Устройство для обработки водонефтяной эмульсии

 

Используется в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Устройство содержит корпус с патрубками ввода и вывода водонефтяной эмульсии, магнитную систему (МС) и электроды. МС выполнена в виде стержня из сплава металлов, из которых один парамагнетик и один - диамагнетик. Оба конца стержня изготовлены в форме цилиндров, размещенных в гнездах. Каждое гнездо охвачено обмоткой соленоида от источника однофазного переменного тока промышленной частоты. Стержень охвачен обмоткой соленоида от источника переменного тока высокой частоты. Оба гнезда сообщены между собой полостью, одно гнездо соединено с патрубком ввода, второе - с патрубком вывода. Электроды коаксиально установлены в патрубке вывода и изготовлены из разных металлов. Технический результат состоит в повышении качества обработки и надежности работы. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно - к устройствам для обработки водонефтяной эмульсии, поступающей из скважин, и предназначено для использования в первую очередь в системах установок подготовки нефти на нефтепромыслах и в системах установок переработки нефти на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Известно устройство для обезвоживания углеводородных сред по авт. свид. СССР N 309941 МПК C 10 G 33/00, заявлено 19.11.1969, опубликовано 26.07.1971, бюллетень N 23, дата опубликования описания 29.09.1971. Известное устройство включает в себя рабочую емкость, собранную из пустотелых плоских панелей, изготовленных из немагнитного листового материала и образующих форму прямоугольника. На боковые вертикально расположенные пустотелые панели емкости снаружи надеты катушки, обмотки которых соединены с источником постоянного тока. К нижней части емкости в средней ее части присоединен канал, боковые стенки которого частично перфорированы, что обеспечивает сообщение внутреннего пространства емкости с внутренним пространством канала. В верхней части емкость снабжена патрубком ввода обезвоживаемой среды, а для отвода ее в отстойник нижний канал снабжен патрубком вывода. Подаваемая в емкость через патрубок ввода обезвоживаемая среда растекается в противоположные стороны, течет двумя параллельными потоками внутри вертикальных панелей емкости и сливается в нижнем канале. Выполненные в виде сверхпроводящих соленоидов катушки создают магнитное поле необходимой напряженности, возбуждая электрические заряды разных знаков в соленых глобулах эмульсии, протекающей в двух разных панелях емкости. При поступлении углеводородной среды с двух противоположных сторон в нижний канал противоположно заряженные глобулы эмульсии, сближаясь, притягиваются и сливаются в более крупные капли, что облегчает процесс отстаивания воды из обезвоживаемых углеводородных сред.

Однако устройство имеет повышенные внешние габариты, а из-за того, что его работа обеспечивается только при вертикальном положении рабочей емкости, лишает возможности его использования в горизонтальном расположении, что необходимо в промысловых условиях систем подготовки нефти.

Известно также изобретение по авт. свид. СССР N 860806 М. Кл³. В 01 D 17/06, C 10 G 33/02, заявлено 27.12.77, опубликовано 07.09.81, бюллетень N 33, дата опубликования описания 07.09.81 под названием "Устройство для обезвоживания и обессоливания нефти". Указанное известное устройство содержит корпус с центральным каналом, по которому пропускают подлежащую обработке водонефтяную жидкость. Корпус образован несколькими парами электродов, отделенных друг от друга изоляторами. Каждая пара электродов через индивидуальный конденсатор присоединена к общему источнику переменного тока. При пропускании водонефтяной жидкости через центральный канал устройства на электроды подают переменное напряжение, которое приводит к возникновению электрического поля, вследствие чего в канале происходит коалесценция капель воды. Начиная с некоторой напряженности поля, критической для данной эмульсии, и скорости ее потока между электродами начинается образование цепочек из капель эмульгированной воды, что улучшает процесс обезвоживания. Конденсаторы ограничивают ток в каждой паре электродов при замыкании такой пары возникшей цепочкой капель воды.

