Способ сбора амбарной нефти и устройство для его осуществления

(51)7 02 15/04, 09 1/06, 01 11/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Ершин Шахбаз Алим-Гиреевич Жапбасбаев Узак Каирбекович Айсаев Сатжан Ушканбаевич Утегалиев Сисенгали Ажигалиевич Хаиров Гали(54) СПОСОБ СБОРА АМБАРНОЙ НЕФТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к нефтяной, а именно к нефтеперерабатывающей промышленности, и может быть использовано для очистки прилегающих к нефтяным месторождениям территорий от естественно образующихся нефтяных скоплений и отходов (амбарной нефти). Использованием изобретения на способ достигается интенсификация разогрева и увеличение площади разогреваемой амбарной нефти. Это достигается тем, что в способе сбора амбарной нефти, включающем разогрев амбарной нефти,направляемой на ее поверхность струй водяного пара, скорость направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара доводят до сверхзвуковой, при этом параметры направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара принимают равными Мс 1,8-2,0 Тс 383 К-403 К,Рс(1,4-1,8) 105 Па, где Мс - число Маха, Тс и Рссоответственно, термодинамическая температура и давление струи водяного пара. При использовании изобретения на устройство достигается доведение скорости водяной струи до сверхзвуковой. Указанный результат достигается тем, что в устройстве для сбора амбарной нефти, содержащем установку для подготовки и подачи нагретого водяного пара на поверхность амбарной нефти, паропровод и насадку в виде кольцевого сопла, содержащего выполненные как одно целое цилиндрический патрубок и центральное тело в форме усеченного конуса, расширяющееся к свободному торцу, кольцевое сопло выполнено с дополнительным цилиндрическим патрубком с выполненной как одно целое с ним обечайкой в виде направленных вершинами навстречу друг другу двух усеченных конусов, причем дополнительный патрубок размещен снаружи,коаксиально первому, при этом патрубки расположены таким образом, что наиболее узкая часть обечайки внешнего патрубка находится на уровне места стыковки внутреннего патрубка с центральным телом, центральное тело внутреннего патрубка дополнительно защищено решеткой, угол наклона конусообразной поверхности обечайки внешнего патрубка кольцевого сопла больше угла наклона конусообразной поверхности центрального тела внутреннего патрубка. 10116 Изобретение относится к нефтяной, а именно к нефтеперерабатывающей промышленности, и может быть использовано для очистки прилегающих к нефтяным месторождениям территорий от естественнообразующихся нефтяных скоплений и отходов (амбарных нефтей). Амбарная нефть представляет собой разлитую в естественноприродные и искусственные почвенные углубления нефть. Причиной образования амбарной нефти являются технологические аварии (например,порывы) нефтепроводов, профилактические ремонты скважин и другие нарушения технологического процесса добычи и транспортировки нефти. В результате естественного взаимодействия с окружающей средой, лишаясь практически всех легких фракций, амбарная нефть претерпевает серьезные структурные изменения, превращаясь в затвердевшую аморфную массу. Для Республики Казахстан (например, для нефтеперерабатывающих районов Жетыбай, Узень и других), а также других стран мира(например, Венесуэлы), где добывается застывающая уже при 37 С высокопарафинистая нефть, сбор амбарной нефти приобретает особую экологическую актуальность. Эффект от применения предлагаемого способа достигается не только за счет улучшения экологической обстановки в местах добычи нефти,но и за счет сбора разлитой нефти и ее дальнейшей переработки. Известны тепловые способы добычи (в т.ч. сбора разлитой) нефти путем вытеснения ее из пласта горячей водой, водяным паром или использованием специального внутрипластового горения (Байбаков Н.К., Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений -3-е изд., перераб. и доп. М. Недра, 1988. С. 7-9). Сущность известных способов заключается в нагнетании в нефтеносный пласт специального теплоносителя (горячей воды,водяного пара, продуктов горения нефти и газа),повышающего пластовую энергию и снижающего вязкость нефти. Нефть, становясь текучей, вытесняется из пласта. С помощью этих же теплоносителей можно собирать и амбарную нефть (например, с помощью горячей воды, стекающей по поверхности амбара), в результате чего поверхность амбара разогревается и нефть становится пригодной для сбора. Недостатком известных тепловых способов добычи (в т.