Устройство для добычи нефти

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение в системах промыслового сбора нефти и газа на месторождениях с высокообводненной продукцией добывающих скважин при раздельной подаче в напорный трубопровод нефти и воды. Обеспечивает разделение нефтяной эмульсии на нефть и воду при высоком дебите скважины. Сущность изобретения: устройство включает отстойную камеру, размещенный в ней U-образный патрубок для прохода нефти с забором нефти сверху, выполненный в виде пяти вложенных одна в другую труб с общей крышей и дном и отверстиями вверху или внизу трубы, образующими последовательно расположенные U-образный и перевернутый U-образный патрубок, и канал для прохода воды с забором воды снизу, имеющие общий выход из устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение в системах промыслового сбора нефти и газа на месторождениях с высокообводненной продукцией добывающих скважин при раздельной подаче в напорный трубопровод нефти и воды.

Известно входное устройство скважинного насоса, содержащее два входных патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а их выходы сообщаются через соединительную трубку. К последней подсоединяется труба, являющаяся дополнительным каналом (Патент РФ №2123613, кл. F 04 В 47/00, опубл. 1998.12.20).

Данное решение позволяет обеспечить четкий переход от откачки воды на откачку нефти только при небольших дебитах скважин.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для добычи нефти, включающее отстойную камеру, размещенный в ней U-образный патрубок для прохода нефти с забором нефти сверху и канал для прохода воды с забором воды снизу, имеющие общий выход из устройства (Патент РФ №2117138, кл. Е 21 В 43/00, опубл. 1998.08.10 - прототип).

Известное устройство позволяет проводить дополнительное разделение нефтяной эмульсии на нефть и воду, отделять механические примеси, однако производительность устройства остается невысокой.

В изобретении решается задача обеспечения разделения нефтяной эмульсии на нефть и воду при высоком дебите скважины.

Задача решается тем, что устройство для добычи нефти, включающее отстойную камеру, размещенный в ней U-образный патрубок для прохода нефти с забором нефти сверху и канал для прохода воды с забором воды снизу, имеющие общий выход из устройства, согласно изобретению U-образный патрубок для прохода нефти выполнен в виде пяти вложенных одна в другую труб с общей крышей и дном и отверстиями вверху или внизу трубы, образующими последовательно расположенные U-образный и перевернутый U-образный патрубок.

Признаками изобретения являются:

1. отстойная камера;

2. U-образный патрубок для прохода нефти с забором нефти сверху;

3. канал для прохода воды с забором воды снизу;

4. общий выход из устройства;

5. U-образный патрубок для прохода нефти в виде пяти вложенных одна в другую труб;

6. то же с общей крышей и дном;

7. то же с отверстиями вверху или внизу трубы, образующими последовательно расположенные U-образный и перевернутый U-образный патрубок.

Признаки 1-4 являются общими с прототипом, признаки 5-7 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения

При добыче обводненной нефти приходится разделять и транспортировать отдельно фракции нефти и воды. Известные устройства позволяют подавать на перекачку разделенные фракции при весьма небольших дебитах добывающих скважин. При увеличенных дебитах известные устройства не обеспечивают раздельной подачи нефти и воды. Разделенные фазы имеют весьма малый объем и легко перемешиваются в трубопроводах с образованием нефтяной эмульсии. В предложенном устройстве решается задача обеспечения разделения нефтяной эмульсии на нефть и воду при высоком дебите скважины. Задача решается устройством для добычи нефти, представленным на чертеже.

Устройство для добычи нефти включает отстойную камеру 1, пять вложенных одна в другую труб 2-6 с общей крышей 7 и дном 8 и отверстиями вверху 9 или внизу 10 труб, образующими последовательно расположенные U-образный и перевернутый U-образный патрубок, и канал для прохода воды 11 с забором воды снизу 12. Трубы 2-6 и канал для прохода воды 11 имеют общий выход 13 из отстойной камеры 1.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают на устье нефтедобывающей скважины. Нефтяную эмульсию из нефтедобывающей скважины направляют в отстойную камеру 1. В отстойной камере 1 под действием гравитационных сил происходит расслоение нефтяной эмульсии на нефть и воду. Вода как жидкость большей плотности занимает нижнее положение. Накопление нефти как жидкости меньшей плотности происходит в верхней части. Граница раздела нефть-вода по мере накопления нефти снижается до уровня забора воды 12 канала для прохода воды 11. При достижении границы раздела нефть-вода уровня забора воды 12 происходит резкое вытеснение воды нефтью из труб 2-6 в выход 13 из отстойной камеры 1. Через отверстия 9 и 10 нефть заполняет трубы 2-6 и в дальнейшем вытесняется из отстойной камеры 1 через отверстия 9 и 10 и трубы 2-6 к выходу 13 из отстойной камеры 1. Граница раздела нефть - вода по мере вытеснения нефти повышается до уровня отверстия 9. При достижении границы раздела нефть-вода уровня отверстия 9 происходит резкое вытеснение нефти водой из труб 2-6 в выход 13 из отстойной камеры 1. Через отверстия 9 и 10 вода заполняет трубы 2-6 и в дальнейшем остается в трубах 2-6. Вода вытесняется из отстойной камеры 1 через забор воды снизу 12 и канал для прохода воды 11. Граница раздела нефть - вода по мере накопления нефти снижается до уровня забора воды 12 канала для прохода воды 11. При достижении границы раздела нефть-вода уровня забора воды 12 цикл повторяется.

