Способ сепарации продукции скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение, например, в технологии сепарации продукции скважины, которую поднимают из скважины в виде газожидкостной углеводородной эмульсии и, в частности, в виде газоводонефтяной эмульсии. Обеспечивает упрощение способа и устройства с возможностью оперативного регулирования степени сепарации газа. Сущность изобретения: способ включает подъем продукции из скважины в виде газожидкостной углеводородной эмульсии и ее подогрев. Затем осуществляют гидродинамическую обработку продукции в турбулентном режиме с разрушением природных стабилизаторов углеводородной эмульсии. После этого осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции с обеспечением гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000. При этом осуществляют сепарацию основного количества попутной воды и газа от жидкой углеводородной фазы. Степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют давлением, при котором осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции. Устройство включает трубопровод для подачи продукции в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, узел подогрева продукции, узел разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии. Этот узел имеет суженную часть трубопровода, преобразователь потока продукции в виде цилиндра и расширенную часть трубопровода. Устройство снабжено дополнительным преобразователем потока продукции в виде горизонтально размещенного цилиндра. Он выполнен с возможностью обеспечения гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000 и размещенного между узлом разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии и узлом отвода фаз продукции. Имеется также узел регулирования сепарации газа в виде цилиндра. Он размещен над дополнительным преобразователем потока продукции по всей его длине, сообщен с ним по его длине и имеет штуцер на выходе. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение, например, в технологии сепарации продукции скважины, которую поднимают из скважины в виде газожидкостной углеводородной эмульсии и, в частности, в виде газоводонефтяной эмульсии.

Общие вопросы технологии сепарации обводненной нефти (деэмульсации) изучены достаточно подробно и имеют широкое применение на практике (1).

Основной задачей при такой сепарации является удаление природных стабилизаторов с границы раздела фаз "нефть-вода", слияние капелек воды и гравитационный отстой укрупнившихся капель.

Обычно добываемую из скважины продукцию, предварительно переработанную или, что бывает чаще, непереработанную (в исходном виде) сепарируют на термохимических установках при повышенных температурах с добавкой деэмульгаторов.

Применяемые способы и устройства для сепарации обладают существенными недостатками, которые заключаются в том, что способы трудоемки и не всегда эффективны, а устройства металлоемки, имеют высокую стоимость и требуют значительных расходов энергии. Последнее объясняется тем, что известные решения для сепарации продукции скважины предусматривают высокие температуры. Кроме того, известные устройства требуют значительных расходов деэмульгатора.

Наиболее близким аналогом изобретения в части способа является способ сепарации продукции скважины, включающий ее подъем из скважины в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, подогрев продукции, гидродинамическую обработку продукции в турбулентном режиме с разрушением природных стабилизаторов углеводородной эмульсии и отвод продуктов сепарации (2).

Наиболее близким аналогом изобретения в части устройства является устройство для сепарации продукции скважины, включающее трубопровод для подачи продукции в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, узел подогрева продукции, узел разрушения природных стабилизаторов жидкостной углеводородной эмульсии, имеющий суженную часть трубопровода, преобразователь потока продукции в виде цилиндра и расширенную часть трубопровода, узел отвода фаз продукции и трубопроводы, соединяющие узлы устройства (2).

Недостатком вышеописанных известных решений в части способа и устройства является их невысокая эффективность, большие затраты времени, а также большая металлоемкость необходимого оборудования для сепарации продукции скважины, обусловленная необходимостью применения ряда сложных сепараторов со ступенчатой сепарацией.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа и устройства с возможностью оперативного регулирования степени сепарации газа.

Необходимый технический результат в части способа достигается тем, что в способе сепарации продукции скважины, включающем подъем продукции из скважины в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, подогрев продукции, гидродинамическую обработку продукции в турбулентном режиме с разрушением природных стабилизаторов углеводородной эмульсии и отвод продуктов сепарации, согласно изобретению после гидродинамической обработки продукции в турбулентном режиме осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции с обеспечением гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000, и с сепарацией основного количества попутной воды и газа от жидкой углеводородной фазы, при этом степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют давлением, при котором осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции.

