Сбор и подготовка нефти на нефтяных промыслах

На всех новых нефтяных промыслах используют централизованную схему сбора и подготовки нефти. По этой схеме сбор продукции осуществляют от группы буровых скважин на автоматизированные замерные установки (АГЗУ). От каждой буровой скважины по индивидуальным трубопроводам на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ определяют точное количество нефти, которая поступила от каждой буровой скважины, а также осуществляют сепарацию пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводам на ГПЗ.

Обезвоженная и дегазированная нефть поступает на центральный пункт сбора (ЦПС) (рис.).

 

Рис. Централизованная схема сбора и подготовки нефти:

 

1,5 – насосные станции первого подъема воды; 2 – буровые скважины; 3 – станция очистки воды;

4 – открытый водосбор; 6,9 – кольцевые водоотводы; 7, 8, 10 – контуры месторождений;

11 – нефтяные буровые скважины; 12 – буровые скважины для закачки воды в пласт.

 

На каждом нефтяном месторождении обустраивают один ЦПС. Но иногда один ЦПС обслуживает несколько месторождений и размещают его на наибольшем из них. При этом на некоторых месторождениях сооружают комплексные сборные пункты (КСП), где осуществляют частичную обработку нефти. На ЦПС расположены установки по подготовке нефти, на которых осуществляют все технологические операции в комплексе.

Поступившая на установку комплексной подготовки нефти (УКПН) обезвоженная, деминерализованная, дегазированная и очищенная нефть после окончательного контроля поступает в резервуары товарной нефти, а оттуда на главную насосную станцию магистрального нефтепровода.

Для перемещения нефти от АГЗУ до ЦПС пластового давления часто оказывается недостаточно. Поэтому между АГЗУ и ЦПС размещают насосную станцию, которая и создает дополнительное давление в сборном коллекторе и дожимает поток нефти. Эту насосную станцию называют дожимной насосной станцией (ДНС). На ЦПС размещена также установка по подготовке воды (УПВ), на которой вода, отделенная на УКПН от нефти, подвергается очистке от частичек механических примесей, окислов железа и т.д. и направляется в систему поддержки пластового давления (ППД). Оттуда подготовленная вода с помощью кустовых насосных станций (КНС) под большим давлением (до 20-25 МПа) через систему трубопроводов-водоводов подается в нагнетательные (инжекционные) буровые скважины, а оттуда в продуктивные пласты.

Сепарация при подготовке нефти осуществляется в несколько ступеней. Первичная сепарация осуществляется на АГЗУ, а вторая и последующие ступени – на УКПН. Сепарация нефти происходит в специальных аппаратах-сепараторах, которые бывают вертикальными и горизонтальными. Вертикальный сепаратор состоит из четырех секций (рис.).

Секция I - это секция интенсивного выделения газа из нефти. Газо-водонефтяная смесь под большим давлением поступает в рабочее пространство сепаратора большого объема. За счет резкого снижения скорости потока вода и газ отделяются от нефти и вода направляется в нижние секции, а газ выходит из сепаратора через верхний патрубок. Повышенный эффект сепарации обеспечивается при тангенциальном вводе потока в сепаратор. При этом поток газоводонефтяной смеси подводится в рабочее пространство цилиндрического сепаратора по касательной, стекает по стенкам корпуса, что создает оптимальные условия для разделения жидкости и газа. Нефть под действием силы тяжести стекает вниз по наклоненным полочкам тонким слоем в секцию II. Это создает лучшие условия для выделения газа из нефти за счет уменьшения толщины ее слоя и увеличения времени пребывания смеси в секции II. После секции II нефть попадает в секцию III – сбора нефти. Секция IV предназначена для улавливания капель жидкости, которые вытягивает за собой исходящий поток газа.

 

Рис. Вертикальный сепаратор:

I – основная сепарационная секция; II – осадочная секция; III – секция сбора нефти; IV – секция каплеулавливания; V – патрубок ввода газожидкостной смеси; 2 – коллектор для раздачи; 3 – регулятор давления; 4 – каплеулавливатель с жалюзями; 5 – предохранительный клапан; 6 - наклонные полочки;

7 – поплавок; 8 - регулятор уровня; 9 - линия удаления шлама; 10 - перегородки; 11 - стекло уровнемера; 12 - труба для дренажа

 

Горизонтальные сепараторы имеют ряд преимуществ перед вертикальными; характеризуются большей производительностью и высоким эффектом сепарации. Принцип работы горизонтальных сепараторов аналогичен вертикальным. Но поскольку в горизонтальных сепараторах капли жидкости падают перпендикулярно к потоку газа, а не навстречу ему, как в вертикальных сепараторах, горизонтальные сепараторы имеют большую производительность.

Обезвоживание и обессоливание газожидкостной смеси — взаимосвязанные процессы, так как основная масса солей сосредоточена в пластовой воде и удаление воды проводят перед деминерализацией нефти. Обезвоживание нефти затруднено тем, что нефть и вода образовывают стойкие эмульсии. При этом вода диспергирует в нефтяной среде на мельчайшие капли, образуя стойкую эмульсию. Для обезвоживания и обессоливания нефти используют такие технологические процессы: гравитационный отстой нефти; горячий отстой нефти; термохимические методы; электрообессоливание и электрообезвоживание нефти. Наиболее простой по технологии - процесс гравитационного отстоя.

