Способ транспортирования водогазонефтяной смеси

 

Сущность изобретения: смесь подают с пункта сбора по трубопроводу через блок очистки от мехпримесей на прием двухвинтового насоса и с его выхода - в транспортную магистраль. С выхода насоса смесь разделяют на жидкую и газовую фазы с помощью аппарата-разделителя. Затем газовую фазу и часть жидкой направляют в транспортную магистраль. Другую часть жидкой фазы в объеме, определяемом согласно заданной зависимости, возвращают с помощью байпасного трубопровода с регулировочной задвижкой на прием насоса, поддерживая общее газосодержание на прием ниже предела срывания. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к способам транспортирования водогазонефтяных смесей и установкам для их осуществления.

Известен способ магистрального транспорта газонасыщенной нефти или газового конденсата со ступенчатой стабилизацией путем дросселирования до давления в пределах упругости паров конденсата, при котором отделившийся газ используют на месте стабилизации, а часто просто сжигают [1]. Способ применим для перекачки только очень высоких расходов газоконденсата, неэкономичен и экологически опасен.

Известны способ и установка для совместного транспорта нефтесодержащей жидкости и газа с применением центробежного насоса [2].

Однако этот способ может быть использован лишь в системах сбора и транспорта продукции нефтяных скважин с малым газовым фактором.

Известен способ транспортирования водогазонефтяных смесей в системах сбора и подготовки нефтяных месторождений, включающий подачу смеси с пункта сбора по трубопроводу через очищающий от механических примесей фильтр на прием двухвинтового насоса и с его выхода - в транспортную магистраль [3].

Этот способ недостаточно эффективен и надежен, так как позволяет перекачивать только строго определенный объем газожидкостной смеси (ГЖС) в единицу времени, равную производительности насоса, а также смеси с содержанием газовой фазы не более 60%. При снижении объемов (расходов) перекачиваемой смеси, а также при повышении в смеси газосодержания насос и установка в целом выходят из строя и способ транспортирования оказывается неэффективным.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности транспортирования водогазонефтяной смеси при изменении ее расходов, а также объемного соотношения фаз.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе транспортирования водогазонефтяную смесь с выкида насоса подают в аппарат-разделитель, откуда газовую фазу и часть жидкой фазы направляют в транспортную магистраль, а другую часть жидкой фазы, определяемую согласно найденной зависимости с эмпирическим коэффициентом, возвращают на прием насоса, поддерживая общее газосодержание на приеме ниже предельного срывного. Установка для транспортирования водогазонефтяных смесей содержит дополнительно аппарат-разделитель, установленный за выкидной линией двухвинтового насоса, оснащенный газовым и жидкостным трубопроводами, направляемыми в транспортную магистраль, и байпасным трубопроводом с регулировочной задвижкой для подачи части жидкой фазы на прием винтового насоса.

Байпасирование жидкой фазы на прием насоса с узла разделения ГЖС обеспечивает поддержание общего газосодержания на приеме двухвинтового насоса ниже предельно срывного вне зависимости от изменения расхода ГЖС и газосодержания.

Предлагаемая система способа к саморегулированию: при изменении давления (расходов и газосодержания ГЖС) на приеме насоса происходит изменение объема байпасируемой жидкости, обеспечивающее оптимальное газосодержание на приеме насоса и соответственно надежность и эффективность процесса транспортирования.

Предварительно производят настройку пропускной способности байпасной линии, исходя из условия, что объем подаваемой на прием насоса смеси не должен превышать его производительности 180 м³/ч Q_б + Q_ж.ф. + Q_газа = 180, (1), где Q_б - объем байпасируемой жидкости, м³/ч; Q_ж.ф. - объем жидкой фазы смеси, м³/ч.

Используя соотношение Q_газа= Q_нефтиK^г_v = Q K^г_v, (2) где W - обводненность смеси, % , а также эмпирическую зависимость коэффициента объемного газосодержания смеси от давления на входе в насос Р_вх, МПа, K^г_v = , (3) получают формулу для вычисления объема байпасируемой жидкости в зависимости от давления на входе в насос, обводненности и объема перекачиваемой жидкости Q_б=180-Q1+ . (4) Настроив пропускную способность байпасной линии по расчетной величине Q_б (4), осуществляют следующую последовательность операций: подача и очистка (ГЖС) от мехпримесей в гравитационном отстойнике, подача смеси на прием насоса, подача смеси с выкида насоса в аппарат-разделитель, где происходит разделение ГЖС на газовую и жидкую фазы и откуда газовая и часть жидкой фазы направляются в транспортную магистраль, а другая часть жидкой фазы по байпасной линии с регулировочной задвижкой направляется на прием насоса, поддерживая общее газосодержание на приеме ниже предельного срывного вне зависимости от изменения расхода и газосодержания ГЖС за счет саморегулирования предлагаемой системы транспортирования ГЖС.

На чертеже показана схема осуществления способа транспортирования водогазонефтяной смеси.

