Успокоительный коллектор сепарационной установки

Заявляемое изобретение относится к области оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно к сепарационным установкам, и может быть применено в напорных системах сбора и подготовки нефти. Успокоительный коллектор (или концевой делитель фаз) сепарационной установки предназначен для предварительного расслоения водонефтегазовой смеси. Обеспечивает повышение эффективности, уменьшение длины и улучшение качества сепарации. Сущность изобретения: устройство содержит трубопровод подвода продукции скважин с патрубком сброса воды. Согласно изобретению трубопровод подвода продукции скважин выполнен, полностью или частично, расширяющимся из последовательно соединенных секций газораздела и раздела водонефтяной эмульсии. Вдоль верхней образующей трубопровода подвода, начиная с секции газораздела, выполнена газовая линия, соединенная вертикальными газовыми патрубками с верхней частью трубопровода подвода и расположенная выше верхнего уровня жидкости в трубопроводе подвода продукции скважин. Трубопровод сброса воды расположен в донной части. При этом расширение трубопровода подвода продукции выполнено таким образом, чтобы течение водонефтяной эмульсии и газовой фазы сохранялось ламинарным. Выход патрубка подвода продукции скважин соединен с нефтеотстойной областью сепарационной установки. Патрубок сброса воды расположен в секции раздела водонефтяной эмульсии и соединен с водоотстойной областью сепарационной установки. В трубопроводе подвода продукции скважин над входом в патрубок сброса воды расположен экран для полного или частичного перекрытия сечения трубопровода подвода продукции скважин в зоне расположения патрубка сброса воды. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к области оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно к сепарационным установкам, и может быть применено в напорных системах сбора и подготовки нефти. Успокоительный коллектор (или концевой делитель фаз) сепарационной установки предназначен для предварительного расслоения водонефтегазовой смеси.

Известен успокоительный коллектор сепарационной установки, содержащий труборовод подвода продукции скважин / Патент №225231, МПК Е21В 43/38, опубл. 20.05.2005, Бюл. №13/.

Недостатками данного успокоительного коллектора являются:

- недостаточная эффективность, обусловленная тем, что после разгазирования по нему раздельно движутся газовая и жидкая (водонефтяная эмульсия) фазы, при этом зачастую скорость газовой фазы существенно выше скорости водонефтяной эмульсии. Вследствие этого начинается волновой режим течения эмульсии, срыв капель, образование пены и т.п.;

- значительная длина, так как для разгазирования и расслоения нефти и воды в эмульсии требуется определенное время, являющееся функцией от параметров водонефтегазовой смеси, скоростей всплытия пузырьков газа и капель нефти, диаметра успокоительного коллектора и т.д.; течение же при этом должно оставаться ламинарным, поэтому скорость потока нельзя увеличивать;

- снижение качества сепарации в сепарационной установке, так как при одновременном вводе в нее газовой фазы и водонефтяной эмульсии происходит их перемешивание.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является успокоительный коллектор сепарационной установки, содержащий трубопровод подвода продукции скважин и патрубок сброса воды, в котором трубопровод подвода представляет прямолинейный горизонтальный постоянного диаметра участок трубопровода без местных сопротивлений, на выходе которого установлен патрубок сброса воды / Руководство по проектированию и эксплуатации сепарационных узлов нефтяных месторождений, выбору и компоновке сепарационного оборудования. РД 39-0004-90. - Уфа: ВНИИСПТнефть, 1990. - С.31-35/.

Недостатками данного успокоительного коллектора являются:

- недостаточная эффективность, обусловленная тем, что после разгазирования по нему раздельно движутся газовая и жидкая (водонефтяная эмульсия) фазы, при этом зачастую скорость газовой фазы существенно выше скорости водонефтяной эмульсии. Вследствие этого начинается волновой режим течения эмульсии, срыв капель, образование пены и т.п.;

- значительная длина, так как для разгазирования и расслоения нефти и воды в эмульсии требуется определенное время, являющееся функцией от параметров водонефтегазовой смеси, скоростей всплытия пузырьков газа и капель нефти, диаметра успокоительного коллектора и т.д.; течение же при этом должно оставаться ламинарным, поэтому скорость потока нельзя увеличивать;

- снижение качества сепарации в сепарационной установке, так как при одновременном вводе в нее газовой фазы и водонефтяной эмульсии происходит их перемешивание.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности, уменьшение длины и улучшение качества сепарации.