Общим недостатком гравитационных методов обезвоживания есть низкая эффективность, поэтому при подготовке нефти используют более эффективные методы, такие как химические и термохимические, а также электрообезвоживание и обессоливание. При химических методах в жидкость вводят специальные вещества, которые называются деэмульгаторами. Преимущественно в качестве деэмульгаторов используют ПАВ. Их вводят в состав нефти в небольших количествах - от 5-10 до 50-60 г на 1 т нефти. Наилучшие результаты показывают так называемые неионогенные ПАВ, которые в нефти не распадаются на анионы и катионы.

Деэмульгаторы адсорбируются на поверхности распределения фаз "нефть-вода" и вытесняют или замещают менее поверхностно-активные естественные эмульгаторы, которые содержатся в жидкости. Пленка, образующаяся на поверхности капель воды, непрочна, что облегчает слияние малых капель в большие, т.е. происходит процесс коалесценции. Крупные капли воды легко оседают на дно резервуара. Эффективность и скорость химического обезвоживания значительно увеличивается за счет нагревания нефти, т.е. при термохимических методах, за счет снижения вязкости нефти при нагревании и облегчения процесса коалесценции капель воды. Наиболее эффективно обезвоживание нефти при использовании электрических методов. Электрообезвоживание и электрообессоливание нефти производится путем пропуска нефти через специальные аппараты – электродегидраторы, где нефть проходит между электродами, которые создают электрическое поле высокого напряжения (20-30 кВ). Для повышения скорости очистки нефть предварительно подогревают до температуры 50-70°С. При прохождении обезвоженной нефти через электрическое поле высокого напряжения капли воды поляризуются, т.е. вытягиваются в длину, и на их краях формируются противоположные электрические заряды. Поляризация капель воды способствует слиянию малых капель в большие и ускорению их выделения из нефти. Частички механических примесей извлекаются из нефти во время сепарации и отстаивания. В технологии промышленной подготовки нефти используют также стабилизацию нефти. Дело в том, что после дегазации в составе нефти остается некоторое количество легких углеводородов – метана, этана и др. При хранении такой нефти в резервуарах или при ее транспортировке по трубопроводам, в цистернах железной дорогой или водным путем значительная часть этих легких углеводородов теряется вследствие испарения. Вместе с тем легкие углеводороды являются ценным сырьем и топливом (легкие бензины). Поэтому из нефти извлекают легкие низкокипящие углеводороды. Эта технологическая операция и называется стабилизацией нефти, для чего ее подвергают ректификации или горячей сепарации. Простейшей и наиболее широко используемой в промышленной подготовке нефти есть горячая сепарация, которую выполняют на специальной стабилизационной установке. При горячей сепарации нефть предварительно подогревают в специальных нагревателях и подают в сепаратор, преимущественно горизонтальный. В сепараторе из подогретой до 40-80°С нефти активно испаряются легкие углеводороды, которые отсасываются компрессором и через холодильную установку и бензосепаратор подаются в сборный газопровод. В бензосепараторе из легкой фракции дополнительно выделяют за счет конденсации тяжелые углеводороды.

Вода, отделенная от нефти на УКПН, поступает на УПВ (установку подготовки воды), которая также размещена на ЦПЗ. Особенно большое количество воды отделяют от нефти на завершающей стадии эксплуатации нефтяных месторождений, когда содержимое воды в нефти может достигать до 80 %, т.е. с каждым кубометром нефти изымается 4 м3 воды. Пластовая вода, отделенная от нефти, содержит механические примеси, капли нефти, гидраты закиси и окиси железа и большое количество солей. Механические примеси забивают поры в продуктивных пластах и препятствуют проникновению воды в капиллярные каналы пластов, что снижает эффективность добычи.

Гидраты окиси железа выпадают в осадок, соли, содержащиеся в воде, способствуют коррозии трубопроводов и оборудования. Поэтому сточные воды, отделенные от нефти на УКПН, необходимо очистить от механических примесей, капель нефти, гидратов окиси железа и солей, и только после этого закачать в продуктивные пласты.

Допустимое содержание в воде механических примесей, нефти и соединений железа определяют конкретно для каждого нефтяного месторождения. Для очистки сточных вод используют закрытую (герметизированную) систему, в которой используют три метода: отстой, фильтрование и флотацию. Метод отстоя основан на гравитационном распределении твердых частичек механических примесей, капель нефти и воды. Процесс отстоя происходит в горизонтальных аппаратах-отстойниках или в вертикальных резервуарах-отстойниках. Метод фильтрования основывается на прохождении загрязненной пластовой воды через гидрофобный фильтрующий слой, например, через гранулы полиэтилена, которые "захватывают" капли нефти и частички механических примесей и свободно пропускают воду. Метод флотации базируется на одноименном явлении, когда пузырьки воздуха или газа, проходя через слой загрязненной воды снизу вверх, оседают на поверхности твердых частичек, капель нефти и содействуют их всплытию на поверхности. Очищают сточные воды на установках марок УОВ-750, УОВ-1500, УОВ-3000, УОВ-10000, производительностью соответственно, 750, 1500, 3000 и 10000 м³/сут. Установка УОВ-10000 состоит из трех установок УОВ-3000. Каждая такая установка имеет четыре блока: отстойник, флотацию, сепарацию и насосный. Вместе с очищенной пластовой водой в продуктивные пласты закачивают пресную воду, получаемую из подземных артезианских буровых скважин и открытых водоемов (рек). Грунтовые воды из артезианских буровых скважин отличаются высокой степенью чистоты и большей частью не нуждаются в глубокой очистке перед нагнетанием в пласты, а вода из открытых водоемов сильно загрязнена глинистыми частичками, соединениями железа, микроорганизмами и требует дополнительной очистки. Существует два вида отбора воды из открытых водоемов: подрусловый и открытый.