Установка для начального разделения текучей среды в устье скважины

011658 Настоящее изобретение относится к разделению смеси, доставленной в устье скважины, включающей сырую нефть, газ, воду и твердые вещества. В частности, настоящее изобретение относится к использованию сепаратора, ранее использовавшегося как резервуар комбинированной дегазации и флотации для разделения в устье нефтяной скважины,для начального разделения на сырую нефть, газ, воду и твердые вещества. В нефтяной промышленности добыча сырой нефти включает в себя получение смеси нефти, газа и воды из подземных пластов. В устье скважины обычно имеет место начальное разделение в одну или несколько ступеней для удаления больше воды и газа перед тем, как сырая нефть будет готова для отгрузки. После начального разделения сырая нефть и газ могут быть дополнительно очищены до отгрузки на переработку и т.п. Воду и песок после необязательной очистки обычно выгружают в подходящий приемник, такой как море, или в резервуар. При старении нефтяных и газовых месторождений часто обнаруживается, что объем воды, сопровождающей нефть и газ, становится намного больше и, соответственно, большие объемы должны обрабатываться в устье скважины для сохранения приемлемой производительности. На платформах добычи нефти и газа, предназначенных для работы на морских промыслах, обычно доступно ограниченное пространство. Поэтому имеются очень строгие ограничения пространства, доступного для установки оборудования. С еще более строгим ограничением на пространство можно столкнуться, если рассматривать организацию добычи на уровне морского дна. Известен ряд сепараторов нефть-газ-вода. В патенте США 4424068 описаны сепаратор и способ для разделения смеси нефти, газа и воды, такой, какая может быть получена из нефтяной скважины. Сепаратор представляет собой сосуд, разделенный на сепарационные камеры снабженные рядом перегородок, и динамический сепаратор, в котором поступающая смесь несколько раз меняет направление. Несмотря на то, что этот сепаратор был известен в течение нескольких лет, он, по-видимому, не был широко использован. Далее, поскольку сепаратор включает несколько камер и много частей, его ремонт будет занимать много времени, что может привести к дорогостоящей остановке добычи нефти. В публикации WO 99/20873 раскрыта ловушка для песка, которая может быть размещена на нефтяной скважине для удаления более тяжелых частиц, таких как песок, перед дальнейшей переработкой сырой нефти. Устройство имеет входной патрубок к сравнительно узкой части емкости с пространственным присоединением к сравнительно расширенной части емкости, где осаждаются песок и тяжелые частицы. Целью настоящего изобретения является создание установки начального разделения в устье скважины текучей среды, обеспечивающей высокую эффективность разделения, высокую производительность, малую необходимую площадь с низкими требованиями к техническому обслуживанию, который мог бы изготавливаться и эксплуатироваться по умеренной цене. Эта цель может быть достигнута путем использования сепаратора, описанного в публикации WO 02/41965 А 2 в устье скважины или в притоке к скважине для осуществления начального разделения текучей среды, выходящей из нефтяной скважины. Публикация WO 02/41965 А 2 введена в настоящую заявку посредством ссылки. Авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что емкости совместной дегазации и флотации по публикации WO 02/41965 А 2 могут быть применены в качестве сепаратора, напрямую присоединенного к устью скважины и осуществляющего начальное разделение текучих сред из нефтяных и газовых пластов на нефтяную фракцию, газовую фракцию и водную фракцию, необязательно, с твердыми примесями. Согласно изобретению создана установка для начального разделения на скважине текучей среды из нефтегазового пласта, содержащая по меньшей мере два соединенных друг с другом сепаратора, включающих, каждый, по существу, цилиндрическую вертикальную емкость с тангенциально расположенным впуском для текучей среды по меньшей мере одной выпускной трубой, расположенной в верхней части