 |
Способы обезвоживания и обессоливания нефти
|
|
|
|
Существуют следующие основные методы разрушения нефтяных эмульсий: гравитационный отстой; центрифугирование; фильтрация; термохимический метод и деэмульсация нефти с применением электрических полей.
Гравитационный отстой происходит за счет разности плотностей пластовой воды (1050-1200 кг/м3) и нефти (790-960 кг/м3) в отстойниках или резервуарах. Гравитационный отстой может осуществляться без нагрева эмульсии, когда нефть и вода не подвергаются сильному перемешиванию, в нефти практически отсутствуют эмульгаторы (особенно асфальтены) и обводненность нефти достаточно велика (более 50-60%). Гравитационный отстой в чистом виде (т.е. без нагрева и применения деэмульгаторов) применяется очень редко.
Этот способ предшествует окончательной обработке нефти. Если в эмульсию ввести большое количество воды при одновременном перемешивании, то происходит диспергирование нефти в воде, т.е. обращение фаз, и при создании определенных условий – немедленное расслаивание нефти и воды. Капли воды, сливаясь, оседают. Вымывание капель в воде происходит тем быстрее, чем вязкость нефти больше вязкости воды. При этом сокращается время отстоя. Этим способом можно отделять основную массу пластиковой воды от нефти.
При применении описанного способа можно исключить совместное транспортирование большого количества балласта с нефтью и осуществить без значительных капиталовложений подачу ее на большие расстояния до центральных узлов подготовки нефти.
Характерной особенностью способа следует считать почти полное исключение расхода теплоты на технологические нужды. Принципиальную схему проведения данного процесса можно представить в след.виде. Нефтяная эмульсия из промежуточной емкости системы сбора нефти поступает на прием насосов, куда в необходимом количестве подаются деэмульгатор и пластовая вода для осуществления обращения фаз. Обращенная эмульсия поступает в отстойники, в которых отстаивается основное количество пластовой воды. Отстоявшаяся нефть при обводненности 5-6% под остаточным давлением отводится по трубопроводам для последующей обработки. Отстоявшаяся вода с реагентом, необходимые для обращения фаз эмульсии, вновь поступают на смешивание со свежей эмульсией, избыток пластовой воды из отстойника сбрасывается в канализационные коллекторы для последующей очистки и закачки в поглощающие или продуктивные горизонты.
|
|
|
Для деэмульсации используется также центрифугирование. Нефтяная эмульсия подается в центрифугу, в которой размещается быстро вращающийся направляющий аппарат, придающий ей определенное направление движения. Благодаря центробежной силе капли воды, как более тяжелые, приобретают большую скорость и стремятся выйти из связанного состояния, концентрируясь и укрупняясь вдоль стенок аппарата и стекая вниз. Обезвоженная нефть и вода отводятся по самостоятельным трубам.
Фильтрация. В практике эксплуатации нефтяных месторождений при движении в промысловых коллекторах наблюдается расслаивание нефтяных эмульсий при большой обводненности нефти, а иногда при малой, если эмульсия нестойкая. При этом нередко во взвешенном состоянии, что характерно для эмульсий с незначительной разностью плотностей. Для эмульсации таких нефтей иногда пользуются способом фильтрации, основанным на явлении селективного смачивания. Фильтрующее вещество должно отвечать след. требованиям: иметь плотность и упругость, достаточные для того, чтобы глобулы воды при прохождении растягивались и разрушались; обладать хорошей смачиваемостью, благодаря чему осуществляется сцепление молекул фильтрующего вещества и воды, что обусловливает изменение относительной скорости движения эмульсии и, как следствие, разрыв оболочки глобул воды.
|
|
|
Фильтрующие вещества должны иметь противоположный по знаку заряд, чем у глобул воды. Тогда при прохождении эмульсии через фильтр происходит снятие заряда с глобул воды, чем устраняется отталкивающая сила между ними. Укрупнившиеся капли воды стекают вниз, а нефть, свободно пройдя фильтр, выводится с установки. В качестве фильтрующих веществ используются такие материалы, как гравий, битое стекло, древесные и металлические стружки, стекловата и т.д. Особенно успешно применяется стекловата, обладающая хорошей смачиваемостью водой и несмачиваемостью нефтью, большой устойчивостью и долговечностью.
