книги / Сбор и подготовка нефти, газа и воды к транспорту

где Wi — скорость всплывания нефтяных частиц в воде плотностью рв, не содержащей взвеси, в мм/сек; w2 — скорость, определенная по графику рис. 106, в мм/сек.

Если в воде содержатся твердые вещества, имеющие плотность больше единицы и осаждающиеся в нефтеловушке, то они будут тормозить всплывание нефтяных частиц, что должно учитываться поправочным коэффициентом.

В связи с непрерывным поступлением воды в нефтеловушку всплывание частицы нефти, оказавшейся на дне ловушки, будет происходить не по вертикали, а по равнодействующей, как это по­ казано на рис. 107.

Зная расчетную скорость всплывания w i и заданную произво­ дительность нефтеловушки Q, можно определить глубину Н , длину L и ширину С нефтеловушки. Расчетная скорость горизонтального дви­ жения воды v в нефтеловушке принимается в пределах 5 -г- 10 мм/сек. Тогда живое сечение нефтеловушки будет

Из подобия треугольников (рис. 107) можно найти соотношение между величинами и и v, Н и L:

Uj Я

(Х.З)

v L

Практикой установлено, что наилучшими условиями работы нефтеловушек являются такие, когда Н/L изменяется в пределах от 1 10 до 1 20. Отсюда наименьшая длина нефтеловушки, обе­ спечивающая задержание частиц нефти, будет

Расчетная продолжительность отстаивания Т , в течение кото­ рой частичка нефти, попавшая на дно, может всплыть на поверх­ ность воды4 зависит от глубины нефтеловушки Н и наименьшей скорости всплывания тех частиц нефти, на задержание которых рассчитывается данная нефтеловушка. Эта зависимость выражается так:

< х - 4 >

Пропускная способность нефтеловушки равна

Q = Fv = CHv,

Глубину Н нефтеловушки принимают равной 2,2 -н 3 м.

На рис. 108 приведен продольный разрез нефтеловушки, при­ меняемой на промыслах. Нефтеловушка представляет собой гори­ зонтальный отстойник, разделенный продольными стенками на две и более параллельно работающие секции. Сточная вода поступает через щелевую распределительную перегородку 2 в отстойную ка­ меру, в которой нефть всплывает на поверхность воды. Всплывшую нефть собирают щелевыми поворотными трубами 1. Для сгона не­ фти к нефтесборным трубам, сбора осадка, выпадающего в ловушке, и перемещения его в приямок имеется скребковый транспортер 5, работающий от электропривода 4. Для парафинистых и вязких нефтей предусматривается подогрев ловушек.

едюдоегей жшзгаете; 3 — дшшый клапан для удаления грязн; 4 —. механизм привода для дажмешда скдобков; 5 — скребки; 6 — кронштейны, поддерживающие скребки; 7 — штурвал деда управления клапаном; 8 — железобетонное перекрытие.

Описанный выше комплекс сооружений но очистке сточных вод, применяемый на большинстве наших месторождений, имеет два существенных недостатка: 1) контактирование сточной воды с ат­ мосферой, в результате чего она насыщается кислородом воздуха, усиливающим коррозию труб п оборудования; 2) высокая стоимость очистных сооружений и потребность в большой площади для их размещения.

Оных показывает, что наиболее эффективно работают очистные установки закрытого тина, впервые внедренные в НПУ Ставропольнефть. В этих установках полностью исключаются отмеченные выше недостатки и их работа сводится к отделению нефтяной взвеси от воды при низких скоростях отстоя, получаемых в параллельно ра­ ботающих отстойниках, монтируемых после установок подготовки нефти. Для более глубокой доочистки сточных вод от нефти в уста­ новках закрытого типа можно применять также фильтры, напол­ ненные кварцевым песком, а лучше диатомитом, представляющим собой остатки ископаемых микроскопических водорослей и имеющим сильно развитую поверхность контакта.

Наряду с закрытой системой подготовки сточных вод можно рекомендовать также флотационный способ очистки, сущность кото­ рого сводится к извлечению нефтяной и твердой взвеси пузырьками

ш.