емкости, выпуском, расположенным в нижней части емкости, внутренней концентрической стенкой, выполненной в виде цилиндра, размещенного в верхней части емкости, и образующей открытое пространство между цилиндром и верхом емкости и проход между цилиндром и дном емкости, и выпускным патрубком для твердых веществ, расположенным в нижней части емкости, при этом установка выполнена с возможностью нагнетания газа в текучую среду, подаваемого через указанный впуск в емкость по меньшей мере одного из сепараторов. В установке по меньшей мере одна емкость сепаратора снабжена внутренней направляющей лопаткой, расположенной между емкостью и внутренним цилиндром с образованием открытого пространства между внутренним цилиндром и внутренней направляющей лопаткой. В установке по меньшей мере одна емкость сепаратора снабжена концентрично расположенной горизонтальной круглой пластиной, имеющей меньший диаметр чем емкость и расположенной в нижней части емкости над выпусками. Впуск емкости первого сепаратора может включать средство для нагнетания газа в текучую среду из нефтегазового пласта перед входом текучей среды в емкость сепаратора.-1 011658 Впуск емкости второго сепаратора может включать средство для нагнетания газа в текучую среду из первого сепаратора пласта перед входом текучей среды в емкость второго сепаратора. Впуск емкости сепаратора может быть предназначен для нагнетания углеводородного газа или газа,возвращаемого в цикл от добычи нефти и газа. В установке по меньшей мере две емкости сепаратора могут быть соединены последовательно или параллельно. В установке емкость каждого сепаратора может находиться под давлением, равным, по меньшей мере, атмосферному давлению. В установке емкость каждого сепаратора может иметь пропускную способность, обеспечивающую начальную сепарацию около 100 м 3/ч текучей среды на 1 м 3 объема сепараторной емкости. В установке выпускная труба емкости первого сепаратора может быть предназначена для нефтегазовой фазы и его выпуск может быть предназначен для водной фазы. При этом выпускная труба для нефтегазовой фазы емкости первого сепаратора может быть соединена с впуском емкости второго сепаратора, выпуск емкости второго сепаратора может быть предназначен для нефтяной фазы, а выпускная труба емкости второго сепаратора может быть предназначена для газовой фазы. Далее изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 представляет схематически разрез емкости совместной дегазации и флотации согласно публикации WO 02/41965 А 2, используемой в установке согласно изобретению; фиг. 2 - схематичный вид установки для начального разделения текучей среды из добывающей нефть и газ скважины согласно изобретению; фиг. 3 - схематичный вид установки с последовательным расположением емкостей сепараторов; фиг. 4 - схематичный вид установки с параллельным расположением емкостей сепараторов. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения установка содержит сепараторы, каждый из которых включает, по существу, цилиндрическую вертикальную емкость 1 с тангенциально расположенным впуском 2, по меньшей мере одной выпускной трубой 3 для нефти и газа, расположенной в верхней части емкости, выпуском 4 для воды, расположенным в нижней части емкости,внутреннюю концентрическую стенку 10, сформированную в виде цилиндра, расположенного в верхней части емкости, образуя открытое пространство между цилиндром и верхом емкости и пространство между цилиндром и дном емкости, выпуск 8 для твердых веществ, помещенный в нижней части емкости,внутреннюю направляющую лопатку 11, помещенную между емкостью 1 и внутренним цилиндром 10,образуя открытое пространство между внутренним цилиндром и внутренней направляющей лопаткой 11,и концентрично расположенную горизонтальную круглую пластину 12, имеющую меньший диаметр,чем емкость 1 и помещенную в нижней части емкости выше выпуска 4 для воды и выпуска 8 для твердых веществ. Пластина 12 может служить в качестве вихрегасителя во время работы емкости. Если сепаратор для использования согласно изобретению содержит только выпускную трубу для нефти и газа, то