7.6. Система обработки и использования пластовых и сточных вод

Сточные воды содержат большое количество органических загрязнений; нефти; нефтепродуктов и конденсата. В промышленных стоках нефте- и газопромыслов могут наблюдаться также повышенные концентрации растворенных солей. Повышению концентрации солей в водах из газовых скважин способствует закачка в них высококонцентрированных растворов хлористого кальция против гидратообразования. Стоки нефте- и газопромыслов содержат, кроме того, Такие высокотоксичные вещества, как дисольван, диэтиленгликоль и метанол.

Сброс промстоков без соответствующей очистки в водоемы приводит к загрязнению почвы, поверхностных и подземных вод. Это ведет к ограничению запасов чистой пресной воды и нарушению экологического равновесия всего природного комплекса.

Загрязнение природной среды является особенно пагубным для районов Севера, где низкие температуры воздуха и большой снежный покров тормозят процессы испарения и окисления. При этом разложение нефти, нефтепродуктов и конденсата, содержащихся в сбрасываемых стоках, происходит медленно, и зоны загрязнения распространяются на большие площади. 

При закачке стоков в подземные горизонты следует предупредить закупорку пор пласта мехпримесями и нефтепродуктами, а также предусмотреть необходимость освобождения воды от токсичных загрязняющих веществ. Согласно технологическим нормам, в сточных водах, используемых для заводнения нефтяных пластов (с гранулярными коллекторами), содержание нефти, взвешенных веществ и окислов железа не должно превышать соответственно 1,0; 1,2 и 0,3-0,5 мг/л.

Установленными нормами концентрации мехпримесей, нефте-продуктов (в том числе конденсата) и закисного железа в закачиваемых стоках ограничиваются 10-30, 10-250 и 3 мг/л. Значение рН для сточных вод устанавливается в пределах 6,5-8. В случае закачки их в поглощающие горизонты подготовка воды проводится на сооружениях механической очистки: нефтеловушках-отстойниках, коагуляторах, флотаторах, фильтрах.

Отстойник ОПФ-ЗООО (рис. 7.18) представляет собой стандартную цилиндрическую горизонтальную емкость 1, внутри которой расположены шестнадцать фильтров-патронов 4, объединенных в четыре блока фильтров-патронов 5, четыре отражательных опорных лотка 7, сборник чистой воды 8, входная труба 6 и лестница 9. Емкость имеет люк-лаз 2 и оборудована поворотным устройством 3 для монтажа люка-лаза.

Емкость устанавливается на фундаментные плиты с помощью двух седловидных опор.

Принцип работы отстойника следующий. Сточная вода установок подготовки нефти, пройдя грубую очистку, поступает через распределитель-гребенку и входную трубу в полость фильтров, затем под напором фильтруется через пенополиуретан в полость отстойника. При фильтрации эмульсии через ППУ происходит укрупнение частиц эмульгированной тонкодисперсной нефти до пленочной, которая потоком жидкости открывается от поверхности фильтра и всплывает в верхнюю часть отстойника.

Очищенная сточная вода постоянно выводится через сборник чистой воды и подается в систему поддержания пластового давления (ППД).

Всплывшая, нефть постоянно или периодически выводится из отстойника через штуцер в емкость уловленной нефти. Выпадающая на дно твердая примесь периодически или постоянно выводится жидкостью в илонакопитель. Отстойник может работать в двух режимах: автоматизированном и неавтоматизированном.

Основные технические показатели отстойников даны ниже.

Очищенная вода собирается в резервуары, откуда отбирается насосами и передается в систему поддержания пластового давления. Шлам, состоящий из отстоя, продуктов коагуляции и флотации с небольшим количеством попутной воды, собирается в канализационную систему, откуда на автоцистернах вывозится для дальнейшей переработки (например - полное осушение и брикетирование) или для захоронения.

Система захоронения промстоков (не шлама) состоит в том, что очищенные сточные воды с промысла и других объектов после подготовки подаются по водоводам в нагнетательные скважины для закачки в пласт. При этом в одну скважину могут быть закачаны промстоки с нескольких объектов.

Закачка сточных вод применяется на некоторых нефтяных и газовых месторождениях (Усть-Балыкское, Западно-Сургутское, Уренгойское и др.), где избыточное количество сточных вод сбрасывается в апт-сеноманские или сеноманские поглощающие горизонты.