газа, барботируемыми через слой сточной воды. Эффективность флотационной очистки сточных вод от нефти зависит от количества пузырьков газа, и чем больше этих пузырьков в сточной воде, тем выше степень очистки ее от нефти.

примесями вводится во флотационный аппарат, в который через распределительное устройство нагнетается газ в мелкодисперсном состоянии. При соприкосновении капелек нефти, «витающих» вводе,

Пена с флотируемым материалом

Рис. 109. Схема фло­ тационной установки.

Рис. 110. Принцип работы флотационной установки.

и частиц твердой породы с пузырьками газа могут получаться раз­ ные соединения в зависимости от смачиваемости частиц и капелек. В случае слабой смачиваемости (рис. 110, а — для твердых частиц, рис. 110, б — для нефти,) определяемой большим углом смачива­ ния 0 между касательными в точке соприкосновения трех фаз — газа, нефти (твердой частицы) и воды, смоченный периметр nd увеличивается и сила поверхностного натяжения о будет больше массы твердых частиц или мельчайших капелек нефти:

где d, и рч — диаметр и плотность частиц.

По этим причинам образовавшийся агрегат (частица или капелька нефти — пузырек) не разрывается. Если диаметры твердых частиц d4 или капелек нефти достаточно малы по сравнению с диаметром

293

пузырька 6Г, то подъемная сила пузырька будет больше массы ча­ стицы:

цами или капельками нефти будут всплывать на поверхность пла­ стовой воды, образуя слой пены, откуда они могут быть удалены за пределы аппарата.

У компонента, Хорошо смачиваемого водой (рис. 110, в), угол смачивания 0 мал и очень мал периметр соприкосновения частицы с пузырьком, поэтому сила поверхностного натяжения будет меньше массы частицы, и образовавшийся агрегат (частица-пузырек) бу­ дет разорван. Следовательно, частицы хорошо смачиваемого ком­ понента не будут подняты пузырьками газа, а осядут на дно аппарата. Таким образом, чтобы получить хорошее разделение твердых частиц или капелек нефти, необходимо стремиться к тому, чтобы исходный материал был в мелкодисперсном состоянии. Капельки нефти, как известно, плохо смачиваются водой и могут хорошо прилипать к поднимающимся пузырькам газа, всплывая вместе с ними на поверхность жидкости.

Равноценным по качеству с флотационным способом очистки сточных вод является химический способ, осуществляемый с исполь­ зованием коагулянта, который образует хлопья и увлекает в оса­ док эмульгированную нефть и взвешенные частицы. В качестве коагулянта при очистке сточных вод от нефти можно применять, как и при очистке пресных вод от взвешенных частиц, сернокислый алюминий A12(S04)3 -18Н20 и двух-и трехвалентные ионы железа, содержащиеся в сточной воде. При очистке сточных вод, содержа­

Большой опыт по физико-химической очистке сточных вод и их использованию для поддержания давления накоплен в НПУ Туймазанефть. Здесь в 1970 г. со всех установок подготовки нефти полу­ чали более 61 000 м3/суткп сточных вод, из которых 48 000 м3/сутки закачивалось в продуктивные пласты для поддержания пластового давления и 13 000 м3/сутки — в поглощающие горизонты. Смешение вод угленосного горизонта, содержащих сероводород, с девонскими водами, содержащими хлористое железо, приводит к образованию сернистого железа

которое усиливает коррозию оборудования. Поэтому операция сме­ шения угленосных и девонских вод осуществляется в прудах зем­

294

ляного исполнения. Если смешение указанных вод не производится, то очистка девонских вод от солей железа успешно осуществляется с применением 2%-ного раствора аммиака:

FeCl3 -(-3NH4OH Fe(OH)3 + 3NH4Cl

Образующиеся хлопья гидратов железа осаждаются на дно горизонтального отстойника или всплывают на поверхность воды, захватывая при этом движении эмульгированные глобулы нефти. Указанная очистка сточной воды от солей железа и нефти может быть эффективной только при условии содержания в ней не более 100—150мг/л эмульгированной нефти.

