Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы лабораторных испытаний деэмульгаторов для промысловой подготовки нефти. Лабораторный практикум
.pdf
и интенсивность перемешивания) достигается обезвоживание нефти,
близкое к существующему в реальной системе. Последующее сравнение деэмульгаторов проводят при концентрации ниже ЛД на 10–
20 %. Под базовым деэмульгатором понимают реагент, который промышленно применяют на данном месторождении и с которым будут
сравнивать все остальные деэмульгаторы.
Определение ЛД, сравнение выбранных для испытаний деэмульгаторов проводят в следующей последовательности:
– отбор и анализ эмульсии;
– дозирование деэмульгатора;
– сепарация;
– анализ нефтяной фазы;
– интерпретация результатов.
Для сравнения деэмульгаторов используют одинаковую рабочую
дозировку (РД) (мг/л), которая на 10–20 % меньше, чем ЛД. В каждой
серии испытаний используют базовый деэмульгатор, чтобы сравнить
испытываемые реагенты.
Различные деэмульгаторы имеют различный компонентный состав. Для того чтобы обеспечить сопоставимость результатов испытаний дозировки деэмульгаторов, необходимо учесть содержание активных компонентов в деэмульгаторе, это делают относительно промышленного (базового) деэмульгатора:
РД
РД
(2.4)
э
где РДi – фактическая дозировка, мг;
V – объем бутылки, мкл;
РДэ – фактическая дозировка базового деэмульгатора, мг;
АОэ – концентрация активных компонентов в базовом деэмульгаторе, %;
АОi – концентрация активных компонентов в испытываемом деэмульгаторе, %;
106 – коэффициент перевода литров в микролитры.
11
. Необходимо определить фактическую дозировку деэмульгатора. Известно, что объем емкости равен 100 мл, фактическая
дозировка базового деэмульгатора РДэ – 100 мг/л, концентрация активных компонентов в базовом деэмульгаторе – 30 %. Подставив
числовые значения в формулу (2.4), получим:
мг
Проведение испытания. Пробу эмульсии разливают по специальным бутылкам и выдерживают около 15 мин в водяном термостате
при температуре, равной средней температуре эмульсии в системе.
Затем бутылки извлекают из термостата. В каждую бутылку дозируют заранее рассчитанную концентрацию деэмульгаторов.
Затем бутылки встряхивают с определенной интенсивностью
и определенное количество времени. Далее бутылки с эмульсией
и деэмульгаторами помещают в водяной термостат на определенное
время. Это время называют временем сепарации (tс), оно соответствует времени нахождения эмульсии в технологических аппаратах
УПН. Рассчитать tс можно по формуле
(2.5)
где t – время сепарации, мин;
v – рабочий объем аппарата, м3;
Q – объем эмульсии, поступающий на прием аппарата, м3/сут;
1440 – коэффициент перевода часов в минуты.
Если же эмульсия «проходит» несколько аппаратов, то общее
время сепарации равно сумме времен нахождения эмульсии в каждом
аппарате.
Расчет по формуле (2.5) является приблизительным в связи с тем,
что не учитывается, что часть рабочего объема аппарата может быть
занята газом или водным слоем. Поэтому на практике принимают
время сепарации равным одной третьей от tс.
В течение всего времени нахождения бутылок с эмульсией
в термостате (т. е. во время сепарации или «отстоя») регистрируют
12
через равные промежутки времени количество выделившейся воды,
цвет и прозрачность верхней части нефтяной фазы (верхней нефти),
толщину и внешний вид эмульсионного слоя, а также качество выделившейся воды.
По истечении примерно половины времени сепарации выполняют коалесцирующее перемешивание. Это медленное и неинтенсивное
(по сравнению с первоначальным) встряхивание, имитирующее движение эмульсии от одной ступени сепарации к другой. Для имитации
систем с одним отстойником достаточно 25 встряхиваний, для систем
с несколькими ступенями сепарации – 50–100. После коалесцирующего перемешивания бутылки возвращают в термостат.
Также необходимо учитывать, что при дозировках деэмульгатора, существенно превышающих ЛД, может быть получен отрицательный эффект, который проявляется уменьшением объема отделяемой
воды, сопровождаемым значительным увеличением толщины эмульсионного слоя и очень чистой верхней нефти. Это может произойти
в результате значительного снижения поверхностного натяжения
на границе раздела нефть – вода. Такой эффект называют передозировкой (англ. overtreatment).