Кроме того: сепарацию газа от жидкой углеводородной фазы осуществляют возможностью обеспечения линейной скорости газового потока не более 10 см/с; степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют в зависимости от степени подвижности продукции скважины в транспортной магистрали; степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют давлением газа в узле отвода газа.

Необходимый технический результат в части устройства достигается тем, что устройство для сепарации продукции скважины, включающее трубопровод для подачи продукции в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, узел подогрева продукции, узел разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии, имеющий суженную часть трубопровода, преобразователь потока продукции в виде цилиндра и расширенную часть трубопровода, узел отвода фаз продукции и трубопроводы, соединяющие узлы устройства, согласно изобретению это устройство снабжено дополнительным преобразователем потока продукции в виде горизонтально размещенного цилиндра, выполненного с возможностью обеспечения гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000 и размещенного между узлом разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии и узлом отвода фаз продукции, и узлом регулирования сепарации газа в виде цилиндра, который размещен над дополнительным преобразователем потока продукции по всей его длине, сообщен с ним по его длине и имеет штуцер на выходе.

Кроме того: узел отвода газа выполнен с возможностью обеспечения линейной скорости газового потока в нем не более 10 см/с; трубопровод для подачи газожидкостной углеводородной эмульсии выполнен в виде трубопровода для подачи газоводонефтяной эмульсии; узел отвода газа сообщен с дополнительным преобразователем потока продукции радиальными каналами; узел отвода газа сообщен с дополнительным преобразователем потока продукции щелевым каналом.

Сущность изобретения заключается в том, что по требованиям технологии, в ряде случаев, непосредственно в промысловых условиях не требуется предельно достижимого отделения воды от нефти. Поэтому необходимую степень сепарации представляется возможным выполнять непосредственно в промысловых условиях за счет так называемых эффектов внутритрубной деэмульсации при условии дополнительной гидродинамической обработки потока продукции скважины при другом гидродинамическом режиме с возможностью оперативного регулирования содержания газа в углеводородной жидкой фазе. В частном случае это представляется важным для организации, например, регулирования вязкости продукции скважины - важного показателя для обеспечения транспорта продукции по внутрипромысловым или магистральным трубопроводам.

Устройство характеризуется наличием дополнительного узла - дополнительного преобразователя потока продукции скважины. При этом требования к узлу основного преобразователя потока продукции остаются прежними. Этот узел служит для разрушения природных стабилизаторов жидкостной углеводородной эмульсии на границе раздела фаз, в частности, представленных нефтью и водой. Это обеспечивается созданием в этом узле высокой турбулентности потока, характеризуемого числом Рейнольдса не менее 200000. Исходя из этого условия этот узел выполнен в виде цилиндра с длиной 5-10 его диаметров. Угол конусности суженной части трубопровода определяется условиями минимальных потерь давления при резком сужении потока. Расширенная часть трубопровода обеспечивает постепенный рост масштаба турбулентных пульсаций, увеличение вероятности столкновения тонкодисперсных капелек воды, лишенных природных стабилизаторов эмульсии, и их укрупнения с одновременным предупреждением вторичного передиспергировая укрупнившихся капель воды. Дополнительный узел - дополнительный преобразователь потока продукции выполнен в виде цилиндра (трубопровода) с диаметром, большим диаметра основного преобразователя потока продукции скважины. Дополнительный преобразователь потока продукции размещен горизонтально и выполнен с возможностью обеспечения ламинарного или, в крайнем случае, переходного гидродинамического режима потока (течения жидкой фазы), характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000. В верхнюю часть дополнительного преобразователя потока поступает газовый поток (жирный газ) с капельной нефтью. Для отделения этой нефти служит узел отвода газа, помещенный над дополнительным преобразователем потока продукции. В связи с тем, что газ в процессе движения потока выделяется постоянно (не сразу весь и не только на начальном участке) предусмотрена возможность отбора газа на всей длине дополнительного преобразователя потока. Для этого узел отвода газа размещен над дополнительным преобразователем потока продукции по всей его длине и сообщен с ним по всей его длине. Таким образом, в дополнительном преобразователе потока через весь поток (в поперечном направлении и по длине) идет отвод газа в предназначенный для него узел. В результате в верхней части дополнительного преобразователя потока движется частично обезвоженная нефть с остаточным или проходящим через него газом. Количество газа в этой нефти пропорционально давлению в устройстве. В нижней части дополнительного через весь поток (в поперечном направлении и по длине) идет отвод газа в предназначенный для него узел. В результате в верхней части дополнительного преобразователя потока движется частично обезвоженная нефть с остаточным или проходящим через него газом. Количество газа в этой нефти пропорционально давлению в устройстве. В нижней части дополнительного преобразователя потока движется вода с капельной нефтью. В условиях созданного гидродинамического режима и под действием сил гравитации, проявляющихся при этом режиме, происходит фракционирование смеси. По существу дополнительный преобразователь потока узел выполняет роль горизонтального отстойника, в котором происходит отделение основного количества попутно извлекаемой воды и очистка ее от капельной нефти под действием сил гравитации. Кроме того, в нижней части узла дополнительного преобразования потока могут содержаться механические примеси в виде, например, песка, выносимого из скважины вместе с продукцией скважины. Эти примеси удаляются из устройства через узел отвода фракций (на чертеже условно не показано). Дополнительный преобразователь потока, выполненный в виде цилиндра, имеет диаметр (D, см) и длину (L, см), которые рассчитывают по следующим формулам:
где Re - число Рейнольдса (не более 10000);
Q - расход жидкой углеводородной фазы, см³/с;
V - линейная скорость жидкой углеводородной фазы, см/с;
η - вязкость углеводородной фазы, сПз;
τ - время пребывания углеводородной фазы в дополнительном преобразователе потока, сек.

