Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к подготовке товарной нефти.

Известна установка для обработки ловушечной нефти, содержащая двухпродуктовый и трехпродуктовый гидроциклоны, соединенные между собой через насос, сливные патрубки которых соединены с разделительным резервуаром. Установка снабжена дозатором деэмульгатора, блоком подачи пресной воды и узлом разрушения бронирующих оболочек с устройством для акустической коалесценции с механическим возбудителем акустического сигнала [а.с. SU №10474491, кл. В01D 17/00. 1983].

Недостатками этой установки являются низкая эффективность узла разрушения бронирующих оболочек, обусловленная ограниченностью частотного диапазона акустического сигнала, и конструктивная сложность возбудителя акустического сигнала.

Наиболее близкой по конструкции и достигаемым результатам является установка подготовки продукции скважин, включающая подводящий трубопровод, трехфазный сепаратор, водяную и нефтяную буферные емкости, устройство подогрева и устройство разрушения бронирующих оболочек, причем линия отвода воды соединена с трехфазным сепаратором, а линия выхода воды соединена посредством кустовой насосной станции с входом узла разрушения бронирующих оболочек. Процесс разрушения бронирующих оболочек осуществляется гидродинамическим способом в сильно развитом турбулентном течении в узле разрушения бронирующих оболочек, соединенном с концевым делителем фаз. В качестве узла разрушения бронирующих оболочек используется сопло Лаваля [пат. RU №2045982, кл. B01D 17/00, B01D 19/00. 1995].

Недостатком известной установки, принятой в качестве прототипа, является низкая эффективность узла разрушения бронирующих оболочек, обусловленная ограниченностью частотного диапазона акустического сигнала. Кроме того, использование сопла Лаваля для разрушения бронирующих оболочек эмульсии неэффективно, поскольку оно предназначено для сверхзвуковых режимов работы, т.е. для воды это более 1490 м/сек, а такие скорости потоков в устройствах подготовки продукции скважин не применяются.

Задача - повышение эффективности узла разрушения бронирующих оболочек путем расширения частотного диапазона акустического сигнала.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в установке подготовки продукции скважин, включающей подводящий трубопровод, устройство подогрева, узел разрушения бронирующих оболочек, соединенный с концевым делителем фаз, трехфазный сепаратор с линией отвода воды, нефтяную и водяную буферные емкости, линию выхода воды, соединенную посредством кустовой насосной станции с входом узла разрушения бронирующих оболочек, в отличие от прототипа концевой делитель фаз снабжен двумя дозвуковыми соплами с возбудителями акустических колебаний в виде упругих пластин, закрепленных на соплах поперек потока воды, первый из которых с постоянной настройкой, а второй - с возможностью изменения длины активной части, при этом сопла соединены с кустовой насосной станцией патрубком.

На фиг. 1 приведена схема узла разрушения бронирующих оболочек.

На фиг. 2 показано устройство нерегулируемого возбудителя колебаний.

На фиг. 3 показано устройство регулируемого возбудителя колебаний.

Подводящий трубопровод 1 соединен с концевым делителем фаз 2, к которому прикреплен возбудитель колебаний 3, содержащий сопла 4 и 5 (фиг. 1). Каждое из сопел снабжено возбудителем колебаний: сопло 4 - возбудителем 6, а сопло 5 - возбудителем 7.

Возбудитель 7 снабжен регулирующим винтом 8. Сопла соединены с кустовой насосной станцией патрубком 9. Нерегулируемый возбудитель колебаний 6 содержит основание 10 и упругую пластину 11, прикрепленную к нему прижимом 12 с помощью болтового соединения (фиг. 2). Регулируемый возбудитель колебаний 7 содержит основание 13 с прикрепленной к нему упругой пластиной 14, которая защемлена между двух прижимов 15, соединенных пружиной 16 и регулировочным винтом 8 (фиг. 3).