По истечении tс выполняют центрифугирование верхней нефти
для того, чтобы определить остаточное содержание воды и неразрушенной эмульсии в нефтяной фазе. Пробу нефти отбирают из бутылки с помощью шприца с заранее выбранного уровня и центрифуги-
руют с толуолом (ксилолом) по методике, описанной выше.
В дальнейших испытаниях не участвуют следующие деэмульгаторы:
– отделяющие меньшее количество воды;
– оставляющие больший эмульсионный слой (визуально) и большее количество стабильной эмульсии в нефтяной фазе;
– дающие худшее качество отделяемой воды (визуально).
Для оставшихся реагентов повторяют испытания, изменяя один
из параметров эксперимента – уменьшая дозировку деэмульгатора,
температуру или tс. На заключительном этапе «наилучший» реагент
испытывают в широком диапазоне дозировок [1].
13
2.2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ: БЛЕНДИНГ
Блендинг (смешивание) выполняют в том случае, когда деэмульгатор не обладает достаточной эффективностью в конкретных условиях. По сути это разработка новой формулы деэмульгатора. Для этого используют базы (их количество может достигать нескольких сотен). Базы объединяют в функциональные группы. В пределах каждой группы базы имеют сходный химический состав, и считается, что
все базы в группе обладают похожим воздействием на эмульсию.
Например, быстро отделяют основное количество воды, обеспечивают четкую межфазную границу, или выделившаяся вода содержит
низкую концентрацию углеводородов и др.
До начала лабораторных испытаний сложно спрогнозировать,
как именно будет работать та или иная функциональная группа баз
в конкретных условиях, так как их свойства зависят от свойств конкретных обрабатываемых эмульсий и технологических условий (температуры, времени сепарации и т. д.). Также необходимо помнить
о синергетическом эффекте блендинга, т. е. комбинация нескольких
баз всегда эффективнее, чем отдельные базы.
Вся процедура блединга состоит из нескольких этапов.
Этап I. Индивидуально тестируют все выбранные для данных испытаний базы. Основные критерии отбора – общее количество выделившейся воды и скорость сепарации. По результатам теста выбирают лучшие базы – так называемые дроперы. Как правило, дропер
служит основой будущего деэмульгатора и будет составлять от 40 до
100 % всех активных основ, которые войдут в состав нового реагента.
Этап II. Комбинируют каждый из лучших дроперов со всеми
остальными базами либо с теми, которые на этапе I показали результаты выше среднего. Выбирают лучшие парные комбинации баз и исследуют их в различном соотношении. Если полученная смесь полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к деэмульгатору
в данных конкретных условиях, то блендинг можно считать завершенным, если нет, переходят к следующему этапу.
14
Этап III. Выбранную пару баз комбинируют с другими базами.
Выбирают лучшие «тройки» и испытывают их при неизменной общей дозировке в различных соотношениях. Этот же алгоритм применяют для поиска четвертого и последующих компонентов формулы.
Большинство современных деэмульгаторов содержат от двух до
четырех баз, но встречаются продукты и с более сложной формулой [1].
2.3. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ
К опытно-промышленным испытаниям допускаются деэмульгаторы,
прошедшие лабораторные испытания с положительным результатом.
Основные задачи опытно-промышленных испытаний деэмульгатора:
– подтверждение принципиальной возможности применения химических реагентов, рекомендованных по результатам лабораторных
испытаний;
– определение эффективных удельных расходов деэмульгатора;
– установление параметров, необходимых для разработки рекомен-
даций по технологии промышленного использования деэмульгатора.
Перед проведением опытно-промышленных испытаний необходимо проанализировать следующую информацию:
– требования предприятия к качеству нефти по содержанию остаточной воды и хлористых солей, а также максимально допустимая
концентрация нефти в отделяемой воде;
– объем добычи нефти, воды и газа;
– плотность нефти и воды;
– концентрация нефти в отделяемой воде;
– тип лифта скважин месторождения (фонтан, газлифт, установка
электроцентробежного насоса (УЭЦН), установка штангового глубинного насоса (УШГН));
– тип и места проявления проблем (потенциальных проблем)
в системе сбора и подготовки нефти;
– пласт(ы), количество скважин, система сбора нефти (трубопроводы, групповые замерные установки (ГЗУ));
15
– количество, тип и объем технологических аппаратов; профиль
температуры в системе (летний и зимний режимы), точки сброса воды в технологических аппаратах и резервуарах;
– проектная и фактическая загрузка аппаратов и резервуаров,
марка, существующая дозировка и существующая схема ввода деэмульгатора;
– средства контроля уровней в технологических аппаратах и резервуарах (типы датчиков), места и средства отбора проб;
– применение других реагентов (на скважинах, системе сбора
и установках подготовки нефти (УПН)); их вид, дозировка, периодичность применения;
– описание системы поддержания пластового давления (или закачки воды в поглощающие горизонты);
– требования к физико-химическим свойствам деэмульгатора
(температура застывания, вязкость, плотность, растворимость и т. д.)