Способ осуществляют следующим образом.

По способу осуществляют подъем продукции (газожидкостной углеводородной эмульсии) из скважины. Осуществляют подогрев продукции. После этого - гидродинамическую обработку продукции. Ее осуществляют в турбулентном режиме с переводом продукции скважины в иное состояние - с разрушением природных газа от жидкой углеводородной фазы регулируют давлением, при котором осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции.

Регулирование можно осуществлять давлением газа в узле отвода газа.

Требования по степени сепарации газа могут быть различными. В частном случае степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют в зависимости от степени подвижности продукции скважины в транспортной магистрали. При больших гидравлических сопротивлениях в магистрали (больших давлениях) степень подвижности продукции (вязкость) снижают, например, снижением степени сепарации (отвода) газа.

Наиболее оптимальным ограничивающим условием, при котором осуществляют сепарацию газа, - обеспечение линейной скорости газового потока не более 10 см/с.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство включает трубопровод 1 для подачи газожидкостной углеводородной эмульсии, узел подогрева продукции 2, узел разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии. Этот узел имеет суженную часть 3 трубопровода, преобразователь потока продукции в виде цилиндра 4 и расширенную часть 5 трубопровода. Имеются также узел отвода фаз 6 продукции и трубопроводы, соединяющие узлы устройства. В соответствии с изобретением устройство снабжено дополнительным преобразователем потока продукции. Он выполнен в виде горизонтально размещенного цилиндра 7, выполненного с возможностью обеспечения гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000. Этот узел размещен между узлом разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии (точнее его расширенной частью 5) и узлом отвода фаз продукции 6. Над дополнительным преобразователем потока продукции размещен узел регулирования сепарации газа. Этот узел выполнен в виде цилиндра 8, который размещен над дополнительным преобразователем потока продукции 7 по всей его длине и сообщен с ним по всей его длине. На выходе узел отвода газа имеет штуцер 9.

Устройство работает следующим образом.

Принимают во внимание конкретные условия скважины.

Например, в частном случае конкретная производительность скважины по жидкости составляет 10000 м³/сут, обводненность продукции - 62%, вязкость эмульсии, выходящей из скважины - 12 сПз. При времени пребывания жидкой углеводородной фазы (производной исходной эмульсии) в дополнительном узле преобразования потока 300 с определены параметры этого узла, а именно диаметр этого узла составляет 1220 мм, его длина - 29 м. Углеводородная продукция скважины, в частности промысловая смесь нефти и газа с водой в виде эмульсии, через предназначенный для этого трубопровод 1 поступает в узел подогрева продукции 2, где происходит ее нагрев до необходимой температуры. Трубопровод 1, в целях предотвращения образования в нем газогидратов, нарушающих проектный режим работы устройства, может быть также предусмотрен с обогревом или, по меньшей мере, с мероприятиями, предотвращающими резкие перепады температур, характерные для суровых климатических условий.

