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

ции, комплексное осуществление которых является наи­ менее эффективным. В частности, здесь совмещены такие операции, как разрушение бронирующих оболочек (наг­ рев, обработка реагентом) и отделение воды от нефти (промывка, отстой),, осуществляемые при ламинарном режиме движения потока (длина подводящих коммуни­ каций незначительна), в то время как наибольший эф­ фект достигается при осуществлении первой операции в турбулентном режиме. Компановка в одном аппарате или в блоке с ним таких узлов, как дозатор реагента, нагре­ ватель и отстойник, заранее предопределяют технологию и лишают промысловых работников маневра по их ра­ циональному размещению на месте и, следовательно, ис­ пользованию с наибольшей эффективностью. В этом от­ ношении более удачным является решение создания ряда автоматических блочных путевых нагревателей, от­ стойников и дозаторов, используя которые промысловые работники сами могут составлять те или иные техноло­ гические схемы подготовки нефти, которые с учетом мест­ ной специфики в каждом конкретном случае и будут оп­ тимальными.

В целом, видимо, назрела необходимость сформули­ ровать основные технологические принципы эффективно­ го ведения процесса деэмульсации нефти, которые необ­ ходимо учитывать при конструировании блочного обору­ дования, предназначенного для этих целей.

Исследования показали, что технология очистки сточ­ ных вод также может быть в значительной мере упро­ щена, если в ее основу положить принцип совмещения процессов взаимной очистки воды и нефти при движении по одним и тем же коммуникациям за счет использова­ ния ряда физических явлений, сопровождающих совме­ стное движение таких жидкостей различной полярности, какими являются вода и нефть. В этом случае из техно­ логического процесса очистки сточных вод могут быть ис­ ключены все инородные вещества, тела и конструкции (коагулянты, фильтры и т. д), кроме естественно сопут­ ствующих друг другу на промыслах воды, нефти »и газа.

В результате теоретических проработок, а также ана­ лиза ряда факторов из промысловой практики были выделены следующие технологически совместимее про­ цессы и операции:

30

•— очистка дренажных вод от нефти за счет массообмен­ ных процессов при их совместном движении с промыс­ ловой эмульсией по трубопроводам в турбулентном режиме надкритической зоны;

— укрупнение капель нефти и механических примесей, содержащихся в дренажных водах, при их транспор­ те по трубоироводам-каплеобразователям к местам разделения (отстоя, фильтрации и т. д.) при гидро­ динамических режимах, обеспечивающих возмож­ ность существования в потоке капель больших раз­ меров;

—очистка дренажных вод на ступенях предварительно­ го сброса и частичная деэмульсация нефти при ис­ пользовании водного слоя в качестве жидкостного

гидрофильного фильтра.

Весьма перспективными для реализации идеи совме­ щения процессов деэмульсации нефти и очистки сточных вод являются разработанные в ТатНИПИнефти идеи и технологические принципы применения для очистки сточ­ ных вод гидрофобных жидкостных фильтров и эффектов жидкостной флотации. Эти методы очистки сточных вод технологически легко вписываются в схемы подготовки нефти и в принципе позволяют получать качественные воды непосредственно на потоке, без их последующей обработки на очистных сооружениях обычного типа. Другим существенным достоинством методов очистки сточных вод с применением жидкостных гидрофобных фильтров и жидкостной флотации является возможность эффективного регулирования процессов и очистки, и получения воды необходимого качества.

Теоретические, исследования подтвердили также пер­ спективность такого выдвинутого нами направления, как возврат методами жидкостной флотации механических примесей из дренажной воды в нефть. Осуществление этой идеи позволит исключить проблему илонакопления при очистке сточных вод и практически не осложнит за­ чистку резервуаров товарной нефти, где эти частицы мо­ гут накапливаться вместе с парафиновой взвесью. Поэ­ тому разработка конкретных технологических схем и режимов, позволяющих реализовать эту идею, следует рассматривать как ближайшую задачу первостепенной важности. Использование рассмотренных выше эффек­ тов создает реальную основу для успешного развития

31

принципиально нового и весьма эффективного направле­ ния в решении проблемы получения качественных сточных вод, пригодных для использования в системе заводнения. В основу этого направления, как уже отмечалось выше, заложены идеи, связанные не с совершенствованием сло­ жившейся технологии очистки сточных вод как процесса, требующего строительства и эксплуатации крупных про­ изводственных объектов — очистных сооружений, а с по­ лучением качественных сточных вод, пригодных для за­ качки в пласт непосредственно из технологического цикла подготовки нефти. При таком подходе к решению данной проблемы необходимость строительства дорого­ стоящих очистных сооружений как крупных самостоя­ тельных промысловых объектов действительно исклю­ чается.