Анализ данной информации позволяет оценить степень эмульгирования добываемой продукции, изучить влияние различных факторов на качество подготовки нефти, проконтролировать качество отделяемой воды, определить количество и расположение точек отбора
проб, осуществить оперативный контроль за проведением испытаний,
сформулировать критерии оценки эффективности деэмульгатора, его
количества и концентрации активных компонентов.
Порядок проведения опытно-промышленных испытаний.
Опытно-промышленные испытания включают следующие этапы:
– выбор объекта для проведения испытаний;
– формирование рабочей группы;
– разработка программы опытно-промышленных испытаний;
– входной контроль опытной партии деэмульгатора;
– проведение испытаний;
– анализ полученных результатов;
– принятие решения о допуске деэмульгатора к промышленному
применению.
Проводят опытно-промышленные испытания непосредственно
на планируемом объекте применения. Также необходимым условием
16
является оснащение этого объекта специализированным оборудованием для замера или контроля требуемых программой испытаний показателей. Объект должен соответствовать следующим критериям:
– наиболее высокие показатели осложнения (высокая вязкость
эмульсии, высокая скорость коррозии, высокое содержание сероводорода и т. д.), кроме случаев подбора для определенного технологического процесса или определенного объекта;
– возможность оперативного контроля за параметрами работы;
– возможность в минимальный срок выполнить возврат подачи
предыдущего реагента.
Программа испытаний должна содержать цель испытаний, характеристику объекта, требования к подготовке объекта, перечень и последовательность определяемых (контролируемых) показателей, требования к показателям, сроки выполнения и порядок оформления результатов.
При поступлении опытной партии деэмульгатора проводят входной контроль. Для этого отбирают контрольную пробу.
Входной анализ проводят на соответствие показателей контрольной пробы требованиям, предъявляемым к основным физикохимическим свойствам, и сравнения их со значениями, определенными в результате лабораторных испытаний.
Только после этого приступают к проведению опытнопромышленных испытаний деэмульгатора.
После проведения опытно-промышленных испытаний составляется акт, в котором приведено следующее:
– режимы технологического процесса проведения опытнопромысловых испытаний;
– технологические параметры процесса во время работы на испытуемом и базовом деэмульгаторе (используемом до начала проведения испытаний);
– величины удельных расходов испытуемого и базового реагентов;
– показатели эффективности действия испытуемого и базового
деэмульгатора;
17
– выводы о возможности промышленного применения испытуемого деэмульгатора;
– рекомендации по технологии промышленного применения испытуемого реагента [2].
2.4. ДОПУСК ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ К ПРОМЫШЛЕННОМУ
ПРИМЕНЕНИЮ
Решение о допуске деэмульгатора к промышленному применению принимается на основании акта о проведенных успешных опытно-промысловых испытаниях. Деэмульгатор вносится в перечень реагентов, которые могут применяться на установке [2].
3. «ОБРАТНЫЕ» ДЕЭМУЛЬГАТОРЫ (ДЕОЙЛЕРЫ)
Эксплуатация нефтяных месторождений в средней и поздней
стадиях разработки сопровождается извлечением значительного объема попутно добываемой воды. Эта вода, отделенная от нефти, содержит углеводороды. Таким образом, загрязненная вода фактически
представляет собой эмульсию «нефть в воде». В большинстве случаев
на нефтяных месторождениях добываемую вместе с нефтью воду
утилизируют путем закачки в продуктивные пласты для интенсификации добычи нефти. В связи с ужесточением экологических норм
присутствие нефти в закачиваемой в пласт воде ограничено. Классические деэмульгаторы в данном случае не могут решить проблему,
так как они предназначены прежде всего для разрушения нефтяной
эмульсии «вода в нефти». Для разрушения эмульсии «нефть в воде»
используются обратные деэмульгаторы [1].
