КОНЦЕВОЙ ДЕЛИТЕЛЬ ФАЗ Российский патент 2013 года по МПК B01D19/00 B01D17/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разделении нефтяной эмульсии на объектах нефтедобычи, транспортировки и подготовки нефти.

Известен концевой делитель фаз, включающий трубопровод подвода продукции скважин с патрубком сброса воды, который 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 (Патент РФ №2307245, опубл. 27.09.2007).

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является концевой делитель фаз, описанный в способе сепарации газоводонефтяной смеси, включающий массообменную секцию и коалесцентор (Патент РФ №2171702, опубл. 10.08.2001 - прототип).

В известных технических решениях поток газожидкостной смеси расслаивается не полностью, что приводит к потерям газа и нефти.

В предложенном способе решается задача более полного расслоения потока газожидкостной смеси.

Задача решается тем, что концевой делитель фаз включает отсек ввода, отстойный отсек, отсек отвода нефти и отсек отвода воды, между отсеком ввода и отстойным отсеком размещен перегораживающий проем, выполненный по всему сечению аппарата из уголков, образующих зигзаги на пути потока газожидкостной смеси без сквозного просвета, отстойный отсек снабжен поперечными перегородками, выполненными от днища, в днище выполнены патрубки отвода механических примесей, между отстойным отсеком и отсеком отвода нефти размещена перегородка, установленная на высоте от днища и кровли, между отсеком отвода нефти и отсеком отвода воды размещена перегородка, установленная на высоте от днища, в кровле равномерно по всей длине выполнены люки для сбора выделяющегося газа, люки соединены с трубопроводом газосбора, аппарат оснащен датчиком уровня раздела фаз «газ-жидкость», датчиком уровня раздела фаз «нефть-вода», клапаном-регулятором уровня раздела фаз «нефть-вода», клапаном-регулятором уровня раздела фаз «газ-жидкость», патрубком для отвода уловленной нефти, патрубком выхода сточной воды.

Сущность изобретения

Процесс расслоения потока газожидкостной смеси перед поступлением нефтяной эмульсии на ступень сепарации сопровождается неполным разделением на газ, нефть и воду. Существующие концевые делители фаз не в полной мере обеспечивают разделение, что приводит к потерям газа и нефти. В предложенном способе решается задача увеличения глубины разделения газожидкостной смеси на газ, нефть и воду. Задача решается концевым делителем фаз, представленным на фиг.1, 2 и 3.

Концевой делитель фаз включает отсек ввода 1 газожидкостной смеси, отстойный отсек 2, отсек отвода нефти 3 и отсек отвода воды 4. Отсек ввода 1 снабжен патрубком ввода 5. Между отсеком ввода 1 и отстойным отсеком 2 размещен перегораживающий проем 6, выполненный по всему сечению аппарата из уголков 7, образующих зигзаги на пути потока газожидкостной смеси без сквозного просвета. Отстойный отсек 2 снабжен поперечными перегородками 8, выполненными от днища 9 на высоту h₁. В днище 9 выполнены патрубки отвода механических примесей 10. Между отстойным отсеком 2 и отсеком отвода нефти 3 размещена перегородка 11 высотой h₂, установленная на высоте Н от кровли аппарата. Отсек отвода нефти 3 образован перегородкой 11, днищем отсека 12 и задней стенкой 13. Отсек 3 снабжен патрубком 14 для отвода нефти. Отсек отвода воды 4 снабжен патрубком 15 выхода сточной воды и патрубком 16 выхода уловленной нефти. В кровле 17 аппарата равномерно по всей длине выполнены люки 18 для сбора выделяющегося газа. Люки 18 соединены с трубопроводом газа 19. В кровле 17 размещены патрубок 20 для размещения датчика уровня раздела фаз «газ-жидкость» 21 и патрубок 22 для размещения датчика уровня раздела фаз «нефть-вода» 23. В патрубке 15 выхода сточной воды размещен клапан-регулятор уровня раздела фаз «нефть-вода» 24. На трубопроводе газа 19 размещен клапан-регулятор уровня раздела фаз «газ-жидкость» 25.

Концевой делитель фаз работает следующим образом.

Смесь нефти, воды и газа по патрубку 5 поступает в отсек 1, где в результате увеличения сечения аппарата обеспечивается равномерное движение жидкости по аппарату. Перегораживающий проем 6 разделяет 1 и 2 отсеки. Перегораживающий проем 6 выполнен по всему сечению аппарата из уголков и обеспечивает движение потока жидкости по мелким зигзагообразным проемам. Движение жидкости через зигзагообразные проемы под действием центробежных сил позволяет резко осадить в отстойном отсеке 2 механические примеси.