нефть и газ будут поставляться из сепаратора в виде одной фракции нефть/газ, которая впоследствии может быть разделена на нефтяную и газовую фракции на дополнительной ступени сепарации. В другом варианте осуществления сепаратор содержит отдельные выпускные трубы для нефти и газа. Обе выпускные трубы должны быть размещены в верхней части емкости, при этом выпускная труба для газа расположена выше выпускной трубы для жидкости. Однако специалисту должно быть ясно, как расположить выпускные трубы для нефти и газа для получения раздельных фракций. После начального разделения текучей среды из пласта водная и нефтяная фракции будут еще содержать некоторое количество газа, который может быть впоследствии удален при использовании добавочного сепаратора, предпочтительно емкости дегазации и флотации, которая описана выше. Количество газа, содержащегося в газовой и нефтяной фракциях, будет зависеть от фактических условий в сепараторе, таких как температура, давление и время пребывания. Текучие среды, которые должны разделяться согласно настоящему изобретению, являются текучими средами, поступающими непосредственно из скважины, сообщающейся с нефтяным и газовым пластом. Такие текучие среды состоят из различных количеств углеводородов, воды и, необязательно, других составляющих. Не имеется нижнего или верхнего предела для содержания углеводородов в текучей среде, который должен обрабатываться согласно изобретению. Кроме углеводородов остальная часть текучей среды представляет обычно воду, неуглеводородные газы и твердые, такие как песок и другие минералы, присутствующие в подземных горизонтах. Текучая среда может также содержать химикалии,добавленные в подземные горизонты для того, чтобы, как должны знать специалисты, увеличить количество нефти, которое может быть извлечено. Для улучшения разделения предпочтительно нагнетать в текучую среду газ перед ее поступлением в сепаратор. Газом предпочтительно является углеводородный газ, желательно рециркулирующий газ от добычи нефти и газа. Сепаратор должен обычно работать под давлением, определяемым главным образом давлением,при котором текучая среда покидает устье скважины, однако давление может быть также повышено или-2 011658 понижено перед входом в сепаратор с использованием известных процедур. Сепаратор может работать под давлением, соответствующим атмосферному давлению и выше. Размеры сепаратора могут быть выбраны в зависимости от количеств текучей среды, которая должна быть переработана. При работе было обнаружено, что время ее пребывания в емкости для перерабатываемой текучей среды должно составлять от примерно 20 с и выше. Предпочтительно время пребывания находится в интервале от 20 до 300 с, более предпочтительно от 25 до 240 с. Для емкости совместной дегазации-флотации согласно изобретению эффективный объем флотации может быть рассчитан как объем пространства, ограниченного емкостью 1 и высотой жидкости в емкости. Основываясь на времени пребывания, можно рассчитать производительность емкости, например,емкость с эффективным объемом флотации 1 м 3 и временем пребывания текучей среды примерно 30 с имеет производительность переработки около 100 м 3 текучей среды в час. Отношение высоты к диаметру емкости может быть выбрано в широких пределах, предпочтительно в интервале от 1:1 до 4:1, более предпочтительно от 1:1 до 2:1. Выбор материалов, используемых для изготовления емкости, находится в пределах компетенции специалиста на основе реальных условий предполагаемого использования, таких как количества перерабатываемой жидкости, состав указанной жидкости, выбранное давление, температура жидкости и наличие возможных коррозионных химикатов в любой из фаз смеси. Во время работы скорость, с которой сепарированные фазы выводят через соответствующие выпуски, определяет, где в емкости расположены разделы фаз между газом и нефтью, нефтью и водой, водой и твердыми веществами. Специалист должен понимать, как отрегулировать скорость отбора через соответствующие выпуски для достижения оптимального разделения. Благодаря конструкции сепараторов согласно публикации