В основе работы установки для обработки продукции скважин лежит принцип воздействия на эмульсию акустическим сигналом, разрушающим бронирующие оболочки и способствующим коалесценции глобул нефти. Кустовая насосная станция по патрубку 9 подает очищенную воду в возбудитель колебаний 3 под давлением, превышающим давление в концевом делителе фаз 2, причем это превышение численно равно отношению площадей входных и выходных сечений сопел 4 и 5. Вода, проходя через зазор между основанием 10 и упругой пластины 11 нерегулируемого возбудителя колебаний 6, отгибает пластину 11 по ходу движения. При этом зазор между основанием 10 и пластиной 11 увеличивается и напор потока воды, действующий на упругую пластину 11, уменьшается. Под действием внутренних напряжений пластина 11 стремится вернуться в прежнее положение, при этом зазор между основанием 10 и пластиной 11 уменьшается, что приводит к повышению напора воды и повторному отклонению пластины 11 от равновесного положения. Так происходит возбуждение гармонических колебаний упругой пластины, а вместе с ней - потока воды, протекающей по дозвуковому соплу 4. Частота возбуждаемых колебаний в потоке воды, протекающей через сопло 4, определяется частотой собственных колебаний пластины 11 и не зависит от скорости и давления воды. Так же происходит возникновение колебаний в возбудителе колебаний 7 сопла 5. В отличие от нерегулируемого возбудителя колебаний 6 регулируемый возбудитель колебаний 7 снабжен регулирующим винтом 8, вращая который можно изменять рабочую длину упругой пластины 14, защемленной между двумя прижимами 15. В зависимости от угла поворота этих прижимов, создаваемых винтом 8, высота защемления пластины 14 изменяется, выпуклые части прижимов 15 перекатываются по пластине 14, изменяя тем самым рабочую длину упругой пластины 14. Это в свою очередь изменяет собственную частоту колебаний пластины 14 и потока воды, проходящей через сопло 5. В результате взаимодействия двух различных частот, создаваемых в жидкой среде концевого делителя фаз 2 возбудителями 6 и 7, возникают биения вследствие разности фаз между двумя колебаниями с различными частотами, которые изменяются так, что оба колебания оказываются в какой-то момент времени в одинаковой фазе, через некоторое время - в противофазе, затем снова в фазе и т.д. Если A₁ и A₂ - амплитуды двух накладывающихся колебаний, то при одинаковых фазах колебаний амплитуда результирующего колебания достигает наибольшего значения A₁+A₂, а когда фазы колебаний противоположны, амплитуда результирующего колебания падает до наименьшего значения А₁-А₂. В простейшем случае, когда амплитуды обоих колебаний равны, их сумма достигает 2A при одинаковых фазах колебаний и падает до нуля, когда они противоположны по фазе. Результат наложения колебаний можно записать в виде:

,

где ω₁ и ω₂ - соответственно угловые частоты двух накладывающихся гармонических колебаний (начальные фазы обоих колебаний принимаются равными нулю, т.к. они не играют роли в образовании биений; играет роль только разность фаз между обоими колебаниями, которая все время меняется от 0 до 2π). По мере сближения частот ω₁ и ω₂ частота биений уменьшается, исчезая при ω₁→ω₂ («нулевые» биения»).

Например, нерегулируемый возбудитель колебаний 6 настроен на частоту 500 Гц, а возбудитель 7 может изменять свою частоту в диапазоне от 420 до 500 Гц. Тогда при наложении двух частот колебаний, возбуждаемых в жидкой среде концевого делителя фаз 2, частота биений может изменяться от 80 Гц до 0 (при равенстве частот обоих возбудителей - 6 и 7), а амплитуда равна сумме амплитуд колебаний обоих источников акустического сигнала.

Такой режим акустического воздействия на эмульсию дает возможность расширить частотный диапазон и повысить амплитуду колебаний, что увеличивает эффект разрушения бронирующих оболочек водонефтяной эмульсии.

Для усиления эффекта акустического воздействия применяется сопловой аппарат возбудителя колебаний 3 (фиг. 1). В соплах 4 и 5 происходит непрерывное увеличение скорости ν жидкости в направлении течения - от начального значения ν₀ во входном сечении сопла до наибольшей скорости ν=ν_a на выходе. В силу закона сохранения энергии одновременно с ростом скорости ν в соплах происходит непрерывное падение давления и температуры от их начальных значений p₀ и T₀ до наименьших значений p_a, T_a в выходном сечении. Таким образом, для реализации течения в сопле необходим некоторый перепад давления, т.е. выполнение условия p₀>p_a. При увеличении T₀ скорость во всех сечениях сопла возрастает в связи с ростом начальной потенциальной энергии. Пока скорость течения невелика, малы и соответствующие изменения давления и температуры в сопле, поэтому свойство сжимаемости (способность жидкости или газа изменять свой объем под действием перепада давления или изменения температуры) еще не проявляется и изменением плотности среды ρ в направлении течения можно пренебречь, считая ее постоянной. В этих условиях для непрерывного увеличения скорости среды сопло должно иметь сужающуюся форму, т.к. в силу уравнения неразрывности ρνF=const площадь F поперечного сечения сопла должна уменьшаться обратно пропорционально росту скорости. Исходя из этого выбирается дозвуковая сужающаяся форма сопел 4 и 5 (фиг. 1).

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение обладает преимуществами:

- повышенным воздействием на бронирующие оболочки эмульсии за счет суммарной амплитуды двух возбудителей колебаний;

- расширением частотного диапазона колебаний за счет применения биений и изменения их частоты путем регулирования рабочей длины одного из двух возбудителей колебаний;

- упрощением узла разрушения бронирующих оболочек в связи с применением дозвукового сопла, которое конструктивно и технологически просто для реализации.