быть не обязательно одинакового диаметра, при этом трубопровод подвода нефтесодержащих вод подсоединен к торцевой стенке горизонтальной трубы, а в горизонтальной трубе выполнен карман, к которому подсоединен трубопровод отвода газа. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод отвода очищенной воды может быть подсоединен к боковой стенке вертикальной трубы, а к нижней части вертикальной трубы подсоединен накопитель твердых частиц. Кроме того, в некоторых случаях внутрь вертикальной трубы может быть вставлена труба меньшего диаметра, открытая с обоих концов. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод отвода очищенной воды может быть подсоединен к боковой стенке вставленной трубы. Кроме того, в некоторых случаях горизонтальная труба может быть расположена под углом к поверхности, при этом трубопровод подвода нефтесодержащих вод подсоединен к боковой поверхности, не обязательно донной части, горизонтальной трубы. Кроме того, в некоторых случаях длина горизонтальной трубы может быть не меньше D/sin , где D - диаметр горизонтальной трубы, - угол наклона горизонтальной трубы. Кроме того, в некоторых случаях длина горизонтальной трубы может быть не меньше H/sin , где Н - необходимая толщина гидрофобного слоя, - угол наклона трубы. Кроме того, в некоторых случаях длина горизонтальной трубы может быть не меньше *D/(4*sin ), где D - диаметр трубы. Кроме того, в некоторых случаях распылитель может быть расположен параллельно поверхности. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод отвода газа может быть подсоединен к верхней части горизонтальной трубы. Кроме того, в некоторых случаях вертикальная труба может быть подсоединена к нижней части горизонтальной трубы. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод отвода очищенной воды может быть подсоединен к нижней части горизонтальной трубы. Кроме того, в некоторых случаях горизонтальная часть установки может быть составлена из двух соединенных торцами наклонных труб, не обязательно имеющих одинаковый диаметр и длину, а также не обязательно наклоненных под одинаковыми углами к поверхности, вершина горизонтальной части направлена к поверхности, к каждой наклонной трубе подсоединены патрубки подвода нефтесодержащей воды, заканчивающие распылителями, и патрубками отвода нефти и газа. Кроме того, в некоторых случаях горизонтальная часть установки может быть составлена из двух соединенных торцами наклонных труб, не обязательно имеющих одинаковый диаметр и длину, а также не обязательно наклоненных под одинаковыми углами к поверхности, вершина горизонтальной части направлена вверх, к каждой наклонной трубе подсоединены патрубки подвода нефтесодержащей воды, заканчивающие распылителями, и патрубки отвода нефти. Кроме того, в некоторых случаях перед входом в горизонтальную часть может быть расположен гидроциклон с патрубками отвода газа и жидкости. Кроме того, в некоторых случаях после гидроциклона может быть установлен делитель. Кроме того, в некоторых случаях трубная установка может быть составлена из нескольких параллельно расположенных горизонтальных частей, не обязательно одинаковой длины и диаметра, к каждой из которых от делителя подведен патрубок подвода нефтесодержащих вод. Кроме того, в некоторых случаях горизонтальные части могут быть не обязательно параллельны.

Выполнение горизонтальной и вертикальной труб не обязательно одинакового диаметра позволяет расширить диапазон применения установки. При этом, если диаметр вертикальной трубы больше диаметра горизонтальной трубы, то для их соединения можно использовать переходник. Выбор диаметров труб зависит от параметров очищаемых нефтесодержащих вод (расход, содержание нефтепродуктов и твердых частиц, распределение частиц по размерам и т.д.).

Подсоединение трубопровода подвода нефтесодержащих вод к торцевой стенке горизонтальной трубы позволяет организовать более плавный ввод нефтесодержащих вод, что обеспечивает повышение качества очистки.

Выполнение в горизонтальной трубе кармана, к которому подсоединен трубопровод отвода газа, позволяет повысить эффективность использования объема горизонтальной трубы.

Подсоединение трубопровода отвода очищенной воды к боковой стенке вертикальной трубы позволяет повысить качество очистки, так как на дне вертикальной трубы могут скапливаться твердые частицы.

Подсоединение к нижней части вертикальной трубы накопителя твердых частиц позволяет повысить качество очистки.

