Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Карагайского месторождения

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
28.06.2024
Размер:
3.97 Mб
Скачать

175

нефти пластовой водой и ее обезвоживание. Обезвоженная нефть поступает в сборный коллектор 5 и выводится из аппарата. Отделившаяся от нефти вода через переливное устройство 7 поступает в водосборную камеру и с помощью регулятора уровня "воданефть" 6 сбрасывается в систему подготовки дренажных вод.

Эффективность разделения достигается благодаря использованию: подогрева, добавки ДЭ или ПАВ, промывки слоем воды, прохождению через промежуточный слой, играющего роль своеобразного фильтра.

При расслоении эмульсии всегда образуется промежуточный слой, который компенсирует величину свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз. Всплывающие крупные капли нефти захватывают с собой мельчайшие капельки воды, образуя при этом множественную эмульсию.

Из-за малого диаметра скорость оседания таких капель чрезвычайно мала (закон Стокса). Они могут накапливаться на границе раздела и иногда, если высота этого слоя больше -допустимых пределов, даже нарушать работу отстойника. С другой стороны роль этого слоя заключается в замедлении скорости движения капель нефти, что способствует коалесценции капель воды.

Предварительный сброс воды в вертикальном резервуаре получил широкое распространение. Например в Татарии по данным испытания РВС–2000 и РВС–5000 для сброса воды при обводненности поступающей нефти от 20 до 55 %

получены следующие данные по производительности жидкости одного аппарата предварительного сброса:

по РВС–5000 10000 т/сут;

РВС–2000 5000 т/сут;

что соответствует времени пребывания жидкости в аппарате 6–7 часов.

Консорциум « Н е д р а »

176

Повышение загрузки аппарата выше этих пределов ведет к увеличению содержания нефти в сбрасываемой

(дренажной) воде.

Снижение температуры вызывает ухудшение процесса отстоя и влияет на качество нефти и качество сбрасываемой воды. Температура водонефтяной смеси не должна быть ниже 20-5 °С.

Заблаговременный (за 0,6-1 км до резервуаров) ввод дренажной воды в сборный коллектор резко улучшает качественные и количественные показатели процесса разделения за счет путевых эффектов разрушения эмульсии в нефтепроводе и взаимной очистки нефти и воды в процессе движения по трубопроводу.

Предварительное обезвоживание нефти на месторождения это лишь первый этап ее подготовки. С середины 80-х

годов на месторождениях ОАО "Томскнефть" ВНК началось активное строительство установок предварительного сброса пластовой воды (УПСВ). За 85-90 годы было введено в эксплуатацию 15 установок .

Так на Советском нефтяном месторождении УПСВ-1 была выпущена в эксплуатацию в 1986 году, УПСВ-2 (1993),

УПСВ-3 (1989), УПСВ-4 (1988), УПСВ-9 (1990), УПСВ-П (1991). В 1993 г. УПСВ-3 оснащена АСУ ТП и в настоящее время все современные УПСВ имеют автоматизированные системы контроля и управления ТП, в работ которых одновременно решены вопросы по утилизации пластовой воды и нефтяного газа.

Обессоливание нефтей.

Технологические процессы в аппаратах системы нефтепромыслового обустройства обеспечивают доведение концентрации хлористых солей (при необходимости) до 100 мг/л и менее, но не более 900 мг/л.

Консорциум « Н е д р а »

177

Больше всего в воде содержится хлористых солей, до 80–90 % от общего содержания солей. В пластовой воде содержатся ионы растворённых солей.

Подготовка скважинной продукции и внутренняя транспортировка нефтей серьёзно осложнены процессами выпадения неорганических солей из попутно извлекаемой воды. Основные компоненты в большинстве отложений:

-карбонат кальция (СаСОз);

-сульфат кальция (гипс CaSO4 ∙2Н2О и ангидрит CaSO4);

-сульфат бария (BaS04).

В значительных количествах в составе отложений имеются различные примеси: сульфат стронция (SrSO4),

карбонат стронция (SrCO3), карбонат бария ( ВаСО3), карбонат магния (MgCO3), хлорид натрия, сульфат радия.

Встречаются механические примеси, продукты коррозии (окислы железа Fe2O3, сульфид железа FeS2) и другие.

Отложения чистых сульфатных или углекислых солей встречаются редко. Обычно они представлены смесью основного неорганического компонента с частицами нефти, силикатов, парафина, продуктами коррозии, примесями других солей.