Однако указанное известное устройство требует повышенного контроля во время его работы, т.к. необходимо устанавливать величину критической напряженности поля и скорость потока для каждой прокачиваемой водонефтяной жидкости, что вызывает дополнительные затраты времени и средств и создает затруднения в эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков из числа известных средств того же назначения является изобретение по авт. свид. СССР N 1673529 М. Кл⁵. C 02 F 1/48, заявлено 29.07.88, опубликовано 30.08.91, бюллетень N 32 под названием "Устройство для обессоливания растворов", которое принимаем за прототип.

Устройство по прототипу содержит корпус (кольцевую камеру для раствора) и магнитную систему (состоящую из двух магнитов, закрепленных соосно на валу). Кольцевая камера для раствора в устройстве по прототипу установлена в зазоре между полюсами двух магнитов, она выполнена из электроизоляционного материала и снабжена патрубками для ввода и вывода обрабатываемой жидкости. При этом патрубок ввода выполнен в виде диффузора. Вдоль боковых стенок внутри кольцевой камеры установлены металлические плоские электроды, на которые подается постоянное напряжение от источника постоянного тока.

Раствор подают в кольцевую камеру через патрубок ввода, выполненный в виде диффузора, где в его узкой части происходит разделение ионов. Между разделенными ионами возникает электрическое поле, которое препятствует дальнейшему разделению ионов. При расширении потока разделенное частично ионное облако под воздействием сил вращающегося магнитного поля и электрического поля, возникающего между разделенными ионами, удерживается в центральной зоне потока. Ионы, вынесенные вращающимся магнитным полем из центральной зоны потока к боковым стенкам, притягиваются обратно в центральную зону потока под воздействием силы электрического поля между электродами, установленными внутри кольцевой камеры вдоль ее боковых стенок. Таким образом, все ионы удерживаются в центральной зоне потока, откуда и отводится рассол, а возле боковых стенок на выходе отводится чистая вода.

Однако известное по прототипу устройство не обладает достаточной эксплуатационной надежностью для условий нефтепромыслов из-за сложности конструкции (наличие электродвигателя, вращающегося вала и навесных на валу магнитов).

Основной целью изобретения является достижение нового технического результата, а именно: - снижение агрегативной устойчивости обрабатываемых дисперсных систем, например водонефтяных эмульсий; - ускорение естественного распада водонефтяных эмульсий на их составляющие ингредиенты (например, нефть, воду и мехпримеси) после обработки при отстое; - придание свойства передавать способность к естественному распаду водонефтяной эмульсии на ее составляющие ингредиенты после смешения обработанной заявляемым устройством водонефтяной эмульсии с необработанной эмульсией и сохранять это переданное свойство после смешения в течение большого периода времени: - повышение эксплуатационной надежности устройства при работе в условиях нефтяных промыслов.

Указанные цели изобретения достигаются благодаря тому, что в известное устройство для обработки водонефтяной эмульсии, включающее корпус с патрубками ввода и вывода водонефтяной эмульсии, магнитную систему и электроды, согласно заявляемому изобретению нами введены новые существенные признаки, а именно: магнитная система выполнена в виде стержня, изготовленного из сплава двух или более металлов, из которых как минимум один металл является парамагнетиком и один - диамагнетиком, оба конца стержня изготовлены в форме цилиндров большего чем стержень диаметра и размещены в выполненных в корпусе гнездах, каждое гнездо охвачено обмоткой соленоида от источника однофазного переменного тока промышленной частоты, а стержень между цилиндрическими концами охвачен обмоткой соленоида от источника переменного тока высокой частоты, при этом оба гнезда сообщены между собой выполненной внутри корпуса полостью, одно гнездо с помощью каналов соединено с патрубком ввода, второе гнездо с помощью вторых каналов соединено с патрубком вывода, один электрод выполнен в виде прутка и закреплен внутри изготовленного в виде трубы второго электрода, который на диэлектрических опорах коаксиально установлен в патрубке вывода, при этом электроды выполнены из разных металлов, первый электрод, выполненный в виде прутка, соединен с отрицательным полюсом источника электрического тока, а выполненный в виде трубы второй электрод подключен к положительному полюсу источника электрического тока.

