УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ВОДЫ НА ПРОМЫСЛАХ Российский патент 1999 года по МПК B01D17/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для подготовки нефти и воды на промыслах, особенно для малых, неудобно расположенных или удаленных месторождений, а также на кустах скважин на месторождениях в Сибири.

Известны установки подготовки нефти на промыслах (а.с. СССР N 581969, B 01 D 17/04, БИ N 44, 77 г., а.с. СССР N 829129, B 01 D 17/02, БИ N 18, 81 г. ), включающие сепараторы газа, трехфазные сепараторы, двухфазные (жидкость - жидкость) отстойники и концевые сепараторы. Эти установки предназначены для промыслов. В них проводится сепарация и предварительное обезвоживание нефти (до 10-30 об.%), т.е. подготовка ее к транспорту на центральные пункты сбора и подготовки нефти (ЦПС). Недостатком их является сложность технологической схемы: трехступенчатое отделение газа, возврат части нефти на рециркуляцию и эжектирование газа низкого давления, возврат части дренажной воды, в которую подается деэмульгатор. При такой технологической схеме установки возможно использование водорастворимого деэмульгатора, т.к. при применении маслорастворимого деэмульгатора его потери составят от 30 до 70%. В составе установки функционируют два технологических насоса, при этом насос на возврате нефти для эжектирования газа низкого давления является высоконапорным (до 6 МПа). Сточная вода представляет смесь относительно чистой воды из трехфазных сепараторов с водой худшего качества из аппарата обезвоживания нефти, т.е. вся вода требует специальной очистки. Кроме того, недостатком их является высокое остаточное содержание воды в транспортируемой нефти, что в присутствии деэмульгатора приводит к выделению свободной воды в трубе и повышает коррозионную активность транспортируемой среды. В результате снижается срок службы транспортного трубопровода, повышается аварийность на нем, что приводит к разливу эмульсии нефти, т.е. снижаются экологические показатели. Возникает также проблема со сточными водами, отделяемыми на ЦПС. Их нельзя сбрасывать в водоемы с пресной водой или в поглощающий пласт на ЦПС, т.к. это приводит к загрязнению пресных наземных и подземных вод. Единственным приемлемым вариантом является обратная их перекачка по водопроводу на месторождение. Это ведет к повышению металлоемкости, т.к. приходится эксплуатировать второй трубопровод, по которому перекачивается высококоррозионная и экологически опасная среда, какой является высокоминерализованная сточная вода.

Крупным недостатком установок является практическое отсутствие подготовки воды. Этот процесс сводится к возврату отделившейся воды в голову процесса и сбросу ее части в пласт. В результате возврата балластной воды в голову процесса происходит накопление в аппаратах механических примесей, повышениe толщины промежуточных слоев в аппаратах подготовки нефти и срыв процесса подготовки из-за снижения качества нефти. Сбрасываемая же в пласты часть воды имеет настолько низкое качество, что значительно снижается накопленная приемистость нагнетательных скважин. Бурение же новых повышает себестоимость добываемой нефти.

Известны также установки (а.с. СССР N 789129, B 01 D 17/00, БИ N 47, 80 г. , а.с. СССР N 997721, B 01 D 19/00, БИ N 7, 83 г., а.с. СССР N 1761180, B 01 D 17/00, БИ N 34, 92 г.) в дополнение к аппаратам подготовки нефти, содержащие отстойники подготовки воды.

В этих установках за счет дополнительного оборудования производится очистка менее загрязненных вод из аппаратов. Вода же со второй ступени обезвоживания с большим содержанием пленок от разрушения эмульсии нефти и примесей, по-прежнему поступает в сырье. В результате не устраняется эффект накапливания промежуточных слоев, вызывающий срыв процесса подготовки нефти и воды.

В этих условиях в сепараторах основной газосепарации и в трехфазных сепараторах отбирается основное количество попутного газа, кроме того, снижается температура жидкости. В результате увеличиваются вязкость и плотность нефти. При этом газ отбирается из трех и даже из четырех (а.с. N 789129) аппаратов, что обуславливает введение в состав установки дополнительных газопроводов, эжекторов и технологических насосов. Установки становятся громоздкими, металло- и энергоемкими, сложными в управлении.