Это достигается тем, что в успокоительном коллекторе сепарационной установки, содержащем трубопровод подвода продукции скважин с патрубком сброса воды, при этом трубопровод подвода продукции скважин выполнен состоящим из последовательно соединенных секций газораздела и раздела водонефтяной эмульсии, трубопровод подвода продукции скважин, полностью или частично, выполнен расширяющимся, вдоль верхней образующей трубопровода подвода, начиная с секции газораздела, выполнена газовая линия, соединенная вертикальными газовыми патрубками с верхней частью трубопровода подвода, при этом газовая линия расположена выше верхнего уровня жидкости в трубопроводе подвода, патрубок сброса воды расположен в донной части. Кроме того, в некоторых случаях расширение трубопровода подвода может быть выполнено таким образом, чтобы течение водонефтяной эмульсии и газовой фазы сохранялось ламинарным. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод подвода может быть выполнен из последовательно соединенных труб разного диаметра и не обязательно одинаковой длины, соединенных между собой переходниками, выполненных, например, в виде колец или усеченных конусов, причем диаметр каждой последующей трубы больше или равен диаметра предыдущей. Кроме того, в некоторых случаях выход трубопровода подвода может быть соединен с нефтеотстойной областью сепарационной установки. Кроме того, в некоторых случаях патрубок сброса воды может быть расположен в секции раздела водонефтяной эмульсии, в выход патрубка сброса воды соединен с водоотстойной областью сепарационной установки, а в трубопроводе подвода над входом в патрубок сброса воды параллельно поверхности расположен экран, выполненный, например, в виде пластины, экран полностью или частично перекрывает продольное сечение трубопровода подвода в зоне расположения патрубка сброса воды. Кроме того, в некоторых случаях экран может быть выполнен с возможностью изменения его высоты в трубопроводе подвода. Кроме того, в некоторых случаях выходы трубопровода подвода и/или патрубка сброса воды могут быть снабжены распыливающими устройствами, расположенными соответственно в нефтеотстойной и водоотстойной областях сепарационной установки и выполненные, например, в виде перфорированной трубы, заглушенной с одного торца.

На вход в успокоительный коллектор поступает водонефтегазовая смесь, объемный расход которой слагается из объемных расходов воды, нефти и газа, а объемный расход водонефтяной эмульсии соответственно слагается из объемных расходов нефти и воды:

Q_см = Q_в + Q_н + Q_г; Q_э = Q_в + Q_н; (1)

где Q_см, Q_в, Q_н, Q_г и Q_э - соответственно объемные расходы водонефтегазовой смеси, воды, нефти, газа и водонефтяной эмульсии.

Скорость водонефтегазовой смеси W_см в трубопроводе подвода постоянного диаметра равна отношению объемного расхода смеси из (1) к площади поперечного сечения S трубопровода подвода диаметра D:

W_см = Q_см/S; S = π·D²/4. (2)

Очевидно, что скорость всплытия пузырьков газа w_г-э в водонефтяной эмульсии много больше, чем скорость всплытия капель нефти w_н-э в эмульсии. Поэтому процесс выделения газа (разгазирование) из водонефтегазовой смеси пройдет быстрее, чем расслоения эмульсии на нефть и воду.

Время разгазирования τ_г определим как время, в течение которого пузырек газа всплывает в слое водонефтяной эмульсии толщины D:

τ_г = D/w_г-э. (3)

Тогда длину секции газораздела L_г определим как произведение скорости водонефтегазовой смеси из (2) на время разгазирования (3):

L_г = W_см·τ_г. (4)

После разгазирования в нижней части трубопровода подвода движется поток водонефтяной эмульсии, а в верхней - поток газа. При этом площадь поперечного сечения S_э в трубопроводе подвода, занятая водонефтяной эмульсией (до начала сброса воды через патрубок сброса воды), постоянна, так как жидкость несжимаемая. Площадь S_э найдем как отношение объемного расхода эмульсии из (1) к замеренной скорости водонефтяной эмульсии W_э:

