устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу

Формула изобретения

1. Устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающее трубопровод и центральную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе, отличающееся тем, что трубопровод снабжен дополнительными перегородками, параллельно и симметрично установленными относительно центральной перегородки, при этом все перегородки снабжены на выходе эмульсии конечными горизонтальными участками с длиной не менее 1,8 диаметра трубы, увеличивающейся сверху вниз.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конечный горизонтальный участок каждой перегородки, расположенной ниже, выполнен длиннее не менее чем на 0,5 м аналогичного участка вышележащей перегородки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подготовке нефти, в частности к разрушению водонефтяных эмульсий, и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известно устройство, состоящее из трубопровода и установленного на конечном участке каплеукрупнителя, имеющего продольную горизонтальную перегородку, расположенную в центральной части поперечного сечения трубопровода, с помощью которого поток разделяют на две части, одну из которых в количестве 30-70% от общего объема смеси из верхней части каплеукрупнителя пропускают через слой воды, а вторую в количестве 30-70% отбирают из нижней его зоны и вводят в нефтяную фазу отстойного аппарата (см. а.с. 702068, С10G 33/06, опубл. БИ №45 от 05.12 1979).

Недостатками устройства являются необходимость наличия каплеукрупнителя, конструктивные особенности которого вызывают дополнительное диспергирование водонефтяной эмульсии при интенсивном ее перемешивании за счет турбулентных гидродинамических эффектов, возникающих при переходе из трубы малого диаметра в каплеукрупнитель конусного профиля, и недостаточность процесса разрушения эмульсии при ее транспортировании до ввода в отстойную аппаратуру из-за близкого расположения каплеукрупнителя и отстойного аппарата.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающее трубопровод и продольную перегородку, установленную в центральной части его поперечного сечения (см. а.с. 1142499, С10G 33/06, В01D 17/04, опубл. БИ №8 от 28.02.1985).

Недостатком устройства является недостаточная эффективность разрушения водонефтяной эмульсии: выделившаяся свободная вода и крупные капли, оказавшиеся после перегородки в верхней части трубы, через край перегородки в задней ее части направляются вниз рассосредоточенными в потоке нефти. В результате часть потока водонефтяной эмульсии, оказавшаяся после перегородки ниже ее, в которой преобладают мелкие капли, проходит через рассосредоточенную в нефти воду на небольшом по длине участке, а следовательно, взаимодействие мелких капель и свободной воды либо незначительно, либо отсутствует вообще, что не позволяет максимально эффективно производить разрушение эмульсии.

Технической задачей изобретения является повышение качества разрушения водонефтяной эмульсии в системе нефтесбора, сокращение времени, необходимого для предварительного обезвоживания нефти, что приведет к снижению металлозатрат на подготовку 1 т нефти за счет сокращения потребного количества отстойной аппаратуры и уменьшения объема дополнительного дозирования реагента-деэмульгатора, подаваемого на установке подготовки нефти.

Техническая задача решается описываемым устройством для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу, включающим трубопровод и центральную перегородку, изготовленную в виде прямоугольной пластины, плавно свернутой по спирали, причем ее кромка на выходе повернута на 180° по отношению к кромке на входе эмульсии.

Новым является то, что трубопровод снабжен дополнительными перегородками, параллельно и симметрично установленными относительно центральной перегородки, при этом все перегородки снабжены на выходе эмульсии конечными горизонтальными участками с длиной не менее 1,8 диаметра трубы, причем конечный горизонтальный участок каждой перегородки, расположенной ниже, выполнен длиннее не менее чем на 0,5 м аналогичного участка вышележащей перегородки.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 - горизонтальные участки перегородок предлагаемого устройства; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1.

Предлагаемое устройство включает трубопровод 1 (см. фиг.1), центральную перегородку 2 и дополнительные перегородки 2', параллельно и симметрично установленные относительно центральной перегородки 2, которые способствуют обращению слоев потока жидкости. Конструктивно каждая из перегородок - центральная 2 и дополнительные 2'-представляет собой прямоугольный лист металла, прикрепленный плотно к стенкам трубопровода и свернутый плавно по спирали таким образом, что левый край начала листа в конце становится правым и наоборот, причем конечный горизонтальный участок каждой перегородки тем длиннее, чем ниже она расположена. На фиг.3 центральная перегородка 2 и дополнительные перегородки 2' представлены горизонтальным профилем и, по мере удаления по ходу потока угол наклона их к горизонту увеличивается и становится равным 90° (см. фиг.3) и 180° (см. фиг.4).

