Техника и технология предварительного сброса пластовой воды
ВВЕДЕНИЕ
Для повышения производительности объектов подготовки нефти широко применяется предварительный сброс пластовой воды. Однако на многих месторождениях предварительный сброс применяется в больших масштабах, как отдельная операция, а поэтому целесообразно детально рассмотреть вопрос о выборе наиболее эффективной технологии и применяемой для этих целей аппаратуры.В зависимости от степени обводненности нефти и ряда факторов, обусловливающих возможность этого процесса, различают следующие варианты предварительного сброса пластовых вод:
- без использования реагентов
на скважинах и групповых
- с использованием реагентов
для разрушения эмульсии в
трубопроводах за счет
- с применением дренажных вод и нагревателей;
- комбинированные методы.
В зависимости от места
1. Технологическая часть
В основу технологии УПСВ положены технические решения, разработанные СибНИИНП для организации предварительного сброса воды в системах сбора на месторождениях Западной Сибири в газонасыщенном состоянии при естественной температуре поступающего сырья. По представленной информации естественная температура поступающего на УПСВ сырья в течение года изменяется от +24 до+27°С. Такая температура с использованием де-эмульгатора достаточна для предварительного разделения эмульсии, образуемой нефтью. Учитывая что с ростом обводненности температура поступающего на УПСВ сырья будет расти, применение в составе УПСВ нагревателей нецелесообразно. Это повышает безопасность и надежность УПСВ, упрощает обслуживание, снижает затраты. Кроме того, снимается проблема солеотложений, возникающая при нагревании высокообводненных эмульсий.
Эффективность работы установок УПСВ во многом зависит от свойств поступающей водонефтяной смеси, главным образом, от ее устойчивости.
Осуществление предварительного сброса воды возможно производить на ДНС и ЦПС.
Обработка нефти на ЦПС зачастую осуществляется после полного разгазирования, имеет ряд преимуществ.
1.1 Варианты осуществления процесса сброса воды
Существуют два различных варианта осуществления процесса сброса воды на ДНС в газонасыщенном состоянии:
-первый вариант, когда разделение газовой, нефтяной и водной фаз производится в одном аппарате (трехфазном сепараторе). Данный вариант применяется в том случае, если не предъявляются повышенные требования к качеству выходящих с установки воды, нефти и газа, а также при небольшой (до 10 тыс. м2/сут.) производительности УПСВ;
-во втором варианте
разделение фаз осуществляется
последовательно в разных
Рис. (1)
Схема УПСВ.
Потоки:I – пластовая нефть; II – деэмульгатор; III – попутный нефтяной газ; IV – нефть после первой ступени сепарации; V – пластовая вода; VI – уловленная нефть из отстойника воды; VII – механические примеси, шлам; VIII – очищенная от механических примесей и нефти пластовая вода; IX – нефть на ЦППН; X – газ на факел; XI – вода на кустовую насосную станцию;
Оборудование: 1 – сепаратор первой ступени сепарации; 2 – компенсатор-депульсатор; 3 –газосепаратор; 4 – трубчая печь; 5 – сепаратор; 6 – отстойник для обезвоживания нефти; 7 – буферная ёмкость; 8 – отстойник пластовой воды; 9 – дегазатор; 10, 11 – насосы; 12 – узел учёта попутного нефтяного газа; 13 – узел учёта нефти; 14 – узел учёта пластовой воды
В качестве водоотделителя (отстойника) предлагается использовать аппараты УПСВ объемом 200 м2, конструкция которых предусматривает разделение жидкостей за счет разностей плотностей и интенсификации процесса при использовании коалесцирующих элементов, выполненных в виде пакетов и пластин из нержавеющей стали.
Уровень раздела фаз «нефть-вода» в УПСВ поддерживается на необходимой высоте при помощи регулятора уровня и клапана, установленного на линии выхода воды из аппарата.
Давление в УПСВ поддерживается при помощи клапана, установленного на линии вывода нефти.
Обезвоженная нефть из отстойников водоотделителей (УПСВ) подается на насосы внешней откачки или в имеющиеся резервуары.
