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

электродегидраторы Моснефтезавода [38, 24]. Комбина­ цию электрических методов и гравитационного разделе­ ния предложил в выданном на его имя патенте Эдди [103]. Джуварли и Климова предложили использование трубчатого элсктродегидратора (Ученые записки Азер­ байджанского госуниверситета им. С. М. Кирова, 1957,

№49).

Впоследние годы теоретические основы электриче­ ской дсэмульсации были объектом тщательного изучения.

В этой связи следует отметить работы Г. М. Панченкова и Л. К- Цабека [55]. В 1963 г. Карсвеллом и Карпен­ тером описан способ разрушения эмульсии в высоко­ вольтном коронном разряде [107].

Фиджи (Япония) предложил использование высоко­ частотного электрического поля в сочетании с длинно­ волновым резонатором в деэмульсируемой среде ([113].

Винтермют [132] описал использование комбинирован­ ного переменного и постоянного тока. Дейч [109] разра­ ботал метод наложения постоянного тока на переменный с интервалом в несколько секунд.

Вотерман [130] предложил в 1958 г. способ разруше­ ния эмульсии в электрическом поле.при прохождении ею кольцевого зазора между барабанами, один из которых вращается. Эффект достигается за счет сочетания воздей­ ствий электрического поля и умеренной турбулизации потока. Известны и другие патенты на способы и конст­ рукции различных электродегидраторов.

Центрифугирование. Впервые способ разрушения нефтяных-эмульсий методом центрифугирования был за­ патентован в Германии в 1909 г.

Деэмульсация нефти с помощью центрифуг широко применялась на промыслах США в 20—40-х годах как в качестве самостоятельного метода, так и в сочетании с, другими способами, где широкое распространение полу­ чили центрифуги П. Т. Шарплеса (1919 г.) [127].

Наиболее широкое применение центрифуги нашли на морских промыслах, так как .они позволяли экономить место па площадках, устраиваемых на сваях [29, 105].

Однако па отечественных промыслах, если не считать испытаний центрифуги на Биби-Эйбатских промыслах в Баку по рекомендации инж. А. И. Манчо, проведенных в 1908 году [49], этот метод применения не нашел.

Ю

капель эмульсии в водном слое, что при наличии брони­ рующих оболочек на каплях пластовой воды невозмож­ но). Метод нашел широкое применение на промыслах и в практике деэмульсации нефти на нефтеперерабаты­ вающих заводах (НПЗ).

В действительности эффект достигается за счет раз­ рушения глобул пластовой воды, находящихся на поверх­ ности капель эмульсии, всплывающих в слое дренажной воды. Это же имеет место при длительном контакте гло­ бул с зеркалом отстоявшейся дренажной воды.

Внутрискважинная деэмульсация. Название способа не имеет практически никакого отношения к процессам, происходящим при введении реагентов-деэмульгаторов в поток нефти на забой действующих скважин, и отражает уровень их изученности в то время. Предложен Н. А. Го­ лубевым и впервые внедрен на промыслах Баку [22] в 1939 г.

Внутрискважинная деэмульсация нефти различными исследователями объяснялась по-разному. Автор этого способа II. А. Голубев подчеркивал, что наиболее рас­ пространенным методом разбивки эмульсии является термохимический, при котором эмульсия подвергается нагреву с одновременным вводом химических реагентов. Следует учесть, что на забое скважин нефть находится при довольно высокой температуре. Использование этой температуры позволяет отказаться от искусственного по­ догрева нефти, для чего необходимо вводить химические реагенты непосредственно на забой скважин, эксплуати­ рующихся компрессорным способом. Разделение эмуль­ сии на нефть и воду в исследованиях автора осуществля­ лось при последующем отстое в течение примерно одних суток. Отсюда видно, что первоначальная цель предло­ жения состояла в исключении искусственного подогрева эмульсии и использовании для ее разрушения естествен­ ного тепла.

Затем в 1947 г., в результате испытаний, проведенных в одном из трестов Азнефти, было установлено, что поми­ мо предотвращения образования стойкой эмульсии при вводе реагента на забой скважин наблюдается до­ вольно значительная экономия в расходе воздуха, вслед­ ствие уменьшения вязкости жидкости, т. е. улучшаются технико-экономические показатели компрессорного спо­ соба добычи нефти. В этот период автор отмечает, что

12

при «внутрискважинной деэмульсации» имеет место «прекращение образования эмульсии».

