книги / Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти и газа

рабатывающий завод). Частично обезвоженная и частично дегазированная нефть поступает по сборному коллектору на центральный пункт сбора (ЦПС). Обычно на одном нефтяном месторождении устраивают один ЦПС. Но в ряде случаев один ЦПС устраивают на несколько месторождений с размещением его на более крупном месторождении. В этом случае на отдельных месторождениях могут сооружаться комплексные сборные пункты (КСП), где частично производится обработка нефти. На ЦПС сосредоточены установки по подготовке нефти и воды. На установке по подготовке нефти осуществляют в комплексе все технологические операции по ее подготовке. Комплект этого оборудования называется УКПН – установка по комплексной подготовке нефти.

Рис. 10.1. Система самотечного (а) и герметизированного (б) сбора нефти, газа и воды на промысле: 1 – скважина; 2 – индивидуально замерная установка; 3 – газопровод; 4 – самотечная выкидная линия; 5 – участковые резервуары сборного пункта; 6, 15, 18 – насосы; 7 – сборный коллектор; 8 – сырьевые резервуары; 9 – установки подготовки нефти; 10 – компрессорная станция; 11 – газоперерабатывающий завод; 12 – групповые замерные установки; 13 – сборный коллектор нефти, газа и воды; 14 – дожимная насосная станция; 16 – магистральный нефтепровод; 17 – установка очистки воды; 19, 21 – водоводы; 20 – кустовая насосная станция; 22 – нагнетательные скважины; 23 – автоматизированная установка «Рубин»;

24 – товарные резервуары подготовленной нефти

301

и только после этого закачивать в продуктивные пласты. Допустимые содержания в закачиваемой воде механических примесей, нефти, соединений железа устанавливают конкретно для каждого нефтяного месторождения. Для очистки сточных вод применяют закрытую (герметизированную) систему очистки.

В герметизированной системе в основном используют три метода: отстой, фильтрования и флотацию. Метод отстоя основан на гравитационном разделении твердых частиц механических примесей, капель нефти и воды. Процесс отстоя проводят в горизонтальных аппаратах – отстойниках или вертикальных резервуарах-отстойниках. Метод фильтрования основан на прохождении загрязненной пластовой воды через гидрофобный фильтрующий слой, например через гранулы полиэтилена. Гранулы полиэтилена «захватывают» капельки нефти и частицы механических примесей и свободно пропускают воду. Метод флотации основан на одноименном явлении, когда пузырьки воздуха или газа, проходя через слой загрязненной воды снизу вверх, осаждаются на поверхности твердых частиц, капель нефти и способствуют их всплытию на поверхность. Очистку сточных вод осуществляют на установках очистки вод типа УОВ-750, УОВ-1500, УОВ-3000 и УОВ-10000, имеющих пропускную способность соответственно 750, 1500, 3000 и 10000 м3/сут. Следует отметить, что установка УОВ-10000 состоит из трех установок УОВ-3000. Каждая такая установка состоит из четырех блоков: отстойника, флотации, сепарации и насосного.

Вместе с очищенной пластовой водой в продуктивные пласты для поддержания пластового давления закачивают пресную воду, полученную из двух источников: подземных (артезианских скважин) и открытых водоемов (рек). Грунтовые воды, добываемые из артезианских скважин, отличаются высокой степенью чистоты иво многих случаях не требуют глубокой очистки перед закачкой в пласты. В то же время вода открытых водоемов значительно загрязнена глинистыми частицами, соединениями железа, микроорганизмами и требует дополнительной очистки. В настоящее время применяют два вида забора воды из открытых водоемов: подру-

303

словый и открытый. При подрусловом методе воду забирают ниже дна реки – «под руслом». Для этого в пойме реки пробуривают скважины глубиной 20–30 м диаметром 300 мм. Эти скважины обязательно проходят через слой песчаного грунта. Скважину укрепляют обсадными трубами с отверстиями на спицах и в них опускают водозаборные трубы диаметром 200 мм. В каждом случае получают как бы два сообщающихся сосуда – «рекаскважина», разделенных естественным фильтром (слоем песчаного грунта). Вода из реки профильтровывается через песок и накапливается в скважине. Приток воды из скважины форсируется вакуумнасосом или водоподъемным насосом и подается на кустовую насосную станцию (КНС). При открытом методе воду с помощью насосов первого подъема откачивают из реки и подают на водоочистную станцию, где она проходит цикл очистки и попадает

вотстойник. Вотстойнике с помощью реагентов-коагуляторов частицы механических примесей и соединений железа выводятся

восадок. Окончательная очистка воды происходит в фильтрах, где

вкачестве фильтрующих материалов используют чистый песок илимелкийуголь.