При утилизации сточных вод в качестве нагнетательных скважин предусматривается использовать уже пробуренные на месторождении разведочные скважины, так как затраты на их реконструкцию намного ниже, чем на бурение новых скважин. При выборе таких разведочных скважин необходимо учитывать их техническое состояние, значение покрытой мощности поглощающего горизонта, а также расстояние скважин от предприятий - источников промстоков. Если поглощающий горизонт в глубоких скважинах перекрыт двумя обсадными колоннами, предлагается использовать для его вскрытия гидропескоструйную перфорацию или перфоратор ПСК- 105. С целью обеспечения высокой приемистости пласта и сохранения обсадных колонн и цементных колец плотности перфорации составляет 20 отверстий на 1 м. '

Теплообменное оборудование

Теплообменники предназначены для нагрева, охлаждения, конденсации и испарения жидкости, газа, пара и их смесей на установках промысловой и заводской обработки газа и газового конденсата. Применяют теплообменники типа «труба в трубе», кожухотрубчатые и аппараты воздушного охлаждения.

Теплообменники «труба в трубе» применяют, если не требуется периодическая выемка труб для замены или механической очистки наружной поверхности труб от загрязнений.

Кожухотрубчатые теплообменники имеют более широкое применение ввиду меньшей металлоемкости. Стандартные теплообменники построены на базе гладкостенных труб, обладающих характеристиками в зависимости от величины поверхности и свойств обрабатываемых сред. Теплообменники представляют собой кожухотрубчатый аппарат с V-образными теплообменными трубами с длиной прямого участка 6000 мм и 9000 мм, толщиной стенки 2,0 мм и 2,5 мм (в зависимости от давления и материального исполнения труб), с продольной перегородкой в межтрубном пространстве, двухходовой по трубному и межтрубному пространствам. Расположение труб в трубных решетках принято по вершинам равносторонних треугольников с шагом 26 мм.

По конструкции теплообменники делят на четыре типа:

1 - односекционные без впрыска гликоля;

2 - односекционные с впрыском гликоля;

3 - двухсекционные без впрыска гликоля;

4 - двухсекционные с впрыском гликоля.

Для предотвращения гидратообразования в трубное пространство аппаратов типов 2 и 4 впрыскивают ингибитор гидратообразования (гликоль), который с помощью центробежных форсунок распыливается равномерно во все теплообменные трубы (рис. 7.19).

Для повышения коэффициента теплопередачи, снижения габаритов и массы в последнее время применяется теплообменник на базе труб с дискретными турболизаторами. Теплообменники с интенсифицированными трубами применяются в тех случаях, когда может бьть снижена металлоемкость по сравнению с гладкотрубными аппаратами, газ не содержит веществ, имеющих склонность к налипанию на теплообменные трубы, при этом режим течения теплоносителей должен быть переходным или турбулентным. Применение труб с дискретными турбулизаторами (рис. 7.20 [5]) позволяет использовать один теплообменник данной конструкции вместо двух теплообменников с гладкими трубами. За счет этого уменьшается площадь для установки и обслуживания; для обвязки такого аппарата требуется меньше трубопроводов, арматуры и приборов КИП и А. 

Аппараты воздушного охлаждения (АВО), предназначены для конденсации и охлаждения парообразных, газообразных сред с температурой от-40 до +300°С давлением до 6,4 МПа (общего назначения) и до 16 МПа (специального назначения). Аппараты АВГ-125, АВГ-П-160 предназначены для охлаждения природного газа, АВГ-160 - для охлаждения природного газа и конденсации жидких углеводородов и АВОВ - для охлаждения охлаждающей воды.

Абсорбционно-десорбционное оборудование

Основное оборудование - абсорбер и десорбер, сопутствующее - печи нагрева и стабилизации продукции.

Абсорберы, предназначены для реализации процессов, в которых растворимый компонент газовой смеси поглощается жидкостью (абсорбентом). Контакт потоков газа и жидкости в абсорбере осуществляется следующими способами: прохождение газа через колонну с насадкой различного типа, орошаемой жидкостью; прохождение газа через колонну, заполненную распыленной жидкостью; барботирование газа через слой жидкости; прохождение газа над поверхностью жидкости. В абсорбере обеспечивается противоточное движение жидкости и газа.

По виду контакта газ-жидкость абсорберы подразделяют на: тарельчатые (колпачковые, сетчатые, сегментные и т.д.); насадочные (кольца Рашига, седла Берля и т.д.); распылители-скрубберы; пленочные или контактные.

Наиболее широкое распространение в промышленности нашли тарельчатые и насадочные абсорберы.

