установка промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа

Формула изобретения

Установка промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа, включающая скважины, групповой замерный трап, трапы-сепараторы в виде горизонтальных емкостей, внутри которых установлены устройства для разрушения газо-водо-нефтяной эмульсии, дожимные насосы, сборные емкости, отличающаяся тем, что устройства для разрушения газо-водо-нефтяной эмульсии выполнены в виде фильтрующе-коалесцирующего пакета, перекрывающего рабочее сечение емкости и составленного из композиции материалов пористо-ячеистых металлов и(или) сплавов, и(или) пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии промыслового сбора и подготовки нефти и газа на нефтепромыслах, в частности к технике разделения эмульгированных углеводородных многофазных сред, а именно к установкам промыслового сбора, транспорта и подготовки нефти и газа, и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Нефтедобывающая отрасль промышленности характеризуется большим комплексом крупнотоннажных промышленных стадий мощного производства с крупногабаритным металлоемким оборудованием, с большой протяженностью коммуникаций для транспортирования сырья и продуктов, значительными площадями промплощадок на промежуточных стадиях технологии от добычи, сбора, транспорта, подготовки сырья (газ, нефть) до газопереработки и нефтепереработки непосредственно. Опыт эксплуатации месторождений показал, что неизбежными спутниками в процессе добычи нефти является газ и пластовая вода (с мехпримесями) и общая суть подготовки нефти и газа сводится к глубокому разделению многокомпонентной водогазонефтяной эмульсии на составляющие с дальнейшей подготовкой нефти и газа для переработки на соответствующих заводах.

Отечественные и зарубежные научно-проектные организации работают над обновлением процессов и технологических схем, обеспечивающих высокие качественные показатели нефти и газа, поступающих на переработку. Однако до сих пор, в целом, названное производство продолжает характеризоваться высокой финансовой затратностью, металлоемкостью, крупногабаритностью при сравнительно низкой эффективности оборудования для глубокого разделения многокомпонентной смеси (нефть, газ, пластовая вода, мехпримеси), требующей применения дорогостоящих реагентов и электроэнергии. Продолжается воздействие вредных загрязнений на воздушный бассейн и почвенный покров от коптящих факелов и стоков, содержащих нефтяные и реагентные загрязнения.

Основными нефтедобывающими районами на сегодняшний день являются северные районы с жестким климатом, особенностями рельефа местности и значительной отдаленностью добычных участков от объектов промысловой подготовки и в связи с этими своими особенностями ведения технологического процесса.

В качестве прототипа предлагается к рассмотрению стандартная принципиальная схема технологии промыслового сбора и транспорта нефти и газа института Гипровостокнефть (К.С.Каспарьянц. Промысловая подготовка нефти и газа, Изд-во «Недра», М., 1973 г., с.118).

На фиг.1 (по прототипу) подогретая нефть от скважин (1) через замерный трап (2) поступает в трапы-сепараторы первой ступени сепарации (3). Их назначение - разрушение водогазонефтяной эмульсии с целью частичной сепарации газов. Первая ступень сепарации осуществляется при снижении давления до 7-8 атм, т.е. достаточном для бескомпрессорной подачи отсепарированного газа потребителю или на газобензиновые заводы (ГБЗ), если те и другие близко расположены и газ не сложно транспортировать. Из опыта эксплуатации месторождений эта часть газа используется на добычном участке в качестве энергоресурса (для подогрева нефтяного потока и т.п.) и, как правило, избыточна. Внутренняя конструкция трапов-сеператоров не обеспечивает глубокого отделения нефти от выделяющегося на первой ступени сепарации газа, и сжигание избыточного количества газа на факельных устройствах приводит, помимо расточительности, к загрязнению атмосферы и почвы вокруг факелов продуктами неполного сгорания нефти.

