книги из ГПНТБ / Тронов В.П. Обезвоживание и обессоливание нефти из опыта работы об-ния Татнефть

отказе от строительства установок и решения проблемы подготовки нефти другими средствами.

Из приведенного выше краткого обзора видно, что к идее трубной деэмульсации нефти нельзя было подойти с позиции достижения одного какого-либо эффекта (пре­ дотвращение образования стойкой эмульсии, улучшение смешения реагента с эмульсией, более полное использо­ вание реагента, уменьшение вязкости при транспортиро­ вании и т. д.), так как при этом выпадали из поля зре­ ния другие важные аспекты. Нельзя было прийти к этой идее и путем обобщения рассмотренных выше разрознен­ ных исследований, так как для потребности в таком обоб­ щении уже должна быть сформулирована ключевая идея. Отсюда становится понятным, почему идея трубной де-

эмульсий и способности трубопроводов выполнять техно­ логические функции. Рассмотренные выше исследования явились лишь тем практическим материалом, который подтвердил правильность теоретических предпосылок и выбранного направления. Если рассмотреть результаты представленных выше исследований с'точки зрения труб­ ной деэмульсации, можно отметить такое важное ее свойство, как универсальность, проявляющуюся в том, что деэмульсации нефти имеет место:

—в трубопроводах различного типа;

—в широком диапазоне скоростей потока;

—при различных температурах;

—при использовании как слабых деэмульгаторов типа НЧК, так и деэмульгаторов типа дисолван.

Последнее обстоятельство представляет особый инте­ рес. Некоторые исследователи склонны приписывать вы­ сокую эффективность трубной деэмульсации нефти толь­ ко действию эффективных неионогенных деэмульгаторов

типа дисолван. Специалисты фирмы Хёхст, производящие этот деэмульгатора считают, однако, что достигаемый эффект является как следствием высокой эффективности самого метода (трубной деэмульсации), так и высо­ ким качеством деэмульгаторов (доклад д-ра Тхейле на выставке «Химия» в Москве 1970 г. «Водоотделение из обводненной нефти без подогрева или до подогрева»). Признавая приоритет в разработке трубной деэмульса­ ции за советскими специалистами, а также эффектив­

20

ность метода, доктор Тхейле значительную часть успеха относит за счет деэмульгаторов типа дисолван. Разуме­ ется, чем лучше деэмульгатор, тем лучше результаты. Однако, характеризуя способ, было бы уместно помнить, что ой оказался эффективным при использовании самых различных реагентов, в том числе и НЧК [46].

Г л а в а II

ДЕЭМУЛЬСАЦИЯ НЕФТИ И ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ

Известно, что наибольший удельный вес по стоимости среди различных групп промысловых объектов в систе­ ме обустройства приходится на деэмульсационные уста­ новки и очистные сооружения.

Несовершенство, сложность и большая металлоем­ кость этих объектов порождает систематическое отста­ вание в обустройстве нефтяных промыслов на первых этапах и неизбежное омертвление больших государст­ венных средств (из-за простаивания установок в связи с отсутствием сырья) на заключительных стадиях разра­ ботки нефтяных месторождений. Это же является одной из наиболее серьезных причин ограничения добычи неф­ ти из обводнявшихся скважин, больших потерь и низкого качества товарной нефти. Поэтому проблема подготовки нефти и сточных вод на промыслах, а также вопросы размещения установок и оценка их необходимой мощно­ сти оказались исключительно острыми.

Исследованиями, выполненными нами совместно со специалистами объединения «Татнефть», было показано, что решение этих задач, а также проблемы повышения эффективности производства возможно лишь при исполь­ зовании гибких совмещенных систем обустройства неф­ тяных месторождений, которые могут быть легко прис­ пособлены к различным требованиям, вытекающим из специфичности разработки нефтяных месторождений на различных этапах их эксплуатации [25, 66, 67, 72, 74, 87, 93, 94, 97].

