Способ сепарации газоводонефтяной смеси

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к сепарации газоводонефтяных смесей. Из концевого делителя фаз дополнительно отбирают промежуточный слой и вводят его в подводящий трубопровод последующей ступени, причем непосредственно при вводе в трубопровод поток промежуточного слоя штуцируют. 1 ил.

Предложение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к сепарации газоводонефтяных смесей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ сепарации газовонефтяной смеси путем ступенчатого разгазирования, включающий предварительное расслоение смеси на фазы перед ступенью сепарации в концевом делителе фаз (КДФ), отбор из него нефти, газа и воды и подачу их отдельными потоками в сепараторы этой ступени с последующей сепарацией.

Указанный способ позволяет повысить качество сепарации и производительность сепарационных установок за счет предварительного расслоения смеси в концевом делителе фаз и снижения обводненности нефти, поступающей на сепарационный узел.

Недостатками способа остаются низкое качество сепарации и производительность сепарационных узлов. Это объясняется тем, что вместе с нефтяной фазой из концевого делителя фаз в сепарационную емкость поступает образующийся при расслоении фаз промежуточный слой газоводонефтяной эмульсии, который формируется сначала в КДФ, а затем и в сепарационной емкости на границе раздела фаз "нефть-вода" и препятствует выделению газовых пузырьков в свободную газовую зону аппарата. В дальнейшем, перемещаясь из аппаратов одной ступени в аппараты другой ступени, этот слой все более утолщается и упрочняется, что отрицательно влияет на разделение газоводонефтяной смеси на последующих ступенях сепарации.

Целью предлагаемого способа сепарации газоводонефтяной смеси является повышение качества сепарации и производительности сепарационных объектов.

Указанная цель достигается описываемым способом сепарации газоводонефтяной смеси путем ступенчатого разгазирования, включающим предварительное расслоение смеси на фазы перед ступенью сепарации в концевом делителе фаз, отбор нефти, газа и воды и подачу их отдельными потоками в сепараторы этой ступени с последующей сепарацией.

Новым является то, что из концевого делителя фаз дополнительно отбирают промежуточный слой и вводят в подводящий трубопровод последующей ступени сепарации, причем непосредственно при вводе в трубопровод его штуцируют.

Исследования показывают, что при расслоении газоводонефтяных смесей, особенно высоковязких эмульсий, в концевом делителе фаз происходит образование и формирование промежуточного газоводонефтяного эмульсионного слоя.

Механизм формирования этого слоя заключается в следующем. При поступлении газоводонефтяной смеси в КДФ она начинается расслаиваться. Нефтяная фаза с заключенными в ней пузырьками газа и отдельные газовые пузырьки поднимаются в верхнюю зону, а капли воды осаждаются в нижнюю зону аппарата. В результате происходит встречное движение капель нефти и газа с каплями воды и на границе раздела фаз "нефть-вода" наблюдается защемление капель нефти с газом каплями воды и капель воды каплями нефти и флотация их пузырьками газа. Капли воды, заключенные в нефтяные бронирующие оболочки в промежуточном слое, находятся во взвешенном состоянии, так как эти оболочки препятствуют коаленсценции капель между собой, а, следовательно, выходу капель в свободную водную фазу. В этих условиях скапливание капель воды и нефти с газовыми пузырьками замедляет процесс коалесценции газовых пузырьков и диффузионный массобмен между ними и легкими компонентами нефти. Пузырьки газа при подъеме в промежуточном эмульсионном слое многократно сталкиваются с каплями воды, изменяют направление движения и в конце защемляются ими, их подъем в верхнюю зону аппарата прекращается. При этом в верхнюю зону аппарата могут прорываться лишь большие газовые скопления, мелкие же пузырьки газа остаются в слое эмульсии и уносятся в сепарационные аппараты, где в результате действия вышеуказанных процессов вновь оказываются защемленными.

На последних ступенях сепарации влияние промежуточного эмульсионного слоя на отделение газа от жидкости оказывается наиболее ощутимым в силу увеличения толщины и устойчивости слоя, а также вследствие того, что процесс сепарации в сепараторах последней ступени характеризуется всплытием лишь мелких одиночных пузырьков газа, а для формирования крупных газовых скоплений время пребывания жидкости в этих сепараторах оказывается недостаточным, в результате чего мелкие газовые пузырьки уносятся с потоком жидкости из сепаратора в резервуар, где выделяются и в видел газовоздушной смеси поступают через дыхательную арматуру в атмосферу, что ведет к безвозвратным потерям углеводородного сырья.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа сепарации газоводонефтяной смеси.

Способ осуществления в следующей последовательности (совместно с примером конкретного выполнения).