На установках осуществляется возврат части подогретой нефти и всей теплой сточной воды низкого качества со ступени глубокого обезвоживания нефти в сырье. Данный технологический прием искусственно завышает производительность первых двух аппаратов и, следовательно, их объем и вес, а установки, снабженные дополнительными нефтепроводами и водоводами, становятся громоздкими, некомпактными, металлоемкими и сложными в эксплуатации. Наряду с этим в аппаратах первой ступени обезвоживания нефти на границе раздела "жидкость - жидкость" более интенсивно формируются переходные (промежуточные) слои, снижающие показатели процесса обезвоживания нефти. Отрицательные последствия указанного проявляются по двум наиболее типичным признакам. Происходит нарушение режима обезвоживания нефти при достижении толщины переходного слоя критической отметки, которая индивидуальна для каждой нефти. После формирования и старения промежуточных слоев за счет их частичного разрушения происходит ухудшение качества всего количества сточной воды, сбрасываемой с установки. При цикличности этого процесса качество воды ухудшается на 3 - 4 порядка по содержанию в ней нефти и мехпримесей. В результате при подготовке воды в отстойнике не удается достичь качества, необходимого для закачки ее в пласт без снижения приемистости нагнетательных скважин. Кроме того, т.к. значительное количество воды уходит с нефтью на ЦПС, оставшейся на месте воды не хватает для поддержания в пласте давления, необходимого для компенсации закачкой объемов извлекаемой жидкости при добыче нефти. Поэтому осуществляется привлечение пресных или артезианских пластовых вод, что весьма усложняет систему водоснабжения системы поддержания пластового давления (ППД), а зачастую, при несовместимости вод, приходится создавать самостоятельные, расположенные на одном месторождении (кусте скважин), технологические линии по водоснабжению и закачке воды в пласты.

Известна также установка подготовки товарной нефти на промыслах по а.с. N 594297, E 21 B 33/08, БИ N 7, 78 г., принятая за прототип, включающая сырьевой трубопровод и соединенные трубопроводом нефти сепаратор нефти от газа, блок предварительного обезвоживания с трубопроводом для сброса пластовой воды и аппарат глубокого обезвоживания нефти с трубопроводом вывода воды. Этой установке присущи все перечисленные недостатки аналогов.

Задачей предлагаемого решения является создание установки, позволяющей в условиях промысла добиваться высокой степени обезвоживания нефти перед транспортом ее на ЦПС и получать воду по качеству и в количестве достаточном для закачки в пласт для поддержания давления. При этом установка должна быть компактной, менее металло- и энергоемкой.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемая установка дополнительно содержит аппарат для подготовки воды, соединенный через отдельные штуцеры с трубопроводом для сброса пластовой воды из блока предварительного обезвоживания и с трубопроводом вывода воды из аппарата глубокого обезвоживания нефти, а аппараты в установке расположены последовательно по ходу нефти, сначала аппарат разделения смеси на нефть и воду в блоке предварительного обезвоживания, затем аппарат глубокого обезвоживания и сепаратор отбора газа из обезвоженной нефти.

