Способ разделения неустойчивых эмульсий и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к разделению эмульсий из двух несмешивающихся жидкостей с различной плотностью и может найти применение прежде всего для разделения воды и нефти с существенной газовой фазой на глубине работы погружных насосов. Питательную трубу с продольными вырезами затапливают в средах разделения и осуществляют процесс гидрофобного и гидрофильного разделения. Вводят кольцевой канал с радиальными перегородками, а также по крайней мере две ступени для легкой жидкости и по крайней мере одну ступень для отвода тяжелой жидкости, осуществляют в поле гравитационно-центробежных сил процесс разделения жидкостей при последовательном течении, включая и круговое, через отверстия в радиальных перегородках от первой ступени разделения к последней ступени отвода. Используют механизмы центробежной, гравитационно-центростремительной, гидрофобной и гидрофильной сепарации. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области газонефтедобычи, в частности к разделению эмульсий из двух и более не смешивающихся жидкостей с различной плотностью и может найти применение прежде всего для разделения воды и нефти с существенной газовой фазой на глубине работы погружных насосов. Изобретение можно использовать для разделения различных эмульсий, применяемых в металлургическом, химическом и др. производствах, а также при металлообработке.

Известен способ работы и устройство отстойника для нефтегазосодержащих вод (авт.св. N 1681883 авторов Ниязова и др). Данное техническое решение обеспечивает разделение сред только при периодической загрузке и разгрузке.

Наиболее близким относительно предложенного решения является известное из патента РФ N 2053008, кл. B 01 D 17/038, 1996 изобретение, включающее способ разделения неустойчивых эмульсий, включающий процессы гравитационной сепарации с движением предварительно разделенных жидкостей навстречу друг другу в вертикальном направлении, а затем в противоположном направлении с отводом фракции, обогащенной легкими компонентами, вверх, тяжелыми компонентами вниз.

Известно устройство для разделения неустойчивых эмульсий, которое включает гравитационный сепаратор с перегородками, обеспечивающими течение жидкостей навстречу друг другу в вертикальном и горизонтальном направлении (патент N 2053008, авторов Мильчакова В.И. и др.).

Известное техническое предложение не решает задачу разделения, например, воды и нефти непосредственно в нефтяной скважине на глубине 1000 - 3000 метров. Организация прямолинейного каскадного движения жидкостей от входа на выход нецелесообразно увеличивает габариты и не позволяет создание устройства с диаметром порядка 100 мм. Утопленный центробежный сепаратор при своей работе будет провоцировать выделение газового компонента и барботирование этим жидких компонентов эмульсии. В известном устройстве слабо реализованы составляющие гидрофобного и гидрофильного элементов разделения.

В изобретении решается задача - обеспечение эффективного выделения водяной фазы с малым содержанием нефтяной фракции в воде при добыче нефти непосредственно в скважине на глубине работы погружного насоса.

Поставленная задача достигается тем, что в способ разделения неустойчивых эмульсий, включающий процессы гравитационной сепарации с движением предварительно разделенных жидкостей навстречу друг другу в вертикальном направлении, а затем в противоположном направлении с отводом фракции, обогащенной легкими компонентами, вверх, тяжелыми компонентами вниз, согласно изобретению вводят питательную трубу с продольными вырезами, затапливают ее в средах разделения и осуществляют процесс гидрофобного и гидрофильного разделения, вводят кольцевой канал с радиальными перегородками, а также по крайней мере две ступени отвода для легкой жидкости и по крайней мере одну ступень для отвода тяжелой жидкости и осуществляют в поле гравитационно-центробежных сил процесс разделения жидкостей при последовательном течении, включая и круговое, через отверстия в радиальных перегородках от первой ступени к последней ступени отвода.

В устройстве для разделения неустойчивых эмульсий, включающем гравитационный сепаратор с перегородками, обеспечивающими течение жидкостей навстречу друг другу в вертикальном и горизонтальном направлении, согласно изобретению, сепаратор выполнен в виде кольцевой емкости с радиальными перегородками, которые образуют сектора, причем в начальном секторе установлена питательная труба с продольными разрезами, а в секторах отвода размещены по крайней мере три трубки, две из которых предназначены для легкой жидкости при последовательном течении через отверстия в радиальных перегородках от первой ступени разделения к последней ступени отвода.