Большинство отложений имеет кристаллическую структуру. Процесс их формирования представляет собой массовую кристаллизацию пересыщенного раствора солями относительно какого-либо компонента в:

-сложных гидродинамических условиях;

-широком интервале температур;

-присутствии большого количества примесей, способных оказывать существенное влияние на характер (свойства)

кристаллических осадков.

Консорциум « Н е д р а »

178

Процесс формирования кристаллических солей состоит из ряда основных этапов:

- пересыщение раствора солями;

-зародышеобразование;

-рост кристаллов;

-перекристаллизация.

Эти этапы могут протекать либо поочередно, либо одновременно.

Пересыщение раствора солями относительно какого-либо компонента связано с увеличением концентрации последнего выше равновесной растворимости.

Факторами возникновения этого процесса является минерализация пластовых вод, несовместимость их с техническими и изменение термоденамических условий.

Использование в процессах подготовки продукции скважин поверхностных вод, озёрных, речных и др., даже при условии их химической совместимости приводит зачастую к формированию воды совершенно нового состава по сравнению с пластовой. А это, в свою очередь, способствует изменению растворимости отдельных компонентов.

Реальные пластовые, попутно добываемые воды, подготавливаемые для закачивания воды – многокомпонентные водно-солевые системы. Но и в двухкомпонентных системах различные соли по-разному влияют на равновесную концентрацию основных компонентов неорганических осадков. Поэтому в каждом конкретном случае при разработке технологий процессов обессоливания необходимо учитывать их состав.

Консорциум « Н е д р а »

179

Существующие методы обезвоживания нефти на промыслах не позволяют получить товарную нефть с остаточной обводненностью ниже 0,1 %. При такой глубине обезвоживания товарных нефтей остаточное содержание хлористых солей (в зависимости от минерализации пластовых вод) может колебаться в довольно широких пределах от 20 до 1000

мг/л. Обычно при подготовке сырых нефтей с высокой минерализацией пластовых вод после ступени глубокого обезвоживания предусматривается дополнительный процесс – обессоливание.

Процесс обессоливания нефти и расход пресной воды для промывки в значительной степени зависят от принятой технологии смешения, для чего необходимы специальные смесительные устройства. Использование диафрагм,

штуцеров, клапанов не всегда дает должный эффект. Расхождения между теоретическими и фактическими данными при обессоливании нефти объясняются плохим взаимодействием пластовой и пресной воды, то есть часть капель пластовой воды, не смешивающихся с пресной водой.

Процесс обессоливания нефти по своей сущности связан с процессом выравнивания концентрации капель пресной и пластовой воды, что требует для своего завершения определенного времени и условий, дробления и коалесценции.

Другие исследователи считают, что для успешного ведения процесса обессоливания нефти необходимо создать такие условия, при которых каждая мелкая капля пластовой воды в нефти сольется с одной (достаточно крупной) или несколькими каплями промывочной пресной воды и осядет на дно отстойной аппаратуры.

В этом случае основу процесса обессоливания составляет "захват" (коалесценция) мелких капель пластовой воды крупными каплями промывочной пресной воды или воды любого другого типа. Для осуществления такого процесса обессоливания необходимо обеспечить некоторое время при оптимальных режимах, исключающих процесс

Консорциум « Н е д р а »

180

диспергирования, для чего предлагалось на установках подготовки нефти между блоками обезвоживания и обессоливания установить в качестве смесителей каплеобразователей специальные трубопроводы с определенным гидродинамическим режимом движения в них обрабатываемой системы. Еще в 1941 г. был выдан патент Блеру на использование для обессоливания нефти подводящих трубопроводов.

Эта идея была развита и получила практическое воплощение в работах Тронова В. П., которыми показано, что для эффективного осуществления процесса обессоливания время контактирования промывочной пресной воды и нефти в смесителе-трубопроводе при Re=20–30·103 должно быть не менее 3–5 мин, что приводит к необходимости монтажа достаточно громоздких смесителей-каплеобразователей.

Перспективным направлением в совершенствовании технологического процесса обессоливания нефти является использование распыленного ввода промывочной пресной воды в обезвоженную нефть. Это может быть достигнуто впрыскиванием под давлением промывочной воды в нефть через насадку специальной конструкции.