При больших расстояниях от трапов первой ступени сепарации (3) и неблагоприятных условиях по рельефу местности дальнейший транспорт нефти с растворенными в ней оставшимися газами осуществляется дожимными насосами (4) через сборную емкость (5) на вторую ступень сепарации, которая как и третья ступень (при необходимости) проводится уже на централизованных пунктах сбора и подготовки нефти и газа в трапах-сепараторах второй (6) и третьей ступени (7), объем и количество которых мало чем отличается от первой ступени. На второй ступени сепарации в условиях технологии отсепарированная часть газа из трапов (6) поступает в газовую линию, а нефть, содержащая остатки растворенного газа, транспортируется на следующую ступень сепарации в трапы-сепараторы (7). На третьей ступени сепарации из нефти выделяется остаточная часть газа, которая объединяется с газовым потоком второй ступени в общем коллекторе и поступает на газобензиновый завод (ГБЗ). Нефть после трапов сепарации третьей ступени (7) представляет собой водонефтяную эмульсию и поступает в технологические сборные наполнительные емкости с понтонами (8).

Трапы-сепараторы представляют собой горизонтальные емкости, внутри которых установлены устройства для разрушения газоводонефтяной эмульсии. Ввиду их недостаточной эффективности по разрушению эмульсии, эти емкости имеют крупные габариты и их количество на каждой ступени сепарации, в зависимости от характеристики поступающего потока, может достигать до 10 и более.

Для соответствия качества нефти стандарту предприятия нефтепереработки для водонефтяной эмульсии требуется дополнительная стадия подготовки в зависимости от характеристики нефти одним из способов: холодный отстой; теплохимический отстой с использованием тепловой энергии и дорогостоящих реагентов (деэмульгаторов); электрообезвоживание и обессоливание с применением громоздкого, дорогостоящего оборудования и электроэнергии, требующих особой тщательности при ведении технологического режима для достижения требуемых показателей. Любая из этих стадий является в значительной степени финансово и трудозатратным производством, требующим оснащения также крупногабаритным отстойным и другим оборудованием, размещаемым на значительной площади промплощадки.

По достижении требуемых показателей качества нефть транспортируется уже на нефтеперерабатывающие заводы.

Устранение перечисленных недостатков достигается тем, что в предлагаемой установке промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа, включающей скважины, групповой замерный трап, трапы-сепараторы в виде горизонтальных емкостей, внутри которых установлены устройства для разрушения газоводонефтяной эмульсии, выполненные в виде фильтрующе-коалесцирующего пакета, перекрывающего рабочее сечение аппарата и составленного из композиции материалов пористо-ячеистых металлов и(или) сплавов, и(или) пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой, дожимные насосы, сборные емкости.

Предлагаемая установка позволяет очень громоздкую технологическую схему промыслового сбора и транспорта нефти и газа (по прототипу) преобразовать в компактную высокоэффективную схему промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа, исключающую малоэффективные крупногабаритные трапы-сепараторы с заменой их на универсальные, оснащенные высокопроизводительными фильтрующе-коалесцирующими устройствами (ФКУ), позволяющими глубоко разрушать водогазонефтяную эмульсию с получением газового потока, не содержащего капельной нефти, и нефтяного потока, практически не содержащего пластовой воды.

Количество единиц трапов-сепараторов сократилось до такого количества, что теперь вся установка может разместиться на промплощадке ДНС (дожимной насосной станции).

Такую новационную реконструкцию позволяет осуществить возможность применения в ФКУ пористо-ячеистых металлических и полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой с оптимальными свойствами поверхности для рабочей среды.

Трап-сепаратор с ФКУ представляет собой емкость, размер которой также как и ФКУ может быть рассчитан на любую производительность. Высокая эффективность разделения газа, нефти и воды достигается за счет высокоразвитой рабочей поверхности контакта среды с фиксированной пористо-ячеистой структурой используемых материалов, имеющих 92-95% свободного объема. Высокая производительность трапа-сепаратора обусловлена очень низким сопротивлением фильтрующе-коалесцирующего пакета в пределах 50 мм водяного столба. Фильтрующая наружная поверхность пористо-ячеистых материалов способна задерживать включения водной фазы, в которой обычно накапливаются мехпримеси, и глубинные слои материалов композиции фильтра остаются свободными от мехпримесей, не требуют регенерации. При необходимости регенерации фильтрующий пакет легко промывается обратным ходом потока среды, выбранного для промывки.