S_э = Q_э/W_э. (5)

По известным площади (2) и диаметру трубопровода подвода, а также площади поперечного сечения потока эмульсии (5) найдем верхний уровень эмульсии h_э в трубопроводе подвода. Тогда время всплытия капли нефти в слое водонефтяной эмульсии толщины h_э определим аналогично (3):

τ_э = h_э/w_н-э. (6)

Соответственно длину секции раздела водонефтяной эмульсии найдем по формуле:

L_э = W_э·τ_э-L_г. (7)

В (7) учтено, что процесс расслоения нефть - вода водонефтяной эмульсии начинается одновременно с вводом водонефтегазовой смеси в трубопровод подвода и происходит во время движения по секции газораздела.

По известным площадям поперечного сечения трубопровода подвода (2) и потока эмульсии (5) площадь поперечного сечения потока газа S_г определим так:

S_г = S - S_э. (8)

Скорость газового потока W_г найдем как отношение известного объемного расхода газа к его площади поперечного сечения (8):

W_г = Q_г/S_г. (9)

Скорость газового потока зачастую выше скорости потока эмульсии.

Выполнение трубопровода подвода продукции скважин расширяющимся позволяет уменьшить скорости потоков газа и водонефтяной эмульсии за счет увеличения площади поперечного сечения. Это позволяет повысить эффективность и уменьшить длину.

Выполнение вдоль верхней образующей трубопровода подвода, начиная с секции газораздела, газовой линии, соединенной вертикальными газовыми патрубками с верхней частью трубопровода подвода позволяет отводить часть газового потока в газовую линию, что обеспечивает уменьшение скорости газового потока в трубопроводе подвода. Это позволяет повысить эффективность.

Расположение газовой линии выше верхнего уровня жидкости в трубопроводе подвода позволяет практически ликвидировать возможность попадания воды или нефти в газовую линию.

Выполнение расширения трубопровода подвода таким образом, чтобы течение водонефтяной эмульсии и газовой фазы сохранялось ламинарным, позволяет повысить эффективность работы.

Выполнение трубопровода подвода из последовательно соединенных труб разного диаметра и не обязательно одинаковой длины, соединенных между собой переходниками, выполненных, например, в виде колец или усеченных конусов, причем диаметр каждой последующей трубы больше или равен диаметра предыдущей, позволяет повысить технологичность изготовления. При этом длина каждой трубы должна быть достаточна для организации установившегося режима течения.

Соединение выхода трубопровода подвода с нефтеотстойной областью сепарационной установки позволяет подавать обезвоженную эмульсию с частично отведенным газом в нефтеотстойную область, снизив при этом вносимые возмущения. Это позволяет повысить качество сепарации.

Расположение патрубка сброса воды в секции раздела водонефтяной эмульсии позволяет повысить качество сбрасываемой воды. Это обеспечивает повышение эффективности.

Соединение выхода патрубка сброса воды с водоотстойной областью сепарационной установки позволяет подавать воду сразу в водоотстойную зону, что позволяет повысить качество сепарации.

Расположение в трубопроводе подвода над входом в патрубок сброса воды параллельно поверхности экрана, выполненного, например, в виде пластины, экран полностью или частично перекрывает продольное сечение трубопровода подвода в зоне расположения патрубка сброса воды, позволяет уменьшить возможность попадания нефти в отводимую воду. Это обеспечивает повышение качества сепарации.

Выполнение экрана с возможностью изменения его высоты в трубопроводе подвода позволяет повысить качество сепарации.

Снабжение выходов трубопровода подвода и/или патрубка сброса воды распыливающими устройствами, расположенными соответственно в нефтеотстойной и водоотстойной областях сепарационной установки и выполненными, например, в виде перфорированной трубы, заглушенной с одного торца, позволяет распределять вводимую жидкость равномерно по всему объему области, что обеспечивает равномерность работы. Это позволяет повысить качество сепарации.

Успокоительный коллектор сепарационной установки показан на чертеже.

Успокоительный коллектор сепарационной установки состоит из трубопровода подвода продукции скважин, составленного из труб 1, 2 и 3 разного диаметра, соединенных между собой переходниками 4. К нему подсоединен патрубок сброса воды 5. Газовая линия 6 связана с трубами 1, 2 и 3 газовыми патрубками 7.