Такой профиль перегородок 2 и 2' (см. фиг.1) позволяет перевести самый нижний слой потока жидкости IV (см. фиг.3) в самый верхний (см. фиг.5) и наоборот (см. фиг.3-5), а остальные слои I-II-III, на которые разделяется входной поток жидкости, попадающий на перегородки 2 и 2' (см. фиг.1), обратить зеркально относительно центральной перегородки 2. При этом выделившаяся свободная вода самого нижнего слоя IV потока переходит в самый верхний, а самый верхний слой I с мелкими каплями, существенно преобладающими над крупными, переходит в самый нижний слой потока жидкости. Остальные слои, на которые разделяется входной поток эмульсии, попадающий на перегородки, обращают зеркально относительно центральной перегородки 2 свое расположение в потоке эмульсии. Часть потока эмульсии, оказавшаяся после набора перегородок 2 и 2' в самой верхней зоне трубопровода, стекая через край верхней перегородки, позволяет нижепротекающему слою пройти через «фильтр» воды, что приведет к переводу части мелких капель в водную среду. Наличие в предлагаемом устройстве нескольких перегородок 2 и 2' позволяет как сократить время гравитационного оседания мелких, не перешедших в водную среду, капель воды в 2-3 раза за счет уменьшения высоты их расположения от нижней образующей трубопровода 1, так и перевести оставшиеся капли в водную среду посредством фильтрования через нее послойно всего потока водонефтяной эмульсии.

Из промысловых исследований, в зависимости от вязкости, плотности, скорости водонефтяной эмульсии, перемещаемой по трубопроводу, получена минимальная длина горизонтального участка 3 и 3' перегородок 2 и 2', которая составляет не менее 1,8 диаметра трубопровода. Кроме того, каждый расположенный ниже горизонтальный участок 3 и 3' перегородки 2 или 2' должен быть не менее чем на 0,5 м длиннее вышележащей, что подтверждается необходимостью формирования равномерного перетока через край перегородки 2 или 2' свободной воды, через которую фильтруется нижепротекающий слой водонефтяной эмульсии, содержащий незахваченные капли воды с преобладанием тем большего размера, чем выше он расположен после перегородок 2 и 2'.

Таким образом, горизонтальные перегородки 2 и 2' способствуют ускорению разрушения водонефтяной эмульсии посредством осуществления фильтрования всех слоев ее потока через выделившуюся свободную воду, что в дальнейшем позволит повысить качество разрушения водонефтяной эмульсии в системе нефтесбора, сократить время, необходимое для предварительного обезвоживания нефти, и приведет к снижению металлозатрат (необходимого количества отстойной аппаратуры) на подготовку 1 т нефти и расхода реагента-деэмульгатора.

Пример конкретного выполнения.

Водонефтяную эмульсию, характеризующуюся следующими параметрами:

- производительность по жидкости - до 9600 м³/сут;

- обводненность - до 88%;

- вязкость - 78-200 мПа·с;

- плотность - 920-960 кг/м³;

- содержание сульфида железа - 75-1600 мг/дм³,

транспортировали по трубопроводу 1 диаметром 500 мм, с размещенным в нем устройством для разрушения водонефтяной эмульсии, состоящим из трех горизонтальных перегородок - центральной 2 и двух дополнительных 2'. Конечный горизонтальный участок 3' самой верхней перегородки 2' имел длину 1,2 м, а расположенные ниже - 2,0 м и 2,7 м соответственно. Скорость движения водонефтяной эмульсии была 0,3-0,6 м/с. Результаты проведенных исследований приведены в таблице.

Таблица
№ №	Место зондирования	Объемная доля воды, %			Раздел фаз в нефтепроводе (уровень воды), мм
		верхнее сечение потока	среднее сечение потока	нижнее сечение потока
1	До устройства	14,2	40,3	85,0	150
2	После устройства (через 2 м после его конца)	6,5	23,1	100,0 (вода)	180

Как видно из данных таблицы, после предлагаемого устройства объемная доля волы в нефти в верхнем слое потока составила 6,5%, ближе к середине потока - 23,1%. По прототипу объемная доля воды в нефти в верхнем сечении потока составляла 12-24%.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства складывается из сокращения времени, необходимого для предварительного обезвоживания нефти, что ведет к снижению металлозатрат на подготовку 1 т нефти за счет сокращения потребного количества отстойной аппаратуры и к уменьшению объема дополнительного дозирования реагента-деэмульгатора, подаваемого на установке подготовки нефти. В результате применения устройства снижаются металлозатраты - высвобождается на узле предварительного отделения свободной пластовой воды 1-2 отстойных аппарата емкостью 200 м³ каждый, а также экономится реагент-деэмульгатор в расчете 5-10 г/т нефти.