В 1952 г. Э. А. Баганлы [5] пришел к противополож­ ному выводу, считая, что химический р.еагент в этом слу­ чае способствует диспергированию и более равномерно­ му распределению в восходящем потоке частиц жидко­ сти, уносимых пузырьками газа.

В 1951 г. и 1956 г. Р. М. Дворецкая [30, 31], в 1957 г.

И. М. Асадов [3] отметили, что воздействие вводимых в

компрессорные скважины реагентов вызывает не разру­ шение, а превращение эмульсии типа «вода в нефти» в эмульсию «нефть в воде».

В 1959 г. в работе [61] указывалось, что под «внутри­ скважинной деэмульсацией» следовало понимать такое воздействие реагентами на физико-химические парамет­ ры извлекаемой при компрессорной эксплуатации жидко­ сти, при котором происходит превращение эмульсии типа «вода в нефти» в менее стойкую эмульсию типа «нефть в воде». Аналогичную точку зрения на «внутрискважин­ ную деэмульсацию» в 1961 г. излагает В. А. Амиян [1], уточняя при этом, что при введении деэмульгатора име­ ет место не обращение эмульсий, а с самого начала воз­ никает эмульсия типа «нефть в воде».

На самом деле при введении реагента в поток добы­ ваемой нефти осуществляется процесс интенсивного массообмена по его распределению в каплях пластовой во­ ды, в связи с чем достигается предотвращение образова­ ния прочных бронирующих оболочек на поверхности ка­ пель при последующем диспергировании эмульсии на штуцерном узле и в процессе ее транспортирования по промысловым системам сбора к объектам деэмульсации нефти. Часто «внутрискважинную деэмульсацию» оши­ бочно смешивают с трубной, при которой достигается разрушение уже сформировавшейся эмульсии, сопро­ вождаемое укреплением капель и в ряде случаев рассло­ ением потока на нефть и воду.

Термохимические методы обработки эмульсий под дав­ лением постепенно были вытеснены методами деэмульса­ ции продукции скважин при более высоких давлениях.

Наиболее полная технологическая схема нагрева эмульсии под повышенным давлением (3—4 ат) впервые описана Фастейгом [114] в 1942 г.

13

Переход на эти схемы в нашей стране был начат при­ мерно в это же время.

Основными предпосылками перехода к этому методу деэмульсации нефти справедливо считаются высокие по­ тери легких фракций, которые были вызваны:

1)высокой температурой нагрева;

2)длительным периодом отстаивания;

3)работой отстойников (резервуаров) в циклическом режиме с сопутствующими этому режиму большими ды­ ханиями.

Однако при переходе на закрытую систему сбора и деэмульсацию нефти под давлением проблема сокраще­

ния потерь нефти практически не была решена, так как после деэмульсации нефти она все равно направлялась все в те же резервуары товарного парка, где эти потери и имели место. Для снижения потерь необходимо осуще­ ствлять горячую или вакуумную сепарацию нефти.

Ультразвуковой и вибрационный методы. Известно значительное количество работ, из которых видно, что применение ультразвука и вибрационного воздействия для разрушения эмульсии может быть весьма эффектив­ ным [38, 64]. Однако эти методы еще не вышли из стадии опытно-промышленного опробования.

Пенная деэмульсация. Метод разработан в институте ТатНИПИнефть в 1970 г. В основу метода положен прин­ цип осуществления основных операций с глобулами пла­ стовой воды не в объеме нефти, а в объеме воды с после­ дующим вспениванием капель нефти газом изнутри, от­ теснением глобул пластовой воды на контур контакта с активной дренажной водой и разрушением в этой зоне эмульсии, сопровождаемой переходом содержимого ка­ пель пластовой воды в состав дренажа. Это позволяет осуществлять процесс деэмульсации нефти, минуя целый ряд промежуточных станций (таких, например, как сбли­ жение и соударение капель в объеме нефти, укрупнение капель, осаждение их на границу раздела фаз с дрена­ жем и т. д.).