Успокоительный коллектор сепарационной установки работает следующим образом. На вход трубы 1 самого малого диаметра 100...300 мм поступает водонефтегазовая смесь с объемным расходом (1) и скоростью (2). Диаметр трубы выбирается из условия обеспечения ламинарного режима течения. Начинается выделение газа. Труба 1 самого малого диаметра является газовой секцией и длина ее не может быть меньше величины L_г из (4). Выделяющийся газ по газовому патрубку 7 отводится в газовую линию 6. Затем расслоенные газ и водонефтяная эмульсия по переходнику 4 поступают в следующую трубу 2, где продолжаются процессы расслоения водонефтяной эмульсии на нефть и воду и отвода газа по газовому патрубку 7 в газовую линию 6. При этом скорость потока водонефтяной эмульсии уменьшается. Уменьшение скорости происходит во столько раз, во сколько площадь поперечного сечения трубы 2 больше площади поперечного сечения трубы (1). Площади поперечного сечения рассчитываются по формуле (2). Длина трубы 2 должна быть достаточна для того, чтобы течение водонефтяной эмульсии стало установившимся, т.е. ее длина должна быть не меньше 15 калибров. Далее по следующему переходнику 2 расслоенные газ и водонефтяная эмульсия поступают в трубу 3 самого большого диаметра, где продолжаются те же процессы, что и в предыдущей трубе 2. Длина трубы 3 также должна быть не меньше 15 калибров. Время прохождения водонефтяной эмульсией труб 1, 2 и 3 должно быть не меньше времени расслоения эмульсии по формуле (6). В трубе 3 дополнительно происходит сброс воды по патрубку сброса воды 5. Газ, поступающий в газовую линию 6, отводится из нее либо в газовый сепаратор, либо в газоотстойную область сепарационной установки.

Таким образом, заявляемый успокоительный коллектор сепарационной установки позволяет повысить эффективность (за счет определения размеров и отвода газа), уменьшить длину (за счет уменьшения скорости) и улучшить качество сепарации (за счет отвода газа и части воды соответственно в газовую и водоотстойную секции сепарационной установки).

1. Успокоительный коллектор сепарационной установки, содержащий трубопровод подвода продукции скважин с патрубком сброса воды, отличающийся тем, что трубопровод подвода продукции скважин выполнен, полностью или частично, расширяющимся из последовательно соединенных секций газораздела и раздела водонефтяной эмульсии, вдоль верхней образующей трубопровода подвода, начиная с секции газораздела, выполнена газовая линия, соединенная вертикальными газовыми патрубками с верхней частью трубопровода подвода и расположенная выше верхнего уровня жидкости в трубопроводе подвода продукции скважин, трубопровод сброса воды расположен в донной части, при этом расширение трубопровода подвода продукции выполнено таким образом, чтобы течение водонефтяной эмульсии и газовой фазы сохранялось ламинарным, выход патрубка подвода продукции скважин соединен с нефтеотстойной областью сепарационной установки, патрубок сброса воды расположен в секции раздела водонефтяной эмульсии и соединен с водоотстойной областью сепарационной установки, а в трубопроводе подвода продукции скважин над входом в патрубок сброса воды расположен экран для полного или частичного перекрытия сечения трубопровода подвода продукции скважин в зоне расположения патрубка сброса воды.

2. Успокоительный коллектор по п.1, отличающийся тем, что трубопровод подвода продукции скважин выполнен из последовательно соединенных труб разного диаметра, не обязательно одинаковой длины, соединенных между собой переходниками, выполненными в виде колец или усеченных конусов, причем диаметр каждой последующей трубы больше или равен диаметру предыдущей.

3. Успокоительный коллектор по п.1, отличающийся тем, что экран выполнен в виде пластины.

4. Успокоительный коллектор по п.1, отличающийся тем, что выходы трубопровода подвода продукции скважины и/или патрубка сброса воды снабжены распиливающими устройствами, расположенными соответственно в нефтеотстойной и водоотстойной областях сепарационной установки и выполненными в виде перфорированной трубы, заглушенной с одного торца.