Подогретая до 70-90°С эмульсия прокачивается через фильтры. При прохождении эмульсии через фильтры отделившиеся капли воды укрупняются и стекают вниз, откуда сбрасываются в канализацию. Нефть из верхней части колонны либо последовательно подаются еще в одну колонну (если это требуется по условиям деэмульсации), либо через группу сырьевых теплообменников отводится с установки в емкость, либо поступает на обессоливание.
Термохимическое обезвоживание и обессоливание. Процессы обезвоживания и обессоливания технологически идентичны и сводятся к разрушению глобул водонефтяной эмульсии и созданию благоприятных условий для их слияния и последующего отстоя.
На промыслах Советского Союза наиболее распространено разрушение эмульсий термохимическими способами. Такое широкое распространение эти способы получили благодаря присущим им таким преимуществам, как возможность менять деэмульгаторы без замены оборудования и аппаратуры, предельная простота способа, нечувствительность режима к любым колебаниям содержания воды.
Недостатки: большие затраты на деэмульгаторы, через большие потери легких фракций нефти от испарения при отстаивании подогретой эмульсии в обычных негерметизированных резервуарах, повышенный расход теплоты, обусловленный большими потерями его в окружающую среду.
Термохимические установки, работающие под атмосферным давлением, следует признать самыми простыми в нефтедобывающей промышленности.
|
|
|
Собранная на промысле и освобожденная от газа нефтяная эмульсия по сборным коллекторам поступает в приемные резервуары, откуда насосами подается через подогреватели в отстойные резервуары. Перед поступлением на подогреватели в эмульсию вводится деэмульгатор, а иногда и рециркулируемая отстойная вода. Деэмульгатор подается дозировочным насосом, допускающим регулирование и обеспечивающим равномерное поступление его в нефть. Дозирование и учет деэмульгатора осуществляются при помощи мерников, однако в последнее время мерники все чаще заменяют приборами автоматического регулирования расхода.
На термохимических установках для подогрева нефтяной эмульсии применяют различные подогреватели, в частности трубчатые подогреватели с плавающей головкой, подогреватели типа «труба в трубе».
Предельно допускаемое давление в этих резервуарах 2000 Па. Отстой нефти в резервуарах можно осуществлять по трем схемам.
1. с периодическим отключением отдельных резервуаров на отстой по мере их заполнения. Продолжительность цикла определяется временем для отстоя, емкостью резервуаров, их числом, количеством нефти. обычно период отстоя колеблется в пределах от нескольких часов до нескольких суток.
2. с полунепрерывным отстоем обработанной эмульсии. Последняя поступает в нижнюю часть резервуара, в котором поддерживается слой горячей воды. Нефть, пройдя через слой воды, собирается в верхней части резервуара для окончательного отстоя. Высота слоя воды в первом резервуаре меняется в связи с интенсивностью отделения основной части воды из поступающей эмульсии. Поэтому вода периодически спускается в канализацию.
3. с непрерывным отстоем в группе резервуаров с автоматическим сбросом отстаивающейся воды в канализацию. В резервуарах необходимо поддерживать уровень раздела нефти и воды.
При сильной обводненности для более полного использования неотработанного деэмульгатора иногда целесообразно проводить деэмульсацию в две ступени с предварительной обработкой нефти горячей водой, сбрасываемой из отстойных резервуаров.
|
|
|
Термохимические установки, работающие под избыточным давлением. Стремление к сокращению расходов топлива на подогрев нефтяных эмульсий, повышению температур процессов обезвоживания и обессоливания и, как следствие, сокращение потерь легких фракций при отстое в резервуарах привело к необходимости проведения указанных процессов под повышенным давлением.
К преимуществам этих установок можно отнести следующее.
1. отстой подогретой нефтяной эмульсии в герметизированных емкостях с давлением до 1 МПа, а иногда и выше (в зависимости от свойств нефтей) позволяет почти ликвидировать потери легких фракций.
2. повышение температуры обрабатываемых эмульсий до 80-90°С дает возможность резко снизить из вязкость, что позволяет сократить время отстоя до 0,5-2 ч, уменьшить прочность защитных слоев глобул эмульгированной воды, способствуя этим проникновению в них вводимых химических веществ, а также снижая при этом расход последних.
3. снижение расходуемой на подогрев эмульсии теплоты за счет регенерации основной части теплоты потоков нефти.
