УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СКВАЖИННОЙ ПРОДУКЦИИ Российский патент 2024 года по МПК B01D17/02 B01D17/28 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам по разделению водонефтяной эмульсии на нефтяную и водную фазы.

Известен способ водоотделения в так называемых обратных эмульсиях (дисперсионная среда - углеводородная, например, нефть, а дисперсная среда - вода) в так называемых трубных водоотделителях (ТВО) (Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. - Казань, ФЭН.- 2000, 416 с, Авт. свид. СССР №1404464, 23.06.1988, Бюл. №23).

Известно устройство для разделения смеси типа «вода в нефти», состоящее из горизонтально расположенной трубы, в верхней части которой установлены патрубки для отбора нефти и газа, в нижней - патрубки для отвода воды, а внутри - разделительные поперечные перегородки, к каждой из которых шарнирно прикреплена вертикальная стенка, соединенная с механизмом регулирования отбора нефти и воды (Авт. свид. №488595, МКИ B01D 17/02, C10G 33/06, 25.10.75)

Недостатком известного устройства является сложность отбора осажденной воды без захвата нефти, в нижней части которой по всей длине горизонтально расположенной трубы слой воды незначительный.

Принципиальным препятствием повышения эффективности любых ТВО является зависимость от исходной дисперсности включений (капелек воды в нефти).

Технической проблемой заявляемого изобретения является разработка устройства для разделения скважинной продукции с достижением следующего технического результата: повышение эффективности отбора воды за счет инициализации уменьшения дисперсности водной (гидрофильной) фазы, т.е. улучшения условий седиментации водной фазы в гравитационном поле за счет увеличения скорости осаждения при росте диаметра капелек (Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. 3-е изд. - М.: Недра, 1982. - 311 с).

Технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения скважинной продукции, содержащем корпус в виде горизонтально расположенной трубы, в верхней части которой установлены патрубки для отбора нефти и газа, в нижней - патрубки для отвода воды, согласно изобретению внутри корпуса расположено устройство для адгезионной инициализации коалесценции капель воды, выполненное в виде гидрофильных пластин, установленных под отрицательным углом 5-9 градусов к горизонтальному направлению потока. При этом длина гидрофобных пластин (в метрах) увеличивается от нижней к верхней по закону:

где - расход жидкости, м³/с;

- площадь сечения, м²;

- расстояние между пластинами, м;

- экспериментальный коэффициент, 1,7-3,8 (подбирается в зависимости от характера загрязнений: дисперсность, угол смачивания);

- минимальный диаметр извлекаемых (седиментирующих) частиц, м (как правило, больше 10 мкм).

На чертеже представлено устройство для разделения скважинной продукции.

Устройство содержит корпус 1 в виде трубы, с патрубком 2 отвода газа, расположенным в верхней части трубы, зоной 3 успокоения потока, патрубком 4 отбора воды, расположенным в нижней части трубы, с патрубком 5 ввода газоводонефтяной эмульсии, патрубком 6 отбора обезвоженной нефти, внутри корпуса расположено устройство для коалесценции капель воды, выполненное в виде гидрофильных (угол смачивания не больше 30 градусов) пластин 7, установленных под отрицательным углом к горизонтальному направлению потока (5-9 градусов).

Устройство работает следующим образом.

Газоводонефтяная обратная эмульсия 8 по патрубку 5 подается в устройство для разделения скважинной продукции, попадает в зону 3 успокоения потока, в которой происходит распределение потока по высоте трубы, проходит через систему гидрофильных пластин 7. При этом капли воды 9 (водная фаза в обратной эмульсии), оказываясь в потоке между пластинами 7, коалесцируют под действием поверхностных сил в результате адгезионного взаимодействия на верхней поверхности пластин 7. Это приводит к росту их диаметров, а значит, к увеличению скорости седиментации под действием силы гравитации благодаря разности плотностей, т.к. скорость осаждения v_c, согласно закону Стокса является функцией диаметра частиц:

где - скорость седиментации шаровой частицы, м/с;

- диаметр капли, м;

- плотность воды, кг/м³;

- плотность дисперсионной среды (нефти), кг/м³;

- динамическая вязкость дисперсионной среды (нефти), Па*с;

- ускорение свободного падения, м/с².

В результате капли воды скапливаются на верхних поверхностях гидрофильных пластин 7, происходит их укрупнение (коалесценция) и отрыв с края пластин, причем диаметр зависит от длины пластин и определяется как:

,

где - экспериментальный коэффициент.

Длина пластин определяется из неравенства

где - соответственно, время вертикального осаждения и горизонтального движения вдоль пластины, м;

- расстояние между пластинами по вертикали;

- скорость седиментации шаровой частицы, м/с;

- горизонтальная скорость потока, м/с;

где - расход жидкости, м³/с;

- площадь сечения, м².

Причем, время горизонтального движения вдоль пластины длиной L; достаточно для седиментации частиц диаметром d_min.

Таким образом, в пространстве между пластинами происходит укрупнение гидрофильных частиц до размера d_max, достаточное для того, чтобы в основном объеме отстойника гидрофильные частицы со скоростью V_max (см. чертеж) успевают седиментировать в нижнюю часть корпуса 1. В результате чего, через патрубки 2 и 6 удаляются соответственно, газ и нефтяная фаза с пониженным содержанием воды.

В нижней части отстойника через патрубок 4 удаляется вода с пониженной до приемлемых значений концентрацией нефтью.

В таблице представлены результаты очистки газоводонефтяной обратной эмульсии со сравнительным эффектом применения гидрофильных пластин.

Из табл.1 следует, что эффективность водоотделения для обратных эмульсий существенно возрастает даже без применения коагулянтов, и составляет в среднем (2,33/2,55)*100% = 91% (без применения гидрофильных пластин не более 15%).

Таким образом, техническим результатом изобретения является повышение эффективности разделения скважинной продукции за счет уменьшения дисперсности гидрофильной фазы на начальном участке седиментации капель воды.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности в области сбора и подготовки скважинной продукции. Изобретение касается устройства для разделения скважинной продукции, состоящее из горизонтально расположенной трубы, в верхней части которой установлены патрубки для отбора нефти и газа, в нижней - патрубки для отвода воды. Внутри корпуса расположено устройство для адгезионной инициализации коалесценции капель воды, выполненное в виде гидрофильных пластин, установленных под отрицательным углом к горизонтальному направлению потока. Технический результат - повышение эффективности за счет уменьшения дисперсности водной фазы, т.е. улучшение условий разделения фаз в обратных эмульсиях. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Устройство для разделения скважинной продукции, состоящее из горизонтально расположенной трубы, в верхней части которой установлены патрубки для отбора нефти и газа, в нижней - патрубки для отвода воды, отличающееся тем, что внутри корпуса расположено устройство для адгезионной инициализации коалесценции капель воды, выполненное в виде гидрофильных пластин, установленных под отрицательным углом к горизонтальному направлению потока.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидрофильные пластины установлены под углом 5-9 градусов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина гидрофильных пластин увеличивается от нижней к верхней по закону:

где - расход жидкости, м³/с;

- площадь сечения, м²;

- расстояние между пластинами, м;

- экспериментальный коэффициент;

-минимальный диаметр извлекаемых частиц, м.