Для заводнения пластов существенное значение имеет стабиль­ ность закачиваемой воды по химическому составу. Это означает, что в подготовленной для нагнетания в пласты воде как при хране­ нии, так и перекачке не должны образовываться взвешенные ча­ стицы за счет химических реакций, могущие закупоривать филь­ трационную зону скважины и снижать ее приемистость. Воды по­ верхностных водоемов (пресные) после очистки их, как правило, бывают стабильны, а сточные воды в связи с наличием в их составе значительного количества ионов закисного железа Fe++, доходящего в отдельных случаях до 200—300 мг/л, и бикарбонатов НС03 — химически не стабильны.

Существует несколько способов обезжелезивания воды, основ­ ными из которых являются аэрация, применение аммиачных рас­ творов, известкование и коагулирование. Второй и третий способы обезжелезивания воды были рассмотрены выше.

Обезжелезивание воды аэрацией (барботирование воздухом) — наиболее экономичный метод, так как он не требует строительства дорогих сооружений. Обезжелезивание воды аэрацией как само­ стоятельный метод применим для вод, содержащих бикарбонат за­ киси железа Fe(HC03)2 или гидрозакись железа Fe(OH)2. Аэра­ ция воды протекает интенсивно, когда pH обрабатываемой воды более 7,2.

При контакте с воздухом теряется растворенная в воде свобод­ ная углекислота, что способствует протеканию гидролиза бикарбо­ ната закиси железа:

Fe (НС03)2 Fe(0H)2 + 2C02

При барботировании воды воздухом одновременно происходит обогащение ее кислородом, что приводит к окислению двухвалент­ ного железа в трехвалентное с образованием в конечном итоге гид­ рата окиси железа.

Реакция окисления и гидролиза бикарбоната закиси железа про­ текает следующим образом:

t 4Fe (HCOs)2 + 0 2 -f- 2Н20 -► 4Fe (ОН)3 + 8С02

295

33% общего количества пластовых вод также закачивается в пласты для поддержания пластового давления на ранней стадии разработки нефтяных месторождений.

11,8% пластовых вод сбрасывают в наземные необлицованные амбары. Цель этого мероприятия состоит в том, чтобы в резуль­ тате испарения воды получить осадок соли на поверхности. Такой процесс в основном осуществляется в районах с теплым и сухим климатом.

Остальное количество пластовых вод (11,9%) сбрасывают про­ чими способами, среди которых широко распространен сброс воды по трубопроводу в океан или другие бассейны соленой воды.

Как видно из табл. 30, приблизительно 72% пластовых вод закачивается в пласты; остальное количество сбрасывается спосо­ бами, одобренными службой охраны недр штатов.

Для сброса вод в большинстве случаев используют ликвиди­ рованные нефтяные скважины или же бурят специальные скважины.

Основное преимущество использования ликвидированных нефтя­ ных скважин заключается в наличии уже ранее спущенной в них и зацементированной обсадной колонны. К недостаткам относятся: расходы на дополнительное углубление, которые иногда превышают стоимость бурения новой скважины, и слишком малый диаметр обсадной колонны для размещения насосно-компрессорных труб диаметром, необходимым для обеспечения заданной производитель­ ности.

При выборе скважин для сброса вод учитываются топографи­ ческие и геологические условия, а также поглощающая способность отложений.

Как предполагается, в ближайшие 20 лет добыча нефти в США увеличится на 2/3 современного ее объема, и извлечение попутной пластовой воды составит 1,6—2,4 млрд. м3. Поэтому в будущем, очевидно, будет осуществляться еще более жесткий контроль за качеством воды, сбрасываемой в поглощающие скважины. Феде­ ральное правительство уже сейчас приняло ряд мер по борьбе с за­ грязнением поверхностных и грунтовых вод.

По утверждению экспертов, суточная потребность в воде в США составит 1,14 млрд. м3. Эта потребность к 1980 г. удвоится. Около 75% воды будет поступать из подземных источников (грунтовые воды), что считается экономически выгодным. Рост спроса на воду будет удовлетворяться также за счет поверхностных водоемов — прудов, ручьев, рек и озер.

Соответствующие федеральные органы и местные власти встре­ вожены загрязнением наземных и подземных водных бассейнов, в связи с чем была создана специальная комиссия, которая выпол­ нила работу по теме «Проблема воды в США в связи с развитием нефтедобычи».

2 9 7

300