сепарационная установка

Формула изобретения

1. Сепарационная установка, содержащая колонну с трубопроводами подвода водонефтяной эмульсии и отвода нефти и воды, отличающаяся тем, что колонна расположена в скважине, заглушенной снизу пакером на глубине, превышающей глубину расположения установки, колонна составлена из верхней и нижней частей, выполненных из труб разного диаметра, верхняя часть колонны соединена с нижней посредством проставки, имеющей форму шайбы или усеченного конуса, причем больший, диаметр проставки равен большему диаметру трубы из частей колонны, а меньший диаметр проставки равен меньшему диаметру трубы из частей колонны, трубопровод подвода водонефтяной эмульсии подсоединен тангенциально к верхней части колонны или проставке, нижняя часть колонны открыта, трубопровод отвода нефти, выполненный в виде трубы меньшего диаметра, чем диаметр труб частей колонны, расположен внутри колонны, а трубопровод отвода воды подсоединен к устью скважины, наземная часть установки выполнена с возможностью полной или частичной теплоизоляции.

2. Сепарационная установка по п.1, отличающаяся тем, что часть трубопровода отвода нефти выполнена перфорированной, при этом форма, размеры и количество отверстий перфорации постоянны или переменны по оси или радиусу трубопровода.

3. Сепарационная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что окончание трубопровода отвода нефти выполнено открытым или заглушенным, например, конической крышкой, острие которой направлено вниз по оси скважины.

4. Сепарационная установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод подвода водонефтяной эмульсии выполнен с возможностью изменения площади тангенциального входа, например, за счет вставок.

5. Сепарационная установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод подвода водонефтяной эмульсии перед соединением с колонной разделен на два и более патрубков, каждый патрубок подсоединен тангенциально к верхней части колонны, причем размеры и форма патрубков одинаковы или различны.

6. Сепарационная установка по п.5, отличающаяся тем, что тангенциальные входы патрубков расположены на разной высоте верхней части относительно оси скважины.

7. Сепарационная установка по п.5, отличающаяся тем, что патрубки подсоединены через равное угловое расстояние по окружности верхней части.

8. Сепарационная установка по п.5, отличающаяся тем, что направление закрутки потока патрубками одинаково.

9. Сепарационная установка по п.8, отличающаяся тем, что угол входа потока в верхней части одинаков для всех патрубков.

10. Сепарационная установка по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя части колонны выполнены с общей осью, совпадающей с осью скважины.

11. Сепарационная установка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр трубы верхней части колонны больше диаметра трубы нижней части.

12. Сепарационная установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри проставки выполнен вставленный в нее конус.

13. Сепарационная установка по п.12, отличающаяся тем, что острия проставки в форме усеченного конуса и вставленного в нее конуса направлены в одном направлении.

14. Сепарационная установка по п.12, отличающаяся тем, что проставка и вставленный в нее конус выполнены с общей осью, совпадающей с осью скважины.

15. Сепарационная установка по п.12, отличающаяся тем, что вставленный в проставку конус выполнен с возможностью осевого перемещения.

16. Сепарационная установка по п.13, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения полости, образованной внутренней поверхностью проставки и внешней поверхностью вставленного в нее конуса, постоянна по всей высоте проставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам для разделения продукции нефтяных скважин на нефть и воду.

Известна сепарационная установка, содержащая колонну с трубопроводами подвода водонефтяной эмульсии и отвода нефти и воды и газа, при этом колонна выполнена наклонной, подводящий трубопровод соединен с наклонной колонной на расстоянии, равном 0,2-0,25 длины колонны, а нижняя ее часть снабжена трубопроводом для сброса свободной воды, соединенным с газоотводящим коллектором, колонна расположена на поверхности /Авторское свидетельство СССР №1482932, МПК⁷ В 01 D 19/00, опубл. 23.06.1989 г./.