10.1. Сепарационные установки

Процесс отделения газа от нефти называется сепарацией. Аппарат, в котором происходит отделение газа от жидкой продукции скважин, называют нефтегазовым сепаратором. Так как в нефтегазовом сепараторе происходит отделение газовой фазы от жидкой, такой сепаратор называют двухфазным. Однако иногда в нефтегазовых сепараторах осуществляется к тому же отделение и сброс свободной воды. В этом случае нефтегазовый сепаратор называют трехфазным сепаратором.

Сепараторы, применяемые на нефтяных месторождениях, условно подразделяются на следующие категории: 1) по назначению – замерно-сепарирующие и сепарирующие; 2) по геометрической форме и положению в пространстве – цилиндрические, вертикальные, горизонтальные и наклонные; 3) по характеру проявления основных сил – гравитационные и центробежные (гидроциклонные);

304

4) по рабочему давлению – высокого (6,4 МПа и более), среднего (2,5–6,4 МПа), низкого (0,6–2,5 МПа) давления и вакуумные; 5) по числу обслуживаемых скважин – индивидуальные и групповые; 6) по числу ступеней сепарации – первой, второй, третьей ступени и т.д.; 7) по числу разделяемых фаз – двухфазный (нефть+газ), трехфазный(нефть+газ+вода).

Горизонтальные сепараторы

Имеют большую пропускную способность по газу и жидкости, чем вертикальные. По некоторым данным, пропускная способность горизонтального сепаратора при одинаковых размерах примерно в 2,5 раза больше вертикального. Это объясняется тем, что в горизонтальном сепараторе капли жидкости под действием силы тяжести падают вниз, перпендикулярно к потоку газа, а не навстречу, как это происходит в вертикальных сепараторах. Горизонтальные сепараторы широко применяются также для отделения и сбора свободной воды из продукции скважин на первой или последующих ступенях сепарации, что исключает попадание значительных объемов воды на установку по подготовке нефти. В этом случае они выполняют роль трехфазных сепараторов (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Трехфазный сепаратор УПС-3000 и УПС-6300

Блок сепарации и сброса воды А глухой сферической перегородкой разделен на два отсека – сепарационный Б и отстойный В. Каждый отсек имеет люк-лаз, предохранительный клапан и дре-

305

нажные штуцеры. В сепарационном отсеке для более полной сепарации и предотвращения пенообразования предусмотрена нефтеразливная полка 2. Для равномерного распределения потока в параллельно работающих установках в сепарационных и отстойных отсеках имеются штуцеры для сообщения их по жидкости (в нижней части) и газу (в верхней части). В отстойном отсеке для более полного использования объема емкости имеется распределитель жидкости на входе 3, перфорированная труба со штуцером для вывода воды 8 и два штуцера для вывода нефти 5 и 6. Расположение штуцеров для вывода нефти позволяет осуществлять работу установокврежимахполногоинеполногозаполнения.

На установках УПС-6300 применяется каплеотбойник 4, устанавливаемый над отстойной секцией. Продукция скважин поступает в сепарационный отсек 5 по соплу 1 и нефтеразливной полке 2, где происходит первичное отделение газа от жидкой фазы. Отделившийся нефтяной газ через регулятор уровня отводится в отсек В, откуда через каплеотбойник 4 и регулятор давления поступает в газовый коллектор.

В случае применения установки на первой ступени сепарации предусматривается узел предварительного отбора газа (депульсатор), рис. 10.4. При использовании установки на второй ступени сепарациимонтажузлапредварительногоотборагазанетребуется.

Рис. 10.4. Узел предварительного отбора газа: 1 – конечный участок подводящего коллектора; 2 – газосборный коллектор; 3 – газоотводящие патрубки; 4 – разделительный трубопровод; 5 – газопровод; 6 – отвод газа в газосепаратор; 7 – подвижные зонды; 8 – патрубок сброса воды

306

Водонефтяная эмульсия из отсека Б под давлением газа поступает в отсек В (см. рис. 10.3). Допустимый перепад давления между отсеками Б и В не более 0,2 МПа (в зависимости от длины каплеобразователя между отсеками).

Для улучшения процесса отделения воды от эмульсии предусмотрено предварительное смешение продукции скважин с водой, поступающей из установки подготовки нефти. Трубопровод (каплеобразователь) между отсеками Б и В может быть выполнен из трубы определенного диаметра и длины в зависимости от требуемого времени контакта эмульсии и оборотной воды. При работе установки без каплеобразователя оборотная вода с установок подготовки нефти подается за 200–300 м до входа в технологическую емкость.