С целью повышения эффективности работы УПСВ предлагается применение специальной технологии дозирования деэмульгаторов, предусматривающей обработку сырой нефти, содержание воды в которой превышает 60 %, т. е. являющейся, по сути, эмульсией типа «нефть в воде».
Сущность технологии дозирования деэмульгаторов в высоко обводненную нефть, представляющей собой эмульсию типа «нефть в воде», состоит в следующем:
– после выкида насоса внешней откачки ДНС до узла учета отбирается часть нефти, которая по самостоятельному трубопроводу возвращается в поток газожидкостной смеси перед УПОГ;
– в этот трубопровод при помощи дозирующего насоса блока реагентного хозяйства (БРХ) подается реагент- деэмульгатор в товарной форме;
– далее при совместном движении с возвращаемой нефтью деэмульгатор растворяется в ней и уже в виде раствора попадает в сырье.
Такой способ введения деэмульгатора в высоко обводненную нефть по сравнению с подачей его в товарной форме, т.е. в концентрированном виде, позволяет избежать прямого попадания деэмульгатора в водную фазу, когда он не доходит до эмульсии, а сбрасывается с водой из отстойника, не выполняя своих функций, что приводит к перерасходу реагента и ухудшению качества нефти и воды.
Прежде всего, диаметр трубопровода, по которому транспортируется нефтереагентная смесь от БРХ к точке подачи перед УПОГ, должен быть выбран таким, чтобы скорость движения жидкости в нем была боле1,5 м/сек., а концентрация получаемого при этом раствора реагента 0,2–0,5%.
Преимущество вышеуказанной технологии дозирования деэмульгатора заключаются в том, что подача в виде разбавленного раствора по сравнению с вводом в концентрированном виде позволяет обеспечивать быстрое распределение его в объеме эмульсии и срабатывание.
Попутно добываемая вода, отделяющаяся на УПСВ, кроме растворенных солей содержит растворенный газ в количестве около 90 л/м2. Состоит этот газ преимущественно из углеводородных компонентов (метана). Нормы технологического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений» такая вода не может подаваться на насосы БКНС без предварительного разгазирования.
Для этих целей на БКНС необходима установка «буфер дегазатора».
1.2 Преимущества технологической схемы УПСВ.
Предлагаемая технологическая схема УПСВ имеет следующие преимущества: использование существующего технологического и вспомогательного оборудования позволяет снизить затраты на оборудование и строительство; осуществление процесса при естественной температуре поступающего сырья без использования в технологии нагревателей повышает безопасность и надежность установки УПСВ, упрощает ее обслуживание, снижает стоимость, уменьшает проблемы солеотложения; разделение нефти и воды в газонасыщенном состоянии при давлении первой ступени сепарации за счет присутствия в нефти растворенного газа снижает ее плотность и вязкость, позволяет повысить скорость расслоения фаз, качество получаемых нефти и воды; организация разделения газожидкостной смеси поэтапно (вначале отделяется газ в сепараторах первой ступени или на УПОГ, затем в отстойниках разделяются нефть ивода) позволяет получить на каждом этапе более полное и качественное разделение фаз – газа, нефти и воды; применение специальной технологии дозирования деэмульгатора на вход в установку УПСВ в виде раствора реагента в нефти обеспечивает быстрое и наиболее полное использование реагента, исключает непосредственное его попадание в водную фазу, где деэмульгатор не может проявлять свою деэмульгирующую активность. Это особенно важно в данном случае при обработке высоко обводненных нефтей, когда необходимо разделить эмульсию с содержанием воды 60% и более, т. е. эмульсию типа «нефть в воде»; отсутствие в технологической схеме УПСВ насосов и участков с большими перепадами давления исключает передиспергирование обрабатываемой эмульсии, обеспечивая таким образом быстрое и полное разделение фаз; применение в отстойниках специальных секций коалесценции частиц дисперсной фазы, выполненных в виде пакетов пластин из нержавеющей стали, такжеспособствует повышению качества разделения нефти и воды; система контроля и управления УПСВ обеспечивает автоматический контроль иподдержание заданного режима работы оборудования, предупредительную иаварийную сигнализацию, противоаварийную защиту установки, автоматическоеведение журнала событий.