При осуществлении пенной деэмульсации достигается возможность активного воздействия на капли всех раз­ меров, так как в принципе самая маленькая глобула мо­ жет быть вытеснена газом на контур контакта с актив­ ной дренажной водой и разрушена под воздействием ра­ створенного в ней реагента. Это позволяет осуществлять

14

глубокое обезвоживание и обессоливание нефти быстро

иэффективно. Способ имеет теоретическое обоснование

иуспешно прошел проверку в промысловых условиях в 1971 г. на ГУ № 6 Абдрахмановской площади.

Теоретические расчеты показали, что в принципе про­ изводительность пенных деэмульгаторов может быть на 1—2 порядка выше, чем деэмульсаторов обычного типа.

Трубная деэмульсация нефти как новое направление в технологии подготовки нефти разработана в 1964—1966 гг. и связана с признанием за трубопроводами способнос­ ти выполнять функции высокоэффективных технологиче­ ских аппаратов, пригодных для разрушения как сформи­ ровавшихся, так и менее стойких эмульсий, а также с разработкой отличных от сложившихся представлений об оптимальных условиях разрушения водонефтяных эмульсий. Применение трубной деэмульсации нефти ис­ ключает необходимость строительства и эксплуатации установок подготовки нефти традиционного типа. Впер­ вые идея признания за трубопроводами способности вы­ полнять функции технологических аппаратов была сфор­ мулирована в 1964 г. (отчет ТатНИИ по теме 17/64). В частности, в этой работе было отмечено, что стойкость свежеобразованной эмульсии при движении по модели трубопровода с гидрофильными стенками снижается. В результате систематической бомбардировки водяными глобулами гидрофильной стенки трубы на ней образует­ ся водяная пленка, толщина которой растет до известно­ го предела. При движении смеси по наземным коммуни­ кациям вода получает возможность стекать в нижнюю часть выкидных и сборных линий, что сопровождается при определенных условиях расслоением потока. Впос­ ледствии эта идея получила развитие в многочисленных работах, в которых было показано, что трубная деэмуль­ сация может быть использована как для повышения эф­ фективности действующих установок, так и для подго­ товки нефти без строительства установок традиционно­ го типа.

В основу общепринятой технологии подготовки нефти термохимическим методом положен принцип Берти (1929 г.) [9], в соответствии с которым смешение эмуль­ сии с деэмульгатором предписывалось осуществлять в условиях, исключающих дробление капель пластовой во­ ды, Он получил дальнейшее развитие и поддержку в ра­

15

использован принцип дробления капель пластовой воды механическими средствами при смешении эмульсии с деэмульгатором, что оказалось чрезвычайно эффектив­ ным. К другим особенностям оптимального ведения про­ цесса при трубной деэмульсации можно отнести:

—осуществление последовательных и многократно пере­ межающихся процессов дробления и слияния капель при турбулентном режиме в потоке и на поверхности инверсирующих экранов;

—коалесценция и укрупнение капель в затухающем тур­ булентном потоке и на поверхности инверсирующих экранов;

—разделение потока на нефть и воду при критериях Рейнольдса,* близких к критическим.

Способность трубопровода выполнять перечисленные выше технологические функции объясняется параболиче­ ской эпюрой скоростей по его сечению и связанной с этим термодинамической возможностью существования ка­ пель различных критических диаметров в различных его зонах, тенденциями к дроблению, укрупнению капель и расслоению потока при определенных режимных пара­ метрах. До того, как были сформулированы основные принципы трубной деэмульсации нефти, промыслопые трубопроводы всех классов использовались лишь в каче­ стве средства сбора и транспорта продукции скважин.

При этом с точки зрения технологии подготовки нефти трубопроводы расценивались как технологически вред­ ные элементы, способствующие образованию стойких эмульсий. Поэтому усилия многих исследователей были направлены в первую очередь на нейтрализацию вред­ ной работы трубопроводов по образованию стойких эмульсий путем введения реагентов на их головных участ­ ках. К наиболее ранним и обстоятельным работам, свя­ занным с введением деэмульгатора на скважинах, в вы­ кидные линии и головные участки трубопроводов, а так­ же перед газовыми сепараторами, следует, видимо, от­ нести работу Геритна [51. В этой и последующих публи­ кациях [14, 15, 17, 48, 491 отмечалось, что введением де­ эмульгаторов в поток нефти на этих узлах обеспечивает­ ся лучшее использование реагента и достигается предот­ вращение образования стойких эмульсий, что сущсствен-

16

тируемой по этому трубопроводу, составляла 18—27%. Исследования велись при температуре 4—5° С. В итоге было установлено, что подача реагента в трубопровод позволила снизить вязкость эмульсии в 3 раза, а содер­ жание воды в нефти до 14%.

