Система отбора и утилизации пластовой жидкости Российский патент 2023 года по МПК E21B43/34 C02F1/04 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к обустройству нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, и может быть использовано при утилизации попутно-добываемой воды при эксплуатации газовых и нефтяных скважин.

При извлечении газа и нефти вода, которая сопровождает поток, содержит от 200 до 1000 мг/л нерастворимых углеводородов, а также минеральные вещества и взвешенные частицы. Такой состав негативно влияет на состояние окружающей природной среды и может привести к неблагоприятным экологическим последствиям: снижаются темпы почвообразования и плодородия почвы в результате засоления и осолонцевания почвы и, как следствие, нарушается биологический баланс из-за ухудшения состояния растительного покрова и прогрессирующее обеднение биогеоценоза; на поверхности воды образуются нефтяные пленки, и происходит оседание тяжелых фракций нефтепродуктов на дне, которые нарушают процессы жизнедеятельности гидробионтов; ухудшение органолептических показателей воды.

Утилизация пластовых вод – актуальная задача для производственных объектов нефтедобывающей промышленности. Во многих случаях пластовые воды весьма агрессивны, вызывают интенсивную коррозию нефтепромыслового оборудования и сооружений, нарушают герметичность скважин, в результате чего происходят утечки сточных вод при их сборе, подготовке и закачке, а также засолонение почвы и грунтовых источников питьевых вод, гибнет растительность.

Наиболее общераспространенной практикой по утилизации пластовой жидкости является закачка пластовой жидкости (воды) обратно в подземные горизонты.

Из области техники известен способ утилизации попутно добываемой пластовой воды, включающий закачку продукции добывающих скважин в бездействующую скважину, выполняющую роль отстойника, при этом продукцию рядом расположенных друг от друга добывающих скважин с суммарным дебитом жидкости 25-65 м³/сут закачивают непосредственно в межтрубное пространство скважины-отстойника для поглощения воды пластом, имеющим приемистость 0,7-4,3 м³/(сут⋅атм), при одновременном отборе фонтанным способом отделившейся нефти через колонну насосно-компрессорных труб (патент РФ №2648410 МПК Е21В 43/20, опубликовано 26.03.2018).

Недостатками известного способа являются частичное устранение негативного влияния пластовой жидкости на окружающую среду и оборудование, отсутствие рядом бездействующих скважин и низкая приемистость пластов почв, в которые закачивается пластовая жидкость.

Известен способ утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды и система для его реализации (патент РФ №2317408 МПК Е21В 43/16, опубликовано 20.02.2008), взятый в качестве ближайшего аналога (прототип). Способ заключается в том, что продукцию скважины направляют на сепаратор, в котором её разделяют на малообводненную нефть с остаточным газом, воду и газ, затем воду и газ в смеси направляют на приём, по меньшей мере, одного насоса-компрессора и закачивают водогазовую смесь в нагнетательную скважину или скважины, при этом перед закачкой водогазовой смеси в нагнетательную скважину или скважины на выходе из насоса-компрессора диспергируют водогазовую смесь с получением мелкодисперсной водогазовой смеси с газосодержанием от 10 до 30 об.% при давлении 15 МПа и выше.

Система для реализации известного способа содержит по меньшей мере одну добывающую скважину, энергетический блок, соединенную с сепаратором, циркуляционным насосом, выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, выход которого соединен с диспергатором, соединенным с нагнетательной скважиной или с водораспределительной гребенкой нагнетательных скважин.

К недостаткам известной системы и способа утилизации пластовой жидкости прототипа является сложность используемого оборудования и низкие технологические возможности, связанные с низкой надёжностью и эффективностью отбора и утилизации пластовой жидкости в условиях низких температур окружающей среды и возможные утечки пластовых вод при их сборе, подготовка и закачка, а также засолонение почвы и грунтовых источников питьевых вод, гибель растительности.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение технологических возможностей системы, связанные с полной утилизацией отсепарированной пластовой жидкости с предотвращением утечки пластовой жидкости и предотвращением засолонения почв.

Поставленный технический результат достигается использованием общих с прототипом признаков, включающих энергетический блок, добывающую скважину и связанные с ней при помощи трубопроводов сепаратор и циркуляционный насос и новых признаков, заключающихся в том, что система отбора и утилизации пластовой жидкости снабжена котлом-выпаривателем с газовыми горелками и блоком обогрева трубопровода подачи пластовой жидкости, выполненным в виде бака с антифризом, теплообменника с горелками и трубопроводов с наружной теплоизоляцией и с каналами подогрева прямой и обратной подачи циркулирующей по ним жидкости (антифриза), при этом трубопроводы подвода пластовой жидкости от сепаратора к котлу-выпаривателю и трубопроводы подвода топливного газа к горелкам снабжены гибкими рукавами.

Сепаратор выполнен в виде трех секций вихревого отделения жидкости от газа, содержащий патрубки завихрения потока смеси газа с жидкостью чередующиеся с камерами осаждения жидкости и накопитель отсепарированной жидкости.