2. Техническая часть
Путевой сброс на дожимных насосных станциях (ДНС) осуществляется при таких мере централизации установок подготовки нефти и удаления их от скважин, при которых под давлением в скважинах не обеспечивается транспортирование всей жидкости до узлов подготовки и имеется возможность утилизации пластовой воды в районе ДНС.
Установки предварительного сброса воды УПСВ применяются на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях, в установках подготовки нефти и предназначены для: дегазации легких, средних и тяжелых нефтяных эмульсий выведения, сбора и очистки попутного нефтяного газа сброса пластовой воды в систему поддержания пластового давления
2.1.Конструкция установки УПСВ
Установки предварительного сброса воды
УПСВ изготавливаются в виде горизонтальных
цилиндрических емкостей с эллиптическими
днищами. Сама установка - это нефтегазовый
сепаратор с функцией сброса воды. В корпусе
расположены люки и штуцеры для установки
технологического оборудования и контрольно-измерительных
приборов. Внутри корпуса могут быть установлены
внутренние теплообменные устройства
для нагрева нефтяной эмульсии при необходимости.
В комплект поставки также может входить
шкаф с размещенными внутри приборами
КИПиА и системой автоматики. Внутри корпус
поделен на отсеки, в которых поэтапно
происходит весь технологический процесс.
рис. (2)
Трехфазный газосепаратор.
Нефтяная эмульсия или газ под давлением попадает в установку УПСВ через устройство ввода. Далее рабочий продукт проходит через успокоительную перегородку. В секции коалесценции осуществляется задержка капельной влаги из нефти и газа, ее сбор и отведение. Если производится подготовка попутного нефтяного газа, он окончательно очищается и обезвоживается в струйном каплеотбойнике. При подготовке нефти эмульсия после секции коалесценции попадает в секцию сбора нефти, откуда выводится окончательно.
При эксплуатации с пластовой водой, последняя поступает в нижнюю часть сепаратора, где происходит отделение капель нефти и газа. Когда уровень очищенной пластовой воды достигает высоту отсека сбора нефти, выводится из емкости через штуцер выхода воды. По требованию Заказчика установки УПСВ могут комплектоваться депульсатором, который устанавливается на входе в емкость. Депульсатор позволяет не проводить основной объем выделившегося газа через сепарационную емкость, а также разделять потоки нефтяной эмульсии и сбросной воды на входе в зависимости от плотности жидкости. Также установка УПСВ может поставляться в комплекте с устройством дозирования деэмульгаторов, которое позволяет проводить расслоение нефтяной эмульсии с содержанием воды более 60%. Для откачки воды и нефти из сепарационной установки применяются насосы откачки, не входящие в типовой комплект поставки.
Установки предварительного сброса воды предназначены для дегазации нефти, отбора и очистки попутного газа, сброса пластовой воды под избыточным давлением. Конструкция установок выполнена на базе отработанной конструкции нефтегазовых сепараторов со сбросом воды. Установки представляют собой горизонтальные аппараты, снабженные технологическими штуцерами и штуцерами для КИПиА. Внутри аппарата расположены: устройство ввода, успокоительная перегородка, секция коалесценции, струнный каплеотбойник для очистки газа и секция сбора нефти.
Для улучшения разделения нефтегазовой смеси на входе, устанавливается депульсатор, обеспечивающий отвод, минуя аппарат, основного количества выделившегося газа, а также послойный ввод водонефтяной эмульсии и сбросной воды раздельными потоками в соответствии с их плотностью в среднюю и нижнюю отстойные зоны аппарата.
2.2 Работа УПСВ
Газ из депульсатора подается в аппарат через штуцер ввода газа, проходит успокоительную перегородку, секцию, где происходит дополнительное отделение капельной жидкости. Окончательная очистка газа производится струнным каплеотбойником. Вода с незначительным содержанием нефти подается из депульсатора в нижнюю часть аппарата через штуцер входа воды. В нижней части аппарата вода окончательно отделяется от нефти, накапливается до перегородки секции сбора нефти и отводится через штуцер выхода воды. Нефть с незначительным содержанием газа и воды подается в вводное устройство, где плавно распределяется по верхнему уровню жидкой фазы, не перемешивая поток с водой, проходит через успокоительную перегородку, секцию коалесценции, где происходит окончательное отделение остатков газа и воды, поступает в секцию сбора нефти и оттуда выводится из аппарата.
