Аппарат для подготовки нефти

 

Изобретение относится к подготовке нефти на промыслах, в частности к устройствам для глубокого обезвоживания нефти. Задачей является создание аппарата с повышенной надежностью и производительностью, позволяющего достичь глубокого обезвоживания нефтяной эмульсии. Раздаточный коллектор в аппарате выполнен с увеличивающимся количеством отводов раздаточных труб, заканчивающихся перфорированными отводами. Концевые отводы и по крайней мере одна из раздаточных труб снабжены встроенными в них устройствами. Эти устройства представляют собой одну или несколько перфорированных труб из смачиваемого нефтью материала, например из полиэтилена, собранных концентрично. Эти устройства установлены в трубах коллектора, не доходя до их ответвлений, т.е. с образованием в этих местах свободных камер. Перфорация на устройствах внутри раздаточных труб расположена вдоль верхней и нижней их образующих, а на концевых отводах и устройствах в них - вдоль верхней, нижней и боковых образующих. Выводящие торцы концевых отводов открыты. Число ответвлений в коллекторе равно 2ⁿ, где n - целое число больше единицы. Раздаточные трубы и их концевые отводы распределены по горизонтальному сечению аппарата. Их диаметр выбран так, что обеспечивает скорость движения эмульсии в них не более 1 м/с. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к подготовке нефти на промыслах, в частности к устройствам для глубокого обезвоживания нефти.

Известен вертикальный цилиндрический резервуар для разделения водонефтяных эмульсий, содержащий штуцера для ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз, распределитель эмульсии, присоединенный к штуцеру ввода эмульсии, причем распределитель содержит подводящую трубу, к которой подсоединен П-образный коллектор, от внешних сторон ветвей которого отходят боковые трубчатые отводы с перфорацией: распределенные по всему сечению резервуара (ж. Нефтепромысловое дело. 1968., N 6, стр. 35) Недостатком его является снижение напора потока эмульсии в отводах и, соответственно, неравномерность вывода эмульсии из ответвлений в объем емкости. Это приводит к неполному использованию объема резервуара, снижению его производительности. Кроме того, у аппаратов этого типа низкое качество разделения эмульсии, обводненность подготовленной в них нефти (концевой продукт) не ниже 5 %.

Известен ряд решений (а.с. СССР N 1233900, B 01 D 17/04, БИ N 20, 86 г., а. с. СССР N 1308351, B 01 D 17/04, БИ N 17, 87 г., N 1411001, B 01 D 17/04, БИ N 28, 88 г., а.с. N1503844, В 01 D 17/04, БИ N 32, 89 г., а.с. N 1655536, B 01 D 17/04 БИ N 22, 91 г., а.с. СССР N 1690806, B 01 D 17/032, БИ N 42, 91 г. ), в которых цель интенсификации разделения водонефтяной эмульсии и использования объема аппарата достигается за счет использования эжекторов, расположенных на распределителях эмульсии при выходе ее из них в объем аппарата. Эти устройства устанавливают в разных зонах аппарата: в зоне промежуточного слоя, для его разрушения; в слое отстоявшейся воды, для отмыва механических примесей в нефти; в обоих перечисленных зонах, в нефтяной зоне, на границе нефтяной зоны с промежуточным слоем. Варьируется так же и направление струй эмульсии из эжекторов: горизонтальная подача, совмещение горизонтальной подачи с подачей струи в верх и низ аппарата. Все эти приемы способствуют перемешиванию, усилению контакта между образующимися потоками эмульсии. При этом невозможно регулировать интенсивность подачи эмульсии в аппарат при изменении характера ее подачи (пульсирующий режим) или ее свойств (изменение обводненности, содержания газа и т.д.). Это приводит к нарушению режима отстаивания, срыву процесса подготовки нефти. Из-за ненадежности эти аппараты не получили распространения.

