ТРУБЧАТЫЙ СЕПАРАТОР, УСТАНОВКА И СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПРОИЗВОДСТВЕ НЕФТИ Российский патент 2009 года по МПК E21B43/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к трубчатому сепаратору, предназначенному для разделения текучих сред, например для разделения нефти, газа и воды, производимого в связи с добычей и получением нефти и газа из месторождений, находящихся под морским дном, содержащему протяженный трубчатый корпус, диаметр которого на входном и выходном концах по существу равновеликий диаметру транспортировочной трубы, к которой подсоединен трубчатый сепаратор, циклон, расположенный выше по потоку от корпуса сепаратора и служащий для отделения какого бы то ни было количества газа, находящегося в текучей среде, и электростатический коагулятор, подсоединенный к сепаратору.

Уровень техники

В заявках на выдачу патентов Норвегии №№19994244, 20015048, 20016216, 20020619 и 20023919, поданных заявителем, описаны известные из уровня техники сепараторы для разделения нефти, воды и/или газа, поступающих из скважин, находящихся на дне моря или поверхности земли, на платформе или тому подобных местах расположения скважин. В частности, в заявке №20023919 раскрыто техническое решение, в котором используют отдельный компактный электростатический коагулятор совместно с трубчатым сепаратором. Поток нефти из трубчатого сепаратора направляют в коагулятор, расположенный ниже по потоку от трубчатого сепаратора, и затем подают в дополнительный сепаратор для разделения нефти и воды, который удаляет из потока воду, оставшуюся после прохождения трубчатого сепаратора. Это известное решение предназначено, в частности, для текучей среды, включающей в себя умеренно тяжелую нефть и воду, которую отделяют от нефтяной фазы до содержания воды 0,5% с помощью циклона или другого типа газожидкостного сепаратора, предназначенного для отделения газа перед трубчатым сепаратором (известное решение не ограничено только такой указанной текучей средой).

Такое решение требует наличия дополнительного сепаратора, имеющего сложную конструкцию и высокую стоимость, при этом сам коагулятор, представляющий собой вертикально расположенное устройство, не может быть расширен или обработан скребком (очищен внутри) известным образом. Это также является существенным недостатком известного решения.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение представляет собой решение со значительно упрощенным процессом разделения, при котором вышеупомянутые недостатки устраняются. Изобретение отличается тем, что электростатический коагулятор объединен с корпусом сепаратора и представляет собой встроенный элемент корпуса сепаратора, как это изложено в пункте 1 формулы изобретения.

Зависимые пункты 2-5 отражают предпочтительные особенности настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет раскрыто более подробно ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг.1 - элементарная схема трубчатого сепаратора в соответствии с данным изобретением.

Фиг.2 - часть сепаратора, изображенного на фиг.1, находящаяся в зоне расположения коагулятора, показанная в увеличенном масштабе в поперечном сечении а) и продольном сечении b).

Осуществление изобретения

Техническое решение, иллюстрируемое на фиг.1, включает в себя трубчатый корпус 1 сепаратора, гидравлический затвор 6, расположенный ниже по потоку от корпуса сепаратора, для водяной фазы текучей среды, содержащей нефть/воду и протекающей через сепаратор, дренажное устройство 7, снабженное трубой 8 для отвода отделенной воды, батарею 5 скребков, размещенную выше по потоку от корпуса сепаратора, соединенного с оборудованием 9 устья скважины, соединительный трубопровод 10, который соединяет устье скважины с корпусом 1 сепаратора, и транспортный трубопровод 11 для нефти, расположенный ниже по потоку от корпуса сепаратора. Характерная особенность настоящего изобретения заключается в том, что коагулятор 4 размещен в корпусе 1 сепаратора как встроенный в него элемент. Коагулятор подходящим образом установлен на расстоянии от 1/3 до 1/2 длины корпуса сепаратора от входа корпуса сепаратора. Однако расположение коагулятора не ограничено вышеуказанным. На фиг.2 в увеличенном масштабе показана в поперечном и продольном разрезах часть корпуса сепаратора, в которую встроен коагулятор. Как показано на чертеже, коагулятор содержит верхний электрод 12 и нижний электрод 13, которые подходящим образом заключены в изоляционный материал в стенке 14 корпуса сепаратора. Электроды выполнены с возможностью подвода к ним подходящего переменного напряжения V (не показано более детально) для создания электрического поля, которое обеспечивает повышение степени отделения воды от текучей среды (нефть и вода), протекающей через сепаратор. Как показано на фиг.1, циклон 3 (или другой тип подходящего устройства для разделения газа и жидкости) установлен выше по потоку от корпуса 1 сепаратора и служит для удаления любого количества газа из текучей среды, которая добывается из скважин 9. Цель отделения газа заключается в том, чтобы избежать снижения эффективности действия коагулятора, поскольку газ имеет слабую электропроводность. Другая цель заключается в предотвращении формирования в сепараторе пробкового (поршневого) режим течения.

Способ работы сепаратора в соответствии с настоящим изобретением в остальном заключается в следующем.

Текучая среда, которую добывают, т.е. газ, нефть и вода, проходит сначала через циклон 3, где большая часть газа отводится и поступает в отдельный трубопровод 9 для повторного возможного ввода в транспортную трубу 11 за сепаратором.

Жидкую фазу, которая может содержать небольшие количества газа, направляют в корпус 1 сепаратора. Свободная вода будет быстро отделена с формированием под нефтяной фазой водяной фазы. Газовые пузырьки будут собираться вверху трубы сепаратора и в соответствии с их концентрацией образуют свободную газовую фазу. После завершения предварительного разделения (т.е. водяная фаза находится в нижней части трубы, нефтяная фаза вместе с небольшими каплями нефти - в центре, и, возможно, тонкий слой газовой фазы - вверху) текучая среда будет поступать во встроенный коагулятор 4.