Сепаратор с предварительным отбором газа типа УБСН

Для сепарации нефти от газа на первой ступени хорошо зарекомендовал себя сепаратор предварительным отбором газа (рис. 10.5). Работает данный сепаратор следующим образом. Нефтегазовая смесь подводится к корпусу сепаратора по наклонным трубопроводам 1 и 2. Наклон трубопровода 1 может колебаться в пределах 30–40о, а трубопровода 2 – 10–15о. К трубопроводу 2 вертикально привариваются три – четыре газоотводных трубки 3 диаметром 50–100 мм. Верхние концы этих трубок приварены к сборному коллектору (депульсатору) газа 5, подводящему этот газ к корпусу каплеуловителя 8, в котором устанавливается выравнивающая поток газа перфорированная перегородка 6 и жалюзийная кассета 7. Капельки нефти, уносимые основным потоком газа по сборному коллектору 5, проходя жалюзийную кассету 7 (или любую другую), прилипают к стенкам жалюзи и, скапливаясь на них, сплошной пленкой стекают вниз на корпус сепаратора. Из корпуса каплеуловителя 8 газ направляется в эжектор 9, а из него под собственным давлением0,6 МПа – нагазоперерабатывающийзавод(ГПЗ).

Нефть, освобожденная от основной массы в трубопроводе 2, поступает в корпус сепаратора, в котором установлены сплошная перегородка 14, успокоитель уровня 13 и две наклонные плоскости

307

10, увеличивающие путь движения нефти и способствующие выделению из нефти окклюдированных пузырьков газа, не успевших скоалесцировать и выделиться в наклонном трубопроводе 2. Выделившийся из нефти газ на нижней плоскости 10 проходит отвод ивместе с газом, выделившимся на верхней плоскости, поступает вэжектор9 итранспортируетсятакженаНПЗ.

Рис. 10.5. Сепаратор с предварительным отбором газа типа УБСН

Для вывода нефти из сепаратора имеется датчик уровнемера поплавкового типа 11 с исполнительным механизмом 12.

Нефти средней (3 мПа·с) и особенно высокой (100 мПа·с) вязкости, а также нефти, склонные к пенообразованию, в данном сепараторе от газа практически не отделяются. Неудовлетворительное разделение газа от жидкости в таком сепараторе происходит также и в том случае, если нефть обводняется и в сепаратор поступает стойкая водонефтяная эмульсия высокой, как правило, вязкости.

10.2. Дожимные насосные станции

Когда давления на устьях нефтяных скважин недостаточны для транспортирования нефти или нефтяной эмульсии на большие расстояния до ЦПС, где должна подготавливаться нефть, приходится строить дожимные насосные станции (ДНС).

В состав ДНС входят нефтегазовые сепараторы, иногда буферная емкость для отсепарированной нефти, насосы для откачки неф-

308

ти, электротехническое оборудование (трансформаторная подстанция, станции управления). Дожимные насосные станции, как правило, работают в автоматическом режиме. При помощи средств автоматики в зависимости от количества поступающей нефти, объема сепаратора или буферной емкости и подачи установленных насосов устанавливается режим откачки нефти сДНС. Он может быть непрерывный и периодический. Управление периодической откачкой нефти осуществляется при помощи специальных средств автоматики, называемых автоматами откачки. От датчиков этих приборов взависимостиотуровняжидкостивсепаратореилибуфернойемкостиподаетсякоманданавключениеилиотключениенасосов.

В составе ДНС, особенно удаленных от ЦПС на большие расстояния, при значительной обводненности нефти (более 30 %) часто предусматриваются установки по частичному обезвоживанию нефти или предварительному сбросу пластовой воды.

Рис. 10.6. Дожимная насосная станция с предварительным сбросом воды

Дожимная насосная станция с предварительным сбросом пластовой воды (рис. 10.6) работает следующим образом. Нефтегазоводяная смесь из сборного коллектора через патрубок 1 поступает в трехфазный сепаратор 2. Газ, отделившись от жидкости, через регулятор давления «до себя» 3 и расходомер 4 поступает в газопровод и под собственным давлением транспортируется на ГПЗ,

309

асмесь (эмульсия) воды с нефтью сначала поступает в каплеобразователь 14, а затем перетекает во второй отсек сепаратора, где происходит разрушение эмульсии за счет подачи эффективного деэмульгатора из емкости 11 дозировочным насосом 12. Вода через исполнительный механизм 5 сбрасывается в буферную емкость 6, откуда насосами 10 отправляется на БКНС, а обезвоженная нефть поступает в расходомер объемного типа 7, а затем на прием центробежных насосов 8 и транспортируется до ЦПС. Откачка воды регулируется в зависимости от положения уровня «нефть-вода» регулятором13 иисполнительным механизмом5.

Система автоматики предусматривает попеременную работу насосных агрегатов, автоматическое включение резервного насоса при выходе из строя рабочего агрегата, а также автоматическую остановку насосов откачки при срыве подачи. Все эти операции осуществляются при помощи электроконтактных манометров 9, установленных на выкидных линиях насосов и приборов местной автоматики, связанных с пусковыми устройствами.

10.3. Подготовка и перекачка нефти Печь типа ПТБ

Блочная трубчатая печь ПТБ-10 предназначена для нагрева нефтяных эмульсий и нефти при их промысловой подготовке и транспортировании (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Печь типа ПТБ: 1 – запальник; 2 – подача газа; 3 – подача воздуха; 4 – корпус циклонной горелки;

5 – сопло горелки; 6 – теплообменные трубы

310