По коллекторам системы сбора через групповые замерные установки (ГЗУ) по общему сборному коллектору ГЖС поступает на установку, которая содержит гравитационный отстойник 1, снабженный выкидным коллектором 2 и коллектором 3 отвода шлама в аппарат-накопитель 4, снабженный факельной линией 5, двухвинтовой насос 6, оборудованный напорным коллектором 7 и всасывающим коллектором (выкидной коллектор 2 гравитационного отстойника 1), газожидкостной аппарат-разделитель 8, оборудованный М-образными перегородками 9, вертикальной полуперегородкой 10, нижним 11 и верхним 12 регуляторами уровня, линией 13 отвода газа с замерным устройством 14 и регулятором 15 расхода, напорным коллектором 16 с замерным устройством 17 и регулятором 18 расхода жидкости, а также байпасной линией 19 с замерным устройством 20 и регулирующей задвижкой 21.

Гравитационный отстойник 1 представляет собой гравитационный сепаратор, в котором поступающая ГЖС под действием разности плотностей фаз и силы тяжести освобождается от мехпримесей и включений пластовой породы, изготавливается из трубы диаметром 400-1200 мм длиной 8-12 м, размеры определяются общим расходом газожидкостной смеси. Отстойник оборудован штуцерами ввода продукции скважин и вывода очищенной жидкости.

Насос винтовой марки 2ВВ-180/25 с электродвигателем ВАО-2-315М4 выполнен во взрывозащищенном исполнении.

Газожидкостной аппарат-разделитель 8 предназначен для разделения продукции скважин на жидкую и газовую фазы. Продукция скважин через нагнетательный трубопровод поступает в газожидкостной сепаратор, в котором происходит резкое падение скорости потока и разделение фаз. Сепаратор объемом 50-200 м³, оборудован объемным распределительным устройством в виде М-образных перегородок 9, состоящих из вертикальных пластин, стыкующихся друг с другом по ходу движения потока. Перегородка монтируется из пакетов пластин и образует зигзагообразные каналы на пути движения жидкости, при прохождении через которые за счет гидравлического сопротивления выравнивается скорость смеси, а объем отделения газа увеличивается за счет образования новой контактной поверхности. Уровень жидкости контролируется регуляторами уровня 11 и 12.

Аппарат-накопитель 4 предназначен для сбора и накопления шлама, а также утечек жидкости по трубопроводу 22 через торцовые уплотнения рабочего насоса и приема жидкости в случае аварийного выброса из газожидкостного сепаратора по трубопроводу 23. Аппарат обеспечивает экологичность процесса.

Установка работает следующим образом.

Продукция скважин по трубопроводам через ГЗУ и с общего сборного коллектора поступает в гравитационный отстойник 1, в котором происходит отделение мехпримесей. Очищенная от мехпримесей газожидкостная смесь поступает на прием насоса, входная и выкидная линия которого оборудованы манометрами, а опоры подшипников снабжены датчиками температуры. В корпусе насоса, в местах утечки торцовых уплотнений, врезаны штуцеры для сбора утечек по трубопроводу 22 в аппарат-накопитель 4. С выкидной линии насоса 6 газожидкостная смесь поступает в газожидкостной сепаратор, где проходит через М-образные перегородки 9 и где идет интенсивное отделение газовой фазы. На выходе из газожидкостного сепаратора жидкая фаза разделяется на два потока: основной (напорный коллектор 16) и байпасный (трубопровод байпасной линии 19). Основной поток жидкости через систему учета и контроля поступает в выкидной коллектор 24, а часть жидкости по байпасной линии 19 - на прием насоса. Газовая фаза через систему задвижек и регулятор 15 расхода переходит в выкидной коллектор 24. При превышении давления выше нормы, установленной технологическим режимом на аппарат, срабатывает клапан аварийного сброса, и по трубопроводу 23 газ стравливается в аппарат-накопитель и далее на свечу по факельной линии 5. Максимальный и минимальный уровни жидкой фазы в газожидкостном сепараторе контролируются первичным преобразователем датчика-реле уровня нижнего и верхнего.

Саморегулирование предлагаемой системы транспортирования водогазонефтяной смеси обусловлено тем, что при снижении давления на входе в насос увеличивается фактический объем свободного газа в трубопроводе, нарушая оптимальное соотношение между газовой и жидкой фазами, но при этом увеличивается перепад давления между аппаратом-разделителем 8 и ведущим на прием насоса коллектором 2, что ведет к увеличению скорости перетока жидкости по байпасной линии, а значит, и объемов байпасируемой жидкости. В результате газовая и жидкая фазы возвращаются к оптимальному соотношению. Аналогично система реагирует и на повышение давления на входе в насос. Таким образом обеспечивается надежность и эффективность способа.

П р и м е р. Перекачивается ГЖС Киняминского месторождения НГДУ "Майскнефть".