Указанные выше новые существенные признаки являются отличительными признаками предлагаемого изобретения по отношению к известному по прототипу устройству, они обеспечивают достижение нового технического результата заявляемому изобретению.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации нам не известны устройства для обработки водонефтяной эмульсии, которые вместе с известными признаками включали бы в целом предложенное нами указанное выше сочетание новых существенных признаков, характеризующихся тем, что: - введены новые конструктивные элементы: стержень с цилиндрическими концами, гнезда под них в корпусе, соленоиды; - предложена новая форма выполнения элементов: концы стержня выполнены в форме цилиндров, один электрод выполнен в виде прутка, второй - в виде трубы; - предложен иной материал для изготовления элементов заявляемого устройства: стержень выполнен из сплавов двух или более металлов, из которых как минимум один металл является парамагнетиком и один диамагнетиком, электроды выполнены из разных металлов; - предложены иные связи между элементами: каждый соленоид и электроды подключены к автономным источникам питания; - выполнено новое взаимное расположение элементов: между обмотками соленоидов, подключенных к источникам однофазного переменного тока промышленной частоты, установлена обмотка соленоида, питающаяся от источника переменного тока высокой частоты. Отличительным является и место установки электродов - по пути прохождения водонефтяной эмульсии после зон воздействия всех соленоидов.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез предлагаемого устройства, который, однако, не исчерпывает всех возможных вариантов его выполнения.

Устройство по предлагаемому изобретению включает в себя корпус 1 с патрубком ввода 2 и патрубком вывода 3 водонефтяной эмульсии. В корпусе 1 размещена магнитная система, которая выполнена в виде стержня 4, изготовленного из сплава двух или более металлов, из которых как минимум один металл является парамагнетиком и одни - диамагнетиком. Оба конца стержня 4 изготовлены в форме цилиндров 5 и 6, диаметр которых выполнен больше, чем диаметр стержня 4. Цилиндрический конец 5 размещен в гнезде 7 корпуса 1, а цилиндрический конец 6 размещен в гнезде 8 корпуса 1. Гнездо 7 охвачено обмоткой соленоида 9, а гнездо 8 - обмоткой соленоида 10. Каждая обмотка соленоида 9 и 10 подключена к источнику однофазного переменного тока промышленной частоты, например 50 Гц 220 В. При этом между внутренней поверхностью гнезд 7 и 8 и прилегающими к ним витками обмоток соленоидов 9 и 10 выдержано минимальное расстояние, образующее тонкий экранирующий слой корпуса 1. Стержень 4 охвачен обмоткой соленоида 11 от источника переменного тока высокой частоты, например 10 МГц 24 В. Оба гнезда 7 и 8 сообщены между собой полостью 12, выполненной внутри корпуса 1. Гнездо 7 с помощью каналов 13 соединено с патрубком ввода 2, а гнездо 8 с помощью каналов 14 соединено с патрубком вывода 3. В патрубке вывода 3 установлены электроды, из которых электрод 15 выполнен в виде прутка и закреплен внутри второго электрода 16, изготовленного в виде трубы. Электрод 16 в патрубке вывода 3 установлен коаксиально и закреплен на диэлектрических опорах 17. При этом электроды 15 и 16 выполнены из разных металлов. Электрод 15 соединен с отрицательным полюсом независимого источника электрического тока, а электрод 16 подключен к положительному полюсу указанного независимого источника электрического тока напряжением не менее 12 В.

Устройство работает следующим образом.