Принципиальная совмещенная технологическая схема обезвоживания нефти и очистки сточных вод, в основу которой заложены отмеченные выше процессы, представ­ лена на рис. 1. В зависимости от поставленной зада­ чи — повышения производительности существующих ус­ тановок; обезвоживания, глубокого обезвоживания или обессоливания нефти без установок; улучшения качества подготовленной нефти; снижения расхода реагента, про­ мывочной воды, температуры; упрощения обслуживания; снижения капитальных вложений или себестоимости и т. д. — выбирается тот или иной набор оборудования, представленный на схеме, а также один или несколько интервалов ее реализации (I—II—III—IV—V). Расчеты показали, что реализация совмещенной схемы в масшта­ бах отрасли позволит получить экономический эффект, исчисляемый сотнями миллионов рублей.

Гл а в а III

РАЗРУШЕНИЕ ЭМУЛЬСИЙ В ПРОМЫСЛОВЫХ СИСТЕМАХ СБОРА И ОБЕЗВОЖИВАНИЕ НЕФТИ ВНЕ УСТАНОВОК

Разрушение в трубопроводах и обезвоживание эмульсий девонской нефти

Промысловые системы сбора нефти, всегда рассмат­ риваемые как средство транспортирования продукции скважин, теперь, благодаря проведенным исследованиям,

32

представляются идеальными технологическими аппара­ тами, пригодными для деэмульсации нефти.

Анализ эксплуатации ряда систем сбора показал, что после прохождения штуцерного узла на скважинах тонкодисперсная система эмульсии воды в нефти пред­ расположена к укрупнению капель в десятки и даже сот­ ни раз.

Практически это означает, что гидродинамические ус­ ловия движения эмульсии по промысловым трубопрово­ дам могут обеспечить существование капель диаметром 1—2 мм, а не 1—10 мк, как это происходит на самом де­ ле. Вместе с тем, несмотря на благоприятные гидродина­ мические условия, эти капли практически не сливаются друг с другом, так как этому препятствуют бронирующие их оболочки из асфальтовосмолистых и других компо­ нентов нефти.

На рис. 2 представлена схема системы сбора одной из площадей Ромашкинского месторождения с нанесенны­ ми на нее наибольшими критическими диаметрами ка­ пель воды в нефти, которые могли бы существовать в по­ токе при складывающихся режимах движения эмульсии. Из схемы видно, что на подходе к товарному парку диа­ метр капель воды в нефти, движущейся по трубопрово­ дам, достигает миллиметра и более. А на ряде участков с ламинарным режимом движения могло бы произойти полное разделение воды и нефти на две свободные фа­ зы. Расчеты показали, что при входе в резервуар такие капли могли бы оседать на дно со скоростью порядка 1,5 см1сек (при температуре 20° С).

Практически это означает, что, попадая в резервуар, капли сразу же остаются на его дне, так как восходя­ щие скорости потока нефти всегда на 1—2 порядка (в за­ висимости от режима их заполнения) меньше этих зна­ чений. Другими словами, при этих условиях проблема подготовки нефти и не должна была бы возникать. Но она существует. И существует, как отмечалось, лишь потому, что на каплях воды п нефти не устранены бро­ нирующие оболочки, и слияния капель без воздействия реагента практически не происходит.

При введении реагента на групповых установках или iоловиых участках сборных трубопроводов промысловая система сбора и транспорта нефти превращается в уста­ новку подготовки нефти. Дробление капель в поле нерав-

34

групповых установках и оборудовать для сброса воды ре­ зервуары товарного парка.

Опыт показал, что при попадании в резервуары то­ варных парков разрушенных эмульсий отделение воды от нефти завершается в основном уже в процессе запол­ нения резервуаров.