Вставка внутрь вертикальной трубы трубы меньшего диаметра, открытой с обоих концов, позволяет организовать ввод твердых частиц в вертикальную трубу по каналу, образованному наружной поверхностью вставленной трубы и внутренней поверхностью вертикальной трубы. Эти трубы (вставленная и вертикальная) не обязательно должны быть соосны и расположены параллельно. При этом в зависимости от параметров очищаемой нефтесодержащей воды верхний конец вставленной трубы может быть установлен выше, по уровню или ниже донной части горизонтальной трубы.

Подсоединение трубопровода отвода очищенной воды к боковой стенке вставленной трубы позволяет повысить качество очистки, так как внутри вставленной трубы практически отсутствуют твердые частицы.

Очистка нефтесодержащих вод может производиться в гидрофобном слое, представляющем слой нефти толщиной, зависимой от параметров очищаемой воды и нефти. Необходимая толщина гидрофобного слоя составляет Н (по вертикали). Пусть диаметр горизонтальной трубы составляет D. Тогда осуществление процесса очистки нефтесодержащих вод при прохождении их через гидрофобный слой возможно лишь в том случае, если диаметр горизонтальной трубы по меньшей мере равен толщине гидрофобного слоя. На практике D должен быть больше Н (из-за размеров и выполнения отверстий распылителя). В противном случае для обеспечения эффективности гидрофобного слоя горизонтальная труба должна быть расположена под углом к поверхности.

Расположение горизонтальной трубы под углом к поверхности позволяет повысить качество очистки.

Подсоединение трубопровода подвода нефтесодержащих вод к боковой поверхности, не обязательно донной части, горизонтальной трубы позволяет обеспечить плавный ввод очищаемой воды, что снижает возникающие завихрения и ведет к повышению качества очистки.

Расположение горизонтальной трубы под углом к поверхности показано на фигуре 1.

Для повышения качества очистки нужно увеличение площади зеркала между нефтью и водой. В наклонной трубе это "зеркало" имеет форму эллипса с длинами осей D и D/sin . Тогда длина горизонтальной трубы должна быть не меньше

Выполнение длины горизонтальной трубы не меньше D/sin позволяет повысить качество очистки нефтесодержащих вод.

Легко определить, что необходимая длина трубы L _H для реализации гидрофобного слоя толщиной Н составляет:

Выполнение длины горизонтальной трубы не меньше H/sin позволяет повысить качество очистки нефтесодержащих вод.

Максимальная площадь поверхности раздела в горизонтальной трубе, расположенной параллельно поверхности, возможна в том случае, если линия раздела проходит по высоте, равной радиусу трубы. Она составляет

где L - длина трубы.

В трубе, расположенной под углом к поверхности, поверхность раздела представляет эллипс и ее площадь равна:

Площадь раздела (4) не зависит от длины трубы, если она больше L_D из (1). Тогда минимальная длина трубы, при которой достигается равенство площадей раздела горизонтальной и наклонной труб, определяется после приравнивания соотношений (3) и (4) и составляет:

Выполнение длины горизонтальной трубы не меньше *D/(4*sin ), где D - диаметр трубы позволяет повысить качество очистки.

Рассчитанные по формулам (1), (2) и (5) значения в зависимости от угла наклона для трубы диаметром 0,3 м и 0,5 м при толщине гидрофобного слоя Н=0,5 м приведены в таблице 1.

Таблица 1
, [°]	L Н=H/sin , [м]	0.3 m/0.5 m
		LD=D/sin , [м]	Lmin= D/4*sin , [м]
1	28.6	17.1/28.6	13.4/22.5
2	14.3	8.6/14.3	6.8/11.2
3	9.6	5.7/9.6	4.5/7.5
4	7.2	4.3/7.2	3.4/5.7
5	5.7	3.4/5.7	2.7/4.5
6	4.8	2.9/4.8	2.3/3.8
7	4.1	2.5/4.1	2.0/3.2
8	3.6	2.2/3.6	1.7/2.8
9	3.2	1.9/3.2	1.5/2.5
10	2.9	1.7/2.9	1.3/2.3

Расположение распылителя параллельно поверхности позволяет повысить равномерность орошения поверхности, что обеспечивает повышение качества очистки. Длина распылителя, форма, размер и количество отверстий должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить равномерное орошение поверхности жидкости.