Установка предварительного сброса воды располагается в интервале от куста скважин до ЦПС и позволяет увеличить пропускную способность уже существующей системы нефтесбора. Таким образом, задача разделения трѐх фаз неизбежно возникает в процессе разработки месторождения. Данную операцию можно осуществить последовательно в двух сепараторах(нефть/газ и нефть/вода) или же использовать один трѐхфазный сепаратор. Оба варианта нашли своѐ применение в технологических схемах, каждый из которых имеет свои положительные и отрицательные черты.
2.3 Теоретические основы технологии и конструкции аппаратов
Сепарацией газа от нефти называют процесс отделения от жидкой фазы(нефти) газообразной фазы. Сепарация происходит при снижении давления и повышения температуры, а также вследствие молекулярной диффузии углеводородных и других компонентов, содержащихся в нефти, в пространство с их меньшей концентрацией, находящееся над нефтью.
Вывод отсепарированного газа осуществляют в сепараторах, в которых поддерживаются определенное давление и температура. Каждый такой пункт вывода отсепарированного газа называется ступенью сепарации газа. С учетом того, что выделяемый газ и жидкость обладают избыточным давлением, сепарацию фаз необходимо осуществлять в сосудах, работающих под давлением (сепараторах).
Двухфазный сепаратор – самое простое оборудование (из разрешенных к применению) для отделения газовой фазы от жидкой. Сепараторы бывают горизонтальными и вертикальными.
По характеру действующих сил сепараторы делятся на:
- Гравитационные, разделение фаз в которых происходит за счет разности плотностей жидкости газа или твердых частиц газа.
- Насадочные сепараторы, в которых фазы разделяются за счет сил тяжести и инерции.
- Центробежные, разделение в которых происходит за счет центробежных и инерционных сил.
По форме и положению в пространстве сепараторы делятся на: цилиндрические горизонтальные с одной или двумя емкостями; цилиндрические вертикальные; сферические.
Существует множество сепараторов различных конструкций, но все они, как правило, состоят из следующих секций:
- Основная сепарационная секция:
Предназначается для отделения основной части жидкости (нефти, газового конденсата, воды) от входящего газожидкостного потока. Для обеспечения высокоэффективной предварительной сепарации и равномерного распределения потока по сечению аппарата применяют конструктивные устройства.
-тангенциальный ввод
потока, при котором жидкость
вод действием центробежной
-отражательные устройства
(пластины прямоугольной или
-конструкции, позволяющие осуществить раздельный ввод газа и жидкости в сепаратор.
- Осадительная секция:
В этой секции в газонефтяных сепараторах происходит дополнительное выделение пузырьков газа из жидкости. В газовых сепараторах жидкость в данной секции отделяется под действием гравитационных сил, а газ движется в сосуде с относительно низкой скоростью. В газовых сепараторах некоторых конструкций для снижения турбуленстности применяют различные устройства- пластины, цилиндрические и полуцилиндрические поверхности.
- Секция сбора жидкости:
Служит для сбора жидкости, из которой почти полностью в предыдущих секциях выделился газ при температуре и давления в сепараторе. Однако некоторое количество газа в ней имеется. Для сепараторов объем данной секции выбирают так, чтобы он позволил удержать отсепарированную жидкость в течении времени, необходимо для выхода пузырька газа на поверхность и вторичного попадения в газовый поток.
- Секция каплеулавливания:
Предназначена для улавливания частиц жидкости в уходящем из сепаратора газе. Секция состоит обычно из отбойных устройств (насадок) различного вида — керамических колец, жалюзи, пакетов из плетеной проволочной сетки и т. д. Критерием эффективности отделения капельной жидкости от газа является величина удельного уноса жидкости, которая должна находиться в пределах от 10 до50 мг/м3 газа.
