ТРЕХФАЗНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1998 года по МПК B01D17/04 B01D19/00 

Изобретение относится к технике предварительного обезвоживания и сепарации нефти на промыслах и может быть использовано в других отраслях для разделения смесей жидкостей и газа.

Известен отстойник для отделения воды от нефти, включающий горизонтальную емкость, в которой размещена перегородка для стабилизации уровня нефтяного слоя (Нефтяное хозяйство, N 2, 1974, с.62, рис. 5). Недостатком данного отстойника является завихрение потока водонефтяной эмульсии в отстойной камере, что значительно ухудшает качество отделившихся фаз.

Известен отстойник для отделения воды от нефти, содержащий цилиндрическую емкость, разделенную перегородкой на приемную и отстойную камеры (патент Франции N 2220298, кл. B 01 D 17/02, 1974).

У этого аппарата низкий коэффициент использования объема отстойника камеры и, соответственно, низкая производительность и качество конечных продуктов разделения эмульсии.

Известны аппараты для разделения трехфазных смесей (нефть - вода - газ), в которых повышение качества отделившихся фаз достигается за счет выделения в них объема в виде камеры для сбора отделившейся нефти (авт.св. СССР N 801847, кл. B 01 D 17/04, 1981; патент США N 3971719, кл. 210-104, 1976; авт.св. СССР N 1142136, кл. B 01 D 17/04, 1985). Аппараты содержат горизонтальную цилиндрическую емкость со штуцерами ввода эмульсии нефти и вывода отделившихся фаз, систему перегородок и полуперегородок, делящих емкость на отсеки, и в середине емкости - камеру для сбора отделившейся нефти. Конструкция этих аппаратов позволяет повысить качество отделившейся нефти, но за счет загромождения аппарата сложными конструкторскими элементами, особенно в отстойной камере, снижается ее рабочий объем и, соответственно, снижается производительность аппарата в целом, а также качество отделившейся воды.

Известен аппарат для сепарации и предварительного обезвоживания нефти (Каспарьянц К. С. и др. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа. - М.: Недра, 1977, с. 156, рис. 51), содержащий горизонтальную цилиндрическую емкость со штуцерами ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз, с вертикальной перегородкой, не доходящей до верха аппарата и отделяющей в емкости камеру сбора подготовленной нефти, и полуперегородкой, не доходящей до верха аппарата и отделяющей отсек сбора воды. Недостатком аппаратов такого типа является большой объем газовой зоны (до 30%), длительность процесса разделения и соответственно низкая производительность аппарата по жидкости, значительный унос капельной нефти с газом из-за активного процесса газовыделения на поверхности отделившейся нефти, малый объем отстойной зоны в аппарате.

За прототип принят сепаратор установки (авт.св. СССР, N 1755863, кл. B 01 D 19/00, 1992), который содержит горизонтальную цилиндрическую емкость с штуцерами ввода нефтяной эмульсии и вывода отделившихся фаз, с вертикальной перегородкой, не доходящей до верха емкости и делящей емкость на отстойную камеру и камеру сбора обезвоженной нефти. Этот сепаратор также характеризуется большим объемом газовой зоны, длительностью процесса разделения, значительным уносом капельной нефти с газом. Кроме того, в отстойной камере данного сепаратора у перегородки, отделяющей нефтесборную камеру, образуется зона, в которой застаивается отделившаяся от эмульсии нефть. Эта зона в своей нижней части почти доходит до дна емкости, что приводит к загрязнению нефтью выводимой из аппарата воды.

Задачей данного решения является создание аппарата для подготовки нефти на промыслах, надежного в эксплуатации на удаленных месторождениях, с повышенными производительностью и качеством отделившихся фаз на всех стадиях эксплуатации месторождений, т.е. как при низкой, так и при высокой обводненности добываемой нефти, при разном содержании в ней растворенного углеводородного газа.

