способ транспортирования газоводонефтяной смеси и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ транспортирования газоводонефтяной смеси, включающий предварительную ее обработку деэмульгатором, создание в трубопроводе большого диаметра делителя фаз давления и скорости потока, обеспечивающих расслоение смеси на фазы, заключение их в замкнутый объем делителя фаз и отбор газа с границы раздела газа и воды на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте сечениями и ввод его в газовую зону последующего аппарата, отличающийся тем, что газоводонефтяную смесь в трубе большого диаметра последовательно пропускают через индукторы вихревого электромагнитного поля и переливной каскад на наклонном участке трубы большого диаметра, нефть и воду из соответствующих замкнутых объемов делителя фаз направляют в отдельные сепараторы, причем воду на выходе из делителя фаз подвергают воздействию постоянного электромагнитного поля, отбор газа с границы газ-вода и газ-нефть в делителе фаз и подачу его в газовые зоны сепараторов осуществляют на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте отбора сечениями, газ из сепараторов для нефти и воды также отбирают на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте отбора сечениями и пропускают через расширительные емкости, отделившиеся в них капельную нефть и воду постоянно возвращают в соответствующие сепараторы, далее газ через сборный газопровод направляют в конечную расширительную емкость, отделившийся в ней водонефтяной конденсат, также как и водяной балласт с днища сепаратора для нефти, периодически вводят обратно на вход трубы большого диаметра, а воду с осевшими механическими примесями с днища сепаратора для воды через отстойник периодически отбирают для дальнейшей утилизации и использования; скачкообразное изменение перепада давления между сепараторами, также как и между замкнутыми объемами в делителе фаз, компенсируют перепуском недостающего или избыточного количества газа из одного сепаратора или замкнутого объема в другой.

2. Устройство для транспортирования газоводонефтяной смеси, включающее трубу большого диаметра, соединенную с делителем фаз, и сепаратор, разделенные перегородками на замкнутые объемы для нефти и воды, газовые зоны которых соединены газоотборником в виде множества трубок с уменьшающимися по высоте расположения сечениями, и отводящие патрубки, отличающееся тем, что труба большого диаметра на входе снабжена индукторами вихревого электромагнитного поля и переливным каскадом в виде наклонно расположенных ступенек с волнообразными поверхностями на наклонном участке трубы большого диаметра, затем вновь переходящим на прямой участок и заканчивающимся делителем фаз, в котором перегородка, разделяющая нефтяную и водяную зоны, полностью перекрывает его верхнее сечение и образует раздельные газовые полости; устройство снабжено отдельными сепараторами для нефти и воды, причем газовая зона первого из них соединена газоотборником в виде множества трубок переменного сечения с газовой полостью замкнутого объема для нефти делителя фаз, а газовая зона второго соединена аналогичным газоотборником с газовой полостью замкнутого объема для воды делителя фаз, при этом раздельные газовые полости делителя фаз, как и газовые зоны сепараторов, соединены между собой перепускными патрубками с задвижками, патрубок, соединяющий водяной замкнутый объем делителя фаз с сепаратором для воды, охвачен индукторами постоянного электромагнитного поля; сепараторы снабжены газоотборниками в виде множества трубок с уменьшающимися по высоте расположения сечениями, каждый из которых соединен с расширительной емкостью с патрубком возврата конденсата в соответствующий сепаратор, а расширительные емкости сепараторов посредством газопроводов связаны с конечной расширительной емкостью с сигнализатором наличия водонефтяного конденсата в ней, которая через патрубок соединена со входом в трубу большого диаметра и отводом с днища сепаратора для нефти с сигнализатором наличия в нем водяного балласта для периодического сброса конденсата и балласта обратно на вход трубы большого диаметра; сепаратор для воды в днище снабжен отстойником с сигнализатором наличия в нем воды с механическими примесями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для внутрипромыслового транспорта газоводонефтяной смеси.

Известен способ транспортирования газоводонефтяной смеси по трубопроводу, предусматривающий предварительную ее обработку деэмульгатором, создание в трубопроводе давления нагнетания и снижения скорости движения смеси на конечном участке трубопровода до величины, обеспечивающей расслоение смеси на фазы, заключение их в замкнутые объемы, направление их в соответствующие отсеки сепаратора и отбор газа с границы раздела газа и воды в режиме саморегулирования скорости и давления нагнетания, устанавливающего определенную скорость отбора газовой фазы из замкнутого объема и перепад давления между сепаратором и концевым делителем фаз (КДФ), пропорциональный расходу фаз в этом делителе (А.С. № 976214, МПК F17D 1/14, 1982 г.).

