СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН Российский патент 2001 года по МПК F28D7/00 E21B36/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам и устройствам для подогрева продукции нефтяных скважин.

Известны способ и устройство для подогрева продукции нефтяных скважин /1/, где нефть нагревают в блочной газовой печи, причем в качестве теплообменника используют П-образную жаровую трубу, оборудованную газовой инжекционной горелкой, а в качестве теплоносителя - продукты сгорания отсепарированного попутного газа. Температуру подогрева нефти контролируют регулятором температуры нефти, расположенным на наружной поверхности корпуса блочной газовой печи.

К недостаткам известных способа и устройства относятся следующие. Нефть нагревают П-образным теплообменником, поверхность которого имеет высокую температуру, т.к. его прогревают открытым пламенем продуктов горения попутного газа. Перегрев контактирующего с поверхностью теплообменника слоя нефти и, как следствие, выкипание глобул воды и переход солей в нефтяную среду приводят к коксообразованию на поверхности теплообменника и, соответственно, к ухудшению теплообмена и снижению КПД, а в конечном итоге - к прогару жаровой трубы.

Наиболее близкими техническими решениями к предлагаемым являются способ и устройство для подогрева продукции нефтяных скважин /2/.

В известном способе /2/ подогреваемую продукцию приводят в контакт с наружной поверхностью парового теплообменника и осуществляют контроль температуры и давления пара в теплообменнике.

Устройство по прототипу /2/ включает источник нагрева, паровой теплообменник, представляющий собой трубу, установленную внутри корпуса нагревателя с наклоном в сторону источника нагрева таким образом, что один конец находится внутри корпуса, а другой контактирует с источником нагрева; а также элементы контроля температуры и давления пара в теплообменнике.

При нагреве части теплообменника, контактирующей с источником нагрева, вода в нем вскипает, и водяные пары, перемещаясь в противоположный конец, конденсируются на внутренней стенке, отдавая ей теплоту. Конденсат стекает по нижней образующей трубе обратно. В устройстве по прототипу, таким образом, теплообменник выполняет и функцию парогенератора.

Известные способ и устройство недостаточно эффективны, в частности, из-за отсутствия прямого контроля температуры перекачиваемой продукций, что приводит к выпариванию глобул воды и переходу солей в нефтяную фазу. Неразвитая поверхность контакта парового теплообменника с перекачиваемой продукцией и ламинарный характер ее течения также обуславливают низкий КПД. Прототип не предусматривает оперативную замену или чистку теплообменника.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности способа и устройства для подогрева продукции нефтяных скважин за счет прямого контроля температуры перекачиваемой продукции и улучшения теплопередачи тепловой энергии от теплообменника к жидкости за счет увеличения поверхности контакта и турбулизации потока перекачиваемой продукции. Это позволит избежать перегрева перекачиваемой продукции, значительно снизить образование отложений на поверхности теплообменника и повысить КПД. Исключается нерациональное расходование энергии пара. Упростится процесс подготовки нефти в плане ее обессоливания.

Поставленная задача решается тем, что в способе подогрева продукции нефтяных скважин, включающем приведение в контакт перекачиваемой продукции с наружной поверхностью парового теплообменника и контроль температуры, согласно предложенному изобретению увеличивают площадь контакта, обеспечивают турбулентный характер течения перекачиваемой продукции и контролируют ее температуру так, чтобы предотвратить перегрев. Оптимальную температуру перекачиваемой продукции определяют лабораторным путем.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для подогрева продукции нефтяных скважин, включающем источник нагрева, паровой теплообменник, установленный внутри корпуса и узел контроля температуры, согласно предложенному изобретению, элементы теплообменника расположены перпендикулярно течению перекачиваемой продукции и выполнены из труб с приваренными поперечно листами для увеличения поверхности теплообмена, узел контроля температуры расположен внутри корпуса и имеет связь через блок управления с источником нагрева теплоносителя, устройство дополнительно содержит парогенератор, причем паровой теплообменник расположен выше парогенератора. Паровой теплообменник и парогенератор расположены параллельно друг другу и поверхности земли. Устройство выполнено с возможностью извлечения парового теплообменника из корпуса нагревателя.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают автоматический контроль и поддержание необходимой температуры перекачиваемой продукции, исключая тем самым перерасход тепловой энергии теплоносителя, переход солей из водной фазы в нефтяную из-за выпаривания воды и отложение кокса на поверхности теплообменника. Турбулизация потока перекачиваемой продукции и увеличение поверхности ее контакта с теплообменником обеспечивают равномерный характер прогрева всего объема перекачиваемой продукции.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций.

1. Приведение в контакт перекачиваемой продукции с наружной поверхностью парового теплообменника при ее турбулентном режиме течения.

2. Контроль и поддержание оптимальной температуры перекачиваемой продукции для предотвращения ее перегрева и выкипания глобул воды, с учетом предварительных лабораторных исследований.

На фиг. 1-3 представлена схема заявляемого устройства.

Здесь: (1) - источник нагрева, (2) - паровой теплообменник, установленный внутри корпуса нагревателя (3), выполненный в виде элементов (4) с развитой поверхностью теплообмена, расположенных перпендикулярно направлению течения перекачиваемой продукции, (5) - элемент контроля температуры, (6) - парогенератор, (7) - блок управления источником нагрева, (8) - паровой коллектор, (9) - паровая труба, (10), (11) - входная и выходная трубы, (12) - крышка корпуса нагревателя, имеющая фланцевое соединение с корпусом нагревателя, (13) - телескопическая выдвижная балка.