21

Исследования показали, что только исключение деэмульсации нефти и очистки сточных вод как самостоя­ тельных операций, а также максимальное совмещение различных технологических процессов в одних и тех же промысловых аппаратах, необходимость которых бес­

лов, при которой деэмульсация нефти могла быть совме­ щена с другими промысловыми процессами, в частности, с процессом ее транспорта от мест добычи в районы пе­ реработки, сепарацией газа и очисткой сточных вод. В этих системах установки по подготовке нефти и очистке сточных вод как крупные самостоятельные объекты, тре­ бующие высококвалифицированного обслуживания, мо­ гут быть полностью исключены или значительно упроще­ ны. Применяемая при этом технология должна обеспечить получение качественной нефти и сточных вод непосредст­ венно на потоке и одновременно с этим решать проблему предотвращения образования высоковязких эмульсий в системах сбора, защиты промыслового оборудования от отложений парафина и коррозии, ликвидации потерь легких фракций за счет горячей сепарации и герметизации узлов подготовки нефти, а также систем сбора, транспор­ та вплоть до НПЗ. Такая система была создана и широ­ ко внедрена на промыслах Татарии и других районов страны [67]. Важнейшим этапом на пути создания таких систем была разработка принципиально новых теорети­ ческих предпосылок оптимальных условий разрушения эмульсий, отбора газа, очистки сточных вод, условий транспорта водонефтяных смесей и т. д. Так, нами была впервые выдвинута [24] идея об использовании для интен­ сификации процессов деэмульсации нефти эффекта дроб­ ления капель — явления, считавшегося ранее техноло­ гически недопустимым и вредным. Было установлено, что эффективность деэмульсации нефти может быть рез­ ко повышена при разделении процесса на два технологи­ ческих этапа, один из которых — разрушение бронирую­ щих оболочек на глобулах пластовой воды — осуществ­ ляется в турбулентном режиме, а второй— расслоение потока на нефть и воду — вламинарном, либо в состоя­ нии покоя. Естественно, что эти процессы должны осу-

22

ществлиться в технологических аппаратах различного конструктивного исполнения — трубопроводах каплеобразователя и емкостях-водоотделителях. Как извест­ но, в соответствии с прежними представлениями об оп­ тимальных условиях деэмульсации нефти оба процесса осуществлялись в одном и том же аппарате-отстойни­ ке при одном и том же глубоко ламинарном режиме.

В1964 г. в ТатНИПИнефти впервые была выдвинута

ив 1966 г. сформулирована идея использования трубо­ проводов в качестве технологических аппаратов, пригод­ ных для осуществления процессов разрушения эмульсии

ирасслоения потока на нефть и воду, а также практиче­

ски доказана возможность эффективной их эксплуатации в таком качестве на примере трубопроводов различных типов, включая промысловые системы сбора, коммуника­ ции действующих установок, специально встроенные технологические трубопроводы, а также межпромысло­ вые и магистральные трубопроводы. Это привело к раз­ витию нового направления в технологии подготовки неф­ ти — трубной деэмульсации [67], применение которой позволяет значительно снизить капитальные и эксплуата­ ционные затраты при подготовке нефти и в несколько раз повысить производительность труда обслуживающе­ го персонала. Выявленные в результате исследований возможности глубокого разрушения эмульсии в трубопро­ водах и совмещения процессов отделения воды от нефти с товаро-транспортными операциями, а также сброса воды из технологических резервуаров при их работе на режиме транзита [67] позволили поставить вопрос об отказе от строительства металлоемких установок по под­ готовке нефти и исключения их из числа обязательных промысловых объектов. Этими исследованиями было по­ ложено начало разработке совмещенных систем сбора, транспорта, подготовки нефти и очистки сточных вод, предусматривающих максимальное совмещение различ­ ных технологических операций в тех или иных промыс­ ловых аппаратах и оборудовании.

В отличие от ранее применявшихся методов совмеще­ ния различных операций в одном аппарате, например, деэмульсаторах, в основу новой системы нами положен принцип подбора естественно сочетаемых друг с другом процессов и осуществления их в такой технологической последовательности, которая обеспечивает наиболее глу­

23

бокое обезвоживание и обессоливание нефти, очистку сточных вод, отбор и перекачку легких фракций при го­ рячей сепарации нефти.