Поставленная задача решается тем, что трехфазный сепаратор, включающий емкость со штуцерами ввода нефтяной эмульсии и вывода отделившихся фаз, с перегородкой, не доходящей до верха емкости и делящей ее на отстойную и нефтесборную камеры, и с устройством для ввода эмульсии в отстойную камеру, содержит одно или несколько сливных устройств для отделившейся нефти, установленные в отстойной камере вдоль емкости. Устройство представляет собой лоток, дно которого наклонено в сторону перегородки, а верхняя образующая (сливная кромка), расположена горизонтально, на уровне сливной кромки перегородки. Нижний торец лотка открыт и прикреплен к сделанному в верхней части перегородки вырезу. Внутри лотка, параллельно его дну, к его стенкам прикреплены полки, образующие между собой и с дном лотка сквозные каналы. Эти каналы соединяют отстойную и нефтесборную камеры и служат для вывода отстоявшейся обезвоженной нефти из отстойника камеры в нефтесборную. Верхние кромки полок расположены поперек лотка на уровне сливной кромки перегородки. Для более равномерного вывода обезвоженной нефти из отстойной камеры полки делят поверхность лотка на равные части. Нижние кромки полок прикреплены к вырезу в перегородке таким образом, что образуют горизонтальные щели, причем нижняя кромка верхней полки расположена ниже уровня нефти в отстойной камере. Такое расположение кромок способствует равномерному изливу нефти из каналов по всей длине нижних кромок полок.

Предлагаемое решение, в котором кратно увеличивается длина кромки перелива нефти путем прибавления длины сливной кромки лотка, позволяет собирать наиболее обезвоженную отстоявшуюся нефть из самой верхней части слоя отстоявшейся нефти. Слив идет тонким слоем, с низкой объемной скоростью сбора, что позволяет подвергнуть ее дополнительной сепарации (отделению растворенного в нефти газа). Предотвращается возмущение слоев в объеме отстойной камеры, что позволяет получить наиболее высокое качество нефти, чистую воду и сухой газ. Повышению степени сепарации нефти способствует также тонкослойный, по поверхности полок и дна лотка, вывод нефти из отстойной камеры по каналам в нефтесборную камеру. Кроме того, т.к. нефть в нефтесборную камеру поступает не одним потоком, а несколькими - с кромки перегородки и с кромок полок и дна лотка из щелей в вырезе в перегородке, плоскими струями с разной высоты, снижается пенообразование в нефтесборной камере и предотвращается унос из нее нефти с отходящим газом. Наибольший же эффект достигается за счет ликвидации зоны застоя отделившейся нефти в отстойной камере у перегородки, образующейся в прототипе из-за завихрений, вызванных потоком переливающейся через перегородку нефти. Ее ликвидация приводит к эффекту увеличения рабочего объема отстойной камеры предотвращает унос нефти с водой, что в конечном счете ведет к повышению производительности сепаратора и качества отделившихся фаз. Ликвидация застойной зоны достигается изменением направления потока выводимой из отстойной камеры нефти от сплошного, вдоль оси емкости в прототипе, на сложный, при котором слив нефти производится по кратчайшему пути, к ближайшему участку сливной перегородки. Причем все потоки образуются только на поверхности отстоявшейся нефти и не затрагивают ее в глубине слоя.

Количество лотков, устанавливаемых в сепараторе, зависит от размера аппарата. Дополнительным пунктом формулы изобретения предлагается выполнить сливные кромки перегородки и лотка с фигурным профилем, т.к. это позволит еще больше удлинить линию слива нефти, а кроме того, и самортизировать пульсирующий режим подачи водонефтяной эмульсии в аппарат.

На фиг. 1 приведен общий вид сепаратора в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (вид сверху), причем стрелками показаны направления потоков нефти при сливе ее через перегородку и через сливные кромки лотка; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (вид сбоку); на фиг. 4 - аксонометрия аппарата с вырывом; на фиг. 5 - вариант применения.

Сепарационная установка, включающая трехфазный сепаратор, содержит емкость 1 с штуцерами ввода нефтяной эмульсии 2, вывода отстоявшихся нефти 3, воды 4, газа 5. К штуцеру ввода эмульсии перед емкостью сепаратора подсоединен депульсатор, а внутри емкости - патрубок 6. Перегородка 7 отделяет отстойную камеру 8 от нефтесборной камеры 9. В отстойной камере 8 вдоль емкости 1 установлен лоток 10 для сбора отделившейся легкой фазы - нефти. Верхняя образующая 11 лотка 10 расположена в горизонтальной плоскости на уровне сливной кромки 12 перегородки 7, а дно 13 наклонено в сторону нефтесборной камеры 9. Нижний торец лотка 10 выполнен открытым и подсоединен к вырезу 14 в перегородке 7. Внутри лотка параллельно его дну установлены полки 15, прикрепленные боковыми кромками к стенкам лотка, а нижним краем - к вырезу 14, т.о., что образуют в вырезе сливные щели 16.