4. способ характеризуется большой устойчивостью и надежностью ведения процессов, возможностью широко регулировать режим при различных обводненности и стойкости эмульсий.
Принципиальная схема теплохимической установки, работающей под давлением:
Нефть, собранная на промысле, поступает в резервуары Р-1, откуда насосом Н-1 вместе с деэмульгатором, подаваемым из емкости Е-1, прокачивается через теплообменник Т-1 в отстойник Е-2. в отстойнике под давлением 0,5-0,7 МПа нефть при ее динамическом отстое находится в течение 0,2-2 ч. Обезвоженная нефть через теплообменник Т-1 в резервуар Р-2. В резервуаре нефть дополнительно отделяется от воды. Отстоявшаяся вода сбрасывается в ловушку нефти Е-2, а затем закачивается в скважину А-1.
В качестве подогревателя можно использовать теплообменники с паровым или водяным теплоносителем или различные огневые нагреватели нефти.
Теплообменник Т-1 при термомеханическом обезвоживании применяют для предварительного подогрева нефти за счет теплоты отходящей с установки обезвоженной нефти и одновременного охлаждения подготовленной нефти перед откачкой ее в магистральный нефтепровод.
При отборе конструкции отстойника необходимо иметь в виду, что в этих аппаратах должно происходить:
1. слияние мелкодисперсных капелек воды в более крупные под действием сил взаимного притяжения после разрушения защитных пленок под воздействием теплоты и химических реагентов;
|
|
|
2. осаждение укрупнившихся капель под воздействием сил тяжести и разности плотностей нефти и воды.
При определенном столбе жидкости капли воды, опускаясь в нижние слои, на своем пути сталкиваются, укрупняясь при этом.
Электрическое обезвоживание и обессоливание. Электрический способ деэмульсации нефтей достаточно известен как эффективный и широко распространенный способ в промысловой и особенно заводской практике. Электрический способ имеет ряд преимуществ перед другими, одно из которых – возможность сочетать его с другими способами.
Наиболее эффективно электрическому воздействию поддаются эмульсии типа «вода в нефти», т.к. электрическая проводимость воды, да еще и соленой, во много раз превышает проводимость нефти. Электрообработка эмульсии типа «нефть в воде», невозможна в связи с постоянной угрозой короткого замыкания электродов через эмульсию.
Механизм разрушения эмульсий, помещенных в электрическом поле, следующий. Если безводную нефть налить между двумя плоскими параллельными электродами, находящимися под высоким напряжением, то возникает однородное электрическое поле, силовые линии которого параллельны друг к другу. При замене безводной нефти эмульсией типа «вода в нефти» расположение силовых линий меняется и однородность поля разрушается. В результате индукции электрического поля диспергированные капли поляризуются и вытягиваются вдоль силовых линий с образованием в вершинах капель воды электрических зарядов, противоположных зарядам на электродах. Под действием основного и дополнительного электрических полей происходит сначала упорядоченное движение, а затем столкновение капель воды под действием электрических сил.
С увеличением напряжения, приложенного к электродам, уменьшением вязкости скорость перемещения капель воды возрастает, повышается вероятность деформации, разрыва и слияния их в крупные. Изменение градиента электрического поля необходимо, чтобы преодолеть существующие силы отталкивания у капель с одноименными зарядами.
Факторы, повышающие эффективность процесса: дисперсность, содержание воды в эмульсии, плотность и вязкость нефти, электропроводность эмульсии, прочность поверхностных слоев капель воды.
Электрообезвоживающие и обессоливающие установки, работающие на токах промышленной частоты. Несмотря на высокие качественные показатели при обессоливании нефтей, установки эти очень чувствительны к колебаниям содержания воды в исходной нефти, что ограничивает их применение на ступенях обезвоживания промысловых установок.
В электродегидраторах промышленной частоты применяются открытые неизолированные электроды, находящиеся под высоким напряжением. Эмульсионная нефть поступает в межэлектродное пространство. Капли воды, укрупнившиеся в электрическом поле, оседают в нижнюю часть дегидратора, где окончательно отстаиваются в виде слоя свободной воды. В верхней части дегидратора, куда поднимается обработанная нефть, размещены проходные и подвесные изоляторы электродов. Таким образом, в электродегидраторе совмещены 2 процесса – обработка эмульсии в электрическом поле и отстой нефти от воды.
|
|
|