WO 02/41965 с вертикальными поверхностями или, по крайней мере, имеющими крутой наклон, за исключением направляющей лопатки и стабилизатора потока, никаких дополнительных узких проходов в емкости нет. Соответственно, в сепараторе нет места, подходящего для забивки или отложения осадков твердых веществ. Поэтому начальное разделение текучей среды с устья скважины может проводиться практически непрерывно без необходимости или только с минимальной необходимостью ремонта. Последующий ремонт, когда он потребуется, даже если он нечастый, может быть легко проведен благодаря хорошо продуманной конструкции сепаратора. Таким образом, разделение текучей среды на устье скважины или в потоке скважины согласно изобретению имеет замечательную робастность, т.е. может проводиться в течение длительного периода без перерывов, и немногие остановки, которые могут потребоваться для ремонта, могут быть сделаны короткими. Высокая производительность в сочетании с минимальной требуемой площадью и робастность разделения согласно изобретению делает его особенно подходящим для использования на морских установках, таких как нефте- и газодобывающие платформы. Кроме того, оно также хорошо подходит для использования при нефте- и газодобывающих установках, расположенных на морском дне, поскольку при таком расположении ограничения на занимаемое пространство могут быть еще жестче, чем на обычных нефте- и газодобывающих платформах, и возможности ремонта могут быть ниже. Соответственно, сепаратор является весьма полезным и для прибрежной, и для морской добычи нефти и газа. Далее изобретение описывается на примерах, которые не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение. Примеры 1. Использовали установку, показанную на фиг. 2, содержащую емкости 1,1',1" совместной дегазации и флотации в качестве сепараторов для разделения потока скважины, включающего нефть, газ и воду. Выпускная труба 3 для нефти и газа емкости 1 присоединена к впуску 2' емкости 1'. Подобным же образом выпуск 4 для воды емкости 1 присоединен к впуску 2" емкости 1". Текучая среда из устья скважины направляется в емкость 1 через впуск 2. В емкости 1 текучая среда разделяется на газовую и нефтяную фазу и водную фазу. Газовую и нефтяную фазу отбирают из емкости 1 через выпускную трубу 3 и вводят в емкость 1' через впуск 2' Водную фазу отбирают из емкости 1 через выпуск 4 и вводят в емкость 1" через впуск 2". В емкости 1' газовая и нефтяная фаза разделяется на газ, который покидает емкость 1' через выпуск 17, и нефть, которая покидает емкость 1' через выпуск 18. В емкости 1" водная фаза разделяется на воду и газ. Газ покидает емкость 1" через выпуск19, и вода покидает емкость 1" через выпуск 20. Для улучшения разделения в емкостях 1,1',1" дополнительный газ может нагнетаться во входные потоки по 13, 14, 15, соответственно. Газ для нагнетания может быть частью извлеченного газа из выпуска 17, как показано пунктирной линией 16. С помощью описанной установки текучая среда из устья скважины, включающая нефть, газ и воду,весьма эффективно разделяется на нефтяную фазу, газовую фазу и водную фазу, где водная фаза имеет чистоту более 99%.-3 011658 2. Использовали установку, показанную на фиг. 3 и содержащую три последовательно соединенных сепаратора с емкостями 101, 102, 103 для разделения потока 104 из устья скважины на нефтяную/газовую фазу 105 и водную фазу 106. Поток 104 скважины может содержать 1000 ч/млн загрязнений(нефть/газ). После переработки в емкости 101 водный поток 107 включает 100 ч/млн загрязнений. Поток 107 вводят на обработку в емкость 102, и водный поток 108 из емкости 102 содержит 10 ч/млн примесей. Поток 108 окончательно обрабатывают в емкости 103 и таким образом получают водный поток 106 с менее чем 5 ч/млн примесей. Эта схема может быть, необязательно, использована для дальнейшей обработки воды 12 из емкости 1" в примере 1. Нефтегазовая фаза может быть разделена на нефть и газ обработкой в следующей емкости, как описано в примере 1. Нефтегазовая фаза может быть, необязательно, разделена в двух или нескольких емкостях последовательно. 