Исследования показали,что к первой группе техноло­ гически совместимых по времени и режиму осуществле­ ния при движении эмульсии по трубопроводам промыс­ ловых систем сбора и другим коммуникациям можно от­ мести следующие процессы:

—нейтрализация вредной работы трубопроводов по об­ разованию стойких эмульсий;

—разрушение бронирующих оболочек на каплях гло­ бул пластовой воды за счет эффектов дробления;

—доведение реагента до каждой глобулы за счет пос­ ледовательно протекающих процессов дробления и слияния капель;

—разрушение бронирующих оболочек и десорбция сос­ тавляющих их компонентов поверхностно-активными веществами;

—укрупнение капель пластовой воды, обессоливание нефти;

—расслоение потока на нефть и воду;

—улучшение качества подготовленной нефти за счет гидродинамических эффектов;

—снижение вязкости транспортируемой системы;

—ингибирование потока и предотвращение коррозии оборудования на всем пути его следования;

—разгазирование нефти с последующей предваритель­ ной сепарацией газа на конечных участках трубопро­ водов повышенного диаметра.

Вэтом случае ранее технологически вредное время движения пефтегазоводяной смеси от скважин до конеч­ ных пунктов транспортировки превращается в техноло­

гически полезное время (технологическое время), исполь­ зование которого позволяет значительно сократить пре­ бывание эмульсии в аппаратуре установок, узлов про­ мысловой подготовки и сепарации нефти, увеличить их производительность и улучшить качество подготавливае­ мой нефти. Совмещение этих операций, как уже отмеча­ лось, послужило основой для разработки и внедрения трубной деэмульсации нефти и разработки конструкции трубчатых сепараторов.

24

Ко второй группе технологически совместимых опера­ ций по времени и режиму осуществления необходимо отнести процессы, в той или иной мере связанные с разгазированием нефти:

—разрушение бронирующих оболочек на каплях плас­ товой воды в сепараторах при их дроблении в про­ цессе интенсивного разгазирования и введение в этих условиях реагента-деэмульгатора в каждую глобулу за счет процессов массообмена в турбулентном режи­ ме;

—осуществление частичного сброса воды с разгазированием и отбором газа при низком газовом факторе на концевой ступени сепарации или узле предваритель­ ного сброса за счет эффектов умеренного перемеши­ вания эмульсии выделившимся свободным газом и барботирования газовым пузырьками эмульсии при

еепромывке через слой воды;

—осуществление глубокого обезвоживания и обессоли­ вания нефти в водной среде при разгазировании неф­ ти за счет эффектов разрушения глобул пластовой во­ ды при их жестком контакте с активной дренажной водой в процессе их оттеснения из внутренних облас­ тей на внешний периметр капель эмульсии расши­ ряющимися пузырьками попутного газа (пенная деэмульсацня).

Совмещение операций по разгазированию капель нефти, введенных непосредственно в среду активной дре­ нажной воды (пенная деэмульсация), открывает широ­ кие возможности по созданию высокопроизводительных аппаратов для деэмульсации нефти, включая и глубокое обессоливание, технологический процесс в которых под­ дается активному управлению со стороны обслуживаю­ щего персонала или автоматических регулирующих уст­ ройств.

Последние исследования, выполненные нами с приме­ нением микрокиносъемки, доказали правильность выдви­ нутой нами ранее гипотезы о важной роли в разруше­ нии эмульсии стенок аппаратов (трубопроводов),в кото­ рых осуществляются эти процессы. Оказалось, что при определенных режимах движения эмульсии в аппаратах стенки выполняют роль инверсирующих экранов по пе­ реводу капель пластовой эмульсии в пленочную водную фазу, стекающую в нижнюю часть трубопроводов. Это

25

открывает перспективы по созданию новой технологии деэмульсации нефти, а также по применению аппаратуры с развитой поверхностью и размерами каналов (трубча­ тые устройства), исключающими возможность их засоре­ ния и заиливания.