На фиг.2 в общем виде представлена принципиальная технологическая схема предлагаемой установки промыслового сбора, транспорта и первичной подготовки нефти и газа.

Установка содержит скважины (1), групповой замерный трап с подогревом (2), трап-сепаратор первой ступени с ФКУ (3), трап-сепаратор второй ступени с ФКУ (4), сборные емкости для нефти с понтонами (5), дожимные насосы (6), трап-сепаратор третьей ступени с ФКУ (7).

Установка работает следующим образом. От скважин (1) нагретая нефть, представляющая собой водонефтяную эмульсию, насыщенную углеводородными газами, через групповой замерный трап (2) поступает в трап-сепаратор первой ступени (3), представляющий собой емкость, оснащенную фильтрующе-коалесцирующим устройством (ФКУ). Размеры аппарата и ФКУ рассчитываются исходя из производительности газоводонефтяного потока. В трапе-сепараторе первой ступени при снижении исходного давления на рабочей высокоразвитой поверхности пористо-ячеистых фильтрующе-коалесцирующих материалов в ФКУ происходит частичная сепарация газа и частичное разрушение водонефтяной эмульсии. Выделившийся газ, который может содержать капельную нефть, поступает далее в верхнюю часть трапа-сепаратора второй ступени (4), а водонефтяной поток поступает в нижнюю часть трапа-сепаратора (4), где происходит сепарация остаточной части газа при понижении давления до технологических норм. Двигаясь через пористо-ячеистую структуру коалесцирующих материалов (ФКУ), газовый поток освобождается полностью от капельной нефти и поступает в газовую линию продукта, по показателям качества готового для переработки на заводах и для использования другими потребителями (в качестве энергоносителя, на газлифт и т.п.). Водонефтяной поток эмульсии, проходя через слои пористо-ячеистых материалов ФКУ (4), подвергается более глубокому разрушению и выводится в сборную емкость нефти с понтонами (5). В сборной емкости (5) более крупные глобулы и линзы пластовой воды оседают на дно и при накоплении в нижней части емкости (5) выводятся в автоматическом режиме, а водонефтяная эмульсия дожимным насосом (6) подается в трап-сепаратор третьей ступени (7). Пройдя пористо-ячеистый слой ФКУ трапа-сепаратора (7), водонефтяная эмульсия подвергается глубокому разрушению и полному расслоению нефтяной и водной фаз.

Низкое остаточное содержание пластовой воды в нефти приводит к значительному снижению содержания солей, и при необходимости дальнейшей подготовки нефти до норм по содержанию на центральном сборном пункте (ЦСП) затратный механизм может быть уже значительно снижен как по реагентам, так и по объемам оборудования. В общей сложности, как показала практика, предлагаемая схема позволяет удалять из нефти влагу в широком диапазоне - от 10 до 85% объемных; в оптимальном технологическом режиме обезвоживания - до следовых концентраций.

Технический результат состоит в том, что предлагаемая установка позволяет повысить эффективность глубокого разделения газоводонефтяной эмульсии на потоки:

- газа, не содержащего капельной нефти, по показателям качества готового к переработке на заводах; газ в случае производственной необходимости сжигания избытка его на факеле не коптит и не загрязняет почвенный покров и воздушный бассейн продуктами неполного сгорания нефти;

- нефти, глубоко обезвоженной и частично обессоленной;

- пластовой воды, не содержащей нефтяных включений, готовой при необходимости для закачки ее в нефтяной пласт, а при хранении в накопительных амбарах исключает загрязнение почв нефтяными примесями.

Замена малоэффективных крупногабаритных трапов-сепараторов на высокоэффективные, оснащенные фильтрующе-коалесцирующими устройствами, резко сократила объемы и количество металлоемкого технологического оборудования, включающего отстойную и другую аппаратуру. Установка выглядит очень компактной и может быть размещена на промплощадке ДНС (дожимных насосных станций).

Нет необходимости содержания и эксплуатации больших реагентных хозяйств и значительного парка громоздкого и энергозатратного электрооборудования для подготовки нефти (ее глубокого обезвоживания и обессоливания). Соответственно резко сократится стоимость предлагаемой схемы.