Водонефтяную эмульсию по патрубку ввода 2 подают внутрь корпуса 1 при подаче тока на обмотки соленоидов 9, 11 и 10 и соответственно - на электроды 15 и 16. Эмульсия из патрубка ввода 2 через каналы 13 и через продольные проточные щели гнезда 7 (на чертеже продольные проточные щели условно не обозначены) поступает в полость 12 корпуса 1 и далее через продольные проточные щели гнезда 8 (щели условно не обозначены) и через каналы 14 эмульсия поступает в патрубок вывода 3, протекая в нем через электроды 15 и 16.

Обмотки соленоидов 9 и 10 при питании их от источника однофазного переменного тока промышленной частоты создают низкочастотное переменное магнитное поле, а обмотка соленоида 11, питающаяся от источника переменного тока высокой частоты, создает высокочастотное переменное магнитное поле, совместному воздействию которых подвергается поток водонефтяной эмульсии, протекающий через каналы 13 и продольные проточные щели гнезда 7, а также при протекании через продольные проточные щели гнезда 8 и через каналы 14. При этом в полости 12, проходное сечение и объем которой во много раз превышают проходное сечение и объем продольных проточных щелей гнезд 7 и 8, водонефтяная эмульсия контактирует непосредственно с обмоткой соленоида 11. При прохождении потока водонефтяной эмульсии через электроды 15 и 16 поток эмульсии, непосредственно контактируя с электродами, подвергается воздействию постоянного электрического поля.

Благодаря предложенному наличию конструктивных элементов в заявляемом устройстве, благодаря форме их выполнения, взаимному их расположению, их связям и благодаря предложенным материалам для изготовления части элементов, заявляемое устройство при обработке водонефтяной эмульсии обеспечивает достижение нового технического результата:
- снижение агрегативной устойчивости водонефтяных эмульсий сложных составов, большого возраста и высокой плотности, что приводит к распаду при естественном отстое от 30% до 100% эмульсии на составляющие нефть и воду без применения реагента и/или нагрева. Кроме того, нераспавшаяся при естественном отстое после обработки заявляемым устройством часть эмульсии при добавлении минимальных дозировок реагента (деэмульгатора или кислоты) распадается в течение 2 часов на 90-95%;
- скорость естественного распада водонефтяных эмульсий на их составляющие ингредиенты (нефть и воду) при отстое после обработки на заявляемом устройстве возросла до 2-х раз;
- водонефтяная эмульсия после обработки на заявляемом устройстве впервые получила свойство распространять способность к естественному распаду на составляющие ингредиенты всей смеси из обработанной и необработанной эмульсии без применения дополнительной обработки (без деэмульгатора, без нагрева и т. п.);
- заявляемое устройство в условиях нефтяных промыслов надежное в работе и простое в обслуживании.

Формула изобретения

Устройство для обработки водонефтяной эмульсии, включающее корпус с патрубками ввода и вывода водонефтяной эмульсии, магнитную систему и электроды, отличающееся тем, что магнитная система выполнена в виде стержня, изготовленного из сплава двух или более металлов, из которых как минимум один металл является парамагнетиком и один - диамагнетиком, оба конца стержня изготовлены в форме цилиндров большего, чем стержень, диаметра и размещены в выполненных в корпусе гнездах, каждое гнездо охвачено обмоткой соленоида от источника однофазного переменного тока промышленной частоты, а стержень между цилиндрическими концами охвачен обмоткой соленоида от источника переменного тока высокой частоты, при этом оба гнезда сообщены между собой выполненной внутри корпуса полостью, одно гнездо с помощью каналов соединено с патрубком ввода, второе гнездо с помощью вторых каналов соединено с патрубком вывода, один электрод выполнен в виде прутка и закреплен внутри изготовленного в виде трубы второго электрода, который на диэлектрических опорах коаксиально установлен в патрубке вывода, при этом электроды выполнены из разных металлов, первый электрод, выполненный в виде прутка, соединен с отрицательным полюсом источника электрического тока, а выполненный в виде трубы второй электрод подключен к положительному полюсу источника электрического тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1