Котёл-выпариватель выполнен в виде цилиндрической двухкорпусной с теплоизоляцией ёмкости со сборником пластовой жидкости, между которым и внутренним корпусом котла-выпаривателя смонтирована газо-пламенная горелка.

Бак с антифризом снабжен, по меньшей мере, одной газовой горелкой и термоэлектрогенератором.

Новизной предполагаемого изобретения является наличие в системе отбора и утилизации пластовой жидкости котла-выпаривателя с газовыми горелками и блоком обогрева трубопровода подачи пластовой жидкости, выполненным в виде бака с антифризом, теплообменника с горелками и трубопроводов с наружной теплоизоляцией и с каналами подогрева прямой и обратной подачи циркулирующей по ним жидкости (антифриза), при этом трубопроводы подвода пластовой жидкости от сепаратора к котлу-выпаривателю и трубопроводы подвода топливного газа к горелкам снабжены гибкими рукавами.

Признаки наличия в системе отбора и утилизации пластовой жидкости котла-выпаривателя с газовыми горелками позволяют повысить технологические возможности системы в процессе выпаривания пластовой жидкости в котле, обеспечивают полную, без потерь, утилизацию отделенной пластовой жидкости с использованием сопутствующего газа, предотвращают возможные утечки пластовых вод при их сборе и утилизации и, как следствие, предотвращают засолонение почв, грунтовых источников питьевых вод и гибель растительности.

Признаки наличия блока обогрева трубопровода подачи пластовой жидкости, его выполнение в виде бака с антифризом, теплообменника с горелками и трубопроводов с наружной теплоизоляцией и с каналами подогрева прямой и обратной подачи циркулирующей по ним жидкости (антифриза) позволяют обеспечить бесперебойную работу системы при низких температурах.

Признаки наличия гибких рукавов у трубопроводов подвода пластовой жидкости от сепаратора к котлу-выпаривателю и трубопроводов подвода топливного газа к горелкам позволяют обеспечить надёжность работы системы, компенсировать температурные расширения трубопроводов и избежать деформаций трубопроводной обвязки системы.

Признаки выполнения сепаратора в виде трех секций вихревого отделения жидкости от газа, содержащего патрубки завихрения потока смеси газа с жидкостью, чередующиеся с камерами осаждения жидкости, и накопитель отсепарированной жидкости, выполнение котла-выпаривателя в виде цилиндрической двухкорпусной с теплоизоляцией ёмкости со сборником пластовой жидкости, между которым и внутренним корпусом котла-выпаривателя смонтированы газо-пламенные горелки, а также наличие у бака с антифризом, по меньшей мере, одной газовой горелки и термоэлектрогенератором являются признаками дополнительными, направленными на более подробное раскрытие основных признаков и способствуют достижению поставленного предполагаемым изобретением технического результата.

Согласно проведенным патентно-информационным исследованиям, сочетания известных и новых признаков предполагаемого изобретения в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом - позволяет получить более высокий и даже неожиданный технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.

Разработанная техническая документация, изготовление опытного образца системы, проведённые предварительные испытания говорят о применимости системы в производственном процессе.

На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая система отбора и утилизации пластовой жидкости, на фиг. 2 приведено фото системы с блоком, содержащим отделение автоматизированной системы управления, и модуль термоэлектрогенераторов с баком с антифризом и подогревателем, на фиг. 3 – фото котла-выпаривателя системы с подводящими трубопроводами.

Система отбора и утилизации пластовой жидкости включает добывающую скважину 1, связанную трубопроводом 2 подачи смеси газа и пластовой жидкости к вихревому сепаратору 3, выполненному в виде трёх секций 4, 5 и 6 с завихрителями 7, 8, 9, накопителем 10 пластовой жидкости и патрубком 11 отбора пластовой жидкости из сепаратора 3. Отсепарированная жидкость по трубопроводу 12 насосом подаётся в накопитель 13 котла-выпаривателя 14. Газовые горелки 15 котла-выпаривателя 14 соединены гибкими рукавами 16 с трубопроводами 17 отбора отделенного от жидкости газа, прошедшими через шкаф-распределитель 18 газа. Газовые горелки снабжены электрозапалами 19. Блок 20 содержит отделение 21 автоматизированной системы управления, модуль 22 термоэлектрогенераторов с баком с антифризом и подогреватель, связанный трубопроводами 23 обогрева линии трубопроводов 12 подачи отсепарированной пластовой жидкости от сепаратора 3 к котлу-выпаривателю 14. Трубопровод 12 подачи отсепарированной жидкости в месте подвода к котлу выпаривателю 14 снабжен гибким рукавом 24. Для выхода паров отсепарированной пластовой жидкости и сгоревших газов котел-выпариватель снабжен дымовой трубой 25. Циркуляционный насос 26 обеспечивает прокачку подогретого антифриза по трубопроводам 23 прямой и обратной подачи. Энергетический блок 27 обеспечивает питанием циркуляционный насос и при помощи электрической линии 28 соединен с блоком 20 с отделениями 21 автоматизированной системы управления. Трубопровод 23 соединен с модулем 22 термоэлектрогенераторов с баком с антифризом и подогревателем.