Трехфазный сепаратор работает следующим образом. Газонасыщенная эмульсии нефти и воды, пройдя депульсатор, через штуцер 2 и патрубок 6 поступает в отстойную камеру 8. В камере 8 идет разрушение эмульсии с отделением из нее газа, нефти и воды. Газ собирается в верхней части сепаратора и выводится через штуцер 5, вода оседает на дно отстойной камеры 8 и выводится из нее через штуцер 4, а нефть собирается в верхней части камеры 8. Уровень нефти в емкости 1 трехфазного сепаратора поддерживается высотой перегородки 7. По мере отстаивания наиболее обезвоженная нефть сосредотачивается в тонком верхнем слое и перетекает через кромки 12 перегородки 7 в нефтесборную камеру 9, а через верхнюю образующую 11 лотка 10 - на его дно 13 и полки 15. На них происходит дополнительное газовыделение и отсепарированная обезвоженная нефть через щели 16 сливается в нефтесборную камеру, из которой выводится через штуцер 3.

Данное решение позволяет повысить качество нефти за счет сбора наиболее обезвоженной ее части, предотвратить загрязнение воды нефтью за счет ликвидации застойной зоны у перегородки отстойной камеры, повысить качество газа путем предотвращения уноса им капельной нефти, повысить производительность сепаратора за счет рационального распределения нефти и воды в отстойной камере.

Предлагаемая конструкция была испытана в условиях нефтяного месторождения и показала высокую надежность и производительность, на 20% превышающую показатели промышленного образца по прототипу, с высоким качеством отделившихся фаз. При этом она обладает высокой технологичностью изготовления, что в совокупности с другими его характеристиками особенно важно на малых удаленных месторождениях.

Изобретение относится к технике предварительного обезвоживания и сепарации нефти на промыслах и может быть использовано в других отраслях для разделения смесей жидкостей и газа. Сепаратор включает емкость со штуцерами ввода нефтяной эмульсии и вывода отделившихся фаз, с перегородкой, не доходящей до верха емкости и делящей ее на отстойную и нефтесборную камеры, и с устройством для ввода эмульсии в отстойную камеру, содержит одно или несколько сливных устройств для отделившейся нефти, установленных в отстойной камере вдоль емкости. Устройство представляет собой лоток, дно которого наклонено в сторону перегородки. Верхняя кромка лотка расположена горизонтально, на уровне сливной кромки перегородки, а нижний торец открыт и прикреплен к сделанному в верхней части перегородки вырезу. Внутри лотка, параллельно его дну, установлены полки, образующие между собой и с дном лотка сквозные каналы, соединяющие отстойную и нефтесборную камеры. Верхние кромки полок расположены поперек лотка, горизонтально, на уровне кромки перегородки, а нижние прикреплены к вырезу в перегородке с образованием в ней горизонтальных щелей, причем нижняя кромка верхней полки ниже уровня нефти в отстойной камере. Изобретение позволяет повысить качество нефти и газа и предотвратить загрязнение воды нефтью. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Трехфазный сепаратор, включающий емкость со штуцерами ввода нефтяной эмульсии и вывода отделившихся фаз, с перегородкой, не доходящей до верха емкости и делящей ее на отстойную и нефтесборную камеры, и устройством для ввода эмульсии в отстойную камеру, отличающийся тем, что в отстойной камере, вдоль емкости, установлены одно или несколько сливных устройств для легкой фазы, представляющие собой лоток, дно которого наклонено в сторону перегородки, верхний край расположен в горизонтальной плоскости на уровне кромки перегородки, нижний торец открыт и прикреплен к вырезу в верхней части перегородки, внутри лотка, параллельно его дну, к его стенкам прикреплены полки, верхние кромки которых расположены поперек лотка на уровне его верхнего края, а нижние кромки прикреплены к вырезу в перегородке таким образом, что образуют горизонтальные щели, причем нижняя кромка верхней полки расположена ниже уровня нефти в отстойной камере, а полки образуют между собой и дном лотка каналы, соединяющие отстойную и нефтесборную камеру емкости сепаратора. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что верхние кромки перегородки и сливного устройства выполнены фигурными, например зубчатыми. 3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что верхние кромки полок делят поверхность лотка на равные части.