Годом позже — в 1961 г. [33] институт Гипровостокнефть провел аналогичные исследования на Покровском месторождении с применением НЧК, ОП-Ю и СНС. При этом также было достигнуто снижение гидравлических сопротивлений. В 1962—1963 гг. В. X. Латыповым и Я. М. Каганом была осуществлена опытная закачка дисолвана в один из сборных коллекторов Шкаповского месторождения [37]. Таким образом был восстановлен самотечный сбор нефти со скважин, обводненность про­ дукции которых достигла 35%.

В результате исследований авторы [37] пришли к зак­ лючению, что, кроме эффекта снижения вязкости, закач­ ка поверхностно-активных веществ (ПАВ) в головные участки трубопроводов обеспечивает необходимые усло­ вия для деэмульсации нефти. На промыслах это поз­ воляет проводить подготовку нефти без дополнительных затрат на реагенты или даст возможность значительно снизить общий их расход. Оценивая позже [33] результа­ ты этой своей работы, авторы подтверждают, что в тот период еще не рассматривали внутритрубопроводную деэмульсацию в отрыве от установок подготовки нефти, хотя были очень близки к ее определению как самостоя­ тельного метода. Таким образом, и в этот период уста­ новки еще заслоняли горизонт, и возможность развития трубной деэмульсации как направления осмыслена не была.

В работах М. 3. Мавлютовой [44, 45], посвященных совершенствованию технологии подготовки нефти на дей­ ствующих установках и оценке условий наиболее полно­ го использования реагентов-деэмульгаторов, возможнос­ тям, связанным с разрушением эмульсии в трубопрово­ дах, в конечном счете была дана отрицательная оценка. Автор, сначала [45] поддерживая точку зрения Г. Б. Ши, правильно отмечает, что при термохимическом способе обезвоживания большую роль играют такие факторы, как интенсивность и длительность контактирования эмульсии с деэмульгатором. Поэтому для более эффек­ тивного использования деэмульгатора (не для измене­

18

ния конструкции отстойной аппаратуры или технологи­ ческой подготовки нефти) в работе рекомендуется устанавливать специальные смесители и по возможности удлинять путь от точки ввода реагента до отстойной аппаратуры. •

сии от точки ввода реагента до выхода из последней секции теплообменников некоторая часть воды в зависи­ мости от дозировки реагента и температуры нагрева нефти успевает выделяться из эмульсии и, если скорость потока будет ниже определенной величины, образует са­ мостоятельную фазу. Выражая свое отношение к этому факту, автор далее отмечает, что в целях уменьшения коррозии системы образование этой фазы до ввода жид­ кости в зону водоотделения дегидратора нежелательно. При этом дозировка реагента, скорость и время нахожде­ ния потока в системе должны подбираться таким обра­ зом, чтобы добиться выделения воды только в дегидрато­ рах, не допуская образования самостоятельной водной фазы в системе трубопроводов и теплообменников. Далее автор указывает на бесперспективность использования трубопроводов в технологических целях. Так, в работе [15] отмечается, что, несмотря на увеличение протяженности системы трубопроводов и теплообменной аппаратуры (на Бавлинской установке она составляет 2 км), удель­ ный расход реагента при термохимическом способе обез­ воживания все же остается большим и для улучшения работы установок предлагается применить электриче­ ское поле. Так, подойдя вплотную к идее разрушения эмульсии в трубопроводах, автор предлагает мероприя­ тия прямо противоположные тем, которые составляют сущность трубной деэмульсации. Это свидетельствует о том, что в этих исследованиях установленным фактам не была дана правильная оценка.

Рассматривая упомянутые выше процессы разруше­ ния эмульсии в основном с точки зрения более полного использования реагентов-деэмульгаторов, автор, естест­ венно, не делает никаких предложений о целесообразно­ сти перенесения основной части технологических опера­ ций на промысловые системы сбора, а тем более об