Устройство для его осуществления включает в себя КДФ, сепаратор с регуляторами уровня и отводящие патрубки. Устройство снабжено емкостью, соединенной с КДФ и сепаратором и разделенной вертикальной перегородкой на секции, во второй из которых по ходу движения воды установлен газоотборник в виде перевернутой чаши, соединенной патрубком с газовой полостью сепаратора, причем нижняя кромка газоотборника установлена ниже верхней кромки перегородки, а профили кромок выполнены пилообразной формы (источник тот же).

Недостатком известных способа и устройства является то, что при возникновении пульсирующих колебаний расхода и давления смеси в трубопроводе ухудшается качество расслоения фаз в связи с усложнением регулирования их отбора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ транспортирования газоводонефтяной смеси, включающий предварительную ее обработку деэмульгатором, создание в трубопроводе большого диаметра и КДФ давления нагнетания и скорости потока, обеспечивающих расслоение смеси на фазы, заключение их в замкнутый объем и отбор газа с границы раздела газа и воды на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте сечениями и ввод его в газовую зону последующего аппарата (А.С. № 1.093.874, МПК F17D 1/14, 1984 г.).

Устройство для осуществления данного способа включает трубу большого диаметра, соединенную с делителем фаз, и сепаратор, разделенные перегородками на замкнутые объемы для нефти и воды, газовые зоны которых соединены газоотборником в виде множества трубок с уменьшающимися по высоте расположения сечениями, и подводящие и отводящие патрубки (источник тот же).

Существенными недостатками известного способа и устройства являются:

- недостаточная скорость расслоения газоводонефтяной смеси на фазы в трубе большого диаметра на подходе к делителю фаз;

- недостаточная точность регулирования отбора фаз в последующем после КДФ аппарате ввиду ненадежности регулирования уровней жидкости в сепараторе, что при постоянно меняющихся расходах воды и нефти, их вязкости, давления и температуры может приводить к непредсказуемым колебаниям уровней разделившейся воды и нефти, их переливанию через разделительный барьер в сепараторе и перемешиванию, попаданию газа в линии отбора нефти и воды, ухудшению качества отбираемых фаз.

Задачей изобретения является создание способа транспортирования газоводонефтяной смеси и устройства для его осуществления, обеспечивающих ускорение расслоения смеси на фазы, увеличение надежности регулирования отбора фаз, повышение качества отбираемых фаз и уменьшение потерь газа на испарение.

Указанная задача решается предлагаемым способом транспортирования газоводонефтяной смеси, включающим предварительную ее обработку деэмульгатором, создание в трубопроводе большого диаметра давления нагнетания и скорости потока, обеспечивающих расслоение смеси на фазы, заключение их в замкнутый объем КДФ и отбор газа с границы раздела газа и воды на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте сечениями и ввод его в газовую зону последующего аппарата.

Новым является то, что газоводонефтяную смесь в трубе большого диметра последовательно пропускают через индукторы вихревого электромагнитного поля и переливной каскад на наклонном участке трубы большого диаметра, нефть и воду из соответствующих замкнутых объемов делителя фаз направляют в отдельные сепараторы, причем воду на выходе из делителя фаз подвергают воздействию постоянного электромагнитного поля, отбор газа с границы газ-вода и газ-нефть в делителе фаз и подачу его в газовые зоны сепараторов осуществляют на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте отбора сечениями, газ из сепараторов для нефти и воды также отбирают на различных уровнях посредством множества автономных потоков с уменьшающимися по высоте отбора сечениями и пропускают через расширительные емкости, отделившиеся в них капельную нефть и воду постоянно возвращают в соответствующие сепараторы, далее газ через сборный газопровод направляют в конечную расширительную емкость, отделившийся в ней водонефтяной конденсат, как и водяной балласт с днища сепаратора для нефти, периодически вводят обратно на вход трубы большого диаметра, а воду с осевшими механическими примесями с днища сепаратора для воды через отстойник периодически отбирают для дальнейшей утилизации и использования, скачкообразное изменение перепада давления между сепараторами, как и между замкнутыми объемами в делителе фаз, компенсируют перепуском недостающего или избыточного количества газа из одного сепаратора или замкнутого объема в другой.