Далее продукция поступает в узел разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии 4-6, где под действием турбулентного гидродинамического режима происходит передиспергация эмульгированных капель воды с увеличением межфазной поверхности и удаление с нее природных стабилизаторов эмульсии. Затем по трубопроводу продукция поступает в дополнительный преобразователь потока продукции 10 в виде цилиндра длиной, в частном случае 29 м и диаметром 1220 мм. В нем за счет другого гидродинамического режима течения происходит отделение (до необходимого предела) основного количества попутно извлеченной воды и очистка ее от капельной нефти.

При этом режим сепарации газа от жидкой углеводородной фазы может быть отрегулирован в зависимости от требуемой вязкости продукции скважины, определяющей в свою очередь одни из основных параметров в транспортной магистрали (давление, расход, износ внутренней поверхности и пр.).

В итоге, в условиях промысла может быть оперативно осуществлена, с минимальными затратами времени и средств, сепарация продукции скважины в устройстве, простом в изготовлении и эксплуатации. Отсепарированная таким образом продукция скважины считается подготовленной для дальнейшего внутрипромыслового транспорта или, в ряде случаев, для транспорта заказчику.

Источники информации
1. Патент РФ 2045982, 20.10.1995.

2. Патент РФ 2149672, 27.05.2000.

Формула изобретения

1. Способ сепарации продукции скважины, включающий ее подъем из скважины в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, подогрев продукции, гидродинамическую обработку продукции в турбулентном режиме с разрушением природных стабилизаторов углеводородной эмульсии и отвод продуктов сепарации, отличающийся тем, что после гидродинамической обработки продукции в турбулентном режиме осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции с обеспечением гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000, и с сепарацией основного количества попутной воды и газа от жидкой углеводородной фазы, при этом степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют давлением, при котором осуществляют дополнительную гидродинамическую обработку продукции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарацию газа от жидкой углеводородной фазы осуществляют с возможностью обеспечения линейной скорости газового потока не более 10 см/с.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют в зависимости от степени подвижности продукции скважины в транспортной магистрали.

4. Способ сепарации продукции скважины по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что степень сепарации газа от жидкой углеводородной фазы регулируют давлением газа в узле отвода газа.

5. Устройство для сепарации продукции скважины, включающее трубопровод для подачи продукции в виде газожидкостной углеводородной эмульсии, узел подогрева продукции, узел разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии, имеющий суженную часть трубопровода, преобразователь потока продукции в виде цилиндра и расширенную часть трубопровода, узел отвода фаз продукции и трубопроводы, соединяющие узлы устройства, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным преобразователем потока продукции в виде горизонтально размещенного цилиндра, выполненного с возможностью обеспечения гидродинамического режима течения жидкой фазы, характеризуемого числом Рейнольдса не более 10000 и размещенного между узлом разрушения природных стабилизаторов углеводородной эмульсии и узлом отвода фаз продукции, и узлом регулирования сепарации газа, выполненного в виде цилиндра, который размещен над дополнительным преобразователем потока продукции по всей его длине, сообщен с ним по его длине и имеет штуцер на выходе.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что узел отвода газа выполнен с возможностью обеспечения линейной скорости газового потока в нем не более 10 см/с.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что трубопровод для подачи газожидкостной углеводородной эмульсии выполнен в виде трубопровода для подачи газоводонефтяной эмульсии.

8. Устройство по одному из пп.5-7, отличающееся тем, что узел отвода газа сообщен с дополнительным преобразователем потока продукции радиальными каналами.

9. Устройство по одному из пп.5-7, отличающееся тем, что узел отвода газа сообщен с дополнительным преобразователем потока продукции щелевым каналом.

РИСУНКИ

Рисунок 1