Подача реагента в трубопроводы обычно осуществля­ ется на групповых установках, скважинах или отдель­ ных точках, удобных для обслуживания, при помощи обычных дозаторов или инжекторов. На промыслах Та­ тарии широкое применение получили дозаторы типа НДУ-50/150, выпускаемые бугульминским заводом «Нефтеавтоматика». Дозировка реагента подбирается из рас­ чета обработки всей нефти, собираемой трубопроводом.

На промыслах Татарии средний расход реагента (ти­ па сепароль, дисолван) при обезвоживании нефти по сов­ мещенной схеме составляет 24 г1т. Реагент 65%-ной кон­ центрации можно вводить в трубопроводы без разбавле­ ния водой как в летний, так и в зимний периоды.

Для сброса воды резервуары товарных парков, выпол­ няющие технологические функции, должны быть соответ­ ственно оборудованы. Один из вариантов обвязки резер­ вуара, используемого для обезвоживания нефти при тем­ пературе окружающей среды, представлен на рис. 4.

Для равномерного распределения эмульсии по сече­ нию резервуара обычно используют маточники различ­ ных конструкций, размещаемые на высоте около 1,5 м от днища резервуара. По образующей маточника, обращен­ ной к днищу, имеются отверстия, суммарная пропускная способность которых соответствует пропускной способно-’ сти разводящих труб. Нефть через отверстия устремляет­ ся вниз и затем всплывает в слое дренажной воды, высо­ та которого поддерживается в пределах 3—4 м. Уровень воды поддерживается при помощи гидрозатвора, высота которого обычно принимается равной 0,9 высоты ре­ зервуара. Такая схема трубной деэмульсации нефти с высокой степенью эффективности применяется на промы­ слах Татарии.

Ежегодно по этим или аналогичным схемам подготав­ ливается около 20 млн. т нефти при себестоимости по-

37

2

/ — подводящая трубя и маточник (шестигранник); 2 — резервуар; 3 —от­ водящая труба готовой нефги; 4 — гидрозатвор для сброса пластовой воды.

рядка 4—5 коп. против 15 коп. за тонну, подготовленную на термохимических установках [4].

Технологические резервуары работают транзитом. Сброс отделившейся воды и отбор обезвоженной нефти осуществляется непрерывно. Для предотвращения кор­ розии резервуары покрываются изнутри защитным сло­ ем из эпоксидных смол.

В некоторых случаях для обеспечения эффективного

фект достигается в том случае, когда нагрев осуществля­

38

ется не в конце пути, а в начале, перед транспортирова­ нием или в процессе движения эмульсии по промысло­ вым коммуникациям. При этом достигается значительная глубина обезвоживания.

В таблице 1 приводятся результаты обезвоживания девонской нефти (обводненность 35%) при обработке ее реагентом в количестве 20 г/г. Общее время разрушения эмульсии (время движения плюс время отстоя) во всех случаях было принято одинаковым.

Из данных табл. 1 видно, что термохимический метод подготовки нефти в сравнимых условиях — не самый лучший. Значительно больший эффект достигается при осуществлении трубной деэмульсации нефти даже без применения нагрева. Наиболее эффективным оказалось применение совмещенной схемы в сочетании с путевым подогревом.

Вопрос о путевом подогреве нефти целесообразно ре­ шать в комплексе с осуществлением мероприятий по предотвращению потерь легких фракций за счет испаре­ ния. Эта проблема, как известно, решается в основном тремя способами, предусматривающими горячую сепара­ цию нефти на второй или третьей ступени, отбор легких фракций при помощи вакуум-компрессоров, герметиза­ цию промысловых объектов от скважин до нефтеперера­ батывающих заводов.

Не исключая целесообразности решения проблемы со­ хранения легких фракций всеми тремя способами, оста­ новимся на горячей сепарации.

Этот способ в настоящее время является не только наиболее осуществимым, но и экономичным, так как поз­ воляет одновременно решить проблему глубокого обез­ воживания нефти без дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат.

При всей своей эффективности два других способа не могут обеспечить решение этой задачи. Нагрев нефти для осуществления горячей сепарации доводит упругость ее паров до установленных норм (500 мм рт.ст.) и создает предпосылки для резкой интенсификации процессов раз­ рушения эмульсии при ее движении по трубопроводам. Это обеспечивает глубокое обезвоживание нефти при ми­ нимальном времени ее пребывания в водоотделительной аппаратуре.

При использовании в качестве водоотделителей соот­

39