Вкачестве распылителя промывочной воды в обрабатываемую нефть удобно использовать регулируемый гидродинамический диспергатор (ГРД). Преимуществом таких устройств является то, что на основном потоке обрабатываемой нефти не создается какого-либо дополнительного перепада давления, что чрезвычайно важно при напорной системе подготовки нефти.

Вотношении же смесителей диафрагменного типа или клапанов следует отметить, что их эффективность действия во многом определяется создаваемым перепадом давления. При перепадах давления ниже 0,05 МПа хорошего смешения

нефти с пресной водой обычно не происходит, а перепад более 0,2–0,3 МПа иногда создает стойкую,

Консорциум « Н е д р а »

181

труднорассеивающуюся эмульсию. Тот же недостаток наблюдается и при подаче промывочной пресной воды на прием центробежных насосов.

Механизм очистки нефти от кристаллических солей и других твердых неорганических примесей до настоящего времени недостаточно изучен. Появление кристаллических солей в нефти возможно как в товарной, так и в сырой.

При этом было обнаружено, что если процесс образования эмульсий "вода в нефти" начинается в условиях,

предшествующих кристаллизации солей или в его начальный период, (например, на забое скважины), то выпадение солей из пластовой воды будет происходить не на стенках труб, а внутри отдельных мелких капель воды, размер которых в большинстве случаев измеряется микронами. При этом кристаллы солей, выпавшие в каплях воды, окажутся

"запакованными" бронирующими оболочками природных стабилизаторов и будут вынесены водонефтяным потоком за пределы скважины.

Наблюдения под микроскопом показали, что в каждой глобуле воды (размером 5–20 мкм) содержалось от одного до нескольких кристаллов солей различного размера (3–10 мкм). Выпавшие в глобулах воды кристаллы солей имели форму кубов пли призм.

При разгазировании таких эмульсионных систем возможно частичное испарение воды, особенно из тонкодиспергированных глобул, что также способствует появлению повышенного содержания кристаллических хлористых солей в нефти.

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »

182

Специфическая особенность подготовки таких нефтей заключается в том, что при их нагреве в печах или теплообменниках происходит интенсивное отложение солей и кокса на поверхностях теплообмена. Особенно сильные отложения возникают при использовании блочных нагревателей объемного типа.

Одним из возможных путей решения проблемы подготовки таких эмульсионных нефтей является осуществление более глубокого обезвоживания эмульсионной нефти на ступени предварительного сброса воды с тем, чтобы на блоки нагрева (предпочтительно трубчатого типа) поступала сырая нефть с остаточным содержанием воды не более 1–3 %.

Это достигают подбором соответствующего деэмульгатора, определением оптимальной точки ввода его, поддержанием необходимой температуры сырья, поступающего на ступень предварительного сброса, увеличением времени пребывания системы в аппаратах предварительного обезвоживания нефти и другими.

Иногда при достаточной глубине обезвоживания нефти на ступени предварительного сброса (до 1–3 %), нефть перед ступенью обессоливания дополнительно не обезвоживают. Нефть после предварительного сброса нагревают до заданной температуры и смешивают с определенным объемом (5–10 %) пресной промывочной воды и некоторым количеством реагента-деэмульгатора. При необходимости применяют вторую ступень обессоливания.

Одним из наиболее распространенных методов обессоливания нефти является растворение солей пресной водой.

Технология выполнения этого метода очень проста. В частично подготовленную нефть с большим содержанием солей добавляется пресная вода. Соли, находящиеся в нефти, растворяются в пресной воде и затем при обезвоживании удаляются вместе с водой. Если содержание солей в нефти не соответствует нормам, процесс повторяют или увеличивают количество подаваемой пресной воды.

Консорциум « Н е д р а »

183

На УПН пресная вода может подаваться с одного или нескольких источников, которыми служат:

-водозаборные скважины, оборудуются погружными насосами;

-открытые водоемы, оборудуются плавающими насосными станциями;

-очистные сооружения, подающие предварительно очищенную техническую и подтоварную воды.

Основные схемы подачи пресной воды изображены на рис.13.9-13.11.

В первом случае пресная вода подается на приём сырьевых насосов (рис. 9), что обеспечивает растворение в ней солей уже в начале процессе подогрева нефти в печах. Такая схема целесообразна при небольших объёмах подготовки нефти на УПН и низком содержании в ней солей. Схема подачи пресной воды на УПН

Рис.13.9

Консорциум « Н е д р а »