Нашими исследованиями показано, что весьма пер­ спективным может оказаться и такое разрабатываемое нами направление в подготовке нефти, которое основано на разрушении эмульсии в тонких зазорах коаксиально расположенных вращающихся барабанов с постоянным или переменным сечением каналов.

Большой экономический эффект достигается при пе­ реводе действующих обезвоживающих и обессоливающих установок подготовки нефти на режим работы в блоке с промысловыми системами сбора и товарными парками. При работе по совмещенным схемам обезвоживающие установки обеспечивают получение на них обессолен­ ной нефти при неизменной производительности, а на обессоливающих—повышается стабильность работы бло­ ков, появляется возможность получения обессоленной нефти до экспортных кондиций «сходу» и при прочих рав­ ных условиях значительно снижается расход реагента, улучшается качество дренажных вод и уменьшается расход пресной промывочной воды.

По-прежнему остается высокоэкономичным и перспек­ тивным обессоливание нефти в трубопроводах различно­ го назначения, включая и магистральные, с использова­ нием промысловых товарных парков, резервуаров, головных сооружений и товаро-сырьевых баз нефтепе­ рерабатывающих заводов. В настоящее время назрела необходимость четко определить место в технологии подготовки нефти аппаратов предварительного сброса воды, деэмульсаторов и технологических резервуаров.

Аппараты предварительного сброса воды различного конструктивного оформления презназначены для исполь­ зования в герметизированной системе «скважина — про­ мысловый товарный парк» с целью уменьшения количе­ ства жидкости, направляемой на установку по подготов­ ке нефти и сохранения в связи с этим их производитель­ ности.

Появление блочного оборудования с таким назначе­ нием вызвано устаревшими представлениями о возмож­

26

ностях обезвоживающих ступеней установок подготовки нефти и стремлением утилизировать активные дренаж­ ные воды, сбрасываемые с них. Нашими исследования­ ми установлено [67], что использование в технологических целях для разрушения эмульсии промысловых систем сбора и встроенных каплеобразователей позволяет по­ высить производительность ступеней обезвоживания в не­ сколько раз, что в принципе полностью исключает необ­ ходимость предварительного сброса воды. Кровде того, исследования показали, что многоступенчатый сброс во­ ды в короткие промежутки времени менее эффективен но сравнению с одноразовым сбросом этой воды на пос­ ледней ступени. При разовом сбросе на последней ступе­ ни достигается более глубокое обезвоживание нефти и более высокое качество пластовых вод.

Нами было установлено, что многоступенчатый сброс в удобных для этих целей местах эффективен лишь при большом запасе технологического времени, которое по­ является при транспорте эмульсии по протяженным тру­ бопроводам различного назначения. Высокая стоимость оборудования, металлоемкость и отсутствие технологи­ ческой необходимости, на наш взгляд, лишают это на­ правление перспективы. Исключение могут составить лишь случаи, когда по тем или иным соображениям ока­ зывается целесообразным сбросить часть балласта в ме­ стах добычи нефти непосредственно на потоке без зна­ чительных потерь давления для последующего транспор­ та обводненной нефти по трубопроводам на значитель­ ные расстояния в места ее подготовки.

Наметившиеся в последнее время направления по ис­ ключению резервуаров из операций по замеру добытой и подготовленной нефти являются перспективными и бе­ зусловно правильными. Преимущества безрезервуарной сдачи нефти известны, и перечислять их еще раз необхо­ димости, очевидно, нет. Однако в связи с этим же обстоя­ тельством проявляются и другие тенденции, направлен­ ные на исключение резервуаров и из технологического цикла, что нельзя признать рациональным. Основными аргументами в пользу такого решения справедливо счи­ тали потери легких фракций. Значительные потери лег­ ких фракций из негерметизированных резервуаров при их использовании в технологических целях по устарев­

27

шей схеме действительно имеют место и вызывались в основном следующими причинами:

—высокой температурой нагрева нефти (60° С и выше);

—длительным временем отстаивания (18—24 часа);

