 |
7.2. Классификация нефти. Химическая классификация. Технологическая классификация. 8. Сбор и подготовка нефти в промыслах
|
|
|
|
7. 2. Классификация нефти
Нефти различных месторождений и даже одного месторождения, но разных горизонтов, отличаются элементным и углеводородным составом, что определяет и различие в их физических и химических свойствах. Свойства нефтей обуславливают методы их добычи и эксплуатации месторождений, способы их переработки, вид и качество получаемых из них продуктов. Абсолютно одинаковые нефти не существуют, но имеются такие её виды, которые близки по своей химической природе и свойствам. Это позволило создать классификацию нефтей.
В настоящий момент предложено множество научных классификаций нефтей (химическая, генетическая, технологическая и др. ), но до сих пор нет единой международной их классификации
Химическая классификация
В основу этой классификации положено преимущественное содержание в нефти углеводородов одного или нескольких классов. Класс нефти по групповому химическому составу определяется не во всей пробе нефти, а во фракции, выкипающей до 300 0С. В зависимости от преобладания в этой фракции углеводородов одного класса (выше 50%), нефти делятся на три основных типа: 1) метановые (М); 2) нафтеновые (Н); 3) ароматические (А).
Если во фракции, выкипающей до 300 0С, содержится более 25% углеводородов других классов, то такие нефти относят к нефтям смешанного типа:
1) метано-нафтеновые (МН);
2) нафтено-метановые (НМ);
3) ароматическо-нафтеновые (АН);
4) нафтено-ароматические (НА);
5) метаново-ароматические (МА);
6) ароматическо-метановые (АМ).
Имеются нефти, когда все три основные класса углеводородов содержатся в них примерно в одинаковых количествах, это метано-нафтено-ароматические нефти. Нефти первых трёх типов встречаются редко. Из них чаще встречаются нафтеновые нефти, чаще ароматические.
|
|
|
Большинство нефтей относится к смешанным типам. Нефти типов МА и АМ в природе не обнаружены.
Технологическая классификация
Согласно технологической классификации, принятой в нашей стране, нефти подразделяются на классы - по содержанию серы; типы - в зависимости от потенциального содержания топлив (фракций, выкипающих до 350 0С); группы - по потенциальному содержанию базовых масел; подгруппы - по качеству масел, определяемых индексом вязкости; виды - по содержанию парафина*.
По количеству серы нефти подразделяются на три класса:
- I-малосернистые (содержат не более 0, 5% масс. серы);
- II-сернистые (содержат от 0, 51 до 2% масс. серы);
- III- высокосернистые (выше 2% серы).
По выходу светлых фракций , перегоняющихся до 350 0С, нефти делятся на три типа:
- Т1 - не менее 45%;
- Т2 -30-44, 9%;
- Т3 - менее 30%.
По содержанию базовых масел нефти делятся на четыре группы:
- М1 -не менее 25% в расчёте на нефть;
- М2 - 15-25% в расчёте на нефть и не менее 45% в расчёте на мазут;
- М3 - 15-25% в расчёте на нефть и 30-45% в расчёте на мазут;
- М4 - менее 15% в расчёте на нефть.
По качеству базовых масел , оцениваемому индексом вязкости, различают две подгруппы (И1, И2).
По содержанию парафинов выделяют 3 вида:
- П1 – малопарафиновую, если в нефти содержится не более 1, 5% парафина;
- П2 - парафиновую, если содержание парафина от 1, 5 до 6%;
- П3 - высокопарафиновую, если содеожание парафинов выше 6.
На основе технологической классификации каждая нефть имеет свой шифр. Так, например, Туймазинская девонская нефть имеет шифр: Т1М3И1П2 - который означает, что это высокосернистая, парафиновая нефть с содержанием светлых фракций свыше 45%, масел -15-25% в расчёте на нефть и имеющих индекс вязкости более 85.
Обобщенно, критерии технологической классификации нефти можно представить следующей таблицей 7. 2. 1.
|
|
|
Таблица 7. 2. 1. Технологическая классификация нефти
8. Сбор и подготовка нефти в промыслах
Поступающая из нефтяных и газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный газ, твердые частицы механических примесей.
В мире ежедневно добывается порядка 33 млн. м3 воды вместе с каждыми 12 млн. м3 нефти. Исходя из этого, многие нефтяные компании можно назвать «вододобывающими» компаниями.
Нетрудно подсчитать, что технически и экономически целесообразно перед подачей в магистральный нефтепровод подвергать нефть специальной подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых частиц.
8. 1. Общие принципы подготовки нефти газа и воды
Рассмотрим основные этапы и принципы технологических процессов промысловой подготовки нефти и воды подробнее.
Продукция нефтяных скважин, прежде всего, подвергается процессу сепарации (отделению от нефти газа, а также воды). Сепарацию нефти выполняют в специальных агрегатах-сепараторах, которые бывают вертикальными и горизонтальными.
