Исследование волновых процессов в гидросистемах трубных водоотделителей внутрипромысловых систем подготовки нефти

Авторы: Ф.Д. Шайдуллин; Заслуженный изобретатель РФ, д.т.н., X. Н. Низамов; к.т.н. В.Н. Применко; Российский университет дружбы народов

Журнал «Двойные Технологии», №1, 2003г.

Приведены результаты исследования волновых процессов в гидросистемах трубных водоотде­лителей, донная часть которых особо подвержена коррозии.

Трубный водоотделитель (ТВО) предназначен для утилизации попутной пластовой воды в системе сбора и подготовки нефти. Его использование существенно упрощает традиционные технологии очистки и сброса воды для систем поддержания пластового давления (ППД). До внедрения ТВО вся продукция скважин транспортировалась от нефтяного месторождения до установок сброса воды (УПС) и установок подготовки нефти (УСН), а сбрасываемая вода обратно откачива­лась на нефтяное месторождение для закачки в про­дуктивные пласты.

На УПС газожидкостная смесь с нефтяной пло­щадки поступает в горизонтальный сепаратор, откуда газ направляется на осушку и далее потребителю. Во­да из сепаратора подается в горизонтальный отстойник, затем в вертикальный резервуар для очистки от остатков нефти, а нефть - в буферную емкость, отку­да откачивается на УПН.

Подготовка вода в вертикальных резервуарах (РВС) приводит к их ускоренной коррозии (срок службы 2-3 года), интенсивно корродируют и горизонтальные емкости УПС. Кроме того, на транспор­тировку больших объемов воды от УПС к кустовым насосным станциям системы ППД необходимы водо­насосные станции, а, следовательно, дополнительные расходы электроэнергии.

Использование ТВО позволяет осуществить пред­варительный сброс воды непосредственно на нефтя­ной площади и напором насосов нефтяных скважин через ТВО подавать попутную воду к насосам КНС. При этом значительно сокращается количество верти­кальных резервуаров (примерно на 70%), отпадает необходимость в затратах электроэнергии на транс­порт воды от УПС до насосов системы ППД.

Рис.1 Схема трубного водоотделителя

Трубный водоотделитель (см. рис. 1) состоит из на­клонного трубопровода 1, над которым параллельно расположен трубопровод 2, соединенный с ним по­средством перемычек 3.

Подводящий трубопровод-успокоитель 4 газожидкостной смеси, поступающей по трубопроводу 5 системы сбора нефти, расположен рядом с трубопро­водом 1. Верхние концы трубопроводов 1 и 2 соеди­нены с нефтегазопроводом 7. Нижний конец трубо­провода 1 соединен с приемной линией насосных агрегатов ППД 8.

Газоводонефтяная смесь с промыслов по трубо­проводу 5 подается в успокоитель 4, откуда свобод­ный газ по перемычке 6 переходит в верхний трубо­провод 2, нефть и вода - в трубопровод 1. Вода, имеющая большую плотность, чем нефть, с частичным содержанием нефти движется вниз по трубопро­воду 1, нефть - вверх и совместно с газом поступает в трубопровод 7. Вода по ходу движения вниз по трубопроводу 1 постепенно освобождается от частиц нефти и пузырьков газа, которые по перемычкам 3 переходят в трубопровод 2, а затем 7. Освобожденная от нефти вода по трубопроводу 8 поступает к насосам ППД.

Скорость движения очищаемой воды в наклонном трубопроводе ТВО подбирается в зависимости от свойств газоводонефтяной смеси и устойчивости эмульсии нефть-вода.

Для угленосных нефтей в НГДУ «Чекмагушнефть» (АНК «Башнефть») получены следующие па­раметры ТВО: линейная скорость движения воды вниз - V < 015 м/с; угол наклона трубопровода - не менее 4°; время движения воды вниз до торца наклон­ной трубы t > 600 с.

Многолетний опыт эксплуатации ТВО в нефте­газодобывающих предприятиях (НГДУ) показал вы­сокую эффективность и надежность этих устройств, однако на некоторых из них наблюдается повышенная скорость коррозийных процессов в донной части ТВО, что приводит к образованию свищей уже через несколько лет работы. Для выявления причин возник­новения этого явления были проведены исследования волновых процессов в гидросистемах трубных водо­отделителей, особенно подверженных коррозии.

Исследования проводились в НГДУ «Чекмагушнефть на следующих ТВО: Кушулево, Гремячий ключ, Юлдуз при КНС 6, Юлдуз при БКНС 22 и Крещено-Буляк. Измерения пульсаций давления осуще­ствлялись зарядовыми датчиками фирмы Kistler, по­казания которых записывались на магнитограф фир­мы Bruel & Kjaer. Измерения проводились на стацио­нарном режиме работы гидросистемы ТВО.

Датчики устанавливались в патрубки в теле на­клонной трубы после успокоителя, на газовой, нефтя­ной и водяной линиях на выходе из ТВО. Записанная информация затем анализировалась в лабораторных условиях с помощью анализатора спектра фирмы Bruel & Kjaer типа 2034.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что во всех исследованных гидросисте­мах ТВО имеются интенсивные пульсации давления на стационарных режимах работы, которые могут приводить к увеличению скорости коррозионных процессов и оказывать существенное влияние на про­цесс сепарации. В табл. 1 приведены данные об ам­плитудах пульсаций давления в теле наклонной трубы по различным ТВО.

Таблица 1

Рис. 2.

Рис. 3.

На рис. 2 и рис. 3 представлены диаграммы изменения давления от времени в теле ТВО Юлдуз КНС 6 и БКНС 22, где наблюдаются наиболее интенсивные колебания давления, что свидетельствует о возникно­вении резонансных явлений. При этом амплитуда ко­лебаний может достигать величины номинального ра­бочего давления (см. рис. 2), что приводит к возник­новению интенсивных знакопеременных напряжений в стенках и днищах ТВО, к возникновению коррозионно-усталостных микротрещин, кавитационной эррозии материала стенки трубы и многократному воз­растанию скорости коррозионных процессов.

Следует отметить, что именно на ТВО Юлдуз КНС 6, где измеренные амплитуды пульсаций давле­ния максимальны, в процессе эксплуатации отмечена самая высокая скорость коррозии (время до образова­ния свищей в донной части ТВО менее трех лет).

Устранение интенсивных колебаний давления в гидросистеме ТВО путем целенаправленного изменения ее параметров с помощью специальных устройств -стабилизаторов давления позволит значительно уве­личить срок службы и надежность этих устройств как на стационарных, так и нестационарных режимах ра­боты (при пуске и остановке насосных агрегатов, в случае аварийного отключения электропитания и т. п.), когда интенсивность волновых процессов может многократно возрастать.

Статья поступила 19.01.2003г.