В отстойном отсеке 2 происходит гравитационное разделение нефтяной эмульсии, осаждение механических примесей и выделение газа. Равномерное движение жидкости по сечению аппарата в отсеке 2 исключает эмульгирование свободной воды с нефтью, что приводит к увеличению глубины обезвоживания нефти и повышению качества отделившейся пластовой воды.

Поперечные перегородки 8 предназначены для удержания оседающих механических примесей. Высоту перегородок 8 h₁ подбирают исходя из максимально необходимого накопления механических примесей. Для отвода оседающих механических примесей предусмотрены патрубки отвода механических примесей 10.

Далее отделившаяся нефть перетекает через перегородку 11 в отсек 3 для отвода нефти. Высота отсека отвода нефти Н составляет 0,57% от диаметра аппарата H=0,57×D. Высота перегородки h₂=0,43×D подбирается исходя из диапазона колебания уровня раздела фаз «нефть-вода» и с учетом погрешности датчика уровня раздела фаз «нефть-вода». Перегородка h₂ крепится посередине днища 12 отсека отвода нефти 3. В диапазоне высоты h₂ перегородки 11 клапаном-регулятором уровня раздела фаз «нефть-вода» 24 и датчиком уровня раздела фаз «нефть-вода» 23 обеспечивают поддержание необходимого уровня раздела фаз «нефть-вода».

В объеме между перегородкой 11, днищем отсека 12 и задней стенкой 13 собирается нефть, которую отводят через патрубок 14. Отделившуюся сточную воду в отсеке 4 отводят через патрубок 15. В случае попадания нефти в отсек сбора сточной воды 4 ее улавливают через патрубок для отвода уловленной нефти 16 с высоты h₃=0,5×D.

Поддержание необходимого уровня раздела фаз контролируют через контрольно-измерительные и регулирующие приборы 21, 23, 24, 25.

Клапан-регулятор уровня раздела фаз «нефть-вода» 24 обеспечивает поддержание уровня раздела фаз «нефть-вода» в зависимости от показаний датчика уровня раздела фаз «нефть-вода» 23, при котором обеспечивается отвод нефти и сточной воды в соответствующие отсеки для сбора нефти 3 и сбора сточной воды 4. Клапан-регулятор уровня раздела фаз «газ-жидкость» 25, устанавливаемый на линии отвода газа, обеспечивает поддержание необходимого уровня раздела фаз «газ-жидкость» в зависимости от показаний датчика уровня раздела фаз «газ-жидкость» 21, которое в свою очередь обеспечивает максимальное заполнение аппарата и исключает возможность попадания газа в линию отвода нефти и жидкости в линию отвода газа.

Патрубки для отвода нефти 14 и выхода сточной воды 15 оборудованы отбойниками, которые позволяют осуществить отвод жидкости, не создавая «воронок» в зоне отбора.

Равномерно по всей длине аппарата предусмотрены люки 18 для сбора выделяющегося газа. Сбор газа в люках 18 обеспечивает возможность поддержания уровня раздела фаз «газ-жидкость», при котором возможно максимальное заполнение аппарата, что в свою очередь позволяет увеличить время пребывания жидкости в аппарате, т.е. увеличивается время отстоя и глубина обезвоживания водонефтяной эмульсии. Выделившийся газ через люки 18 отводится по трубопроводу газа 19 в систему газосбора.

Геометрические размеры предложенного концевого делителя фаз рассчитаны исходя из максимального объема поступающей продукции добывающих скважин и необходимого времени отстоя для эффективного расслоения потока нефтяной эмульсии. Эти размеры составляют:

- соотношение общей длины L к диаметру D - (36 40):1;

- соотношение длин секций 1 и 2 (L₁ к L₂) - 1:(5-7);

- соотношение длин секций 3 и 4 (L₃ к L₄) - (1,7-1,9):1.

Эффективность работы предлагаемого концевого делителя фаз достигается тем, что предлагаемое конструктивное исполнение аппарата имеет ряд особенностей, таких как:

- использование перегораживающего зигзагообразного проема без сквозного просвета по всему сечению аппарата, при прохождении жидкости через который под действием центробежных сил происходит оседание механических примесей,

- использование поперечных перегородок для сбора механических примесей,

- использование люков, расположенных по всей длине аппарата, для сбора выделяющегося газа, позволяющих обеспечить возможность максимального заполнения аппарата жидкостью и тем самым увеличить глубину обезвоживания нефти и повысить качество сточной воды.