ч. и сбора) нефти является их низкая эффективность и значительное энергопотребление, что делает их неконкурентноспособными и бесперспективными. Известен способ сбора амбарной нефти, включающий дополнительный разогрев амбарной нефти направляемой на ее поверхность струй водяного пара (Байбаков Н.К., Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений -3-е изд.,перераб. и доп. - М. Недра, 1988. - С. 7). В состав известного устройства для сбора амбарной нефти, принятого за прототип, входят установка для подготовки и подачи нагретого водяного пара на поверхность амбарной нефти, паропровод и насадок 2 с входящим в его состав кольцевым соплом в виде выполненных за одно целое цилиндрического патрубка и центрального тела в форме усеченного конуса, расширяющегося к свободному торцу (Байбаков Н.К, Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений -3-е изд., перераб. и доп. М. Недра, 1988. С. 53). Недостатки известного способа и устройства заключаются в том, что они не обеспечивают высокой эффективности процесса сбора высокопарафинистой амбарной нефти. Это объясняется тем, что для разжижения застывшей амбарной нефти используется лишь тепло струи водяного пара, что недостаточно для разжижения амбарной нефти. При этом разогрев амбарной нефти происходит на небольшой поверхности и сопровождается значительной потерей тепла. Для непрерывной выработки и поддержания высокой температуры струи водяного пара и охвата ею большой площади амбарной нефти требуются значительные энергетические затраты и продолжительное время работы технологической установки. Использованием изобретения на способ достигается интенсификация разогрева и увеличение площади разогреваемой амбарной нефти. Это достигается тем, что в способе сбора амбарной нефти, включающем разогрев амбарной нефти направляемой на ее поверхность струй водяного пара, скорость направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара доводят до сверхзвуковой, при этом параметры направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара принимают равными Мс 1,8-2,0 Тс 383 К-403 К,Рс(1,4-1,8) 105 Па, где Мс - число Маха, Тс и Рс соответственно, термодинамическая температура и давление струи водяного пара. При использовании изобретения на устройство достигается доведение скорости водяной струи до сверхзвуковой. Указанный результат достигается тем, что в устройстве для сбора амбарной нефти, содержащем установку для подготовки и подачи нагретого водяного пара на поверхность амбарной нефти, паропровод и насадку в виде кольцевого сопла, содержащего выполненные как одно целое цилиндрический патрубок и центральное тело в форме усеченного конуса, расширяющееся к свободному торцу, кольцевое сопло выполнено с дополнительным цилиндрическим патрубком с выполненной как одно целое с ним обечайкой в виде направленных вершинами навстречу друг другу двух усеченных конусов, причем дополнительный патрубок размещен снаружи,коаксиально первому, при этом патрубки расположены таким образом, что наиболее узкая часть обечайки внешнего патрубка находится на уровне места стыковки внутреннего патрубка с центральным телом, центральное тело внутреннего патрубка дополнительно защищено решеткой, угол наклона конусообразной поверхности обечайки внешнего патрубка кольцевого сопла к вертикали больше угла наклона 10116 конусообразной поверхности центрального тела внутреннего патрубка. Именно дополнительное введение цилиндрического патрубка с обечайкой и его ориентация относительно цилиндрического патрубка с центральным телом обеспечивают доведение скорости направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара до сверхзвуковой и тем самым интенсифицируют разогрев. Примеры осуществления способа. Пример 1. Производился сбор амбарной нефти НГДУ Жетыбаймунайгаз. Для подачи пара использовалась установка ППУА-1200/100. Откачка нефти производилась насосом производительностью 30 м 3/ч. Сверхзвуковой насадок присоединялся к выходному патрубку ППУА и устанавливался над поверхностью амбара. По мере разогрева нефти насадок погружался в амбар. Одновременно в зону разогретой