Продукция скважин (газоводонефтяная смесь) Ромашкинского месторождения обводненностью 83% в количестве 9600 м³/сут по подводящему трубопроводу 1 поступала в концевой делитель фаз 2 длиной 70 м и диаметром 1 м, где при давлении 0,5 МПа(абс.) она расслаивалась на нефть, воду и газ. Одновременно на границе раздела фаз "нефть-вода" происходило формирование промежуточного газоводонефтяного эмульсионного слоя, который на расстоянии 60 м от начала КДФ имел следующие характеристики: толщина слоя 2,5 см, плотность 1012 кг/м³, содержание воды 42% содержание окклюдированного (пузырькового) газа 10,7% от объема нефти. Выделившуюся при расслоении газоводонефтяной смеси в КДФ пластовую воду в количестве 5500 м³/сут отводили на очистные сооружения по трубопроводу 3, а нефть обводненностью не более 5 в количестве 3140 м³/сут по трубопроводу 4 и газ по трубопроводу 5 направляли в сепаратор 6 первой ступени сепарации, где при давлении 0,45 МПа (абс.) осуществлялась дальнейшая сепарация нефти, которую после отвода выделившегося из нефти газа в смеси с газом из КДФ по газопроводу 7 в количестве 42,0 м³/м³ нефти подавали по трубопроводу 8 на вторую ступень сепарации. Промежуточный слой газоводонефтяной эмульсии отбирали из КДФ в количестве 960 м³/сут отдельным потоком и по трубопроводу 9 подавали через штуцирующее устройство 10 с перепадом давления 0,16 МПа (абс. ) в подводящий трубопровод 8 сепаратора 11 второй ступени сепарации, в результате чего плотность эмульсионного слоя уменьшалась, происходило интенсивное разгазирование заключенной в эмульсионном слое нефти с резким увеличением диаметра газовых пузырьков, сопровождающееся разрушением промежуточного слоя и бронирующих оболочек на каплях пластовой воды, массопереносом легких фракций углеводородов в имеющиеся и вновь образованные пузырьки, коалесценцией газовых пузырьков промежуточного слоя и газовых пузырьков, содержащихся в нефти, поступающей с первой ступени сепарации. Образовавшуюся смесь с большим количеством укрупненных газовых пузырьков подавали в сепаратор 11, где происходило отделение газа от нефти при давлении 0,12 МПа (абс.). Выделившийся газ в количестве 5,8 м³/м³ нефти направляли по газопроводу 12 на компрессорную станцию, а водонефтяную смесь с небольшим содержанием остаточного газа по трубопроводу 13 в резервуары предварительного сброса воды.

При реализации предлагаемого способа сепарации газоводонефтяной смеси качество сепарации по уносу окклюдированного газа нефтью из сепаратов первой ступени составило 1,6% против 8,7% от объема нефти по прототипу, из сепараторов второй ступени 3,2% против 9,2% от объема нефти, газовый фактор на первой ступени увеличился с 41,6 м³/м³ нефти до 42,0 м³/м³ нефти, на второй ступени с 5,2 м³/м³ до 5,8 м³/м³ нефти, удельная производительность сепарационного узла повысилась с 38 м³/м³ сутки до 64 м³/м³ сутки за счет сокращения времени пребывания смеси в сепараторах с 10 до 5 минут.

Таким образом, использование предлагаемого способа сепарации газоводонефтяной смеси с отбором промежуточного эмульсионного слоя перед сепарационным узлом и последующей подачей его в подводящий трубопровод следующей ступени сепарации путем штуцирования потока позволяет устранить поступление неразрушенного эмульсионного слоя в сепарационные аппараты и тем самым значительно повысить качество сепарации продукции скважин, а при сохранении существующей производительности аппаратов снизить их количество на каждой ступени сепарации.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа складывается за счет повышения качества сепарации в 3-4 раза, увеличения удельной производительности сепарационного узла не менее чем в 2 раза и снижения его металлоемкости за счет уменьшения вдвое количества эксплуатируемых сепараторов каждой ступени.

Формула изобретения

Способ сепарации газоводонефтяной смеси путем ступенчатого разгазирования, включающий предварительное расслоение смеси на фазы перед первой ступенью сепарации в концевом делителе фаз, отбор из него нефти, газа и воды и подачу их отдельными потоками в сепараторы этой ступени, отличающийся тем, что из концевого делителя фаз дополнительно отбирают промежуточный слой и вводят его в подводящий трубопровод последующей ступени сепарации, причем при вводе в трубопровод промежуточный слой пропускают через штуцер.

РИСУНКИ

Рисунок 1