Устройство регулирует последовательную подачу в нефтепровод то нефти, то воды, что обеспечивает отсутствие образования водонефтяной эмульсии.

Возможность работы устройства как запирающего устройства для потока жидкости определяется соотношением между дебитом скважины, вязкостью и плотностью скважинных жидкостей и конструктивными особенностями.

Промежуточные трубы 3, 4, 5 имеют отверстия, расположенные таким образом, что позволяют изменить направление движения потока на противоположное. Оптимальным для достижения поставленной задачи является четырехкратное изменение направление потока, которое достигается пятью трубами, как в предлагаемой конструкции. Каждая пара труб работает как сифон, причем они включены последовательно.

Теоретическое обоснование возможности работы устройства

Возможность работы устройства как запирающего устройства для потока жидкости определяется соотношением между давлением, создаваемым на 1 м его высоты жидкостями различной плотности в его коленах, и потерями на гидравлическое трение на 4 м проходного канала сифона (длина канала умножается на 4, так как 1 м высоты сифона соответствует 4 м пути жидкости в четырех коленах). Поэтому должно существовать определенное соотношение между дебитом скважины, вязкостью и плотностью скважинных жидкостей, а также размерами конструкции устройства, при котором оно окажется работоспособным.

Перепад гидростатического давления в каналах сифона, приходящийся на 1 м его высоты, ΔР определяется формулой:

где g - ускорение силы тяжести;

ρ_в - плотность водонефтяной смеси;

ρ_н - плотность нефти.

Рассмотрим течение нефти через кольцевые каналы устройства. Для этого случая средняя скорость течения при постоянном дебите Q определяется формулой:

где D_вн - внутренний диаметр наружной трубы, м (5-я труба),

d_нар - наружный диаметр внутренней трубы, м (1-я труба).

Перепад давления, приходящийся на 1 м кольцевого пространства ΔР_тр за счет гидравлического трения, определяется формулой:

где

коэффициент гидравлического сопротивления для ньютоновской жидкости при ламинарном режиме течения,

Re - число Рейнольдса для течения в кольцевых каналах,

μ_н - вязкость нефти (газированной нефти на приеме насоса).

Постановка дебита скважины в выражение для числа Рейнольдса показывает, что течение в каналах устройства является ламинарным, что позволяет применить формулу (4) для коэффициента гидравлического сопротивления.

Подставляя (5) и (2) в (4), получим

Подставляя (6) в (4), получаем

Приравнивая (1) и умножаем на 4 величину (7), имеем:

откуда

Умножаем на 4 ΔP_тр вследствие того, что жидкость проходит четыре колена устройства.

Пример конкретного выполнения

На устье скважины размещают предложенное устройство. Посредством скважинного насоса обеспечивают добычу обводненной нефти. Свойства добываемой продукции следующие:

Дебит скважины - 2,5 м³/сут.

Обводненность - 81,78%.

Время отстоя при 10°С без добавления реагента - 4 часа.

Плотность воды -1,11 г/см³.

Плотность нефти - 0,922 г/см³ (есть большое содержание остаточной воды вследствие отстаивания без реагента).

Вязкость нефти - 0,0416 Па·с.

Из манифольдной линии обводненная нефть направляется в отстойную камеру 1. В отстойной камере 1 происходит разделение обводненной нефти на нефть и воду. Через трубы 2-6 и канал для прохода воды 11 обеспечивается раздельная подача в напорный трубопровод нефти и воды.

В соответствии с расчетами по формуле (9) Q_мах=6,9176 (м³/сут), что значительно больше дебита скважины 2,5 м³/сут.

Время разделения добываемой продукции на нефть и воду, максимальная пропускная способность устройства превышают реальный дебит скважины, что обеспечивает гарантированную подачу в напорный трубопровод то нефти, то воды с целью предотвращения образования высоковязкой эмульсии.

Применение предложенного устройства позволит обеспечить разделение нефтяной эмульсии на нефть и воду при высоком дебите скважины.

Устройство для добычи нефти, включающее отстойную камеру, размещенный в ней U-образный патрубок для прохода нефти с забором нефти сверху и канал для прохода воды с забором воды снизу, имеющие общий выход из устройства, отличающееся тем, что U-образный патрубок для прохода нефти выполнен в виде пяти вложенных одна в другую труб с общей крышей и дном и отверстиями вверху или внизу трубы, образующими последовательно расположенные U-образный и перевернутый U-образный патрубок.