Промысловая подготовка нефти

Из нефтяных скважин в общем случае извлекается сложная смесь, состоящая из нефти, попутного нефтяного газа, воды и механических примесей (песка, окалины и пр.). В таком виде транспортировать про­дукцию нефтяных скважин по магистральным нефтепроводам нель­зя. Во-первых, вода — это балласт, перекачка которого не приносит прибыли. Во-вторых, при совместном течении нефти, газа и воды име­ют место значительно большие потери давления на преодоление сил трения, чем при перекачке одной нефти. Кроме того, велико сопро­тивление, создаваемое газовыми шапками, защемленными в верши­нах профиля и скоплений воды в пониженных точках трассы. В-третьих, минерализованная пластовая вода вызывает ускоренную коррозию трубопроводов и резервуаров, а частицы механических примесей — абразивный износ оборудования.

Целью промысловой подготовки нефти является ее дегазация, обез­воживание, обессоливание и стабилизация.

Дегазация нефтиосуществляется с целью отделения газа от неф­ти. Аппарат, в котором это происходит, называется сепаратором,а сам процесс разделения — сепарацией.

Процесс сепарации осуществляется в несколько этапов (ступеней). Чем больше ступеней сепарации, тем больше выход дегазированной нефти из одного и того же количества пластовой жидкости. Однако при этом увеличиваются капиталовложения в сепараторы. В связи с вышесказанным число ступеней сепарации ограничивают двумя-тремя.

Сепараторы бывают вертикальные, горизонтальные и гидроцик­лонные.

Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 105

Вертикальный сепаратор представляет собой вертикально установ­ленный цилиндрический корпус с полусферическими днищами, снаб­женный патрубками для ввода газожидкостной смеси и вывода жид­кой и газовой фаз, предохранительной и регулирующей арматурой, а также специальными устройствами, обеспечивающими разделение жидкости и газа.

Вертикальный сепаратор работает следующим образом (рис. 2.3.17).

Газонефтяная смесь под давлением поступает в сепаратор по пат­рубку (1) в раздаточный коллектор со щелевым выходом (2). Регулято­ром давления (3) в сепараторе поддерживается определенное давле­ние, которое меньше начального давления газожидкостной смеси. За счет уменьшения давления из смеси в сепараторе выделяется раство­ренный газ. Поскольку этот процесс не является мгновенным, время пребывания смеси в сепараторе стремятся увеличить за счет установ­ки наклонных полок (6), по которым она стекает в нижнюю часть аппарата. Выделяющийся газ поднимается вверх. Здесь он проходит через жалюзийный каплеуловитель (4), служащий для отделения ка­пель нефти, и далее направляется в газопровод. Уловленная нефть по дренажной трубе (12) стекает вниз.

Контроль за уровнем нефти в нижней части сепаратора осуществля­ется с помощью регулятора уровня (8) и уровнемерного стекла (11). Шлам (песок, окалина и т. п.) из аппарата удаляется по трубопроводу (9).

Достоинствами вертикальных сепараторов являются относитель­ная простота регулирования уровня жидкости, а также очистки от от­ложений парафина и механических примесей. Они занимают отно­сительно небольшую площадь, что особенно важно в условиях мор­ских промыслов, где промысловое оборудование монтируется на платформах или эстакадах. Однако вертикальные сепараторы имеют и существенные недостатки: меньшую производительность по срав­нению с горизонтальными при одном и том же диаметре аппарата; меньшую эффективность сепарации.

Горизонтальный газонефтяной сепаратор конструкции ЦКБН (рис. 2.3.18) состоит из технологической емкости (1), внутри которой расположены две наклонные полки (2), пеногаситель (3), влагоотде-литель (5) и устройство для предотвращения образования воронки при дренаже нефти (7). Технологическая емкость снабжена патрубком (10) для ввода газонефтяной смеси, штуцерами выхода газа (4) и нефти (6) и люк-лазом (8). Наклонные полки выполнены в виде желобов с от-оортовкой не менее 150 мм. В месте ввода газонефтяной смеси в сепа-Ратор смонтировано распределительное устройство (9).

106

Часть I. Основы нефтегазового дела

Рис. 2.3.17.Вертикальный сепаратор: 1 — патрубок ввода ■
газожидкостной смеси; 2 — раздаточный коллектор со щелевым
выходом; 3 — регулятор давления «до себя» на линии отвода газа;
4 — жалюзийный каплеуловитель; 5 — предохранительный клапан;
6 — наклонные полки; 7 — поплавок; 8 — регулятор уровня на линии
отвода нефти; 9 — линия сброса шлама; 10 — перегородки; 11 —
уровнемерное стекло; 12 — дренажная труба

Сепаратор работает следующим образом. Газонефтяная смесь че­рез патрубок (10) и распределительное устройство (9) поступает на полки (2) и по ним стекает в нижнюю часть технологической емко­сти. Стекая по наклонным полкам, нефть освобождается от пузырь­ков газа. Выделившийся из нефти газ проходит пеногаситель (3), где

Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 107

разрушается пена, и влагоотделитель (5), где очищается от капель неф­ти, и через штуцер выхода газа (4) отводится из аппарата. Дегазирован­ная нефть накапливается в нижней части технологической емкости и отводится из аппарата через штуцер (6).

