Установка и способ отделения и подготовки попутно добываемой воды и устройство гидрозатвора для указанной установки Российский патент 2024 года по МПК C02F1/40 C02F1/52 C02F9/00 C02F101/32 C02F103/34 

Группа изобретений относится к оборудованию и технологиям отделения и последующей подготовки попутно добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды.

Наиболее близкой к предлагаемой установке отделения и подготовки попутно добываемой воды является установка подготовки попутно добываемой пластовой воды (пат. РФ № 2596259, B01D19/00, оп.10.08.2016), включающая трубопровод подачи добываемой газо-жидкостной смеси (ГЖС) в блок сепарации ГЖС, трубопровод отвода ГЖС из блока сепарации ГЖС, блок подготовки воды, оснащенный пакетом параллельных пластин в качестве фильтра для очистки от механических примесей, трубопровод отвода воды, причем блок сепарации ГЖС представляет собой трубный водоотделитель или узел фазового разделения эмульсии или трубный отстойник-сепаратор, блок подготовки воды представляет собой закрытую с концов горизонтальную трубу, трубопровод ввода в нее нефтесодержащей воды, поступающей из блока сепарации, пакет параллельных пластин соединен с колпаком для сбора механических примесей через отверстие снизу горизонтальной трубы, а колпак для сбора выделившихся газа и нефти установлен после пакета параллельных пластин, в верхней части горизонтальной трубы, трубопровод отвода выделившихся газа и нефти из колпака для их сбора в блок сепарации.

Недостаток установки-прототипа заключается в ее недостаточной эффективности из-за сложности, связанной с необходимостью применения отдельных блоков: блока сепарации ГЖС и блока подготовки воды; причем пакет параллельных пластин в блоке подготовки воды установлен только в качестве фильтра для очистки от механических примесей.

Прототипом заявляемого способа отделения и подготовки попутно добываемой воды является способ, реализуемый установкой отделения и подготовки попутно добываемой воды (пат. РФ № 2596259, B01D19/00, оп. 10.08.2016), включающий подачу добываемой газо-жидкостной смеси (ГЖС) в блок сепарации ГЖС, отвод ГЖС из блока сепарации ГЖС, подготовку воды, поступающей из блока сепарации, в блоке, оснащенном пакетом параллельных пластин в качестве фильтра для очистки от механических примесей, отвод воды из блока подготовки, причем блок сепарации ГЖС представляет собой трубный водоотделитель или узел фазового разделения эмульсии или трубный отстойник-сепаратор, блок подготовки воды представляет собой закрытую с концов горизонтальную трубу с колпаком для сбора выделившихся газа и нефти, отводимыми в блок сепарации.

Недостаток способа-прототипа заключается в его недостаточной эффективности из-за сложности, связанной с необходимостью применения отдельных блоков: блока сепарации ГЖС и блока подготовки воды; причем пакет параллельных пластин в блоке подготовки воды установлен только в качестве фильтра для очистки от механических примесей.

Известен нефтегазовый цилиндрический горизонтальный отстойник (пат. РФ №103801, B01D17/00, оп. 27.04.2011), вода из которого отводится через штуцер для вывода воды в гидрозатвор для улучшения качества воды по содержанию в ней нефти. Высоту точки перелива воды в гидрозатворе согласуют с уровнем воды в цилиндрическом горизонтальном отстойнике и устанавливают ниже уровня точки перелива нефти на величину, которую определяют требованиями к качеству сбрасываемой из отстойника воды.

Недостаток данного гидрозатвора, не входящего в конструкцию отстойника по пат. РФ № 103801 и не улучшающего эффективность собственно отстойника, заключается в отсутствии его многофункциональности.