Скважинная жидкость подается через входную трубу (10), омывает наружную развитую поверхность теплообменника (2), расположенного внутри корпуса нагревателя (3), и удаляется через выходную трубу (11). Пар, подаваемый из парогенератора (6), отдает свою тепловую энергию перекачиваемой жидкости через элементы (4) и, конденсируясь, стекает в паровой коллектор (8). Конденсат занимает объем более чем в 1000 раз меньший, чем пар, поэтому в месте конденсации пара давление падает, освобождается место для поступления новой порции пара. Из коллектора (8) конденсат по паровой трубе (9) поступает в парогенератор (6), где он подогревается и, превращаясь в пар, поступает по паровой трубе (9) в теплообменник (2), и цикл повторяется. Размещение парового теплообменника (2) выше парогенератора (6) обеспечивает самоточное возвращение конденсата в парогенератор.

Для поддержания необходимого теплового режима фиксируется температура у выходной трубы (11) с помощью элемента контроля температуры (5), и блока управления (7), который автоматически изменяет подачу тепловой энергии источником нагрева (1).

Для обеспечения удобства эксплуатации, обслуживания и ремонта упрощен процесс демонтажа теплообменника (2): достаточно отсоединить крышку (12) от корпуса (3) и выдвинуть на телескопической балке (13) все содержимое нагревателя - теплообменник (2) с коллектором (8) и выводной трубой (11), что обеспечивает свободный доступ ко всем элементам теплообменника.

Пример конкретного осуществления
Нагреватель представляет собой цилиндрический корпус, выполненный из стальной трубы диаметром 1,2 метра с толщиной стенки 10 мм. Длина источника нагрева - 4,5 метра. Корпус снабжен разъемной крышкой с фланцем, к которой крепится выходная труба и паровой коллектор с элементами с развитой поверхностью теплообмена. Фланцы корпуса и крышки соединены между собой с помощью болтовых соединений. Элементы с развитой поверхностью теплообмена выполнены из медных труб, к которым припаяны поперечные медные листы для увеличения поверхности контакта с перекачиваемой продукцией. Паровой коллектор прикреплен кронштейнами к телескопической выдвижной балке.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА
Теплопроизводительность, МДж/ч (Мкал/ч) - 560 (133)
Рабочее давление, МПа кгс/см² - 0,6(6)
Рабочая температура, ^oC - 62±2
Число горелок - 1
Производительность по готовой нефти, m/cym - 120
Объем аппарата, м³ - 6
Масса аппарата, m - 3,2
Подогревается продукция нефтяной скважины N 56 Арланского месторождения с содержанием воды 20%.

Поперечное относительно направления течения перекачиваемой продукции расположение элементов с развитой поверхностью теплообмена создает предпосылки к турбулизации потока жидкости, что вместе с развитой поверхностью теплообмена позволило эффективно использовать подводимое тепло, избегая перегрева и коксообразования на поверхности теплообменника. Содержание в подогретой продукции солей составило около 2 мг/л.

Проба продукции той же нефтяной скважины, прошедшая подогрев в устройстве по прототипу, имела содержание солей около 40 мг/л.

Предлагаемая схема теплообмена с применением современных средств теплоизоляции корпуса и трубопроводов эффективнее прототипа, позволяет значительно снизить потребление топлива для нагрева скважинной жидкости и упрощает процесс подготовки нефти.

Источники информации
1. Справочник по нефтепромысловому оборудованию под ред. Е.И. Бухаленко. - М.: Недра, 1983, стр. 333.

2. Справочник по нефтепромысловому оборудованию под ред. Е.И. Бухаленко. - М.: Недра, 1983, стр. 335-337.

Изобретение может использоваться в нефтяной промышленности. Перекачиваемую продукцию приводят в контакт с наружной поверхностью теплообменника с увеличенной площадью контакта и поверхностью теплообмена за счет приваренных поперечно листов к элементам теплообменника, из труб расположенных перпендикулярно течению перекачиваемой продукции для обеспечения турбулентного характера течения перекачиваемой продукции. Контролируют температуру перекачиваемой продукции, чтобы предотвратить ее перелив. Причем узел контроля через блок управления связан с источником нагрева теплоносителя. Парогенератор расположен ниже теплообменника. Изобретение повышает эффективность подогрева перекачиваемой продукции. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ подогрева продукции нефтяных скважин, включающий приведение в контакт перекачиваемой продукции с наружной поверхностью парового теплообменника и контроль температуры, отличающийся тем, что увеличивают площадь контакта, обеспечивают турбулентный характер течения перекачиваемой продукции и контролируют ее температуру так, чтобы предотвратить перегрев. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оптимальную температуру перекачиваемой продукции определяют лабораторным путем. 3. Устройство для подогрева продукции нефтяных скважин, включающее корпус, источник нагрева, паровой теплообменник, установленный внутри корпуса, и узел контроля температуры, отличающееся тем, что элементы теплообменника расположены перпендикулярно течению перекачиваемой продукции и выполнены из труб с приваренными поперечно листами для увеличения поверхности теплообмена, узел контроля температуры расположен внутри корпуса и имеет связь через блок управления с источником нагрева теплоносителя, устройство дополнительно содержит парогенератор, причем паровой теплообменник расположен выше парогенератора. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что паровой теплообменник и парогенератор расположены параллельно друг другу и поверхности земли. 5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью извлечения парового теплообменника из корпуса нагревателя.