Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

типа АТН с подачей 35—200 м3/ч при напоре 80—100 м снаб­ жаются асинхронными двигателями мощностью 17—100 кВт, 380 В, 1450 об/мин.

Применяемые для той же цели насосы 12НА с подачей 150 м3/ч и напором 33—55 м снабжаются двигателями такого же

Рис. 9.10. Вариант схемы электроснабжения БКНС с двигателями 1250 кВт

типа мощностью 21—33 кВт, 1450 об/мин, а насосы АП с пода­ чей 7,2—100 м3/ч и напором 50—280 м — двигателями мощно­ стью 2,5—147 кВт, 2950 об/мин.

Кустовые насосные станции (КНС) располагаются на не­ больших расстояниях от нагнетательных скважин и оборудуются

351

тремя-пятью насосными агрегатами каждая. Здесь использу­ ются центробежные насосы, а иногда поршневые. Частота вра­ щения рабочего вала у первых 3 000 (иногда 1 500) об/мин, у поршневых 375 об/мин.

На КНС, построенных в 60-е годы и ранее, применены син­ хронные двигатели 750— 1000 кВт 6 кВ и асинхронные короткозамкнутые 450—850 кВт, 6 кВ с синхронной частотой враще­ ния 3 000 об/мин, монтируемые так же, как и насосы в зданиях.

Рчк.. 9Л . Общий вад блока рашролелшгельиого устройства 6 кВ БВШС::

Й — эдаивй® Р У — © кВ ; 2 — ©ш&вавше (вгайшьш)); Л — К Р У — © в® ; 4 — епшищща ущршвлнвшша

даветгатаздаи; 3 — иадпг «лгавший ущгавцшш»; $ —шш^отгтеттогв устцвайстош; Ц — швзпг уппвынижи**; $ — » — ш итый шюг; Ш — эа№иппр^ал1®ртфер

В последние годы строятся и находятся в экешпуатащии КНС в блочном исполнении. Эти ста ними (БКНС) изготовляются в заводских условиях и монтируются на месторождении в те­ чение 3—4 месяиев..

Ш

Насосы приводятся в действие синхронными двигателями СТД-1250-2 мощностью 1250 кВт, 6 кВ 3000 об/мин.

БКНС содержит 2—4 насосных блока, блоки низковольтный и управления, блоки напорного коллектора и блок распредели­ тельного устройства 6 кВ.

В частности, на месторождениях Западной Сибири приме­ няются БКНС подачей 450 м3/ч с насосами ЦНС-180-1422 и двигателями 1250 кВт и БКНС подачей 2 100 м3/ч с насосами ЦНС-50-1900 с двигателями 4000 кВт. Двигатели — синхронные, марки СТД, на 3000 об/мин 6 (10) кВ с бесщеточной системой возбуждения.

Вариант схемы электроснабжения БКНС с двигателями по 1250 кВт представлен на рис. 9.10, а общий вид блока распре­ делительного устройства 6 кВ — на рис. 9.11.

Синхронные двигатели БКНС снабжены защитой от корот­ ких замыканий (для двигателей на 1250 кВт токовой отсечкой, а для двигателей на 4000 кВт продольной дифференциальной токовой отсечкой), от перегрузки, минимального напряжения, замыканий на землю, асинхронного хода.

Кроме того, предусматриваются защиты, действующие при падении давления нагнетания, при падении давления масла, при перегреве подшипников или масла в конечном участке си­ стемы смазки.

На промыслах встречаются одноагрегатные насосные стан­ ции высокого давления. Эти станции располагаются вблизи на­ гнетательных скважин. Каждая станция закачивает воду под высоким давлением в одну скважину, обеспечивая оптимальные условия воздействия на пласт.

В нефтедобывающих районах, содержащих мощные водяные горизонты, воду закачивают в пласт для поддержания пласто­ вого давления иногда с помощью специальных погружных элек­ тронасосов. Такие насосы откачивают пластовую воду из водо­ заборной скважины и подают ее в напорный трубопровод и да­ лее в нагнетательные скважины.

В частности, насосы для поддержания пластового давления УЭЦН-16-3000 и УЭЦН-16-2000-1400 имеют соответственно по­ дачу 3 000 и 2 000 м3/сут, напор 1 000 и 1 400 м и снабжаются погружными двигателями мощностью 500 кВт, питаемыми ана­ логично двигателем ПЭД погружных агрегатов для нефтяных скважин.

§ 59. Обезвоживание и обессоливание нефти электрическим полем

Обводненная нефть представляет собой водонефтяную эмуль­ сию, образующуюся в результате перемешивания воды и нефти

впроцессе извлечения жидкости из скважины и прохождения

еепо системе сбора.

Водонефтяные эмульсии содержат большое количество ми­ неральных солей, растворенных в воде, входящей в состав этих эмульсий. В некоторых случаях нефти содержат и кристал­ лические соли, которые образуются при промысловой обработке нефти и отделении ее от газа после извлечения из скважины. В получаемой из скважины нефти содержатся также механиче­ ские примеси, в частности, мельчайшие частицы глины и песка.