Наиболее близко к заявляемому устройству гидрозатвора по совокупности существенных признаков устройство гидрозатвора в сепарационной установке (пат. РФ № 2236887, BO1D19/00, оп. 27.09.2004) для разделения нефти и газа в системе сбора и подготовки продукции скважин. Сепарационная установка содержит вертикальный гидроциклонный аппарат с трубопроводами подвода газожидкостной смеси (ГЖС), отвода газа и жидкости, концентричную каплеотбойную камеру и газоуравнительный патрубок. Вертикальный гидроциклонный аппарат установлен в горизонтальной емкости, нижним торцом опирается в точках сопряжения с цилиндрической обечайкой емкости, нижний торец каплеотбойной камеры расположен на одном уровне с нижним торцом гидроциклонного аппарата, газоотводящий трубопровод нижним торцом установлен на уровне, соответствующем верхней образующей емкости. При этом трубопровод отвода газа является центральным в вертикальном гидроциклонном аппарате, а подвод ГЖС осуществляется в вертикальный гидроциклонный аппарат тангенциально в кольцевое пространство (иллюстрация к пат. РФ № 2236887).

Согласно описанию к пат. РФ № 2236887:

- размещение нижнего торца гидроциклонного аппарата опирающимся в точках сопряжения с цилиндрической обечайкой технологической емкости и размещение нижнего торца каплеотбойной камеры на одном уровне с нижним торцом гидроциклонного аппарата позволяет увеличить уровень гидрозатвора, что, в свою очередь, предупреждает проход газа в жидкость и наоборот, проход жидкости в газовую линию;

- установление газоотводящего трубопровода нижним торцом на уровне, соответствующем верхней образующей технологической емкости, приводит к предупреждению прорыва газа из входной полости вертикального гидроциклонного аппарата в газовую полость технологической емкости.

Таким образом, устройство гидрозатвора по пат. РФ №2236887 (прототип устройства гидрозатвора) является частью сепарационной установки с вертикальным гидроциклонным аппаратом и служит, соответственно, эффективному разделению ГЖС собственно сепарационной установкой. А именно: через кольцевое пространство гидрозатвора, вертикально установленного на верхней образующей горизонтальной технологической емкости, производится подача ГЖС в сепарационную установку, а его центральная труба является газоотводящей. Устройство служит предупреждению прорыва газа из его кольцевого пространства (из входной полости вертикального гидроциклонного аппарата, куда подается ГЖС) в газовую полость горизонтальной технологической емкости, т.к. под нижним торцем газоотводящей трубы находится более плотная относительно газа ГЖС.

Недостаток устройства гидрозатвора по прототипу (пат. РФ № 2236887), входящего в конструкцию сепарационной установки, заключается в недостаточной эффективности из-за отсутствия многофункциональности.

Решаемые задачи и ожидаемый технический результат заключаются в разработке эффективных установки и способа отделения и подготовки попутно добываемой воды при упрощении за счет организации гидрозатвора в одном аппарате, совмещающем все функции прототипа - сепарации ГЖС, подготовки и очистки воды, включая очистку от механических примесей; кроме того, предлагаемое для реализации установки многофункциональное устройство гидрозатвора служит для приема и сепарации ГЖС с отделением воды и раздельного отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти, повышая эффективность отделения и подготовки попутно добываемой воды предлагаемой установкой.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемая установка отделения и подготовки попутно добываемой воды, включающая блок сепарации газожидкостной смеси (ГЖС) с трубопроводами подвода и отвода ГЖС и блок очистки воды с пакетом пластин и устройством для отвода выделившейся нефти и трубопроводами отвода воды и мехпримесей, отличается тем, что блок сепарации ГЖС и блок очистки воды выполнены заодно в виде горизонтальной технологической емкости (ГТЕ) с пакетами коалесцеров с установленным на верхней образующей ГТЕ вертикальным гидрозатвором, выполняющим функции: приема ГЖС на установку, блока сепарации ГЖС и отделения воды и функции устройства для раздельного отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти; установка содержит общий трубопровод отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти.