Предлагаемая система отбора и утилизации пластовой жидкости работает следующим образом: смесь газа и пластовой жидкости из скважины 1 по трубопроводу 2 подаётся в сепаратор 3, в котором поступающая смесь при помощи завихрителей 7, 8, 9 интенсивно перемешивается, а затем при прохождении секций 4, 5 и 6, резко расширяясь, разделяется на газ и пластовую жидкость, которая стекает в накопитель 10. По мере накопления пластовой жидкости в накопителе 10 по обогреваемому трубопроводу 12 жидкость из накопителя при помощи патрубка 11 подаётся в накопитель 13 котла-выпаривателя 14. Отбор очищенного от жидкости газа осуществляется по трубопроводу 17 через распределительный шкаф 18 подаётся к основной и резервной горелкам 15, где при помощи электрозапала 19 смесь поджигается и пламя, распространяющееся над поверхностью пластовой жидкости, находящейся в котле-выпаривателе, испаряет её. Сгоревшие газы и пары пластовой жидкости удаляются из котла-выпаривателя через трубу 25. Отсепарированная пластовая жидкость, для предотвращения перемерзания, подогревается в трубопроводе 12 в процессе её прохождения от сепаратора до котла-выпаривателя 14 при помощи трубопроводов 23 прямой и обратной подачи, которые связаны с подогревателем блока 20. Для предотвращения разгерметизации системы трубопроводы 12 и 17 при подходе к котлу-выпаривателю снабжены гибкими рукавами 24 и 16. Прокачка нагретого антифриза по трубопроводам 23 осуществляется при помощи циркуляционного насоса 26. Энергетический блок 27 обеспечивает систему электропитанием. В процессе работы системы модуль термоэлектрогенераторов работает в качестве источника постоянного тока. В качестве антифриза используется водный раствор диэтиленгликоля в пропорции 40/60.

В настоящее время в период 2021-2022 гг. на скважине №423 специалистами Медвежинского газопромыслового управления был проведён ряд полевых испытаний сепаратора устьевого газового и системы в целом.

Предварительные испытания системы показали положительные результаты. Принято решение - по окончании испытаний и проверки работоспособности всех узлов системы система будет использована в производстве отбора и утилизации пластовой жидкости.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к обустройству нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, и может быть использовано при утилизации попутно-добываемой воды при эксплуатации газовых и нефтяных скважин. Техническим результатом является обеспечение полной утилизации отсепарированной пластовой жидкости с предотвращением ее утечки и засолонения почв. Заявлена система отбора и утилизации пластовой жидкости, включающая энергетический блок, добывающую скважину и связанный с ней при помощи трубопроводов сепаратор. При этом система отбора и утилизации пластовой жидкости снабжена котлом-выпаривателем с газовыми горелками, соединенными гибкими рукавами с трубопроводом отбора газа, через шкаф-распределитель газа, и блоком обогрева трубопровода подачи пластовой жидкости. Причем блок обогрева трубопровода содержит отделение автоматизированной системы управления, соединенное с энергетическим блоком электрическими линиями питания, и модуль с баком с антифризом, снабженным по меньшей мере одной горелкой и термоэлектрогенератором. Модуль с баком с антифризом связан с трубопроводами с наружной теплоизоляцией и каналами подогрева прямой и обратной подачи, циркулирующей по ним жидкости антифриза, посредством циркуляционного насоса. Трубопроводы подвода пластовой жидкости от сепаратора к котлу-выпаривателю и трубопроводы подвода топливного газа к горелкам снабжены гибкими рукавами. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система отбора и утилизации пластовой жидкости, включающая энергетический блок, добывающую скважину и связанный с ней при помощи трубопроводов сепаратор отличающаяся тем, что система отбора и утилизации пластовой жидкости снабжена котлом-выпаривателем с газовыми горелками, соединенными гибкими рукавами с трубопроводом отбора газа, отделенного от жидкости в сепараторе, через шкаф-распределитель газа, и блоком обогрева трубопровода подачи пластовой жидкости, содержащим отделение автоматизированной системы управления, соединенное с энергетическим блоком электрическими линиями питания, и модуль с баком с антифризом, снабженный по меньшей мере одной горелкой и термоэлектрогенератором, связанный с трубопроводами с наружной теплоизоляцией и каналами подогрева прямой и обратной подачи циркулирующей по ним жидкости антифриза, посредством циркуляционного насоса, при этом трубопроводы подвода пластовой жидкости от сепаратора к котлу-выпаривателю и трубопроводы подвода топливного газа к горелкам снабжены гибкими рукавами.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сепаратор выполнен в виде трёх секций вихревого отделения жидкости от газа, содержащий патрубки завихрения потока смеси газа с жидкостью, чередующиеся с камерами осаждения жидкости, и накопитель отсепарированной жидкости.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что котёл-выпариватель выполнен в виде цилиндрической двухкорпусной с теплоизоляцией ёмкости со сборником пластовой жидкости, между которым и внутренним корпусом котла-выпаривателя смонтирована газо-пламенная горелка.