- соотношение общей длины аппарата L к диаметру D, обеспечивающее эффективное расслоение потока нефтяной эмульсии.

Пример конкретного выполнения

Продукция скважин в виде нефтяной эмульсии с расходом 600 м³/час под давлением 0,2-0,4 МПа поступает в концевой делитель фаз диаметром D=1,4 м и длиной L=53,5 м. Концевой делитель фаз наклонен к горизонту под углом 0,005° в сторону ввода нефтяной эмульсии в секцию 1.

Движение жидкости осуществляется по отсеку 1 длиной L₁=7 м, далее зигзагообразному перегораживающему проему 6. Проем выполнен из уголка 50×50×4 мм, толщина перегораживающего проема а=180 мм, ширина проемов b=30 мм.

В отстойном отсеке 2 длиной L₂=41,8 м через каждые 15 м установлены поперечные перегородки 8 высотой h₁=200 мм для сбора оседающих механических примесей.

После расслоения потока нефтяной эмульсии в отсеке 2 нефть через перегородку 11 высотой h₂=600 мм перетекает в отсек сбора нефти 3 длиной L₃=3 м высотой Н=0,8 м, отделившаяся сточная вода поступает в отсек сбора воды 4.

Для сбора выделяющегося газа по всей длине аппарата предусмотрены люки диаметром 600 мм высотой 380 мм с боковыми вырезами для газа R=160 мм.

В результате работы предложенного концевого делителя фаз удается получить выход по нефти с обводненностью до 5%, с остаточным содержанием свободного газа до 10 м³/тн, в то время как в концевых делителях фаз известной конструкции не удается получить выход по нефти с обводненностью менее 10% и остаточным содержанием свободного газа менее 30 м³/тн.

Применение предложенного концевого делителя фаз позволит решить задачу более полного расслоения потока газожидкостной смеси и повысить выход нефти и газа.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разделении нефтяной эмульсии на объектах нефтедобычи, транспортировки и подготовки нефти. Концевой делитель фаз включает отсек ввода, отстойный отсек, отсек отвода нефти и отсек отвода воды. Между отсеком ввода и отстойным отсеком размещен перегораживающий проем, выполненный по всему сечению аппарата из уголков, образующих зигзаги на пути потока газожидкостной смеси без сквозного просвета. Отстойный отсек снабжен поперечными перегородками, выполненными от днища на высоту накопления твердых взвешенных частиц. В днище выполнены патрубки отвода механических примесей. Между отстойным отсеком и отсеком отвода нефти размещена перегородка, установленная на высоте от днища и кровли. Между отсеком отвода нефти и отсеком отвода воды размещена перегородка, установленная на высоте от днища. В кровле равномерно по всей длине выполнены люки для сбора выделяющегося газа с геометрическими, размерами, позволяющими обеспечить сбор максимально выделяющегося объема газа. Люки соединены с трубопроводом газосбора. Аппарат оснащен датчиками уровня раздела фаз «газ-жидкость», «нефть-вода», клапанами-регуляторами уровня раздела фаз «нефть-вода», «газ-жидкость», патрубками для отвода уловленной нефти и выхода сточной воды. 3 ил.

Концевой делитель фаз, включающий отсек ввода, отстойный отсек, отсек отвода нефти и отсек отвода воды; между отсеком ввода и отстойным отсеком размещен перегораживающий проем, выполненный по всему сечению аппарата из уголков, образующих зигзаги на пути потока газожидкостной смеси без сквозного просвета; отстойный отсек снабжен поперечными перегородками, выполненными от днища; в днище выполнены патрубки отвода механических примесей; между отстойным отсеком и отсеком отвода нефти размещена перегородка, установленная на высоте от днища и кровли; между отсеком отвода нефти и отсеком отвода воды размещена перегородка, установленная на высоте от днища, в кровле равномерно по всей длине выполнены люки для сбора выделяющегося газа; люки соединены с трубопроводом газосбора, аппарат оснащен датчиком уровня раздела фаз «газ-жидкость», датчиком уровня раздела фаз «нефть-вода», клапаном-регулятором уровня раздела фаз «нефть-вода», клапаном-регулятором уровня раздела фаз «газ-жидкость», патрубком для отвода уловленной нефти, патрубком выхода сточной воды.