В коагуляторе 4 падение напряжения будет происходить главным образом по нефтяной зоне, поскольку водяная зона проводит электрический ток, и газовая зона также обладает хорошими токопроводящими свойствами.

Падение напряжения (переменный ток) в нефтяной зоне приводит к увеличению степени объединения капель и возмущению поверхности раздела фаз "нефть/вода". После того как текучая среда вновь входит в корпус 1 трубчатого сепаратора, капли воды увеличиваются в размере и быстро отделяются.

В указанном корпусе 1 сепаратора, ниже по потоку от коагулятора 4, объединившиеся капли воды будут отделяться (от текучей среды) и скапливаться в зоне 7 аккумуляции, где вода сливается через отводящую трубу 8. Нефть, проходя через гидравлический затвор 6, будет поступать в транспортный трубопровод 11.

Настоящее изобретение, характеризуемое формулой изобретения, не ограничено описанным выше и иллюстрируемым примером осуществления. Сепаратор может быть снабжен двумя или более коагуляторами 4, установленными последовательно в корпусе 1 сепаратора. В особенности это может быть существенным для таких сортов нефти, разделение которых затруднено, например для более тяжелой нефти.

Циклоны 3 могут быть размещены также в местах, отличных от устья скважин, как это показано на фиг.1. Доказано, что выгодно размещать циклон вместе с таким оборудованием, которое создает высокие касательные напряжения в текучей среде, поскольку это обеспечивает хорошие условия для разделения фаз. Однако в тех случаях, когда сепаратор расположен далеко от устья скважины, может быть также выгодным размещение циклона в непосредственной близости от входа сепаратора.

Группа изобретений относится к разделению нефти, газа и воды при добыче и производстве нефти и газа из месторождений, находящихся под морским дном. Обеспечивает повышение эффективности способа и повышение надежности работы устройства. Сущность изобретения: сепаратор содержит протяженный трубчатый корпус с входным и выходным концами, который имеет диаметр на входном и выходном концах, равный или немного больший, чем диаметр транспортной трубы, к которой присоединен корпус сепаратора. Далее сепаратор содержит электростатический коагулятор, выполненный в форме трубы. При этом коагулятор включает электроды, выполненные с возможностью подвода к ним электрического напряжения для создания электростатического поля внутри трубы. Согласно изобретению электростатический коагулятор объединен с корпусом сепаратора, образует с ним единый элемент и установлен на расстоянии от входа, где имеет место предварительное разделение воды и нефти. При этом коагулятор содержит верхний и нижний электроды. Установка для разделения содержит упомянутый выше сепаратор и циклон. Способ разделения предусматривает использование вышеупомянутого сепаратора. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Трубчатый сепаратор для разделения нефти, газа и воды при добыче и производстве нефти и газа из месторождений под морским дном, содержащий протяженный трубчатый корпус (1) сепаратора с входным и выходным концами, который имеет диаметр на входном и выходном концах, равный или немного больший, чем диаметр транспортной трубы, к которой присоединен корпус сепаратора, далее трубчатый сепаратор содержит электростатический коагулятор (4), выполненный в форме трубы, при этом коагулятор включает электроды, выполненные с возможностью подвода к ним электрического напряжения для создания электростатического поля внутри трубы, отличающийся тем, что электростатический коагулятор (4) объединен с корпусом сепаратора, образует с ним единый элемент и установлен на расстоянии от входа, где имеет место предварительное разделение воды и нефти, причем коагулятор содержит верхний электрод (12) и нижний электрод (13).

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что ниже по потоку от корпуса (1) сепаратора установлен гидравлический затвор (6) и вместе с гидравлическим затвором установлено устройство (7), предназначенное для слива воды, отделенной внутри корпуса (1) сепаратора.

3. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус (1) сепаратора содержит два или более последовательно размещенных коагуляторов.

4. Установка для разделения нефти, газа и воды, содержащая трубчатый сепаратор по любому из пп.1-3 и устройство разделения, расположенное выше по потоку от корпуса (1) сепаратора для отделения большинства присутствующего газа.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что устройство разделения представляет собой циклон (3).

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что циклон (3) установлен во взаимосвязи с дроссельным клапаном, создающим высокие касательные напряжения в текучей среде.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что циклон (3) размещен в непосредственной близости от входа корпуса (1) сепаратора.

8. Способ разделения нефти, газа и воды при добыче и производстве нефти и газа из месторождений под морским дном, включающий:
пропускание текучей среды через трубчатый сепаратор, содержащий протяженный трубчатый корпус (1) сепаратора с входным и выходным концами, который имеет диаметр на входном и выходном концах, равный или немного больший, чем диаметр транспортной трубы, к которой присоединен корпус сепаратора, при этом трубчатый сепаратор содержит электростатический коагулятор (4) с электродами;
подачу на электроды электрического напряжения для создания электростатического поля внутри трубы,
при этом электростатический коагулятор (4) объединен с корпусом сепаратора и образует с ним единый элемент и установлен на расстоянии от входа, где имеет место предварительное разделение воды и нефти, причем коагулятор содержит верхний электрод (12) и нижний электрод (13).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что для отделения большинства присутствующего газа текучую среду перед прохождением через трубчатый сепаратор пропускают через устройство разделения, расположенное выше по потоку от корпуса (1) сепаратора.