—большими дыханиями в результате работы резервуа­

ров в режиме «наполнение — отстой — откачка». Применение новой технологии позволяет устранить эти потери и эксплуатировать резервуары с высокой степенью эффективности. В самом деле, использование в техноло­ гических целях промысловых систем сбора, осуществле­ ние горячей сепарации при Т —50—60° С перед поступ­ лением нефти в резервуары, работающие в режиме тран­ зита (непрерывный нижний ввод, верхний непрерывный отбор), низкая температура нефти в резервуарах (25— 35° С) практически устраняют, все те причины, которые обычно приводят для обоснования отказа от использо­ вания резервуаров в технологических целях. Исключе­ ние циклического режима работы резервуаров и связан­ ных с ним больших дыханий открывает реальные воз­ можности для их герметизации обычными средствами и путем применения понтонов, использование которых поз­ воляет уменьшить потери легких фракций на 70—80% [35]. Отсюда ясно, что вопрос об исключении резервуаров из технологического цикла поднимается как раз в тот мо­ мент, когда созданы все технологические предпосылки для их эффективного применения в этих целях. Не сле­ дует также забывать, что удельные капитальные затра­ ты при использовании герметизированных резервуаров (объемом в 5000 м3) примерно в 3—5 раз, а металлоем­ кость в 1,6 раза ниже, чем при применении булитов (объ­ емом 200 м3), после которых нефть до внедрения систе­ мы перекачки «из насоса в насос» еще в течение многих лет будет направляться все в те же резервуары, работаю­ щие по циклической схеме, либо в режиме транзита. При­ менение больших технологических емкостей, какими яв­ ляются герметизированные резервуары, позволяет зна­ чительно проще по сравнению с булитами наладить их работу в автоматическом режиме, получить более высо­ кое качество дренажных вод, уменьшить общее число об­ служивающего персонала, резко снизить потребность в регулирующей и запорной арматуре, уменьшить размеры технологических площадок и т. д. В целом исследования показали, что проблема снижения потерь легких фракций,

28

упрощения технологии подготовки нефти и очистки сточ­ ных вод, резкого снижения капитальных и эксплуатаци­ онных затрат и повышения эффективности производства решается намного успешней при поступлении на завер­ шающие технологические операции (отделение воды от нефти и очистка сточных вод), а также на внешний тран­ спорт полностью дегазированной нефти, состав которой не может обусловить сколько-нибудь значительных по­ терь при дальнейшем ее транспорте. Нашими исследова­ ниями, выполненными для группы месторождений Коми АССР, было показано, что осуществление завершающих технологических операций под давлением и необходи­ мость транспортирования газированных нефтей за пре­ делы нефтедобывающих районов значительно усложняет схемы технологических узлов и установок, приводит к повышению их металлоемкости, снижению производи­ тельности труда и эффективности производства в це­

лом.

В настоящее время промышленностью налажен серий­ ный выпуск блочных деэмульсаторов различных типов (СП-2000, УДО-2 и т. д.). Их применение позволяет зна­ чительно сократить разрыв в сроках обустройства нефтя­ ных месторождений и ввода их в эксплуатацию, более плавно наращивать необходимые мощности, несколько уменьшить капиталовложения. Однако при этом не ре­ шается главная задача отрасли в этой области, которая состоит в значительном повышении эффективности про­ изводства, исключении огромных эксплуатационных зат­ рат и все еще высоких капитальных вложений. В самом деле, себестоимость обезвоживания нефти на этих уста­ новках, по данным БашНИПИнефти, продолжает оста­ ваться высокой и составляет порядка 15 коп. за тонну подготовленной нефти. Длительные испытания блочных деэмульсаторов в основных районах страны (Татария, Тюмень, Коми АССР, Мангышлак и т. д.) показали, что они не могут работать па проектных режимах и в боль­ шинстве случаев используются в качестве нагревателей.

Причины низкой работоспособности этих аппаратов состоят в том, что в них заложена отсталая технология, компенсировать недостатки которой оказалось невозмож­ но Даже высоким совершенством их конструктивного исполнения. В аппаратах оказались совмещенными во времени и пространстве такие технологические опера­

29