нефтяной массы вводился всасывающий патрубок насоса. Цель экспериментальных исследований - определить качество опытного образца разработанной сверхзвуковой насадки и возможность использования предлагаемого способа для сбора амбарной нефти. Манометром фиксировалось давление парогенератора ППУА (давление в редукторе), которое составило 15105 Па. Экспериментально установлено,что давление в камере составило, соответственно,4,5105 Па, а давление водяного пара (на выходе из насадка)1,45105 Па. Температура и расход водяного пара поддерживались постоянными и равными, соответственно,Т 403 К и 900 кг/ч. За время испытаний сверхзвуковой насадки наблюдался быстрый расплав застывшей амбарной нефти. За 3,5 - часовое испытание насадки количество расплавленной нефти было достаточным, что обеспечивало бесперебойную работу откачивающего насоса производительностью 15 м 3/ч. При увеличении же давления ППУА свыше 15105 Па (в редукторе) разогретая нефть начинала сильно вскипать, что приводило к частичной потере энергии водяного пара. Пример 2. Условия проводимого эксперимента и используемое оборудование - как в примере 1. Изменялись режимы работы ППУА (давление в редукторе 12105 Па, соответственно давление на выходе из насадка составляло 1,3105 Па). Температура и расход водяного пара Т 393 К и 900 кг/ч. При таких условиях эксперимента с использованием сверхзвукового насадка обеспечивалась бесперебойная работа откачивающего насоса производительностью 13 м 3/ч. Расчеты показывают, что скорость направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара доведена до сверхзвуковой Таким образом, проведенные по примерам 1 и 2 экспериментальные исследования не только подтвердили эффективность сбора амбарной нефти,обеспечиваемой направляемой на ее поверхность со сверхзвуковой скоростью струй водяного пара, но и работоспособность самого сверхзвукового насадка. Определены оптимальные параметры направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара, которые составили, соответственно,Тс 383 К-403 К и Рс(1,4-1,8) 105 Па, где Тс и Рс соответственно, термодинамическая температура и давление струи водяного пара. Расчеты показывают,что при использовании предлагаемого сверхзвукового насадка скорость направляемой струи водяного пара доведена до сверхзвуковой (Мс 1,8-2,0, где с- число Маха). На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для сбора нефти, на фиг. 2 - кольцевое сопло (осевой разрез), на фиг. 3 - изометрическое изображение кольцевого сопла с частичным вырезом и упрощенная схема движения потоков водяного пара и нефти. Устройство для сбора амбарной нефти выполнено на базе передвижной паровой установки 1, реализованной, например, на базе автомобиля КрАЗ. К подвижной консольной части, представляющей собой соединенные шарнирами металлические телескопические стрелы 2, прикреплен насадок 3. Через металлическую арматуру стрел 2 проходит гибкий паропровод 4, связывающий паровую установку 1 и насадок 3. Одновременно насадок 3 через гибкий нефтепровод 5 связан с насосной установкой 6 и далее с емкостью 7 для сбора амбарной нефти. В состав устройства входит также установка 8 для подготовки и подачи нагретого водяного пара 9 на поверхность амбарной нефти 10. В состав насадки 3 входит кольцевое сопло в виде выполненных за одно целое цилиндрического патрубка 11 (фиг. 2 и 3) с центральным телом в форме усеченного конуса,расширяющимся к свободному торцу 13 цилиндрического патрубка 14 с выполненной за одно целое с ним обечайкой 15 в виде направленных вершинами навстречу друг другу двух усеченных конусов 16 и 17. Патрубки 11 и 14 ориентированы соосно друг другу таким образом, что наиболее узкая часть обечайки внешнего патрубка 14 находится против места стыковки внутреннего патрубка 11 с центральным телом 12. Центральное тело 12 дополнительно защищено решеткой 18. Угол наклона 1 конусообразной поверхности 17 обечайки внешнего патрубка 14 больше угла 2 наклона конусообразной поверхности центрального тела 12 внутреннего патрубка 11. Устройство для сбора амбарной нефти работает следующим образом. Передвижная паровая установка 1 максимально близко приближается к разлитому участку нефти. Фиксируется ее положение, все функциональные узлы приводятся в исходное рабочее положение. При этом устанавливается