Чтобы исключить действие воды, солей и механических при­

нефть подтвергают обезвоживанию и обессоливанию на специ­ альных установках.

Так как выдаваемая с промыслов нефть во многих случаях не освобождается от воды и солей до тех норм, которые отве­ чают требованиям, предъявляемым нефтепереработкой, уста­ новки обезвоживания и обессоливания предусмотрены и на нефтеперерабатывающих заводах.

Наиболее часто встречаются эмульсии «вода в нефти», в ко­ торых водяные частицы диспергированы в нефти и покрыты пленкой гидрофобного эмульгатора, препятствующей их слия­ нию. Стойкость водонефтяных эмульсий определяется структу­ рой поверхностных слоев на границе раздела воды и нефти, фи­ зико-химическими свойствами нефти (вязкость, плотность, со­ держание асфальтово-смолистых веществ и парафина). Чем больше дисперсность эмульсии, т. е. степень раздробленности частиц воды, тем труднее разрушить эмульсию. Размер частиц воды находится в пределах 0,2—100 мкм. Уменьшение размеров механических примесей, имеющих обычно величину 2—50 мкм, также повышает стойкость эмульсин. С повышением темпера­ туры снижается вязкость нефти и уменьшается стойкость эмуль­ син, особенно при значительных содержаниях парафина в нефти. Стойкость эмульсий возрастает со временем, что принято назы­ вать «старением» эмульсии.

Обезвоживание нефти непосредственно после получения ее со скважины, когда эмульсия свежая, требует меньших усилий и затрат, чем последующая обработка, когда эмульсия «поста­ рела».

Определенное влияние на стойкость эмульсии оказывают электрические заряды частиц воды. Каждая частица воды об­ ладает электрическим зарядом, равномерно распределенным по ее поверхности и имеющим положительный или отрицательный знак в зависимости от кислотности воды. Этот заряд существует

354

вследствие адсорбции ионов электролитов, которые содержатся в воде.

Дисперсионная среда, окружающая частицу воды, несет за­ ряды, противоположные по знаку заряду воды и распределен­ ные неравномерно. Большую плотность имеют заряды диспер­ сионной среды в слоях, ближайших к частице воды, по мере удаления от последней плотность этих зарядов убывает. Одно­ именные заряды частиц воды в статическом состоянии эмуль­ сии препятствуют слиянию этих частиц.

При движении эмульсии часть зарядов дисперсионной среды, расположенных относительно далеко от водяной частицы, ухо­

в крупные капли. Далее, удаляют укрупненные капли за счет оседания их из нефти в процессе отстоя.

Одновременно с обезвоживанием нефти происходит ее обес­ соливание, так как соли обычно растворены в водяных части­ цах нефтяной эмульсии.

В тех случаях, когда нефть содержит кристаллические соли, их удаляют промывкой нефти водой с одновременным переме­ шиванием воды и нефти. Кристаллические соли растворяются в воде и удаляются с ней при обезвоживании возникшей водо­ нефтяной эмульсии.

Существует несколько методов обезвоживания и обессоли­ вания нефтей.

На промышленных установках нефтяных промыслов обычно используются термохимический, термический и электрический методы, их комбинации, а также холодный отстой с примене­ нием химических реагентов.

Сущность термохимического метода заключается в том, что в обводненную нефть вводится деэмульгатор, который хорошо перемешивается с ней. Далее нефть с деэмульгатором посту­ пает в подогреватель. Подвергнутая воздействию деэмульгатора и нагрева нефть отстаивается в резервуарах, где вода отде­ ляется от нефти и удаляется.

Деэмульгаторы представляют собой поверхностно-активные вещества, т. е. вещества, способствующие снижению поверхно­ стного натяжения. Контакт деэмульгаторов с частицами воды, диспергированными в нефтях, приводит к уменьшению прочно­ сти защитных оболочек на их поверхности. Это облегчает по­ следующее слияние частиц воды.

Повышение температуры водонефтяной эмульсии приводит к ослаблению защитных оболочек, состоящих из асфальтово­ смолистых и парафиновых веществ, прочность которых с нагре­ вом уменьшается. При нагреве эмульсии уменьшается ее вяз­ кость. С уменьшением вязкости при прочих неизменных усло­

и деформации их оболочек, ограничено определенными преде­ лами. Во-первых, ограничение градиента обусловлено появле­ нием коротких замыканий вследствие пробоя цепочек водяных частиц, особенно при сильнообводненных нефтях. Во-вторых, при слишком высоких градиентах наблюдается размельчение частиц воды в электрическом поле — увеличение дисперсности эмульсии.

Как на нефтяных промыслах, так и на нефтеперерабатываю­ щих заводах применяются электрообезвоживающие и электро­ обессоливающие установки, работающие на переменном токе промышленной частоты (50 Гц). Электрические аппараты, в ко­ торых осуществляется воздействие электрического поля на эмульсии, принято называть электродегидраторами.