Известно устройство для подготовки нефти (а. с. СССР N 882550, B 01 D 17/04, БИ N 43, 81 г.), в котором интенсификация разделения водонефтяной эмульсии и повышения качества отделившихся фаз достигается за счет подготовки ее к отстаиванию обработкой центробежными силами в спиральном трубопроводе, встроенном в корпус аппарата перед распределителем эмульсии. Недостатком аппарата является уменьшение рабочего объема (объема отстаивания) из-за загруженности его громоздкими конструкциями (спиральный трубопровод, труба- распределитель).

Известен также аппарат, принятый за прототип (а. с. СССР N 1669483, МПК B 01 D 17/04, 17/06 БИ N 30, 91 г.), включающий корпус со штуцерами ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз, внутри которого установлены горизонтальные коллекторы для распределения эмульсии, состоящие из раздаточных труб и подсоединенных к ним с двух сторон боковых отводов из перфорированных труб.

В этом аппарате повышение его эффективности и качества отделения воды от нефти достигается за счет организации движения потоков эмульсии и отделившихся фаз по отстойному объему аппарата двумя коллекторами, расположенными на двух уровнях. Однако в этом аппарате не удается добиться достаточно полной коалесценции капель воды. Для этого предлагается использовать воздействие электрического поля на эмульсию.

Задачей предполагаемого изобретения является создание аппарата для подготовки нефти на промыслах, (горизонтального или вертикального), с высокими производительностью, надежностью, качеством разделения фаз, и при этом обладающим простотой конструкции, технологичностью изготовления, и позволяющего достичь глубокого обезвоживания нефти (содержание воды менее 1%).

Поставленная задача решается в аппарате для подготовки нефти, включающем емкость со штуцерами ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз, с горизонтальным коллектором для распределения эмульсии по объему емкости, состоящим из раздаточных труб с концевыми перфорированными отводами на них. Раздаточные трубы выполнены с увеличивающимся количеством отводов раздаточных труб на разветвлениях. Концевые отводы и по крайней мере одна из раздаточных труб снабжены встроенными в них устройствами, представляющими собой одну или несколько труб из смачиваемого нефтью материала, например из полиэтилена, собранных концентрично, с зазором друг по отношению к другу. Эти устройства установлены в раздаточных трубах и в концевых отводах, не доходя до ответвлений раздаточных труб, т.е. в местах ответвлений образуются свободные камеры. Устройства внутри раздаточных труб и в перфорированных концевых отводах перфорированы. Причем перфорация на трубах устройств внутри раздаточных труб расположена на верхней и нижней их образующих, а на трубах концевых отводов и устройств внутри них - на верхней, нижней и боковых образующих, а торцы концевых отводов выполнены открытыми. Диаметр раздаточных труб в ответвлениях выбран так, что обеспечивает скорость движения в них эмульсии не более 1 м/с, а количество ответвлений определяется как 2ⁿ, где n - целое число больше единицы. Заданная скорость движения эмульсии по раздаточным трубам обеспечивает ламинарный режим ее течения в них, тогда как наличие у раздаточных труб отводов вызывает в месте их разветвления и изгиба струи легкое перемешивание и интенсификацию процесса столкновения капель, что повышает интенсивность их коалесценции. Прямолинейные участки труб служат для успокаивания потока и его разделения на фазы. Значительно интенсифицируют коалесценцию встроенные устройства, т.к. они делят поток эмульсии на межтрубные слои, в которых капли сталкиваются не только между собой, но и с твердой смачиваемой нефтью поверхностью материала устройства, прилипают к ней и перемещаются (скользят по ней) потоком к выходу из распределителя. В этот период коалесценция протекает на смачиваемой нефтью поверхности устройства. Как показали испытания, при n, равном 1, количество смен режимов с ламинарного в трубе на режим слабого перемешивания на сгибе недостаточно для качественной подготовки эмульсии к отстаиванию в объеме. Наиболее эффективным является разветвление раздаточных труб до распределения их по всему сечению аппарата (т.е. максимально возможное при конкретных размерах аппарата). Выбор количества разветвлений раздаточных труб является конструкторским решением и определяется в зависимости от общей площади сечения аппарата, в котором расположен коллектор, площадью, занимаемой раздаточными трубами и свободным пространством между ними. Это пространство необходимо для оседания через него капель воды и всплывания отделившейся нефти. Кроме того, сетка из раздаточных труб служит дополнительным коалесцентором в аппарате, позволяющим повысить качество отделившихся фаз. Перфорация концевых отводов и устройств внутри них вдоль верхней, нижней и боковых образующих и выполнение их выходных отверстий открытыми позволяет подготовленной в раздаточных трубах эмульсии беспрепятственно вытекать в объем аппарата: из нижних отверстий - воде, из верхних - нефти, из боковых - неразделившейся эмульсии, через торцевое отверстие - оставшейся части их, в смеси.