Предлагаемый способ транспортирования газоводонефтяной смеси осуществляют с помощью устройства, включающего трубу большого диаметра, соединенную с делителем фаз, и сепаратор, разделенные перегородками на замкнутые объемы для нефти и воды, газовые зоны которых соединены газоотборником в виде множества трубок с уменьшающимися по высоте расположения сечениями, и подводящие и отводящие патрубки.

Новым является то, что труба большого диаметра на входе снабжена индукторами вихревого электромагнитного поля и переливным каскадом в виде наклонно расположенных ступенек с волнообразными поверхностями на наклонном участке трубы большого диаметра, затем вновь переходящим на прямой участок и заканчивающимся делителем фаз, в котором перегородка, разделяющая нефтяную и водяную зоны, полностью перекрывает его верхнее сечение и образует раздельные газовые полости; устройство снабжено отдельными сепараторами для нефти и воды, причем газовая зона первого из них соединена газоотборником в виде множества трубок переменного сечения с газовой полостью замкнутого объема для нефти делителя фаз, а газовая зона второго - соединена аналогичным газоотборником с газовой полостью замкнутого объема для воды делителя фаз, при этом раздельные газовые полости делителя фаз, как и газовые зоны сепараторов, соединены между собой перепускными патрубками с задвижками; патрубок, соединяющий водяной замкнутый объем делителя фаз с сепаратором для воды, охвачен индукторами постоянного электромагнитного поля; сепараторы снабжены газоотборниками в виде множества трубок с уменьшающимися по высоте расположения сечениями, каждый из которых соединен с расширительной емкостью с патрубком возврата конденсата в соответствующий сепаратор, а расширительные емкости сепараторов посредством газопроводов связаны с конечной расширительной емкостью с сигнализатором наличия водонефтяного конденсата в ней, которая через патрубок соединена со входом в трубу большого диаметра и отводом от днища сепаратора для нефти с сигнализатором наличия в нем водяного балласта для периодического сброса конденсата и балласта обратно на вход трубы большого диаметра; сепаратор для воды в днище снабжен отстойником с сигнализатором наличия в нем воды с механическими примесями.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого способа транспортирования газоводонефтяной смеси и устройства для его осуществления.

Устройство включает горизонтальную трубу большого диаметра 1, на входе которой установлены индукторы вихревого электромагнитного поля 2, а на наклонном участке трубы 3 - переливной каскад в виде наклонно расположенных с волнообразными поверхностями полок 4. Далее труба вновь переходит на прямой участок и заканчивается делителем фаз 5, на выходе из которой водяной поток охвачен индукторами постоянного электромагнитного поля 6. Делитель фаз разделен перегородками 7 и 8, образующими короб для нефти 9, и перегородкой 10, являющейся гидрозатвором и образующей замкнутый объем для воды 11. Перегородка 8 делит верхнюю зону делителя фаз на две газовые полости 12 и 13. Короб 9 патрубком 14 соединен с сепаратором для нефти 15, а замкнутый объем 11 патрубком 16 соединен с сепаратором для воды 17. Сепаратор 15 снабжен перегородкой 18, а сепаратор 17 - перегородкой 19. Раздельные газовые полости 12 и 13 делителя фаз соединены с газовыми зонами сепараторов 15 и 17 газоотборниками 20 в виде множества трубок переменного сечения с концами в делителе фаз, расположенными на разных уровнях. Сепараторы 15 и 17 и раздельные газовые полости 12 и 13 в своих верхних частях связаны перепускными патрубками 21 с задвижками 22. Сепараторы снабжены газоотборниками 23 в виде множества трубок переменного сечения, концы которых на выходе из сепараторов соединены с расширительными емкостями 24 с патрубками 25 для слива конденсата из капельной нефти или воды в соответствующий сепаратор. Расширительные емкости патрубками 26 и общим газопроводом 27 соединены с конечной расширительной емкостью 28, снабженной сигнализатором 29 наличия водонефтяного конденсата в ней и патрубком 30,соединенным со входом в трубу большого диаметра 1. Нижняя зона сепаратора 15 через патрубок 31, снабженный сигнализатором 32, связана с патрубком 30, который по мере накопления водонефтяного конденсата в емкости 28 или водяного балласта в днище сепаратора 15 позволяет периодически возвращать их на вход трубы большого диаметра 1.