максимальный вылет подвижной консольной части стрелы 2. В непосред 3 10116 ственной близости от паровой установки 1 располагаются емкость 7 для сбора нефти и насосная установка 6. Насадок 3 с помощью паропровода 4 и нефтепровода 5 соединяется, соответственно, с установкой 8 для подготовки и подачи нагретого водяного пара и с насосной установкой 6. Горячий водяной пар поступает в камеру из коаксиальных патрубков 11 и 14 (исходная плотность пара 4,3 кгм-3). По мере движения по кольцевому соплу пар получает ускорение и в самом узком сечении (на уровне нахождения наиболее узкой части обечайки внешнего патрубка 14) достигает скорости звука. В дальнейшем поперечное сечение сопла медленно расширяется, происходит ускорение потока, и скорость движения пара становится сверхзвуковой. Термодинамические параметры пара уменьшаются и на выходе из сопла принимают значения Тс 383 К-403 К, с(1,4-1,8)105 Па, Мс 1,8-2,0. С помощью образованной таким образом сверхзвуковой струи водяного пара производится разжижение сгустившейся амбарной нефти. При этом за счет своей большой кинетической энергии сверхзвуковая струя водяного пара вспарывает и взрыхляет высоковязкую аморфную среду амбарной нефти. В дальнейшем струя водяного пара тормозится и конденсируется на холодных поверхностях амбарной нефти, передавая ей практически всю свою энергию как механическую так и тепловую (вместе с теплотой конденсации). В результате такого взаимодействия температура амбарной нефти в области воздействия на ее поверхность струи резко повышается и нефть становится жидкой. С помощью насосной установки 6 через центральное тело 12 внутреннего патрубка 11 производится отбор горячей нефти и ее транспортировка в емкость 7. По завершении разжижения и отбора амбарной нефти в данном месте производят разворот (на данном плече вылета) металлической телескопической стрелы и процесс сбора амбарной нефти осуществляют по длине окружности на этом радиусе, после чего, поменяв длину стрелы вылета, процесс повторяют вновь на другом радиусе. Переместив передвижную паровую установку 1 в другое место, процесс повторяют. Расчеты и последующие экспериментальные исследования показывают, что 1 кг водяного пара сверхзвуковой струи достаточно, чтобы растопить 12 кг амбарной нефти и произвести ее отсос. По сравнению с известными, при применении предлагаемого способа подвергаемая тепловому воздействию площадь амбарной нефти увеличивается в 7-8 раз. Устройство просто в эксплуатации, неэнергоемко и высокоэффективно в применении. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ сбора амбарной нефти, включающий разогрев амбарной нефти, направляемой на ее поверхность струй водяного пара и сбор нефти, отличающийся тем, что скорость направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара доводят до сверхзвуковой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, параметры направляемой на поверхность амбарной нефти струи водяного пара принимают равными Мс 1,8-2,0 Тс 383 К-403 К Рс(1,4-1,8)105 Па,где Мс - число Маха, Тс и Рс - соответственно, термодинамическая температура и давление струи водяного пара. 3.Устройство для сбора амбарной нефти, содержащее насос, емкость для сбора нефти, установку для подготовки и подачи нагретого водяного пара на поверхность амбарной нефти, паропровод и насадку в виде кольцевого сопла, содержащего выполненные как одно целое цилиндрический патрубок и центральное тело в форме усеченного конуса, расширяющееся к свободному торцу, отличающееся тем,что кольцевое сопло выполнено с дополнительным цилиндрическим патрубком с выполненной за одно целое с ним обечайкой в виде направленных вершинами навстречу друг другу двух усеченных конусов,причем дополнительный патрубок размещен снаружи коаксиально первому, при этом патрубки расположены таким образом, что наиболее узкая часть обечайки внешнего патрубка находится на уровне места стыковки внутреннего патрубка с центральным телом. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что центральное тело внутреннего патрубка снабжено решеткой. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что угол наклона конусообразной поверхности обечайки внешнего патрубка кольцевого сопла к вертикали больше угла наклона конусообразной поверхности центрального тела внутреннего патрубка.