Эффективность работы отбойных насадок зависит от нескольких факторов, основными из которых являются: допустимая скорость набегания газа, определенное количество жидкости, поступающей с газом, равномерная загрузка насадки по площади ее поперечного сечения.
Кроме функций, выполняемых описанными секциями, в конструкциях сепараторов должны предусматриваться элементы, предотвращающие образование пены и гасящие ее, а также снижающие вредное влияние пульсации газожидкостного потока на сепарацию жидкости и газа.
3.Расчетная часть
Сепарация по своей физической сущности является сочетанием физических и массообменных процессов, протекающих между газовой и жидкой фазами, содержащими большое количество компонентов т.е. является сложным многокомпонентным процессом.
Qсырья =нефти +Qводы +Qгаза;
По условию задан газовый фактор равный 80м3/м3, примем расход газа равным величине газового фактора, таким образом, расход газа равен 80 м3/сутки.
Рассчитаем Q воды из отношения
W=Qн/(Qн-Qв)*100%
где w – начальная обводненность нефти, % масс.
Qв=(w+(Qн-Qв))/100%
100Qв=w*Qн-w*Qв (4)
Решаем данное уравнение, зная из условия, что начальная обводненностьравна 21,1 % масс, а расход нефти равен 3000 м 3 /сутки.
Получаем, что
Q в = 283, 593 м 3 /сутки (5)
Таким образом,
Q сырья = 80+283,593+3000 =3363,593 м 3 /сутки (6)
4. Техника безопасности и охрана труда при работе сепаратора
4.1. Общие положения.
К работе на сепараторе допускаются лица, не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр и обучение по специальной программе и имеющие удостоверения о присвоении им квалификации.
Оператор обязан выполнять только ту работу, которая разрешена администрацией. Без разрешения и инструктажа производить работу, не входящую в его обязанности запрещается.
Во время работы быть внимательным, не заниматься посторонними делами, не отвлекать внимание других работников.
Сепаратор должен эксплуатироваться в закрытых помещениях, оснащенных приточно-вытяжной вентиляцией при температуре окружающей среды от 2750К (+10С) до 3080 К (+350С).
Во всех центробежных сепараторах барабан вращается с очень высокой скоростью, обычно 100 и 150 об/сек. Таким образом развиваются очень большие центробежные силы и поэтому необходимо строго соблюдать указания, данные в инструкции по обслуживанию, касающиеся сборки, пуска, остановки и ремонта. В связи с этим в частности не надо забывать:
- затянуть стопорное кольцо (стопорные кольца) барабана,
- закрепить тщательно станину, а также детали впуска и выпуска,
- проверить число оборотов,
- что ни одна деталь
машины не должна быть
- что корпус барабана,
колпак барабана и стопорное
кольцо никогда не должны
- что сепаратор никогда
не должен использоваться для
сепарирования жидкостей, по свойствам
(удельный вес, температура, вид осадка)
отличающихся от рекомендуемых
жидкостей. Таким образом, необходимо
всегда консультироваться с
Запрещается:
Прикасаться к электрооборудованию, клеммам, электропроводам, арматуре общего освещения и открывать двери электрошкафов;
Включать машины и аппараты, работа которых не предусмотрена администрацией.
Заметив нарушения правил по ТБ другими рабочими или опасность для окружающих, немедленно предупредить этого рабочего и мастера – наладчика о необходимости соблюдения требований, обеспечивающих безопасность труда.
В случае травмирования или недомогания прекратить работу, известить об этом мастера – наладчика и обратится в медпункт.
Заметив человека, который был травмирован, немедленно оказать первую помощь пострадавшему и известить мастера-наладчика.
При поражении человека электрическим током принять меры по отключению его от электрической сети.
4.2. Требования безопасности перед началом работы.
Привести в порядок рабочую одежду, застегнуть или обвязать обшлага рукавов, заправить одежду так, чтобы не было развивающихся концов. Обувь должна быть зашнурована, не использовать тапочки и другую такую же обувь.
Барабан, а также остальные детали, соприкасающиеся с жидкостью, следует хорошо мыть и собирать в соответствии с требованиями.