На фиг.1 показан общий вид сепаратора. На фиг. 2 показаны его элементы. Сепаратор состоит (фиг.1) из внутреннего корпуса 1, наружного 2, боковых секторов 3 (могут и отсутствовать), радиальных перегородок 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, питательной трубы 13, первой трубы отвода нефти 14, второй трубы отвода нефти 15, трубы отвода воды 16 и днища 17. На фиг. 2 показаны принципиальное выполнение элементов 13, 4, 5, 6, 14, 7, 8, 9, 10, 15, 11 16, 10 и их относительное положение (см. уровни (H, a, b, c, d, e, f, g, i, j).

Для описания работы сепаратора обратимся вначале к фиг.1. Водонефтяная смесь поступает в трубу 13. Эта труба большей своей частью затоплена в секторе и имеет только щелевой выход, где относительная скорость истечения меньше скорости продукта в самой трубе. Удельный вес нефти до 15-20% меньше, чем у воды, и по отношению к воде нефть имеет гидрофобное свойство. К собственной среде жидкости гидрофильны. Оба названные качества реализуются в секторе погружения трубы, где внизу в большей мере вода и где вверху в большей мере нефть. Далее продукты проходят по элементам 4, 5, 6 и нефть поступает на трубу 14. Разделение продолжается на элементах 8, 9, 10. Вторая ступень отвода нефти - 15. Вода проходит элемент 11 и сливается по трубе 16. Нефть и вода собираются в соответствующие емкости (не показано) и оттуда нефть через сектор транспортировки (ТрН) всасывается нефтяным насосом и подается вверх. Чистая вода нагнетается водяным насосом вниз. Все емкости, включая трубу подвода и сепаратор, суфлируются с коммуникацией отвода газа.

При технико-экономической оценке изобретения было установлено следующее. Средняя мощность электродвигателей погружных насосов 200 кВт. Из этой мощности 20% тратятся на подъем нефти, остальные 160 кВт идут на подъем горячей воды. В процессе отстойной сепарации вода охлаждается. Далее она нагревается до температуры 80-90^oC или холодной закачивается в нефтенесущий пласт. В ряде случаев создаются крайне неблагоприятные экологические ситуации. Закачка уже горячей воды от уровня сепарации (2000 метров) на относительную глубину 100-200 метров (т.е. 2100 - 2200 м) потребует примерно 16-20 кВт. Экономия электрической энергии на каждой скважине составит порядка 140 кВт. Данное изобретение может быть выполнено и с одной ступенью отвода, и более. При использовании его на поверхности, например, для сепарации эмульсий в металлообработке устройство может содержать собственные насосы, фильтры для задержки механических составляющих и всю необходимую автоматику.

Формула изобретения

1. Способ разделения неустойчивых эмульсий, включающий процессы гравитационной сепарации с движением предварительно разделенных жидкостей навстречу друг другу в вертикальном направлении, а затем в противоположном направлении с отводом фракции, обогащенной легкими компонентами вверх, тяжелыми компонентами вниз, отличающийся тем, что вводят питательную трубу с продольными вырезами, затапливают ее в средах разделения и осуществляют процесс гидрофобного и гидрофильного разделения, вводят кольцевой канал с радиальными перегородками, а также по крайней мере две ступени отвода для легкой жидкости и по крайней мере одну ступень для отвода тяжелой жидкости и осуществляют в поле гравитационно-центробежных сил процесс разделения жидкостей при последовательном течении, включая и круговое, через отверстия в радиальных перегородках от первой ступени разделения к последней ступени отвода.

2. Устройство для разделения неустойчивых эмульсий, включающее гравитационный сепаратор с перегородками, обеспечивающими течение жидкостей навстречу друг другу в вертикальном и горизонтальном направлении, отличающееся тем, что сепаратор выполнен в виде кольцевой емкости с радиальными перегородками, образующими сектора, причем в начальном секторе установлена питательная труба с продольными разрезами, а в секторах отвода размещена, по крайней мере, три трубки, две из которых предназначены для легкой жидкости при последовательном течении через отверстия в радиальных перегородках от первой ступени разделения к последней ступени отвода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2