В случае уменьшения дебета скважины перемещение оборудования предлагаемой схемы на другие перспективные добычные участки будет экономически приемлемым и более выгодным по сравнению с реконструкцией по схеме-прототипу.

Для подтверждения технико-экономического преимущества предлагаемой схемы приводятся результаты опытно-промышленных испытаний в условиях реального производства на технологических установках ДНС-1 Северо-Губкинского месторождения Пуровского района Тюменской области в технологии отделения капельной нефти от попутного газа и технологии обезвоживания нефти.

Результаты, представленные в Акте промышленного испытания на установке ДНС-1 Северо-Губкинского месторождения по улавливанию капельной жидкости из попутного газа, показали, что в ходе трехмесячной обкатки трап-сепаратора, оснащенного ФКУ, по выбору оптимального режима отделения нефти от газа выявлен стабильный режим для улавливания из газа через каждые 6 часов по 10 м³ нефти (таким образом, экономия сжигаемой нефти составит, как минимум 40 м ³/сут - 32 т/сут). При стоимости ее ориентировочно 7000 руб./т предотвращено сжигание на факеле: 7000 руб.×32×365=81760000 руб./год.

Результаты, представленные в Акте промышленного испытания на установке ДНС-1 Северо-Губкинского месторождения по обезвоживанию нефти, показали, что в оптимальном режиме фильтрации водонефтяной эмульсии через фильтрующе-коалесцирующее устройство в пределах скоростей фильтрации от 0,0014 до 0,0043 м/сек (таблица 1) достигнуто глубокое обезвоживание нефти.

Высокий результат глубокого обезвоживания нефти достигнут без использования дорогостоящей реагентной подготовки нефти по технологии прототипа.

Таблица 1 Режим № 1 Фильтр включен в параллель основной линии с ориентировочной производительностью 30% потока. Сброс воды 2-3 раза в сутки в ручном режиме. Пробы точечные.
№	Дата	Объем жидкости, проходящей через фильтр (м3/сут)	Скорость потока на фильтре (м/сек)	Объем сброшенной воды (м3/сек)	Р на входе (ат)	Р на выходе (ат)	Т на выходе печей (°С)	Т на входе в КСУ (°С)	Т на аппарате (°С)	Содержание воды на входе и выходе аппарата (%)
вход	выход
1	19.09.96 г.	340	0,0012	8	2,2	2,2	45	9	27	6,9	сл
2	20.09.96 г.	315	0,0011	8	2,2	2,2	48	17	32,5	9,0	0,65
3	21.09.96 г.	380	0,0014	5	2,2	2,2	51	11	31	31,3	0,28
4	22.09.96 г.	310	0,0011	4	2,2	2,2	55	12	33,5	2,29	0,17
5	23.09.96 г.	320	0,0012	5	2,2	2,2	57	10	33,5	1,5	0,18
6	24.09.96 г.	310	0,0011	5	2,2	2,2	52	13	32,5	4,20	0,58
Режим № 2 На фильтр направлен полный поток жидкости, приходящей на ДНС-1. Сброс воды 2-3 раза в сутки в ручном режиме.
№	Дата	Объем жидкости, проходящей через фильтр (м3/сут)	Скорость потока на фильтре (м/сек)	Объем сброшенной воды (м3/сек)	Р на входе (ат)	Р на выходе (ат)	Т на выходе печей (°С)	Т на входе в КСУ (°С)	Т на аппарате (°С)	Содержание воды на входе и выходе аппарата (%)
вход	выход
1	27.09.96 г.	1094	0,0039	7	2,6	2,6	30	10	20	2,85	сл
2	28.09.96 г.	1186	0,0043	5	2,6	2,6	25	9	17	1,50	сл
3	29.09.96 г.	1083	0,0039	3	2,6	2,6	50	9	29,5	3,29	1,16
	29.09.96 г.	1083	0,0039	3	2,6	2,6	50	9	29,5	4,20	0,43
	29.09.96 г.	1083	0,0039	3	2,6	2,6	50	9	29,5	3,06	сл