Параметры перекачиваемой среды: Объем нефти, м³/ч 13,05 Объем воды, м³/ч 1,54 Обводненность, % 10,6 Газовый фактор, м³/м³ 69,8 Давление на входе, МПа 1,0 Температура перекачки, К 293 Плотность нефти, кг/м³ 872 Используя приведенные данные, определяют объем байпасируемой жидкости подстановкой их в формулу (4) Q_б= 180-14,59(1+ = 74,6 м³/ч.

При этом перекачивается следующее количество газа (3) Q₁= Q_н = 13,05 = 90,8 м³/ч - в условиях трубопровода или 908 м³/ч в нормальных условиях.

Таким образом, суммарный объем смеси на входе в насос соответствует производительности насоса, т.е. 180 м³/ч:
Q_б + Q_г + Q_н + Q_в = 74,6 + 90,8 +
+ 13,05 + 1,54 = 179,99 м³/ч.

Исходя из зависимости
Q_б= S (5) где S_рег - площадь проходного отверстия регулировочной задвижки, м²;
Р₁ и Р₂ - давление в газожидкостном аппарате-разделителе и на приемном патрубке насоса соответственно, Па;
- плотность жидкости, кг/м³; рассчитывают площадь проходного отверстия регулировочной задвижки при перепаде давлений
P₁- P₂ = 2,5 - 1,0 МПа,
S_o= =0,000353 м²
Соответственно максимальный переток по байпасной линии при максимальном перепаде давлений в 2,5 МПа при данной настройке составит
Q= 0,000353 = 0,0267 м³/c = 96 м³/ч .

Таким образом, система, настроенная на перекачку ГЖС Киняминского месторождения, остается эффективной и надежной при перепаде давлений от 0 до 2,5 МПа за счет саморегулирования расходов по байпасной линии от 0 до 96 м³/ч. При необходимости байпасирования больших объемов, например, до 180 м³/ч потребуется перенастройка регулировочной задвижки на проходное сечение
S_o= = 0,000852 м².

Предлагаемые способ и установка эффективны для перекачки ГЖС с расходами от 0 до 180 м³/ч (для перекачки больших расходов увеличивают число насосных агрегатов), причем возможна перекачка одного газа.

Падение расхода ГЖС до минимума вплоть до 0 м³/ч, может быть в двух случаях.

1. Насос отключен от приемного трубопровода (перекрыта задвижка либо дебит скважин резко снизился или даже равен нулю, т.е. скважины остановлены). В этом случае расход попутного газа тоже равен нулю, а насос работает по замкнутому циклу практически "сам на себя". При этом расход по байпасной линии равен или близок к производительности насоса, т.е. 180 м³/ч.

Жидкость циркулирует по цепочке: приемный патрубок - насос - напорный (нагнетательный) патрубок - сепаратор - байпасная линия - приемный патрубок насоса.

Поступление к приемному патрубку 180 м³/ч жидкости по байпасной линии обеспечивается возрастающим перепадом давлений между сепаратором и приемным патрубком насоса и увеличением скорости потока жидкости по байпасной линии.

2. Падение расхода жидкости до 0 м³/ч сопровождается поступлением газа с произвольным расходом. В этом случае жидкость для обеспечения смазки и охлаждения торцовых уплотнений насоса поступает по байпасной линии в количествах, определенных предварительной настройкой регулировочной задвижки.

В связи с ограниченной производительностью насоса по смеси 180 м³/ч расход газа в условиях трубопровода через приемный патрубок насоса равен
Q_г = 180 - Q_б.

В рассматриваемом примере по Киняминскому месторождению расход газа в трубопроводе Q_г = 180 - 74,6 = 105,4 м³/ч - при давлении на входе в насос 1,0 МПа или 1054 м³/ч газа в нормальных условиях (Р_вх = 0,1 МПа, Т = 293 К).

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными по прототипу способом и установкой определяются возможностью перекачки ГЖС с изменяющимся практически от 0 до производительности насоса расходом и газосодержанием до 100%. Эффективность и надежность предлагаемых способа и установки снижают риск экологического загрязнения окружающей среды и обеспечивают экономичность транспортировки водогазонефтяных смесей.

Формула изобретения

СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ВОДОГАЗОНЕФТЯНОЙ СМЕСИ, включающий подачу смеси с пункта сбора по трубопроводу через блок очистки от мехпримесей на прием двухвинтового насоса и с его выхода в транспортную магистраль, отличающийся тем, что с выхода насоса смесь разделяют на жидкую и газовую фазы с помощью аппарата-разделителя, затем газовую фазу и часть жидкой фазы направляют в транспортную магистраль, а другую часть жидкой фазы в объеме, определяемом согласно зависимости
Q_б=180-Q1+ ,
где Q_б - объем байпасируемой жидкости, м³/ч;
Q_жф - объем жидкой фазы смеси, м³/ч;
- обводненность смеси, %;
P_вх - давление на входе в насос, МПа,
возвращают с помощью байпасного трубопровода с регулировочной задвижкой на прием насоса, поддерживая общее газосодержание на приеме ниже предела срывания.

РИСУНКИ

Рисунок 1