3. Использовали установку с параллельно соединенными сепараторами, показанную на фиг. 4 и имеющую две емкости 201 и 202. Текучая среда из устья скважины поступает в емкости 201 и 202 по линиям 203 и 204. Нефтегазовую фазу отбирают по линии 205 и водную фазу отбирают по линии 206. Нефтегазовая фаза и водная фаза могут быть дополнительно обработаны, как описано в примере 1 и 2. Фиг. 2, 5 и 4 являются лишь схематическими, и установки могут включать дополнительное оборудование, обычно используемое при добыче нефти и газа, подобное, например, клапанам, насосам, компрессорам, дополнительным трубопроводам, которые для простоты исключены. Однако описанная выше схема может быть легко приспособлена специалистом для конкретного применения. Кроме того очевидно, что емкости совместной дегазации и флотации согласно изобретению могут быть использованы совместно в любой желаемой компоновке, т.е. последовательно и/или параллельно. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для начального разделения на скважине текучей среды из нефтегазового пласта, содержащая по меньшей мере два соединенных друг с другом сепаратора, включающих, каждый, по существу, цилиндрическую вертикальную емкость с тангенциально расположенным впуском для текучей среды по меньшей мере одной выпускной трубой, расположенной в верхней части емкости, выпуском, расположенным в нижней части емкости, внутренней концентрической стенкой, выполненной в виде цилиндра, размещенного в верхней части емкости, и образующей открытое пространство между цилиндром и верхом емкости и проход между цилиндром и дном емкости, и выпускным патрубком для твердых веществ, расположенным в нижней части емкости, при этом установка выполнена с возможностью нагнетания газа в текучую среду, подаваемого через указанный впуск в емкость по меньшей мере одного из сепараторов. 2. Установка по п.1, в которой по меньшей мере одна емкость сепаратора снабжена внутренней направляющей лопаткой, расположенной между емкостью и внутренним цилиндром с образованием открытого пространства между внутренним цилиндром и внутренней направляющей лопаткой. 3. Установка по п.1 или 2, в которой по меньшей мере одна емкость сепаратора снабжена концентрично расположенной горизонтальной круглой пластиной, имеющей меньший диаметр, чем емкость и расположенной в нижней части емкости над выпусками. 4. Установка по любому из пп.1-3, в которой впуск емкости первого сепаратора снабжен средством для нагнетания газа в текучую среду из нефтегазового пласта перед ее входом в емкость первого сепаратора. 5. Установка по любому из пп.1-4, в которой впуск емкости второго сепаратора снабжен средством для нагнетания газа в текучую среду, выходящую из первого сепаратора, перед ее входом в емкость второго сепаратора. 6. Установка по любому из пп.1-5, в которой впуск емкости сепаратора предназначен для нагнетания углеводородного газа. 7. Установка по любому из пп.1-6, в которой впуск емкости сепаратора предназначен для нагнетания газа, возвращаемого в цикл от добычи нефти и газа. 8. Установка по любому из пп.1-7, в которой по меньшей мере две емкости сепаратора соединены последовательно. 9. Установка по любому из пп.1-7, в которой по меньшей мере две емкости сепаратора соединены параллельно. 10. Установка по любому из пп.1-9, в которой емкость каждого сепаратора находится под давлением, равным по меньшей мере атмосферному давлению. 11. Установка по любому из пп.1-10, в которой емкость каждого сепаратора имеет пропускную способность, обеспечивающую начальную сепарацию около 100 м 3/ч текучей среды на 1 м 3 объема сепараторной емкости. 12. Установка по любому из пп.1-11, в которой выпускная труба емкости первого сепаратора предназначена для нефтегазовой фазы, а выпуск его емкости предназначен для водной фазы.-4 011658 13. Установка по п.12, в котором выпускная труба для нефтегазовой фазы емкости первого сепаратора соединена с впуском емкости второго сепаратора, выпуск емкости второго сепаратора предназначен для нефтяной фазы, а выпускная труба емкости второго сепаратора предназначена для газовой фазы.