Подсоединение трубопровода отвода газа к верхней части горизонтальной трубы позволяет повысить качество очистки воды, так как газ имеет меньшую плотность, чем нефть и вода и поэтому будет подниматься вверх. При прохождении газа через воду происходит флотация, которая способствует очистке воды.

Подсоединение вертикальной трубы к нижней части горизонтальной трубы позволяет повысить качество очистки воды. Вода более тяжелая, чем нефть, и поэтому вода будет скапливаться в нижней части.

Подсоединение трубопровода отвода очищенной воды к нижней части горизонтальной трубы позволяет повысить качество очистки воды.

Одним из путей повышения производительности является увеличение площади "зеркала" нефть-вода. При сохранении диаметра и угла наклона горизонтальной трубы площадь "зеркала" можно увеличить в 2 раза, если горизонтальную часть установки сделать составленной из 2-х наклонных труб (одинакового диаметра и угла наклона), соединенных концами. При равенстве суммы длин наклонных труб длине исходной наклонной трубы объем сохраняется.

Выполнение горизонтальной части установки, составленной из двух соединенных торцами наклонных труб, не обязательно имеющих одинаковый диаметр и длину, а также не обязательно наклоненных под одинаковыми углами к поверхности, вершина горизонтальной части направлена к поверхности, к каждой наклонной трубе подсоединены патрубки подвода нефтесодержащей воды, заканчивающие распылителями, и патрубками отвода нефти и газа, позволяет повысить качество очистки.

Для повышения качества очистки в зависимости от параметров нефтесодержащей воды, в частности содержания растворенного газа, вершина горизонтальной части может быть направлена вверх или вниз.

Выполнение горизонтальной части установки, составленной из двух соединенных торцами наклонных труб, не обязательно имеющих одинаковый диаметр и длину, а также не обязательно наклоненных под одинаковыми углами к поверхности, вершина горизонтальной части направлена вверх, к каждой наклонной трубе подсоединены патрубки подвода нефтесодержащей воды, заканчивающие распылителями, и патрубки отвода нефти, позволяет повысить качество очистки.

Расположение перед входом в горизонтальную трубу гидроциклона с патрубками отвода газа и жидкости позволяет повысить качество очистки воды за счет отбивки газа в гидроциклоне.

Установка после гидроциклона делителя позволяет повысить качество очистки воды.

Выполнение трубной установки, составленной из нескольких параллельно расположенных горизонтальных частей, не обязательно одинаковой длины и диаметра, к каждой из которых от делителя подведен патрубок подвода нефтесодержащих вод, позволяет повысить качество очистки воды.

Выполнение горизонтальных частей не обязательно параллельными позволяет повысить качество очистки.

Предлагаемая трубная установка для очистки нефтесодержащих вод показана на фиг.2. Расположение трубной установки под углом к поверхности показано на фиг.1 и 3.

Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод состоит из горизонтальной 1 и вертикальной 2 труб. Трубопровод подвода нефтесодержащих вод 3 завершается распылителем 4. Трубопровод отвода воды 5 подсоединен к вертикальной трубе 2. На горизонтальной трубе 1 выполнен газовый карман 6, к которому подсоединен трубопровод отвода газа 7. Для отвода нефти из горизонтальной трубы 1 предназначен трубопровод отвода нефти 8. Для сбора твердых частиц предназначен накопитель 9. В некоторых случаях может устанавливаться гидроциклон 10, который снабжен патрубками отвода газа 11 и нефтесодержащей воды 12.

Трубная установка для очистки нефтесодержащих вод работает следующим образом. По трубопроводу 3 нефтесодержащая вода поступает в гидроциклон 10, где производится отбивка газа, который отводится по патрубку отвода газа 11. Очищаемая вода по патрубку 12 поступает в распылитель 4, из которого она подается на гидрофофобный фильтр в горизонтальной трубе 1. При прохождении воды через гидрофобный слой происходит ее очистка. Выделяющийся при этом газ поступает в газовый колпак 6, откуда отводится по трубопроводу отвода газа 7. По необходимости нефть из горизонтальной трубы 1 отводится трубопроводом отвода нефти 8. Очищенная вода вместе с твердыми частицами поступает в вертикальную трубу 2, откуда очищенная вода отводится по трубопроводу отвода воды 5, а твердые частицы поступают в накопитель 9.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить качество очистки нефтесодержащих вод.