Недостатком данной установки является недостаточная интенсивность процесса, большие размеры, необходимость искусственного обогрева при работе в зимних условиях, она способна разделять водонефтяную эмульсию на нефть и воду при сравнительно небольшом содержании воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является сепарационная установка, содержащая колонну с трубопроводами подвода водонефтяной эмульсии и отвода нефти и воды, при этом колонна выполнена наклонной и содержит нефтяную и водную секции, трубопровод подвода газожидкостной смеси оснащен успокоителем потока и газоотделителем, нефтяная секция в месте подвода газожидкостной смеси установлена под углом к водной секции, причем угол наклона первой больше угла наклона второй, трубопровод подвода газожидкостной смеси выполнен с возможностью двухпоточного ввода газожидкостной смеси в виде распределителя потоков, входные концы которого размещены в водной и нефтяной секциях, колонна расположена на поверхности /Патент РФ №2119372, МПК В 01 D 19/00, опубл. 27.09.1998 г./.

Недостатком данной установки является недостаточная интенсивность процесса, большие размеры, необходимость искусственного обогрева при работе в зимних условиях.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение интенсивности процесса, уменьшение размеров и возможности работы в зимних условиях без дополнительного обогрева.

Это достигается тем, что в сепарационной установке, содержащей колонну с трубопроводами подвода водонефтяной эмульсии и отвода нефти и воды, колонна расположена в скважине, заглушенной снизу пакером на глубине, превышающей глубину расположения установки, колонна составлена из верхней и нижней частей, выполненных из труб одного или разного диаметров, верхняя часть колонны соединена с нижней посредством проставки, имеющей форму шайбы, причем наружный диаметр шайбы равен большему диаметру трубы из частей колонны, а внутренний диаметр шайбы равен меньшему диаметру трубы из частей колонны, трубопровод подвода водонефтяной эмульсии подсоединен тангенциально к верхней части колонны, нижняя часть колонны открыта, трубопровод отвода нефти, выполненный в виде трубы меньшего диаметра, чем диаметр труб из частей колонны, расположен внутри колонны, а трубопровод отвода воды подсоединен к устью скважины, наземная часть установки выполнена с возможностью полной или частичной теплоизоляции. Кроме того, в некоторых случаях часть трубопровода отвода нефти может быть выполнена перфорированной, при этом форма, размеры и число отверстий перфорации постоянно или переменно по оси или радиусу трубопровода. Кроме того, в некоторых случаях окончание трубопровода отвода нефти может быть выполнено открытым или заглушенным, например, конической крышкой, острие которой направлено по оси скважины. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод подвода водонефтяной эмульсии может быть выполнен с возможностью изменения площади тангенциального входа, например, за счет вставок. Кроме того, в некоторых случаях трубопровод подвода водонефтяной эмульсии перед соединением с колонной может быть разделен на два и более патрубков, каждый патрубок подсоединен тангенциально к верхней части колонны, причем размеры и форма патрубков одинаковы или различны. Кроме того, в некоторых случаях тангенциальные входы патрубков могут быть расположены на разной высоте верхней части относительно оси скважины. Кроме того, в некоторых случаях патрубки могут быть подсоединены через равное угловое расстояние по окружности верхней части. Кроме того, в некоторых случаях направление закрутки потока патрубками может быть одинаково. Кроме того, в некоторых случаях угол входа потока в верхнюю часть может быть одинаков для всех патрубков. Кроме того, в некоторых случаях верхняя и нижняя части колонны могут быть выполнены с общей осью, совпадающей с осью скважины. Кроме того, в некоторых случаях диаметр трубы верхней части колонны может быть больше диаметра трубы нижней части. Кроме того, в некоторых случаях проставка может быть выполнена в виде усеченного конуса, причем больший диаметр проставки равен большему диаметру трубы из частей колонны, а меньший диаметр проставки равен меньшему диаметру трубы из частей колонны. Кроме того, в некоторых случаях колонна может быть выполнена без верхней части, при этом трубопровод или патрубки подвода водонефтяной эмульсии подсоединены к проставке. Кроме того, в некоторых случаях внутри проставки может быть выполнен вставленный в нее конус. Кроме того, в некоторых случаях острия проставки и вставленного в нее конуса могут быть направлены в одном направлении. Кроме того, в некоторых случаях проставка и вставленный в нее конус могут быть выполнены с общей осью, совпадающей с осью скважины. Кроме того, в некоторых случаях вставленный в проставку конус может быть выполнен с возможностью осевого перемещения. Кроме того, в некоторых случаях площадь поперечного сечения полости, образованной внутренней поверхностью проставки и внешней поверхностью вставленного в нее конуса, может быть постоянна по всей высоте проставки.