Рис. 2.3.18.Горизонтальный газонефтяной сепаратор конструкции ЦКБН: 1 — технологическая емкость; 2 — наклонные желоба; 3 — пеногасшпель; 4 — выход газа; 5 — влагоотделитель; 6 — выход нефти; 7 — устройство для предотвращения образования воронки; 8 — люк-лаз; 9 — распределительное устройство; 10 — ввод продукции

Для повышения эффективности процесса сепарации в горизонталь­ных сепараторах используют гидроциклонные устройства. Го­ризонтальный газонефтяной сепаратор гидроциклонного типа (рис. 2.3.19) состоит из технологической емкости (1) и нескольких одно-точных гидроциклонов (2). Конструктивно одноточный циклон пред­ставляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с тангенциальным вводом газонефтяной смеси, внутри которого расположены направ­ляющий патрубок (3) и секция перетока (4). В одноточном гидроци­клоне смесь совершает одновременно вращательное движение вокруг направляющего патрубка и нисходящее движение, образуя нисходя­щий вихрь. Нефть под действием центробежной силы прижимается к стенке циклона, а выделившийся и очищенный от капель жидкости газ движется в его центре. В секции перетока нефть и газ меняют на­правление движения с вертикального на горизонтальное и поступа-ют раздельно в технологическую емкость. Далее газовый поток прохо-дит каплеотбойник (5), распределительные решетки (6) и выходит из

108

Часть I. Основы нефтегазового дела

сепаратора. Нефть по наклонным полкам (7) стекает в нижнюю часть емкости. Ее уровень поддерживается с помощью регулятора (8).

Рис. 2.3.19.Горизонтальный газонефтяной сепаратор гидро­циклонного типа: 1 — емкость; 2 — однотонный гидроциклон; 3 — направляющий патрубок; 4 — секция перетока; 5 — каплеотбой-ник; 6 — распределительные решетки; 7 — наклонные полки; 8 — регулятор уровня

Обезвоживаниемназывается процесс отделения воды от нефти. При извлечении из пласта, движении по насосно-компрессорным трубам в стволе скважины, а также по промысловым трубопроводам смеси нефти и воды образуется водонефтяная эмульсия — механическая смесь нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии жидкостей.

В эмульсиях принято различать дисперсионную (внешнюю, сплош­ную) среду и дисперсную (внутреннюю, разобщенную) фазу. По ха­рактеру дисперсионной среды и дисперсной фазы различают два типа

Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 109

эмульсий: «нефть в воде» и «вода в нефти». Тип образующейся эмуль­сии, в основном, зависит от соотношения объемов фаз, а также от тем­пературы, поверхностного натяжения на границе «нефть-вода» и др.

Одной из важнейших характеристик эмульсий является диаметр ка­пель дисперсной фазы, так как от него зависит скорость их осаждения.

Для разрушения эмульсий применяются следующие методы:

• гравитационное холодное разделение;

• внутритрубная деэмульсация;

• термическое воздействие;

• термохимическое воздействие;

• электрическое воздействие;

• фильтрация;

• разделение в поле центробежных сил.

Гравитационное холодное разделение применяется при высоком содержании воды в пластовой жидкости. Отстаивание производится в отстойниках периодического и непрерывного действия.

В качестве отстойников периодического действия обычно исполь­зуются сырьевые резервуары, аналогичные резервуарам для хране­ния нефти. После заполнения таких резервуаров сырой нефтью вода осаждается в их нижнюю часть.

В отстойниках непрерывного действия отделение воды осуществ­ляется при непрерывном прохождении обрабатываемой смеси через отстойник. Длина отстойника определяется из условия, что от нефти должны отделиться капли заданного размера.

Сущность метода внутритрубной деэмульсации заключается в том, что в смесь нефти и воды добавляется специальное вещество — де-эмульгатор в количестве 15...20 г на тонну эмульсии. Деэмульгатор разрушает бронирующую оболочку на поверхности капель воды и обеспечивает тем самым условия для их слияния при столкновениях. В последующем эти укрупнившиеся капельки относительно легко от­деляются в отстойниках за счет разности плотностей фаз.

Термическое воздействие заключается в том, что нефть, подвергае­мую обезвоживанию, перед отстаиванием нагревают. При нагрева­нии, с одной стороны, уменьшается прочность бронирующих оболо­чек на поверхности капель, а значит, облегчается их слияние, с дру­гой стороны, уменьшается вязкость нефти, в которой оседают капли, а это увеличивает скорость разделения эмульсии.

Нагревают эмульсию в резервуарах, теплообменниках и трубчатых печахдотемпературы 45...80 "С.

Термохимический метод заключается в сочетании термического воз­действия и внутритрубной деэмульсации.