Насадочные аппараты представляют собой колонны, заполненные насадкой (кольца, седла и др.).

В тарельчатых аппаратах поверхность контакта между жидкой и газовой фазами происходит ступенчато на тарелках. В зависимости от направления движения газовой и жидкой фаз на тарелках они подразделяются на перекрестного, провального однонаправленного движения и тарелки прочих типов.

Наибольшее распространение получили колпачковые, ситчатые тарелки, а также тарелки с высокоскоростными центробежными компактно-сепарационными элементами. Число тарелок обычно бывает 4, 8 и 16 в зависимости от необходимой глубины осушки или очистки газа. Над тарелками установлена верхняя скрубберная секция (брызгоуловитель) (рис. 7.21 [5]). 

Поток осушаемого или очищаемого газа поступает в абсорбер через входной скруббер под нижнюю глухую тарелку, далее проходит от тарелки к тарелке, барботируя через слой абсорбента, и, пройдя брызгоуловитель, выходит из колонны. Поток абсорбента поступает в абсорбер противотоком на верхнюю тарелку, далее, переливаясь через разделительную перегородку, жидкость стекает вниз от тарелки к тарелке, поглощая необходимый компонет (Н20, H2S, С02 и т.д.) из газового потока, который барботирует через слой абсорбента на каждой тарелке.

Десорберы, предназначены для разделения компонентов жидкой смеси путем ее частичного испарения и раздельного улавливания пара и остатка. В десорбере используют следующие основные процессы разделения жидкости: выпаривание или однократная дистилляция, когда в процессе испарения образующиеся пары выделяются конденсацией; ректификация или многократная дистилляция, когда пар непрерывно и в противотоке вступает в соприкосновение со сконденсированной порцией пара, называемой флегмой.

Применяют десорберы двух типов: тарельчатые и насадочные. Конструктивно десорберы аналогичны абсорберам. Наиболее широко применяют десорберы тарельчатого типа с одним испарителем.

Оборудование, установки и устройства для получения холода

К установкам и устройствам для получения холода относятся: штуцера или дроссели адиабатического расширения газа; холодильные машины абсорбционного и парокомпрессионного типов; расширительные машины (детандеры поршневые или центробежные) для дросселирования газа с совершением внешней работы. Дросселирование или расширение газа на установках подготовки может осуществляться с помощью специальных сопел - эжекторов, которые позволяют одновременно дросселировать основной поток газа и утилизировать потоки низконапорных газов.

Дроссели предназначены для регулирования режима работы скважин путем изменения площади кольцевого прохода. Для получения холода используют стандартные штуцера или дроссели, подбор размеров которых основан на принципе критического истечения газа через них (адиабатическое расширение газа без совершения внешней работы).

Турбодетандерные агрегаты предназначены для получения холода в установках НТС, с применением принципа политропического расширения газа с совершением внешней работы. Внешнюю работу газа можно использовать для вращения вала компрессора, в котором газ дожимается до давления, равного давлению в газопроводе. В газовой промышленности используют турбодетандерные агрегаты (рис. 7.22) (детандер - компрессор) ТДА-3 и ТДА-5 технические характеристики которых представлены в таблице 7.5.

Техническая характеристика турбодетандера БТДА-10-13УХЛ4

№ п/п Технические показатели Значения

I Расход газа, м3/сут 10x106

2 Давление на входе, МПа 9,1

3 Давление на выходе, МПа 6,07

4 Температура на входе, °С -6,0

5 Температура на выходе, "С -30,0

б Габаритные размеры агрегата, мм 5390x2700 х 3400

7 Масса агрегата, т 12,0

Эжекторы предназначены для эжектирования низконапорного газа высоконапорным. На установках НТС газа эжекторы применяют вместо штуцеров (дросселей) перед низкотемпературным сепаратором.

Холодильные машины используют, когда хладопроизводительностъ дросселируемого газового потока перестает обеспечивать проектный температурный режим технологического процесса промысловой подготовки газа. В испарителе кипящий в межтрубном пространстве аппарата хладоагент (аммиак, пропан и т.д.) охлаждает природный газ, проходящий по трубкам. Пары хладоагента из испарителя направляются на конденсацию (снижение) компрессионным или абсорбционным методом. Охлажденный до необходимой температуры сепарации (обычно - 15°С) природный газ из испарителя направляется на сепарацию в НТС. Холодильные машины используют также для охлаждения газа на компрессорных станциях для увеличения подачи газа по магистральным газопроводам.