Известно, что изменение радиуса закручивания приводит к изменению частоты вращения. При сохранении момента *R= *r, где частота вращения при радиусе R, - частота вращения при радиусе r. Тогда = *R/r. С уменьшением радиуса вращения частота вращения увеличивается. При этом отношение центробежных сил составит ²*R/( *R/r)²*r=r/R.

Выполнение части трубопровода отвода нефти перфорированной, причем размеры, форма и количество отверстий перфорации постоянны или переменны по оси или радиусу трубопровода, позволяет осуществлять отбор нефти по мере ее движения в колонне в зависимости от параметров потока и геометрии проточной части.

Выполнение окончания трубопровода отвода нефти заглушенным позволяет в некоторых случаях, а именно при выполнении трубопровода отвода нефти перфорированной, в зависимости от параметров водонефтяной эмульсии уменьшить вероятность попадания в нее воды. Выполнение крышки конической, острие которой направлено по оси скважины, позволяет уменьшить турбулизацию потока после прохождения трубопровода отвода нефти.

Выполнение трубопровода подвода водонефтяной эмульсии с возможностью изменения площади тангенциального входа, например, за счет вставок позволяет изменять скорость потока на входе в верхнюю часть, за счет чего изменять скорость закручивания и интенсивность сепарации.

Выполнение трубопровода подвода водонефтяной перед соединением с колонной разделенным на два и более патрубков, причем каждый патрубок подсоединен тангенциально к верхней части колонны, причем форма и размеры патрубков постоянны или различны позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну, так как в этом случае ввод водонефтяной эмульсии осуществляется с двух и более тангенциальных входов, что обеспечивает снижение потерь энергии при закручивании потока. Форма (например, прямоугольная, квадратная, круглая и др.) и размеры патрубков зависят от геометрии проточной части и параметров потока.

Выполнение тангенциальных входов патрубков расположенными на разной высоте позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну за счет более плавного закручивания потока. Высота расположения тангенциальных входов патрубков зависит от геометрических размеров верхней части и параметров потока.

Выполнение подсоединения патрубков через равное угловое расстояние по окружности верхней части позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну за счет равномерного закручивания потока. Угловое расстояние при этом определяется так: 360°/n, где n - число патрубков.

Выполнение направления закрутки потока патрубками одинаковыми позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну за счет закручивания потока в одном направлении.

Выполнение угла входа потока в верхнюю часть одинаковым для всех патрубков позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну за счет закручивания потока по одним углом.

Выполнение верхней и нижней частей колонны с общей осью, совпадающей с осью скважины, позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну.

Выполнение диаметра трубы верхней части колонны больше диаметра трубы нижней части позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при входе в колонну за счет раскручивания потока от меньшей частоты вращения к большей.

Выполнение проставки в виде усеченного конуса, причем больший диаметр проставки равен большему диаметру трубы из частей колонны, а меньший диаметр проставки равен меньшему диаметру трубы из частей колонны позволяет в некоторых случаях снизить потери энергии потока при переходе из одной части колонны в другую за счет плавного изменения частоты вращения.

Выполнение колонны без верхней части, при этом трубопровод или патрубки подвода водонефтяной эмульсии подсоединены к проставке позволяет уменьшить размеры колонны и снизить количество узлов.

Выполнение внутри проставки вставленного в нее конуса позволяет в некоторых случаях уменьшить потери энергии закрученного потока за счет увеличения его интегральной скорости, так как раскручивание потока происходит в полости, ограниченной конусами.