Так как электродегидраторы промышленной частоты хорошо работают при содержании в обрабатываемой нефти некоторого

в электродегидратор она предварительно обезвоживается термо­ химическим способом.

При холодном отстое высокоэффективный неионогенный де­ эмульгатор дозировочным насосом подается на забой или на устье скважины. Водонефтяная эмульсия с деэмульгатором на­ правляется в резервуары, где она расслаивается на нефть и воду в течение 2—3 ч.

Насосы-дозаторы — поршневые, с электроприводом от асин­ хронных двигателей мощностью от 0,27 до 3 кВт, 380 В.

§ 60. Электрообезвоживающие и электрообессоливающие промысловые установки

В настоящее время применяют отечественные электродегид­ раторы промышленной частоты двух видов: шаровой и гори­ зонтальный.

Шаровой электродегидратор (рис. 9.12) представляет собой шарообразный сосуд 1 диаметром 10,5 м и вместимостью 600 м3, рассчитанный на давление 0,6 МПа и производительностью до 10 000 т/сут. Он содержит три пары электродов, размещенных в плоскости большого круга сосуда, — верхних 7 и нижних 8. Верхние электроды подвешены на трех изоляторах 6 к звезде 5. Верхний электрод 7 содержит один ряд концентрических метал­

ряда колец, один из которых обращен в сторону верхнего элек­ трода, а другой — в сторону нижней части аппарата.

К электродам через проходные изоляторы 3 подводится на­ пряжение от трансформаторов 4, монтируемых на площадке над дегидратором.

357

ним электродом и зеркалом отстоявшейся воды в нижней зоне аппарата и между электродами и корпусом аппарата. Вспомо­ гательные поля создаются половинным напряжением питания.

По оси каждой пары электродов размещен вертикальный стояк 10, к которому подводится подлежащая обработке нефть. Конец стояка содержит распределительную головку 9, через ко­ торую эмульсия поступает в межэлектродное пространство в виде веерообразной струи, параллельной электродам, т. е. перпендикулярно к силовым линиям создаваемого между элек­ тродами электрического поля.

После обработки в межэлектродном пространстве обезво­ женная нефть, поднимающаяся в верхнюю зону аппарата, от­ водится через трубу 2. Осевшая в результате отстоя вода уда­ ляется из дегидратора через трубу 11. В установившемся ре­ жиме работы дегидратора количество воды, поступающей с эмульсией, равно количеству воды, опускающейся в нижнюю зону под электроды, за вычетом небольшой части воды, остаю­ щейся в обработанной нефти, уходящей в верхнюю зону аппа­ рата. При этом в межэлектродной зоне содержится 2—3% воды.

При недостаточном напряжении питания, плохом качестве или недостаточном количестве деэмульгатора, низкой темпера­ туре эмульсии и слишком большой дисперсности ее слияние частиц воды в межэлектродном пространстве замедляется и на­ рушается равновесие между поступающей и удаляемой из ап­ парата водой. Увеличение количества воды в обработанной нефти вследствие ухудшения обработки или увеличения обвод­ ненности исходной нефти может привести к пробою изоляторов. Если в подэлектродном пространстве будет накапливаться неразложившаяся эмульсия, то при достижении ею уровня ниж­ него электрода может произойти замыкание последнего на кор­ пус аппарата.

В последнее время получили большое распространение гори­ зонтальные электродегидраторы. В СССР такие дегидраторы были разработаны во ВНИИНЕФТЕМАШ. Основная особен­ ность их — возможность деэмульсации нефти при меньших ско­ ростях ее движения и значительно больших скоростях оседания воды в условиях более высоких температур, чем в рассмотрен­ ном дегидраторе. Это делает их более экономичными.

Разработаны два типа таких дегидраторов: 1ЭГ-160 и

2ЭГ-160.

Поперечный разрез электродегидратора 1ЭГ-160 показан на рис. 9.13. Подлежащая обработке эмульсия вводится в нижнюю часть цилиндрического сосуда 1 дегидратора через коллектор 2, расположенный вдоль всего аппарата под нижним электродом 3. Коллектор 2 находится на уровне 20—30 см ниже поверхности отстоявшейся воды. Проходя через слой этой воды, эмульсия промывается, оставляя основную массу пластовой воды. Далее, под действием относительно слабого электрического поля, су-

359

шествующего между нижним электродом и корпусом дегидра­ тора, из эмульсионной нефти начинают выделяться и более крупные частицы воды. В межэлектродное пространство попа­ дает нефть, предварительно несколько обезвоженная. Это ис­ ключает появление токопроводящих водяных нитей между элек­ тродами 3 и 4 и улучшает условия работы установки.

Поток эмульсии движется вертикально по всему сечению аппарата и распределяется равномерно между электродами.

На рис. 9.14 представлена схема электрических соединений электрооборудования электродегндратора 1ЭГ-160.

К электродам дегидратора Э подводится напряжение 22— 44 кВ от двух однофазных повышающих трансформаторов ГУ и Т2 мощностью по 50 кВ * А 0,38/11—16,5—22 кВ.

ш