ПО Часть I. Основы нефтегазового дела

Электрическое воздействие на эмульсии производится в аппаратах, которые называются электродегидраторами. Под действием электриче­ского поля на противоположных концах капель воды появляются разно­именные электрические заряды. В результате капельки притягиваются друг к другу и сливаются. Затем они оседают на дно емкости.

Фильтрация применяется для разрушения нестойких эмульсий. В качестве материала фильтров используются вещества, не смачивае­мые водой, но смачиваемые нефтью. Поэтому нефть проникает через фильтр, а вода нет.

Разделение эмульсий в поле центробежных сил производится в цент­рифугах, которые представляют собой вращающийся с большим чис­лом оборотов ротор. Эмульсия подается в ротор по полому валу. Здесь она под действием сил инерции разделяется, так как капли воды и нефти имеют различные плотности.

При обезвоживании содержание воды в нефти доводится до 1...2%.

Обессоливание нефтиосуществляется смешением обезвоженной нефти с пресной водой, после чего полученную искусственную эмуль­сию вновь обезвоживают. Такая последовательность технологических операций объясняется тем, что даже в обезвоженной нефти остается некоторое количество воды, в которой и растворены соли. При сме­шении с пресной водой соли распределяются по всему ее объему и, следовательно, их средняя концентрация в воде уменьшается.

При обессоливании содержание солей в нефти доводится до вели­чины менее 0,1%.

Под процессом стабилизации нефтипонимается отделение от нее легких (пропан-бутанов и частично бензиновых) фракций с целью уменьшения потерь нефти при ее дальнейшей транспортировке.

Стабилизация нефти осуществляется методом горячей сепарации или методом ректификации. При горячей сепарации нефть сначала нагрева­ют до температуры 40...80 °С, а затем подают в сепаратор. Выделяющие­ся при этом легкие углеводороды отсасываются компрессором и направ­ляются в холодильную установку. Здесь тяжелые углеводороды конден­сируются, а легкие собираются и закачиваются в газопровод.

При ректификации нефть подвергается нагреву в специальной ста­билизационной колонне под давлением и при повышенных темпера­турах (до 240 °С). Отделенные в стабилизационной колонне легкие фракции конденсируют и перекачивают на газофракционирующие установки или на ГПЗ для дальнейшей переработки.

К степени стабилизации товарной нефти предъявляются жесткие требования: давление упругости ее паров при 38 °С не должно превы­шать 0,066 МПа (500 мм рт. ст.).

Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 111

2.3.5. Установка комплексной подготовки нефти

Процессы обезвоживания, обессоливания и стабилизации нефти осуществляются на установках комплексной подготовки нефти (УКПН).

Принципиальная схема УКПН с ректификацией приведена на рис. 2.3.20.

Рис.2.3.20. Принципиальная схема установки комплексной подготовки нефти: 1, 9,11, 12 — насосы; 2,5 — теплообменники; 3 — отстойник; 4 — электродегидратор; 6 — стабилизационная колонна; 7 — ; конденсатор-холодильник; 8 — емкость орошения; 10 — лечь; / — холодная «сырая» нефть; II — подогретая «сырая» нефть; III — дренажная вода; IV— частично обезвоженная нефть; V— пресная вода; VI — обезвоженная и обессоленная нефть; VII — пары легких углеводородов; VIII — несконденсировавшиеся пары; IX — широкая фракция (сконденсировавшиеся пары); X — стабильная нефть

Работает УКПН следующим образом. Холодная «сырая» нефть из резервуаров ЦПС насосом (1) через теплообменник (2) подается в от­стойник непрерывного действия (3). Здесь большая часть минерали­зованной воды оседает на дно аппарата и отводится для дальнейшей подготовки с целью закачки в пласт (III). Далее в поток вводится прес­ная вода (V), чтобы уменьшить концентрацию солей в оставшейся минерализованной воде. В электродегидраторе (4) производится окон­чательное отделение воды от нефти и обезвоженная нефть через теп­лообменник (5) поступает в стабилизационную колонну (6). За счет прокачки нефти из низа колонны через печь (10) насосом (11) ее тем­пература доводится до 240 "С. При этом легкие фракции нефти испа­ряются, поднимаются в верхнюю часть колонны и далее поступают в конденсатор-холодильник (7). Здесь пропан-бутановые и пентано-вые фракции в основном конденсируются, образуя так называемую широкую фракцию, а несконденсировавшиеся компоненты отводят-

112

Часть I. Основы нефтегазового дела

ся для использования в качестве топлива. Широкая фракция откачи­вается насосом (9) на фракционирование, а частично используется для орошения в колонне (6). Стабильная нефть из низа колонны насо­сом (12) откачивается в товарные резервуары. На этом пути горячая стабильная нефть отдает часть своего тепла сырой нефти в теплооб­менниках (2,5).

Таким образом, можно увидеть, что в УКПН производятся обезво­живание, обессоливание и стабилизация нефти. Причем для обезво­живания используются одновременно подогрев, отстаивание и элект­рическое воздействие, т. е. сочетание сразу нескольких методов.