Эта установка позволяет в одном аппарате подготовки воды очищать сточную пластовую воду из аппарата для предварительного обезвоживания (большее количество с лучшим качеством) и воду из аппарата глубокого обезвоживания (меньшее количество, но с худшим качеством). Отдельные штуцера позволяют подавать в аппарат воду под разным давлением, т. к. устраняется эффект "запирания" в месте соединения труб, препятствующий доступу в аппарат воды с более низким давлением. Так как в аппаратах предварительного и глубокого обезвоживания отделение воды идет при высоком газосодержании смеси, то и в аппарат подготовки воды поступает газонасыщенная вода. В нем происходит очистка воды в условиях интенсивного газовыделения. Таким образом, достигается интенсивное отделение от воды нефти и механических примесей, что и объясняет высокое качество очистки воды, подтверждаемое промысловыми испытаниями. Кроме того, не меняется газосодержание нефти на первой и второй ступенях ее обезвоживания, эмульсия не теряет тепло, остается легкой, менее вязкой, сохраняет высокую подвижность, что интенсифицирует обезвоживание. На установке достигается обезвоживание нефти с остаточным содержанием воды < 1%, вся попутно добытая вода используется в системе ППД, при этом качество воды соответствует требованиям к воде для ППД на конкретном месторождении. Последнее позволяет осуществлять процесс заводнения через минимальное количество нагнетательных скважин, приемистость которых стабильна во времени. Дополнительное потребление пресной или артезианской воды минимальное. Сводится к минимуму количество воды, транспортируемой с нефтью на ЦПС. Повышается экологичность установки и системы транспортных трубопроводов, снижается себестоимость нефти (за счет снижения капитальных затрат на ее подготовку и транспорт). В нефтяной сепаратор поступает нефть, содержащая < 1% остаточной воды, в результате процесс сепарации осуществляется более технологично, мягко, что снижает до минимума унос нефти с газом. Кроме того, поскольку давление в нефтяном сепараторе и аппарате подготовки воды сопоставимы, осуществляется совместный транспорт газа из обоих аппаратов потребителю.

Как показали испытания, наиболее эффективен ввод двух потоков воды в аппарат подготовки воды с противоположных торцов аппарата. Для повышения эффективности работы установки в зимнее время или при высокой природной вязкости и плотности добываемой нефти перед аппаратом глубокого обезвоживания целесообразно установить подогреватель для нефти, например, путевой подогреватель.

На прилагаемом чертеже изображена технологическая схема установки подготовки нефти и воды на промыслах.

Установка подготовки нефти и воды на промыслах состоит из трубопровода подвода газонасыщенной сырой нефти 1 к аппарату отделения воды 2, который по ходу обрабатываемой жидкости соединен трубопроводом 3, через технологический насос 4 и нагреватель 5, с аппаратом подготовки нефти и воды 6, который далее соединен трубопроводом с сепаратором отбора газа 7 из обезвоженной нефти, из которого газ отбирается по трубопроводу 8, а нефть - по трубопроводу 9; к аппарату подготовки воды 10 подсоединен трубопровод 11 отбора пластовой воды из аппарата отделения воды 2 и трубопровод 12 отбора сточной воды из аппарата подготовки нефти и воды 6, причем эти трубопроводы подсоединены к аппарату 10 через отдельные штуцера, соответственно трубопровод 11 к штуцеру 13, а трубопровод 12 к штуцеру 14; подготовленная сточная вода из аппарата подготовки воды 10 выводится по трубопроводу 15, уловленная нефть по трубопроводу 16, а отделившейся газ - по трубопроводу 19; деэмульгатор вводится по трубопроводу 17 в поток эмульсии в трубопровод 3 перед насосом 4. В условиях, когда подогрев не требуется, эмульсия из аппарата 2 в аппарат 6 перепускается по трубопроводу 18.

Установка подготовки нефти и воды на промыслах работает следующим образом. Газонасыщенная сырая нефть с месторождения по трубопроводу 1 поступает в аппарат отделения воды 2. В нем производится отделение свободной воды, которая по трубопроводу 11 выводится из аппарата отделения воды 2. Оставшаяся часть эмульсия по трубопроводу 3, в который по трубопроводу 17 перед насосом 4 вводится деэмульгатор, насосом 4 подается в нагреватель 5 и далее перепускается в аппарат подготовки нефти и воды 6. В аппарате производится расслоение эмульсии на нефть и сточную воду, при этом сточная вода выводится по трубопроводу 12, а обезвоженная нефть перепускается в сепаратор отбора газа из обезвоженной нефти 7, в котором производится отделение газа. При этом отделившийся газ выводится по трубопроводу 8, а отсепарированная нефть по трубопроводу 9. Свободная вода из аппарата отделения воды 2 по трубопроводу 11 через штуцер 13 и сточная вода из аппарата подготовки нефти и воды 6 по трубопроводу 12 через штуцер 14 вводится в аппарат подготовки воды 10. В нем осуществляется отбор нефти из сточной воды; подготовленная сточная вода выводится по трубопроводу 15, уловленная нефть временно или постоянно отбирается по трубопроводу 16, а отделившийся газ - по трубопроводу 19. В тех случаях, когда температура сырой нефти соответствует температуре ведения технологического процесса обезвоживания нефти, эмульсия из аппарата 2 по трубопроводу 18 подается в аппарат 6, минуя технологический насос 4 и подогреватель 5.