На фиг. 1 изображен горизонтальный аппарат в изометрии с коллектором для распределения эмульсии по объему аппарата.

На фиг. 2 изображен концевой перфорированный отвод с устройством внутри него и элемент отвода раздаточных труб с устройством, встроенным в него.

На фиг. 3 изображен разрез по А-А на фиг. 2.

На фиг. 4 изображен разрез по Б-Б на фиг. 2.

На фиг. 5 показано сечение вертикального резервуара с горизонтальным коллектором для распределения эмульсии.

Аппарат для подготовки нефти содержит горизонтальную цилиндрическую емкость 1, снабжен коллектором 2 ввода эмульсии в объем аппарата через штуцер ввода. Коллектор содержит раздаточные трубы 3, оканчивающиеся концевыми перфорированными отводами 4. Внутрь раздаточных труб 3 встроены коалесцирующие и распределительные устройства 5 из концентрично расположенных труб 6, образующих концевые межтрубные клапаны 7, с перфорацией 8 по верхней и нижней образующим. Раздаточные трубы в местах перпендикулярного соединения с серединами последующих раздаточных труб образуют распределительные камеры 9. Концевые перфорированные отводы в месте соединения их середины с последними раздаточными трубами также образуют распределительные камеры 9. Установленные внутри концевых отводов коалесцирующие и распределительные устройства 5 из концентрично расположенных труб 6, так же образующие кольцевые межтрубные каналы 7, как и сами отводы, перфорированы по верхней и нижней образующим отверстиями 8, а по боковым образующим - отверстиями 10. Торцы 11 отводов 4 и устройств 5 внутри них выполнены открытыми.

Сырая обводненная нефтяная эмульсия поступает в емкость 1 аппарата для подготовки нефти через коллектор 2 ввода эмульсии в раздаточные трубы 3, служащие для подготовки эмульсии к разделению на нефть и воду при отстаивании в объеме аппарата и для последующего равномерного распределения эмульсии по межфазной поверхности аппарата. Подготовка эмульсии к разделению происходит следующим образом. Вся эмульсия поступает в основную (первую) раздаточную трубу 3 коллектора, делится на потоки, слегка перемешиваясь в месте деления 9, и каждая половина объема эмульсии попадает в соответствующие устройства внутри этой трубы, где делится на слои в кольцевых межтрубных каналах 7, образованных раздаточной трубой и вставленными трубами. Эмульсия за счет выбора диаметра трубы, обеспечивающего скорость ее течения не более 1 м/с, течет в ламинарном режиме. Здесь за счет трения слоев эмульсии о поверхности труб в межтрубных кольцевых каналах 7 и под воздействием сил гравитации происходит коалесценция капель нефти и воды. Здесь же укрупненные капли собираются, поднимаясь (нефть) и оседая (вода), соответственно к верхней и нижней образующим каждой раздаточной трубы 3. В каждом из отводов происходит аналогичный описанному выше процесс перемешивания в месте разветвления раздаточной трубы 3 и последующее успокоение на ее прямолинейном участке, и последовательное, все более полное разделение эмульсии на слои нефти (верх), эмульсии (середина) и воды (низ) по сечению труб. Прошедшая систему раздаточных труб 3, частично разделившаяся нефтяная эмульсия поступает в камеры 9 в концевых перфорированных отводах и в соответствующие коалесцирующие и распределительные устройства, встроенные в концевые отводы. Подготовленная эмульсия вытекает в объем аппарата свободными струями через перфорационные отверстия и открытые торцевые отверстия отводов. Через перфорацию 8 вдоль верхней образующей труб в объем емкости перетекает нефть, через перфорацию 8 вдоль нижней образующей перетекает вода, а по перфорационным отверстиям 10 вдоль боковых образующих труб и через открытые торцы 11 - эмульсия различной степени обводненности и подготовленная к расслоению. При отстаивании в объеме аппарата эмульсия делится на нефть и воду. Нефть всплывает в верхнюю часть емкости, а вода оседает на дно аппарата. Через свои системы сбора, через штуцерa вывода нефть и вода выводятся из аппарата.