3.1. ВЫБОР «ОБРАТНОГО» ДЕЭМУЛЬГАТОРА В ЛАБОРАТОРИИ
Эмульсия «нефть в воде», образующаяся на одном месторождении, отличается от эмульсии, образующейся на другом месторождении, размерами и количеством нефтяных частиц и величиной их
электрического заряда. Поэтому для эффективного разрушения
18
эмульсий «нефть в воде» необходим индивидуальный выбор обратного деэмульгатора. Суть исследования заключается в отборе эмульсии, выборе начальной дозировки обратного деэмульгатора. Для выполнения работы требуется несколько мерных колб (или градуированных бутылок с коническим дном и крышкой), высокоскоростной
миксер, шприцы-дозаторы и делительные воронки. Отбор проб
эмульсии «нефть в воде», как и при лабораторных испытаниях деэмульгаторов, является критичной частью исследования, на него распространяется правило – использование свежих проб в каждой серии
испытаний. До начала испытаний следует выбрать начальную дозировку обратного деэмульгатора, т. е. такую дозировку, при которой
достигается достаточно быстрое и полное разделение эмульсии
на нефть и воду. Мерные колбы или градуированные бутылки наполняют эмульсией «нефть в воде». В каждую бутылку добавляют выбранное количество обратного деэмульгатора, оставляя одну бутылку
без реагента (проба для сравнения), и перемешивают пробы с обратным деэмульгатором встряхиванием (50–100 раз). Более интенсивное
встряхивание будет имитировать работу гидроциклона, а менее интенсивное – отстой в резервуаре. Бутылки помещают в водяной термостат на 60 мин. Сразу после встряхивания и далее через равные
промежутки времени визуально фиксируют процесс разрушения
эмульсии «нефть в воде». Для этого бутылки извлекают из термостата
и размещают на ровной поверхности так, чтобы качество воды было
удобно наблюдать на просвет (белый фон позади бутылок и хорошее
освещение). Эффективные обратные деэмульгаторы при правильно
подобранной дозировке обеспечивают более прозрачную воду, чем
в необработанном образце. Отбраковывают те деэмульгаторы, которые дают менее прозрачную воду. Для оставшихся реагентов повторяют испытания, последовательно уменьшая дозировку. Обратный
деэмульгатор, показавший наилучшие результаты, испытывают повторно в тех же условиях, но вместо мерных колб или градуированных бутылок используют цилиндрические делительные воронки. По
истечении времени сепарации нижнюю часть образца (50–70 % объема) осторожно, не допуская смешивания воды с отделенной нефтью,
19
отбирают и анализируют на остаточную концентрацию нефтепродуктов любым доступным методом. По разнице концентраций нефтепродуктов в обработанной и необработанной эмульсии «нефть в воде»
судят об эффективности обратного деэмульгатора и целесообразности его промышленного применения [1].
3.2. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ «ОБРАТНЫХ»
ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ
При использовании обратных деэмульгаторов следует учитывать
особенности их растворения в воде. Водорастворимые полимеры можно дозировать в концентрированном виде или в виде 1–10%-ного водного раствора. Водорастворимые полимеры с содержанием солей металлов не рекомендуется разбавлять перед применением. Эмульсионные полимеры становятся активными только при смешении с водой.
Обратные деэмульгаторы вводят, как правило, в линию сброса
воды отстойников или сепараторов-подогревателей либо на вход водяного резервуара. К наиболее типичным осложнениям, возникающим при подготовке воды на нефтяных месторождениях, в том числе
при использовании обратных деэмульгаторов, относятся следующие:
– недостаточное время сепарации – снижает качество подготовки
воды в отстойниках и вертикальных резервуарах;
– очень малый размер частиц нефти. Обработка эмульсии «нефть
в воде» с дисперсной фазой в виде частиц очень маленького диаметра
полимерными реагентами зачастую неэффективна. В данном случае
предпочтительнее применение неорганических солей металлов;
– недостаточное или чрезмерное перемешивание. Хорошее смешивание реагента с эмульсией «нефть в воде» необходимо для эффективной коагуляции частиц дисперсной фазы;
– передозировка полимерного обратного деэмульгатора. Излишнее количество обратного деэмульгатора адсорбируется на поверхностях технологического оборудования, закупоривает фильтры и загрязняет трубопроводы;
– высокое газосодержание – снижает эффективность работы гидроциклонов;
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]