Установка содержит в качестве гидрозатвора колпак с центральной трубой для приема ГЖС, сепарации ГЖС и отделения воды и отвода частично обезвоженной ГЖС и с возможностью отвода нефти по кольцевому пространству колпака.

Поставленная задача решается также тем, что предлагаемый способ отделения и подготовки попутно добываемой воды, включающий сепарацию газожидкостной смеси (ГЖС) и очистку воды с помощью пакета пластин с отводом выделившихся нефти, воды и мехпримесей, отличается тем, что подачу ГЖС и сепарацию ГЖС с отделением из нее воды осуществляют в вертикальном гидрозатворе, установленном на верхней образующей горизонтальной технологической емкости (ГТЕ), а очистку отделенной воды осуществляют пакетами коалесцеров, установленными в ГТЕ, причем частично обезвоженную ГЖС и нефть отводят раздельно через вертикальный гидрозатвор, после чего транспортируют по общему трубопроводу отвода.

Обезвоженную ГЖС и нефть отводят раздельно через колпак с центральной трубой, отводящей обезвоженную ГЖС, и, соответственно, отводом нефти по кольцевому пространству колпака.

Поставленная задача решается также тем, что предлагаемое устройство гидрозатвора для установки отделения и подготовки попутно добываемой воды, установленное вертикально на верхней образующей горизонтальной технологической емкости (ГТЕ), используемое для ввода ГЖС, имеющее открытую центральную трубу для отвода, отличается тем, что представляет собой колпак с центральной трубой для ввода ГЖС, отделения воды и отвода частично обезвоженной ГЖС и кольцевым пространством колпака для отвода нефти.

Заявляемые объекты иллюстрируются фигурой, где:

1 - горизонтальная технологическая емкость (ГТЕ)

2 - пакеты коалесцеров

3 - колпак

4 - центральная труба

5 - трубопровод подачи ГЖС

6 - общий трубопровод отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти

7 - трубопровод отвода воды

8 - трубопровод отвода мехпримесей

9 - зона сепарации ГЖС

10 - зона успокоения воды с остаточным содержанием нефти и мехпримесями

11 - зона мехпримесей

12 - зона очищенной воды

13,14 - перегородки.

Многофункциональное устройство гидрозатвора вертикально установлено на верхней образующей горизонтальной технологической емкости (ГТЕ) 1 и представляет собой колпак 3 с центральной трубой 4, выполняющей функции: приема ГЖС, сепарации ГЖС с отделением воды и отвода частично обезвоженной ГЖС; при этом кольцевое пространство колпака 3 между трубой 4 и колпаком 3 служит для отвода нефти; раздельно отводимые с помощью данного устройства гидрозатвора частично обезвоженная ГЖС и нефть далее совместно отводятся по общему трубопроводу 6. Собственно гидрозатвор формируется указанной водой, отделенной при сепарации поданной ГЖС в трубе 4.

Установка, предназначенная для отделения и подготовки попутно добываемой пластовой воды в системе сбора обводненной продукции скважин нефтегазовых месторождений, находящихся на 3, 4 стадии разработки, оснащенная вертикальным гидрозатвором, представляет собой герметичный сосуд, работающий под давлением системы сбора продукции скважин в напорном / проточном режиме.

Работа установки с вертикальным гидрозатвором, реализующая заявляемый способ отделения и подготовки попутно добываемой пластовой воды, осуществляется следующим образом.

ГЖС в непрерывном режиме под давлением системы сбора продукции скважин по трубопроводу 5 поступает в зону сепарации ГЖС 9 в вертикальном гидрозатворе, а именно: в вертикальной открытой с двух сторон трубе 4 колпака 3. В зоне сепарации ГЖС 9 происходит снижение скорости и успокоение потока ГЖС и отделение из нее свободно отделяемой воды, с образованием, соответственно, частично обезвоженной ГЖС.

