Внедрение КДФ на месторождении Набиль

Теоретические основы применения КДФ

Развитие новых теоретических представлений об оптимальных условиях сепарации нефтяного газа и разработка технологии и аппаратов новых конструкций неизбежно связаны со следующими основными тенденциями:

• — отходом от традиционных принципов осуществления операций по сбору нефти и сепарации газа как технологически автономных процессов;
• — штуцированием потока на дальних подступах к сепараторам;
• — увеличением единичной производительности сепараторов за счет совмещения различных элементов этих операций в промысловых системах сбора и значительной завершенностью процессов сепарации и расслоения потока на нефть, газ и воду перед поступлением продукции скважин в аппараты окончательной обработки на концевых участках трубопроводов расчетных параметров;
• — разрушением пены в ТГК и раздельным отбором из них и концевых делителей фаз многопоточным отведением хорошо отсепарированных нефти, газа и воды в функциональные аппараты или их секции без значительных перепадов давления и перевод сепараторов нефть — газ на режим работы сепараторов газ — нефть;
• — использованием элементов и конструкций, исключающих повторное взаимное диспергирование нефти, газа и воды в сепараторах;
• — применением принципа линейности и формированием объектов сепарации такими элементами, как трехфазные концевые делители фаз (конечные участки подводящих трубопроводов расчетных параметров), блоки буферных емкостей для отбора разделенных флюидов в промышленных объемах, автономные блоки тонкой очистки выделившегося газа, блоки регулирования уровней, КИП и А;
• — значительным увеличением на этой основе удельной производительности сепараторов, уменьшением их числа, созданием сборных пунктов высокой производительности на технологических площадках небольших размеров и резким улучшением технико-экономических показателей сбора продукции скважин и сепарации газа.

Исследования показали, что применение метода дифференцирования процессов на отдельные операции и осуществление каждой из них при оптимальных гидродинамических режимных параметрах позволяют повысить производительность сепараторов в 3 — 4, а отстойной аппаратуры в 5 — 10 раз против сложившейся. В частности, эффективная технология сепарации предусматривает необходимость расчленения процесса сепарации на следующие стадии, осуществляемые при автономно-оптимальных режимных параметрах: возникновение газовых зародышей; коалесценция газовых пузырьков; подъем пузырьков в зону границы раздела фаз жидкость — газ; образование, разрушение пены; улавливание капель жидкости, увлекаемой газом; сначала потоком нефти и только затем с помощью специальных устройств.

Наиболее резкое увеличение производительности сепараторов достигается в тех случаях, когда первые шесть операций завершаются еще до поступления газонефтяной смеси в сепаратор. В этом случае сепаратор выполняет функции буферной емкости или устройства по очистке газа. Конструкции сепараторов должны отвечать этим требованиям, имея в виду, что указанные выше операции могут быть завершены в промысловой системе сбора и концевых делителях фаз расчетных параметров. Ввод жидкости в аппараты необходимо осуществлять при минимально возможных перепадах давления. Конструкции сепараторов, работающие в блоке с промысловой системой сбора, с предварительным отбором выделившегося в трубопроводах газа непосредственно в газовое пространство сепаратора и вводом жидкости в аппарат при минимальном давлении, широко применяются на месторождениях.

Однако проблема резкого увеличения производительности сепараторов не может быть решена, если при этом ограничиться только отбором самопроизвольно выделившегося в промысловых трубопроводах газа. Для успешного решения этой проблемы необходимо рассчитывать длину и диаметр концевых участков трубопроводов с целевым назначением таким образом, чтобы на этих участках выделялось заданное количество газа и успели произойти все перечисленные выше стадии сепарации нефти.

Расчет концевых участков трубопроводов (концевые делители фаз) и ТГК, выполняющих одновременно функции деэмульсаторов и делителей потока, осуществляется по специально разработанным номограммам. Использование концевых делителей фаз (КДФ) намного упрощает объекты первой ступени сепарации, и полностью отвечают перспективной технологии обработки продукции скважин под давлением, создаваемым погружными насосами, устанавливаемыми на ДНС. В ряде случаев применение КДФ исключает и необходимость строительства первой ступени сепарации.

Впервые в промышленных условиях при производительности объекта 5 — 8 тыс. м3/сут. по жидкости в КДФ были получены чистый газ, пригодный для транспорта потребителю без дополнительной очистки, нефть с содержанием воды 30% и чистая пластовая вода с содержанием примесей около 60 мг/л. Процесс характеризуется высоким качеством сепарации и отсутствием окклюдированного газа в нефти уже на длине КДФ всего лишь 50 м.

Многофункциональность и эффективность работы КДФ ставят под сомнение целесообразность использования дорогостоящих установок предварительного сброса пластовых вод (УПС) традиционного типа, делителей потока, сепаратора первой ступени в традиционном исполнении и установок очистки пластовых вод, которые могут быть заменены КДФ и буферной емкостью для отбора нефти, газа и воды в промышленных объемах, контролируемых КИП и А. При работе с КДФ в блоке с сепараторами традиционного типа их производительность может быть повышена в 5 — 6 раз и существенно улучшено качество сепарации, исключается необходимость в использовании депульсаторов известных конструкций.

Для повышения эффективности процесса сепарации и уменьшения количества окклюдированного газа в нефти целесообразно также использование различного рода гидродинамических турбулизаторов, устанавливаемых на пути движения потока до его поступления в сепараторы всех ступеней, особенно второй и третьей.

При установке этих элементов внутри аппарата наибольший эффект создает распределение потока нефти в секции, заполненной элементами с развитой поверхностью типа колец Рашига. Перспективным также является ввод отсепарированной в КДФ нефти под ее слой в одной из секций аппарата для создания эффекта «кипения» и выноса к поверхности потоками жидкости мельчайших пузырьков газа.

Так как длина сепаратора в меньшей степени влияет на качество отсепарированного в нем газа, чем его сечение и площадь осаждения, целесообразно отказаться от традиционной системы ввода в сепаратор продукции скважин с одного торца и перейти на систему центрального ввода с двумя отводами отсепарированного газа от каждого из его торцов или на систему двухторцевого ввода с центральным отбором.

В конструкции сепараторов и системы их обвязки не должны включаться никакие элементы или отдельные узлы, сводящие не нет технологические эффекты, достигнутые на предыдущих участках или секциях, а связывающие их коммуникации должны выполнять технологические функции по улучшению процесса сепарации.

Рассмотрим, что же собой представляет КДФ, предлагаемый мной для внедрения на месторождении Набиль.

КДФ (Рисунок 6) включает трубопровод 1, где эмульсия расслаивается на газ, нефть и воду, расширяющуюся головку 2, в которой смонтирован лоток 4. Нефть с оставшейся в ней водой из лотка подается по трубопроводу 6 на дальнейшую подготовку. Для предотвращения образования воронки трубопровод 6 снабжен диском 5. Отделившаяся вода по трубопроводу 8, имеющему отстойный диск 7, подается на очистные сооружения. Остаточный газ поступает в газовый коллектор по газопроводу через отсекатель 3 и регулирующий клапан, работающий от датчика. Имеется также система запорной и регулирующей арматуры.

Рисунок 6 Концевой делитель фаз (КДФ).

1 — трубопровод; 2 — расширяющая головка; 3 — отсекатель; 4 — лоток; 5 — диск; 6 — трубопровод; 7 — отстойный диск; 8 — трубопровод.