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 для разделения воды и нефти на глубине работы погружных насосов. Разделение производят на глубине, используя механизмы гидрофобной и гидрофильной сепарации. Нефть поднимают вверх, воду закачивают вниз. Способ разделения неустойчивых эмульсий включает 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, а тяжелыми - вниз за счет затапливания питательной трубы с продольными разрезами в средах разделения, вводят последовательность цилиндрических сосудов, в каждом из которых осуществляют процесс гидрофобного и гидрофильного разделения эмульсий при последовательном движении от концевых перетоков цилиндра к центральному и от центрального перетока следующего цилиндра к его концевым перетокам. Способ и устройство обеспечивают эффективное выделение водяной фазы с малым содержанием нефтяной фракции в воде при добыче нефти. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области газонефтедобычи, в частности к разделению эмульсий из двух не смешивающихся жидкостей с различной плотностью, и может найти применение, прежде всего, для разделения воды и нефти 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. SU N 1681883, кл. B 01 D 17/028, 07.10.1991) (1). Данное техническое решение обеспечивает разделение сред только при периодической загрузке и разгрузке.

Наиболее близким по решаемой задаче и используемым техническим средствам, к предложенному способу является способ разделения двух жидкостей с различной плотностью и устройство для его осуществления (см. источник) (1).

Известен 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 (патент RU N 2053008, кл. B 01 D 17/028, 27.01.1996) (2).

Известно устройство, которое включает гравитационный сепаратор с перегородками и прорезями в них, обеспечивающих встречное и противоположное течение жидкостей при общем перемещении от входного устройства к раздельному выходу (патент RU N 2053008) (2).

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 ввиду относительно низкой его высоты слабо реализованы составляющие гидрофобного и гидрофильного элементов разделения. Лучшим поглотителем нефти является сама нефть, лучшим поглотителем воды - является вода (гидрофильность), нефть и вода взаимно гидрофобны.

Решаемой задачей является разработка способа и устройства для 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 способе разделения неустойчивых эмульсий, включающем процессы последующей сепарации с движением предварительно разделенных жидкостей навстречу друг другу в вертикальном направлении, а затем в противоположном направлении с отводом фракции, обогащенной легкими компонентами, вверх, а фракции с тяжелыми компонентами - вниз, вводят питательную трубу с щелевыми выходами, затапливают ее в средах разделения, вводят последовательность цилиндрических сосудов, в каждом из которых осуществляют процесс гидрофобного и гидрофильного разделения жидкостей при последовательном движении от концевых перетоков цилиндрического сосуда к центральному и от центрального перетока следующего цилиндрического сосуда к его концевым перетокам и осуществляют свободный перелив фракции с легкими компонентами в первый концевой цилиндр, а фракции с тяжелыми компонентами - во второй концевой цилиндр.

В устройстве для разделения неустойчивых эмульсий, включающем гравитационный сепаратор с перегородками, обеспечивающими продвижение жидкостей навстречу друг другу в вертикальном и горизонтальном направлении, при этом сепаратор выполнен в виде кольцевой емкости, в которой установлена питательная труба, имеющая щелевые выходы на цилиндрической части, где относительная скорость истечения меньше скорости продукта в самой трубе, по внутренней периферии емкости установлена последовательность вертикальных трубок с отверстиями на цилиндрической части поверхности, причем каждая из трубок имеет не менее одного канала соединения с другими трубками, обеспечивающего переток от концевых отверстий трубки к центральному и от центрального отверстия следующей трубки к ее концевым отверстиям.

На фиг. 1 показан общий вид сепаратора, на фиг. 2 показана его условная развертка.

Сепаратор состоит (фиг. 1) из наружного корпуса - 1, внутренней обечайки - 2, питательной трубы - 3, трубок перетока - 4, 5, 6, 7, 8, 9; концевых трубок - 10, 11 и всасывающей трубы - 12. Устройство включает соединительную трубу - 13 и полость для электрического кабеля - 14. При этом введены дополнительные надписи: В/Н - верхний и нижний переток, С/П - средний (центральный) переток, В - вверх, H - низ и др. На фиг. 2 показана условная развертка для отображения потоков разделяемых сред.

Для описания работы сепаратора вначале обратимся к фиг. 1. Водонефтяная смесь поступает в питательную трубу - 3. Эта труба большей своей частью затоплена и имеет только щелевые выходы на цилиндрической части, где относительная скорость истечения меньше скорости продукта в самой трубе. Удельный вес нефти на 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 поступают на трубу перетока 4 (см. фиг. 2) и далее на трубы перетока 5, 6, 7 и 8. В данных трубах перетоков нижние отверстия, как правило, находятся в придонной области. Центральные отверстия, например при 25% содержании нефти, находятся на расстоянии 60-70% высоты при отсчете от низа трубы перетока. Последовательность верхних переливных отверстий имеет каскадный характер со ступенями 20-25 мм. После трубы 8 нефть через перелив 13 поступает на трубку 11, откуда она засасывается нефтяным насосом через трубу 12 и подается наверх. Чистая вода поступает в трубу 9 и верхним переливом на трубу 10 и далее на водяной насос (не показан) и закачивается вниз в пласт. Все переливные трубы открыты сверху (засуфлированы друг с другом) и закрыты снизу. Выделяемый газ подается в зазор скважины (между стволом и корпусом нефтяного насоса) и выводится наружу. Смесь воды и нефти в сепараторе поступает после фильтра (не показано).

Для технико-экономической оценки изобретения укажем только на 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. При использовании его на поверхности, например, для сепарации эмульсий в металллообработке устройство может содержать собственные насосы, фильтры для задержки механических составляющих и всю необходимую автоматику. Устройство на поверхности может быть выполнено в развернутом виде или в иной рациональной для конкретного случая конфигурации.

Формула изобретения

1. Способ разделения неустойчивых эмульсий, включающий процессы последующей сепарации с движением предварительно разделенных жидкостей навстречу друг другу в вертикальном направлении, а затем в противоположном направлении с отводом фракции, обогащенной легкими компонентами, вверх, а фракции с тяжелыми компонентами - вниз, отличающийся тем, что вводят питательную трубу с щелевыми выходами, затапливают ее в средах разделения, вводят последовательность цилиндрических сосудов, в каждом из которых осуществляют процесс гидрофобного и гидрофильного разделений жидкостей при последовательном движении от концевых перетоков цилиндрического сосуда к центральному и от центрального перетока следующего цилиндрического сосуда к его концевым перетокам и осуществляют свободный перелив фракции с легкими компонентами в первый концевой цилиндр, а фракции с тяжелыми компонентами - во второй концевой цилиндр.

2. Устройство для разделения неустойчивых эмульсий, включающее гравитационный сепаратор с перегородками, обеспечивающими продвижение жидкостей навстречу друг другу в вертикальном и горизонтальном направлениях, отличающееся тем, что сепаратор выполнен в виде кольцевой емкости, в которой установлена питательная труба, имеющая щелевые выходы на цилиндрической части, где относительная скорость истечения меньше скорости продукта в самой трубе, по внутренней периферии емкости установлена последовательность вертикальных трубок с отверстиями на цилиндрической части поверхности, при этом каждая из трубок имеет не менее одного канала соединения с другими трубками, обеспечивающего переток от концевых отверстий трубки к центральному и от центрального отверстия следующей трубки к ее концевым отверстиям.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2