Частично обезвоженная ГЖС в напорном режиме направляется по трубе 4 вертикального гидрозатвора в верхнюю часть колпака 3 вертикального гидрозатвора, откуда непрерывно отводится по общему трубопроводу 6 в систему сбора.

Отделившаяся вода из зоны сепарации ГЖС 9 опускается в зону успокоения воды 10 горизонтальной технологической емкости (ГТЕ) 1. С целью предотвращения нисходящего движения нефтяной и газовой фаз подаваемой ГЖС нижний торец трубы 4 опущен в слой отделенной воды ниже нижнего края колпака 3 на 20-25% от диаметра горизонтальной части ГТЕ 1, формируя таким образом собственно гидравлический затвор.

Отделенная вода с остаточным содержанием нефти и механическими примесями из трубы 4 колпака 3 поступает в зону успокоения 10 горизонтальной технологической емкости (ГТЕ) 1, где за счет существенного снижения скорости потока происходит дальнейшее гравитационное разделение воды с нефтью. Капли нефти всплывают и по кольцевому пространству между колпаком 3 и трубой 4 вертикального гидрозатвора за счет разности плотностей поднимаются в верхнюю часть колпака 3, где смешиваются с частично обезвоженной ГЖС из зоны сепарации ГЖС 9, и непрерывно выводятся из вертикального гидрозатвора - колпака с центральной трубой - совместно по общему трубопроводу 6 отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти.

Таким образом, за счет разделения нисходящего потока отделенной воды и восходящего потока уловленной нефти предлагаемым вертикальным гидрозатвором, а именно: устройством колпака 3 с открытой центральной трубой 4 - создаются условия для предотвращения их повторного перемешивания.

Перегородки 13 в ГТЕ 1 выполняют функцию успокоения и направления потока очищаемой воды с остаточным содержанием нефти и механическими примесями. Перегородки 14 в ГТЕ 1 создают дополнительные условия для задерживания механических примесей в зоне 10.

Вода из зоны успокоения 10 проходит через пакет коалесцеров 2. На коалесцерах 2 происходит укрупнение капель нефти с последующим их всплытием и непрерывным отводом из аппарата через кольцевое пространство вертикального гидрозатвора между колпаком 3 и трубой 4. Одновременно на коалесцерах 2 происходит отделение и осаждение остаточных механических примесей, которые осаждаются в участках зоны 11 непосредственно под коалесцерами 2. Осажденные механические примеси из всех участков зоны 11 периодически (по мере накопления) отводятся из аппарата по трубопроводу 8. Очищенная вода попадает в зону 12, откуда ее балансовое количество непрерывно по трубопроводу 7 отводится из аппарата.

В качестве коалесцеров 2 могут применяться пластинчатые, например, по патенту РФ № 2618857, оп.11.05.2017.

Заявляемые объекты, таким образом, связаны единым изобретательским замыслом: в частности, операции сепарации ГЖС с отделением воды, формирующей собственно гидравлический затвор, и раздельным отводом из устройства вертикального гидрозатвора частично обезвоженной ГЖС и нефти, обеспечиваются именно заявляемой совокупностью признаков установки отделения и подготовки попутно добываемой воды.

Заявляемые установка и способ отделения и подготовки попутно добываемой воды эффективны при упрощении за счет организации гидрозатвора в одном аппарате, совмещающем все функции прототипа - сепарации ГЖС, подготовки и очистки воды, включая очистку от механических примесей; кроме того, предлагаемое для реализации установки многофункциональное устройство гидрозатвора служит для приема и сепарации ГЖС с отделением воды и раздельного отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти, повышая эффективность отделения и подготовки попутно добываемой воды предлагаемой установкой.