Выполнение острия проставки и вставленного в нее конуса направленными в одном направлении позволяет в некоторых случаях уменьшить потери энергии закрученного потока за счет увеличения его интегральной скорости и уменьшения гидравлического сопротивления.

Выполнение проставки и вставленного в нее конуса с общей осью, совпадающей с осью скважины, позволяет в некоторых случаях уменьшить потери энергии закрученного потока за счет увеличения его интегральной скорости и уменьшения гидравлического сопротивления.

Выполнение вставленного в нее проставку конуса с возможностью осевого перемещения позволяет в некоторых случаях уменьшить потери энергии закрученного потока за счет увеличения его интегральной скорости и уменьшения гидравлического сопротивления.

Выполнение площади поперечного сечения полости, образованной внутренней поверхностью проставки и внешней поверхностью вставленного в нее конуса постоянной по всей высоте проставки, позволяет в некоторых случаях уменьшить потери энергии закрученного потока за счет увеличения его интегральной скорости и уменьшения гидравлического сопротивления.

На фиг.1 изображена сепарационная установка. На фиг.2 показана сепарационная установка, в которой проставка выполнена в виде усеченного конуса. Выполнение проставки с вставленным в нее конусом показано на фиг.3.

Сепарационная установка частично находится в скважине 1 с пакером 2. Установка содержит колонну, состоящую из верхней 3 и нижней 4 частей, соединенных проставкой 5. К установке подсоединены трубопроводы подвода водонефтяной эмульсии 6 и отвода нефти 7 и воды 8. Трубопровод подвода водонефтяной эмульсии 6 подсоединен тангенциально к верхней части колонны 3. Трубопроводы подвода водонефтяной эмульсии 6 и отвода нефти 7 и воды 8 оснащены регулирующими кранами 9, 10 и 11 соответственно. Трубопровод отвода нефти 7 расположен внутри верхней 3 и нижней 4 частей колонны. Трубопровод отвода воды 8 подсоединен к устью скважины 1. Нижняя часть колонны 3 оканчивается насадкой в виде усеченного конуса 11. В некоторых случаях часть трубопровода отвода нефти 7 может быть выполнена перфорированной. В некоторых случаях проставка 5 может быть выполнена в виде усеченного конуса, как показано на фиг.2. Выполнение проставки 5 с вставленным в нее конусом 12 показано на фиг.3.

Сепарационная установка работает следующим образом.

Водонефтяная эмульсия по трубопроводу подвода 6 через тангенциальный вход поступает в верхнюю часть колонны 3, расположенной в скважине 1. В верхней части колонны 3 эмульсия закручивается в кольцевой полости, образованной внутренней поверхностью верхней части колонны 3 и наружной поверхностью трубопровода отвода нефти 7. Затем закрученная эмульсия увеличивает частоту вращения при поступлении в нижнюю часть колонны за счет уменьшения радиуса закручивания. Под действием центробежных сил происходит разделение эмульсии на нефть и воду, причем нефть движется по наружной поверхности трубопровода отвода нефти 7. После прохождения разделенной на нефть и воду жидкости трубопровода отвода нефти 5 на входе в него образуется каверна, заполненная нефтью, которая начинает поступать во входное отверстие трубопровода отвода нефти 7. В некоторых случаях частичное или полное поступление нефти в трубопровод 7 происходит через отверстия перфорации. Более тяжелая вода движется далее вниз внутри нижней части колонны 4 и вытекает из нее в скважину 1. Затем вода начинает подниматься вверх по кольцевой полости, образованной внутренней поверхностью скважины 1 и наружной поверхностью нижней части колонны 4. В случае, если из трубопроводов отвода нефти 7 или воды 8 начинает вытекать недостаточно разделенная жидкость, то качество ее регулируется регулирующими устройствами 10 и 11 соответственно.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить размеры и обеспечить работу в зимних условиях без искусственного обогрева.