Полученные результаты при испытании предлагаемой и известной установок для подготовки нефти и воды на промыслах приведены в таблице.

Как видно из таблицы, в сточной воде после предлагаемой установки содержится 40 мг/л нефти и 0,1 м³/м³ растворенного газа, а после известной установки соответственно 1600 мг/л и 0,3 м³/м³, что лучше по содержанию нефти в 40 раз и по содержанию газа в 3 раза. Расход деэмульгатора сокращается с 70-80 г/т нефти до 40-50 г/т.

Полученное качество сточной воды позволяет закачивать ее в продуктивные пласты без дополнительной очистки, т.е. исключить строительство специальных очистных сооружений и значительно снизить экологическую загрязненность объекта.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки для подготовки нефти и воды на промыслах слагается за счет снижения металлоемкости и энергоемкости установки, повышения качества сточной воды в 40 раз по содержанию нефти и в 3 раза по содержанию газа, а также в результате снижения количества деэмульгатора в 1,6 раза и снижения материальных затрат за счет исключения строительства специальных очистных сооружений для сточной воды.

Изобретение может использоваться на промыслах. Установка содержит сырьевой нефтепровод, соединенные трубопроводом нефти сепаратор нефти от газа, блок предварительного обезвоживания с трубопроводом для сброса пластовой воды, аппарат глубокого обезвоживания нефти с трубопроводом вывода воды и аппарат для подготовки воды. Аппарат подготовки воды отдельными штуцерами соединен с трубопроводом сброса пластовой воды из блока предварительного обезвоживания и с трубопроводом вывода воды из аппарата глубокого обезвоживания нефти. Аппараты в установке расположены последовательно, по ходу нефти - сначала аппарат разделения смеси на нефть и воду в блоке предварительного обезвоживания нефти, затем аппарат глубокого обезвоживания нефти и сепаратор отбора газа из обезвоженной нефти. Трубопроводы вывода воды из блока предварительного обезвоживания и аппарата глубокого обезвоживания подсоединены к противоположным торцам аппарата подготовки воды. Перед аппаратом глубокого обезвоживания нефти возможна установка подогревателя нефти. Предлагаемая установка позволит очищать одновременно воду из блока предварительного обезвоживания и из аппарата глубокого обезвоживания нефти, получая при этом высокое качество подготовленной к закачке в пласт воды. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл. /

1. Установка подготовки нефти и воды на промыслах, включающая сырьевой трубопровод и соединенные трубопроводом нефти сепаратор нефти от газа, блок предварительного обезвоживания с трубопроводом для сброса пластовой воды и аппарат глубокого обезвоживания нефти с трубопроводом вывода воды, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит аппарат для подготовки воды, соединенный через отдельные штуцеры с трубопроводом для сброса пластовой воды из блока предварительного обезвоживания и с трубопроводом вывода воды из аппарата глубокого обезвоживания нефти, а аппараты в установке по ходу нефти расположены последовательно, сначала аппарат разделения смеси на нефть и воду в блоке предварительного обезвоживания нефти, затем аппарат глубокого обезвоживания нефти и сепаратор отбора газа из обезвоженной нефти, причем трубопроводы вывода воды из блока предварительного обезвоживания и аппарата для глубокого обезвоживания нефти подсоединены к противоположным торцам аппарата для подготовки воды. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что перед аппаратом глубокого обезвоживания нефти установлен подогреватель нефти.