Изобретение относится к установке отделения и подготовки попутно добываемой воды, включающей блок сепарации газожидкостной смеси (ГЖС) с трубопроводами подвода и отвода ГЖС и блок очистки воды с пакетом пластин и устройством для отвода выделившейся нефти и трубопроводами отвода воды и механических примесей. Установка характеризуется тем, что блок сепарации ГЖС и блок очистки воды выполнены за одно в виде горизонтальной технологической емкости (ГТЕ) с пакетами коалесцеров с установленным на верхней образующей ГТЕ вертикальным гидрозатвором, который представляет собой колпак с открытой центральной трубой, связанной с трубопроводом подачи ГЖС для ввода ГЖС в центральную трубу, колпак оснащен общим трубопроводом отвода частично обезвоженной ГЖС, отводимой по центральной трубе, и нефти, отводимой по кольцевому пространству колпака. Также изобретение относится к способу отделения и покупки попутно добываемой воды, а также устройству гидрозатвора для установки отделения и подготовки попутно добываемой воды. Технический результат заключается в разработке эффективных установки и способа отделения и подготовки попутно добываемой воды при упрощении за счет организации гидрозатвора в одном аппарате, совмещающем функции - сепарации ГЖС, подготовки и очистки воды, включая очистку от механических примесей; кроме того, предлагаемое для реализации установки многофункциональное устройство гидрозатвора служит для приема и сепарации ГЖС с отделением воды и раздельного отвода частично обезвоженной ГЖС и нефти, повышая эффективность отделения и подготовки попутно добываемой воды предлагаемой установкой. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка отделения и подготовки попутно добываемой воды, включающая блок сепарации газожидкостной смеси (ГЖС) с трубопроводами подвода и отвода ГЖС и блок очистки воды с пакетом пластин и устройством для отвода выделившейся нефти и трубопроводами отвода воды и механических примесей, отличающаяся тем, что блок сепарации ГЖС и блок очистки воды выполнены за одно в виде горизонтальной технологической емкости (ГТЕ) с пакетами коалесцеров с установленным на верхней образующей ГТЕ вертикальным гидрозатвором, который представляет собой колпак с открытой центральной трубой, связанной с трубопроводом подачи ГЖС для ввода ГЖС в центральную трубу, колпак оснащен общим трубопроводом отвода частично обезвоженной ГЖС, отводимой по центральной трубе, и нефти, отводимой по кольцевому пространству колпака.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что вода, отделяемая в центральной трубе из поданной ГЖС, представляет собой среду, формирующую гидрозатвор.

3. Способ отделения и подготовки попутно добываемой воды, включающий сепарацию газожидкостной смеси (ГЖС) и очистку воды с помощью пакета пластин с отводом выделившихся нефти, воды и механических примесей, отличающийся тем, что подачу ГЖС и сепарацию ГЖС с отделением из нее воды осуществляют в вертикальном гидрозатворе, установленном на верхней образующей горизонтальной технологической емкости (ГТЕ), а очистку отделенной воды осуществляют пакетами коалесцеров, установленными в ГТЕ, причем частично обезвоженную ГЖС и нефть отводят раздельно через вертикальный гидрозатвор, после чего транспортируют по общему трубопроводу отвода.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что обезвоженную ГЖС и нефть отводят раздельно через колпак с центральной трубой, отводящей обезвоженную ГЖС, и, соответственно, отводом нефти по кольцевому пространству колпака.

5. Устройство гидрозатвора для установки отделения и подготовки попутно добываемой воды, вертикально установленное на верхней образующей горизонтальной технологической емкости (ГТЕ), используемое для ввода ГЖС по трубопроводу подачи ГЖС, имеющее открытую центральную трубу для отвода и кольцевое пространство, отличающееся тем, что представляет собой колпак с центральной трубой, связанной с трубопроводом подачи ГЖС для ввода ГЖС в центральную трубу, колпак оснащен общим трубопроводом отвода частично обезвоженной ГЖС, отводимой по центральной трубе, и нефти, отводимой по кольцевому пространству колпака.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что вода, отделяемая в центральной трубе из поданной ГЖС, представляет собой среду, формирующую гидрозатвор.