Необходимо отметить, что многократное деление потока эмульсии в местах разветвления раздаточных труб на примерно равные потоки дает двоякий эффект: во-первых, достигается доставка приблизительно равных частей от входящего в аппарат объема жидкости (16, 32 или 64 и т.д. доли), каждая из которых поступает на свой участок межфазной поверхности в аппарате; так, в стандартной емкости объемом 200 кубических метров каждая 32-я доля поступает на участок площадью около двух квадратных метров: во-вторых, на узлах деления создаются местные зоны перемешивания, в которых увеличивается вероятность соприкосновения (соударения) и укрупнения капель нефти (воды), за которыми следует зона (участок) успокоения потока и далее опять деления и т.д. Укрупненные при перемешивании капли нефти (воды) интенсивнее всплывают к верхней образующей (оседают к нижней образующей) на соответствующих участках раздаточных труб в аппарате. В приведенном примере в двухсоткубометровой емкости созданы условия, при которых каждая частица из объема жидкости в аппарате последовательно перемешивается и успокаивается пять раз, при этом происходит ее подготовка к расслоению в объеме емкости. Степень подготовленности эмульсии к расслоению кратно увеличивается наличием в распределительной системе аппарата встроенных коалесцирующих и распределительных устройств, выполненных из материалов, смачиваемых нефтью, например из полиэтилена.

При отстаивании подготовленной описанным выше способом эмульсии с обводненностью 80-60% в отстойном объеме опытного аппарата была получена нефть с обводненностью менее 1%.

Формула изобретения

1. Аппарат для подготовки нефти, включающий емкость со штуцерами ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз, с горизонтальным коллектором для распределения эмульсии по объему емкости, состоящим из разветвленных раздаточных труб с концевыми перфорированными отводами на них, отличающийся тем, что раздаточные трубы выполнены с увеличивающимся количеством отводов раздаточных труб в разветвлениях, концевые отводы и по крайней мере одна из раздаточных труб снабжены встроенными в них устройствами, представляющими собой одну или несколько перфорированных труб из смачиваемого нефтью материала, собранных концентрично с зазором друг по отношению к другу и не доходящих до ответвлений раздаточных труб, причем перфорация на трубах устройств внутри раздаточных труб расположена по верхней и нижней образующим, на трубах концевых отводов и устройств внутри них перфорация выполнена по верхней, нижней и боковым образующим, а выводящие торцы концевых отводов выполнены открытыми.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что число ответвлений раздаточных труб равно 2ⁿ, где n - целое число больше единицы.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что раздаточные трубы и концевые отводы коллектора распределены по сечению аппарата.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что диаметр раздаточных труб и концевых отводов выбран так, что обеспечивает скорость движения эмульсии в них не более 1 м/с.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что раздаточные трубы и отводы от них выполнены из полиэтилена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5