Выбор давления подачи, сопла и производительности в соответствии с «Руководством по эксплуатации».
Перед каждым пуском контролировать,
- чтобы тормоз был отпущен и барабан вращался без помех,
- чтобы колпак станины был зажат зажимными рычагами,
- чтобы зажимные средства для впуска и выпуска были хорошо затянуты,
- чтобы уровень масла
в картере червячной передачи
находился в середине
Не запускать машину, пока стопорное кольцо барабана, все детали впуска и выпуска и другие укрепительные устройства полностью не затянуты. Метки 0 должны быть напротив друг друга или (вследствие износа нарезки) пройти мимо друг друга для обеспечения полной натяжки стопорного кольца.
Машину подключать только к трехфазной сети напряжения 380 В.
4.3 Требования безопасности во время работы.
Не допустимо: становиться, садиться, класть одежду на кожухи и другие ограждения опасных частей машин и оборудования, заходить за ограждения электромашин и оборудования, заходить за ограждения электромашин и установок, прикасаться к оголенным проводам и токоведущим частям электрифицированных машин во избежание несчастного случая; снимать предупредительные плакаты и ограждения, защитные крышки с электроаппаратуры, оставлять работающую машину без присмотра. Не загромождать посторонними предметами подходы к электрооборудованию, не проводить самостоятельный ремонт электроаппаратуры.
Включить сепаратор, когда жидкость появится в сливочном расходомере.
В течение пускового периода в муфте сцепления всегда создается тепло, особенно когда башмаки на фрикционных колодках новые. Это заметно по дыму и горелому запаху – это вполне нормальное явление и им можно пренебречь.
При пусковом периоде сила тока превышает нормальную величину, но как только барабан достигнет полной скорости, амперметр стабилизируется.
Барабан достигает полной скорости через 5-6 мин после пуска в ход. Проверить тахометр, слегка нажав пальцем кнопку счетчика оборотов, подсчитывая число ходов в минуту.
Перед пультом управления обязательно должны лежать изоляционные коврики из резины или деревянные подставки.
4.4 Требования безопасности по окончании работы.
Мойка осуществляется посредством промывки теплой водой перед остановкой сепаратора.
Промывку следует производить до появления на выпуске чистой воды.
В период замедления жидкость следует подавать через впуск.
Остановить двигатель для машины и включить тормоз.
Когда машина остановится, отпустить тормоз.
Остановить питающий насос.
Скобу для выпуска, опору для впуска и зажимные рычаги НЕЛЬЗЯ ослаблять де тех пор, пока барабан полностью не остановится.
Прежде чем начать разбор машины, отключить ток и предохранить машину от непреднамеренного запуска.
Сепаратор следует собирать и разбирать с помощью специальных инструментов и приборов. Чтобы не нарушить балансировку деталей одного сепаратора нельзя устанавливать в барабан части другого барабана. Все детали барабана по этой причине должны быть собраны четко в определенном положении по фиксаторам, гнездам, специальным меткам, а тарелки следует собирать на тарелкодержателе в соответствии с нумерацией, начиная с первой.
Сообщить мастеру-наладчику обо всех нарушениях или неполадках, которые были выявлены в процессе работы по обеспечение безопасности на данном рабочем месте.
Снять и сдать на хранение в установленном порядке спецодежду и обувь.
4.5 Требования безопасности при возникновении опасной и аварийной ситуации.
При сильной вибрации НЕМЕДЛЕННО заполнить барабан жидкостью и обеспечить максимальную подачу жидкости во время всего периода остановки. Отключить питание к двигателю и включить тормоз. После остановки барабана следует его разобрать, очистить и все детали тщательно проверить.
Доложить начальнику о возникшей ситуации и до устранения причин аварийной обстановки к работе не приступать. В случае возникновения пожара от других источников - принять меры по его ликвидации
При получении травмы кем-либо, оказать первую медицинскую помощь пострадавшему. Доложить начальнику и при необходимости вызвать скорую помощь.
При обрыве заземления, постороннем шуме при работе сепаратора, а также других опасных ситуациях следует немедленно отключить электропитание. Последующая работа допускается только после устранения неисправностей.