Прежде всего от нефти отделяют газ и легкие углеводороды. Легкие углеводороды, содержащиеся в нефти, являются инициаторами интенсивного испарения нефти, так как они увлекают за собой и более тяжелые углеводороды.
В то же время они являются ценным сырьем и топливом (легкие бензины). Поэтому перед подачей нефти из нее извлекают легкие низкокипящие углеводороды. Эта технологическая операция и называется стабилизацией нефти. Для стабилизации нефти ее подвергают ректификации или горячей сепарации. Наиболее простой и более широко применяемой в промысловой подготовке нефти является горячая сепарация, выполняемая на специальной стабилизационной установке.
При горячей сепарации нефть предварительно подогревают в специальных нагревателях и подают в сепаратор, обычно горизонтальный. В сепараторе из подогретой до 40-80 °С нефти активно испаряются легкие углеводороды, которые отсасываются компрессором и через холодильную установку и бензосепаратор направляются в сборный газопровод. В бензосепараторе от легкой фракции дополнительно отделяют за счет конденсации тяжелые углеводороды.
|
|
|
Подготовка нефти помимо отделения газа и низкокипящих фракций включает в себя и удаление из нее воды, минеральных солей и механических примесей.
При добыче нефти неизбежный ее спутник - пластовая вода (от < 1 до 80-90% по массе), которая, диспергируясь в нефти, образует с ней эмульсии типа " вода в нефти" (дисперсионная фаза - нефть, дисперсная - вода). Их формированию и стабилизации способствуют присутствующие в нефти природные эмульгаторы (асфальтены, нафтены, смолы) и диспергированные механические примеси (частицы глины, песка, известняка, металлов). Подробно строение, образование, и характеристики водо-нефтяных эмульсий нами были рассмотрены в главе 4. 2 «Дисперсные системы»
Пластовая вода, как правило, в значительной степени минерализована хлоридами Na, Mg и Са (до 2500 мг/л солей даже при наличии в нефти всего 1% воды), а также сульфатами и гидрокарбонатами и содержит механические примеси.
Наличие в нефти указанных веществ и примесей оказывает вредное влияние на работу оборудования нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ):
1) при большом содержании воды повышается давление в аппаратуре установок перегонки нефти, снижается их производительность, возрастает расход энергии;
2) отложение солей в трубах печей и теплообменников требует их частой очистки, уменьшает коэффициент теплопередачи, вызывает сильную коррозию (хлориды Са и Mg гидролизуются с образованием НСl);
3) кроме того, соли и механические примеси, накапливаясь в остаточных нефтепродуктах — мазуте и гудроне, ухудшают их качество.
Обезвоживание нефти проводят путем разрушения (расслоения) водно-нефтяной Однако даже при глубоком обезвоживании нефти до содержания пластовой воды 0, 1-0, 3% (что технологически затруднительно) из-за ее высокой минерализации остаточное содержание хлоридов довольно велико: 100-300 мг/л (в пересчете на NaCl), а при наличии в нефти кристаллических солей - еще выше. Поэтому одного только обезвоживания для подготовки к переработке нефти недостаточно. Оставшиеся в нефти соли и воду удаляют с помощью принципиально мало отличающейся от обезвоживания операции, называющейся обессоливанием. Последнее заключается в смешении нефти со свежей пресной водой, разрушении образовавшейся эмульсии и последующем отделении от нефти промывной воды с перешедшими в нее солями и мех. примесями.
|
|
|
Для обезвоживания и обессоливания нефти используют следующие технологические процессы: гравитационный отстой нефти, горячий отстой нефти, термохимические методы, электрообессоливание и электрообезвоживание нефти.
Наиболее прост по технологии процесс гравитационного отстоя . В этом случае нефтью заполняют резервуары и выдерживают определенное время (48 ч и более). Во время выдержки происходят процессы коагуляции капель воды, и более крупные и тяжелые капли воды под действием сил тяжести (гравитации) оседают на дно и скапливаются в виде слоя подтоварной воды.
Однако гравитационный процесс отстоя холодной нефти - малопроизводительный и недостаточно эффективный метод обезвоживания нефти. Более эффективен горячий отстой обводненной нефти, когда за счет предварительного нагрева нефти до температуры 50 -70°С значительно облегчаются процессы коагуляции капель воды и ускоряется обезвоживание нефти при отстое. Недостатком гравитационных методов обезвоживания является его малая эффективность.
Более эффективны методы химические, термохимические, а также электрообезвоживание и обессоливание.