Способ осуществляется в следующей последовательности. Газоводонефтяная смесь, предварительно обработанная деэмульгатором, способствующим ослаблению поверхностного натяжения мелких частиц эмульсии, поступает в трубу большого диаметра 1, которая за счет снижения скорости и успокоения потока в ней создает условия, благоприятные для разделения смеси на фазы. На входе в трубу 1 смесь, проходя между индукторами 2, подвергается интенсивной барботации, т.е.освобождению электрически заряженных частиц эмульсии от обволакивающих их микропузырьков газа, которые препятствуют слиянию однородных частиц эмульсии, благодаря встряхиванию их колебательным воздействием вихревого электромагнитного поля. При прохождении через переливной каскад 4 смесь подвергается интенсивной флотации и сепарации и дальнейшему разгазированию благодаря эффективному гидравлическому трению капель свободно падающей смеси с каплями смеси, текущей продольно по полкам переливного каскада, многократно пересекающихся в слаботурбулентном режиме, подбираемом высотой расположения ступенек каскада относительно друг друга, способствующем быстрейшему укрупнению, всплытию и погружению, в зависимости от удельного веса глобул, и слиянию однородных капель в отдельные фазы.

Достигнув делителя фаз 5, поток расслоившейся смеси делится на потоки нефти, газа и воды. Последний после выхода из делителя фаз проходит между индукторами постоянного электромагнитного поля 6. Поток нефти переливается через перегородку 7 и попадает в короб 9, откуда под действием перепада давления

P₁=P₁-Р₂ направляется по патрубку 14 в нефтяной сепаратор 15. Поток воды проходит под днищем короба 9 и переливается через перегородку 10 в замкнутый объем 11. Высоту перегородки 10 по отношению к перегородке 7 подбирают расчетным путем. Поток воды из объема 11 по патрубку 16 под давлением Р₂=Р₃-Р₄ направляется в водяной сепаратор 17, проходя через силовые линии постоянного электромагнитного поля 6, способствующего электрической и магнитной зарядке частиц механических примесей воды, их взаимному притяжению, укрупнению и выпадению в осадок в виде хлопьев в сепараторе 17 и осветлению промысловой воды. Перепады давления P₁ и Р₂ образуются при прохождении газа через множество трубок разного сечения газоотборников 20, которые отбирают газ автономными потоками из газовых полостей 12 и 13 вблизи границ объемов "газ-вода" и "газ-нефть" делителя фаз. Потери напора в трубках обратно пропорциональны их диаметру в пятой степени . При изменениях расхода фаз уровни воды и нефти в объемах 11 и 9 колеблются и перекрывают те или иные трубки 20. Расход продукции скважин может колебаться в пределах ±(0-50)%. Диаметры и длины трубок подбираются таким образом, что при расходе Q=Q_ср открыты лишь часть трубок (около 70% из них). С уменьшением расхода газа давления P₁ и Р₃ уменьшаются, уровни жидкости в отсеках делителя фаз поднимаются и перекрывают часть трубок 20, оставляя открытыми трубки меньшего диаметра. Отбор газа из делителя фаз резко уменьшается, давления P₁ и P₃ начинают вновь расти и это происходит до тех пор, пока исходные давления P₁ и Р₂ не восстановятся и не прекратится подъем уровней нефти и воды. С увеличением расхода газа (при увеличении дебита и газового фактора подключаемых скважин) давления P ₁ и P₃ растут, как и напоры P₁ и Р₂, уровни воды и нефти опускаются, открывая трубки 20 большего диаметра. Отбор газа из делителя фаз резко возрастает, давления P₁ и Р₃ быстро стравливаются, пока не восстановятся исходные перепады давления P₁ и Р₂. Такое перекрытие и открытие последовательно изменяющихся в диаметре по высоте отбора газа трубок 20 обеспечивает постоянство уровней воды и нефти в пределах высоты "h" во всем диапазоне колебаний расхода фаз.

Аналогичные процессы регулирования давления, уровня и отбора фаз происходят и в сепараторах 15 и 17 благодаря наличию собственных газоотборников 23 с изменяющимися по высоте отбора сечениями трубок и регулированию давления и уровня жидкости в пределах высоты "h".