При химических методах в обводненную нефть вводят специальные вещества, называемые деэмульгаторами, В качестве деэмульгаторов используют ПАВ, имеющие действие обратное действию прямых эмульгаторов. Их вводят в состав нефти в небольших количествах от 5-10 до 50-60 г на 1 т нефти. Наилучшие результаты показывают так называемые неионогенные ПАВ, которые в нефти не распадаются на анионы и катионы. Это такие вещества, как дисолваны, сепаролы, дипроксилины и др. Деэмульгаторы адсорбируются на поверхности раздела фаз " нефть-вода" и вытесняют или заменяют менее поверхностно-активные природные эмульгаторы, содержащиеся в жидкости. Причем пленка, образующаяся на поверхности капель воды, непрочная, что провоцирует слияние мелких капель в крупные. Крупные капли влаги легко оседают на дно резервуара. Эффективность и скорость химического обезвоживания значительно повышается за счет нагрева нефти, т. е. при термохимических методах, за счет снижения вязкости нефти при нагреве и облегчения процесса коалесценции (слияния) капель воды.
Наиболее низкое остаточное содержание воды достигается при использовании электрических методов обезвоживания и обессоливания . Электрообезвоживание и электро-обессоливание нефти связаны с пропусканием нефти через специальные аппараты-электродегидраторы, где нефть проходит между электродами, создающими электрическое поле высокого напряжения (20-30 кВ). Для повышения скорости электрообезвоживания нефть предварительно подогревают до температуры 50-70°С.
|
|
|
Вода, отделенная от нефти на УКПН, поступает на УПВ, расположенную также на ЦПС. Особенно большое количество воды отделяют от нефти на завершающей стадии эксплуатации нефтяных месторождений, когда содержание воды в нефти может достигать до 80%, т. е. с каждым кубометром нефти извлекается 4 м3 воды. Пластовая вода, отделенная от нефти, содержит механические примеси, капли нефти, гидраты закиси и окиси железа и большое количество солей. Механические примеси забивают поры в продуктивных пластах и препятствуют проникновению воды в капиллярные каналы пластов, а, следовательно, приводят к нарушению контакта " вода-нефть" в пласте и снижению эффективности поддержания пластового давления. Этому же способствуют и гидраты окиси железа, выпадающие в осадок. Соли, содержащиеся в воде, способствуют коррозии трубопроводов и оборудования. Поэтомуводу, отделенную от нефти на УКПН, необходимо очистить от механических примесей, капель нефти, гидратов окиси железа и солей, и только после этого закачивать в продуктивные пласты. Допустимые содержания в закачиваемой воде механических примесей, нефти, соединений железа устанавливают конкретно для каждого нефтяного месторождения. Для очистки сточных вод применяют закрытую (герметизированную) систему очистки.
В герметизированной системе в основном используют три метода: отстой, фильтрования и флотацию. Метод отстоя основан на гравитационном разделении твердых частиц механических примесей, капель нефти и воды. Процесс отстоя проводят в горизонтальных аппаратах - отстойниках или вертикальных резервуарах-отстойниках. Метод фильтрования основан на прохождении загрязненной пластовой воды через гидрофобный фильтрующий слой, например через гранулы полиэтилена. Гранулы полиэтилена «захватывают» капельки нефти и частицы механических примесей и свободно пропускают воду. Метод флотации основан на одноименном явлении, когда пузырьки воздуха или газа, проходя через слой загрязненной воды снизу вверх, осаждаются на поверхности твердых частиц, капель нефти и способствуют их всплытию на поверхность.
Вместе с очищенной пластовой водой в продуктивные пласты для поддержания пластового давления закачивают пресную воду, полученную из двух источников: подземных (артезианских скважин) и открытых водоемов (рек). Грунтовые воды, добываемые из артезианских скважин, отличаются высокой степенью чистоты и во многих случаях не требуют глубокой очистки перед закачкой в пласты. В то же время вода открытых водоемов значительно загрязнена глинистыми частицами, соединениями железа, микроорганизмами и требует дополнительной очистки. В настоящее время применяют два вида забора воды из открытых водоемов: подрусловый и открытый. При подрусловом методе воду забирают ниже дна реки - " под руслом". Для этого в пойме реки пробуривают скважины глубиной 20-30 м диаметром 300 мм. Эти скважины обязательно проходят через слой песчаного грунта. Скважину укрепляют обсадными трубами с отверстиями на спицах и в них опускают водозаборные трубы диаметром 200 мм. В каждом случае получают как бы два сообщающихся сосуда - " река-скважина", разделенных естественным фильтром (слоем песчаного грунта). Вода из реки профильтровывается через песок и накапливается в скважине. Приток воды из скважины форсируется вакуум-насосом или водоподъемным насосом и подается на кустовую насосную станцию (КНС). При открытом методе воду с помощью насосов первого подъема откачивают из реки и подают на водоочистную станцию, где она проходит цикл очистки и попадает в отстойник. В отстойнике с помощью реагентов-коагуляторов частицы механических примесей и соединений железа выводятся в осадок. Окончательная очистка воды происходит в фильтрах, где в качестве фильтрирующих материалов используют чистый песок или мелкий уголь.
Все оборудование системы сбора и подготовки нефти и воды поставляют в комплектно-блочном исполнении в виде полностью готовых блоков и суперблоков.
|
|
|