Возможные скачкообразные изменения перепада давления между сепараторами и между замкнутыми отсеками для нефти и воды в делителе фаз, например, при включении и отключении определенных групп скважин, компенсируются перепуском недостающего или избыточного количества газа из одного сепаратора или замкнутого объема в другой посредством перепускных патрубков 21 с задвижками 22. Весь газ, поступивший из делителя фаз в сепараторы 15 и 17, множеством автономных потоков по патрубкам газоотборников 23 поступает под действием перепадов давлений P₃=P₂-P₅ и Р₄=P₄-P₆ в расширительные емкости 24, где происходит слияние частичек капельной нефти или воды и возвращение их в виде нефтяного или водяного конденсата по патрубкам 25 в соответствующие сепараторы. Газ из емкостей 24 под действием перепадов давлений P₅=P₅-P₇ и Р₆=P₆-P₇ по патрубкам 26 и общему газопроводу 27 направляется в конечную расширительную емкость 28, снабженную сигнализатором 29 наличия в ней конденсата из капельной нефти и воды. Конденсат через патрубок 30 соединяется с водяным балластом, поступающим по патрубку 31 через сигнализатор 32 с днища сепаратора 15. Водонефтяной конденсат и водяной балласт время от времени небольшими порциями по мере их накопления направляют обратно на вход трубы 1. Очищенная от нефти вода из сепаратора 17 под давлением Р₄ направляется потребителю по трубе 33 с задвижкой 34, предназначенной для настройки уровня воды в сепараторе 17 в пределах высоты "h", что особенно важно при пуске делителя фаз в эксплуатацию. Очищенная от воды нефть из сепаратора 15 под давлением Р₂ направляется потребителю по нефтепроводу 35 через регулировочно-настроечную задвижку 36. Газ, пройдя расширительную емкость 28 и избавившись от водонефтяного конденсата, по газопроводу 37 под давлением Р₇ подается потребителю. Вода с механическими примесями по мере выпадения их в осадок и скапливания в отстойнике 38 сепаратора 17 через сигнализатор 39 по патрубку 40 периодически отбирается для дальнейшей утилизации, извлечения полезных веществ с использованием различных физико-химических методов и окончательной очистки промысловой воды от механических примесей.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа и устройства заключается в:

- ускоренном расслоении газоводонефтяной смеси на фазы, которое достигается барботированием электрически заряженных частиц воды и нефти в вихревом электромагнитном поле, освобождением их от бронирующих оболочек из микропузырьков газа, препятствующих слиянию однородных глобул нефти и воды, перепуском смеси через переливной каскад с использованием эффекта тесного гидравлического контакта, флотирования, сепарации и интенсивного слияния однородных частиц и слоев эмульсии, обработкой потока разделившейся воды с механическими примесями в постоянном электромагнитном поле, способствующем электрической зарядке частиц примеси, магнитной поляризации, взаимному притяжению, укрупнению и выпадению в осадок, что положительно влияет на осветление воды, сохранение приемистости скважин, в призабойные зоны которых закачивается очищенная промысловая вода;

- увеличении количества и повышении качества отобранного газа в результате двухступенчатой очистки его от конденсата и глубокой сепарации, что способствует уменьшению потерь газа на испарение в последующих аппаратах благодаря уменьшению газового фактора нефти;

- стабильном и надежном регулировании процессов расслоения и отбора фаз, от начала и до конца протекающих в авторежиме регулирования, препятствующего перемешиванию уже отобранных фаз;

- возможности полной ликвидации на каждом товарном парке множества многотонных и дорогостоящих, объемом в сотни кубометров каждый, отстойных стальных буллитов путем замены их одним делителем фаз и, что особенно важно, возможности сокращения в 2-3 раза размеров самого делителя фаз, сделать его более компактным и удобным для управления, в экологическом отношении менее влияющим на окружающую среду;

- возможности извлечения полезных веществ с помощью различных физико-химических методов, например, гальваники, спекания и диффузии, из промысловой воды, насыщенной осадками механической примеси и ионами растворенных полиметаллов, которые на сегодня бесполезно текут буквально через руки нефтяников и в которых нуждаются металлургическая и электронная промышленности и энергетика, что может принести огромный дополнительный экономический эффект благодаря удешевлению добычи сопутствующих полезных веществ взамен дорогостоящей и разрушительной для природы добычи руд полезных ископаемых открытыми методами;

- повышении культуры и эстетики производства при подготовке нефти, газа и воды, которая благодаря полной автоматизации производства может происходить без участия человека, которому остаются лишь контрольно-наблюдательные функции.