Малюнок 2 - Нафтові емульсії
а - «старіння» нафтової емульсії: 1 - товщина броні, 2, 3 - емульгуючі речовини (природні ПАР), 4 - крапля води;
б - походження подвійного електричного заряду: 1 - позитивно заряджена частинка, 2 - негативно заряджена частинка, 3 - дисперсійнаСереда, 4 - частка води
- Що називається нафтовими емульсіями?
- За якими ознаками класифікують нафтові емульсії?
- Перерахувати основні фізико-хімічні властивості нафтових емульсій.
- Що таке стійкість нафтових емульсій?
- Які речовини називають природними емульгаторами?
Заняття 2 Технологія попереднього зневоднення і скидання води. Деемульгатори, їх класифікація
· Познайомити з деемульгатора;
· Вивчити установку з попередніми скиданням води типу УПС-3000 \ 6М
Сепараційні установки з попередніми скиданням пластової води призначені для розгазування і часткового (до 5-20% залишкового вмісту пластової води) зневоднення нафти перед подачею її на установку комплексної підготовки нафти.
Автоматизовані установки для сепарації з попередніми скиданням пластової води типу УПС конструкції ТатНІІнефтемаша і СПКБ Нафтохімавтоматика призначені для сепарації нафтового газу і скидання вільної пластової води, а також для оперативного обліку продукції свердловин і мають кілька модифікацій.
Модернізовані установки типу УПС-3000 \ 6М, УПС-6300 \ 6М і УПС-3000 \ 16М, УПС-6300 \ 16М спроектовані по одній технологічній схемі: конструкції їх подібні та мають уніфіковану систему КВП і автоматики. Різниця полягає в обсягах технологічних ємностей і діаметрах умовних проходів штуцерів і запірно-регулюючої арматури, а також в робочих тисках.
Установки типу УПС-3000 \ 6М, УПС-6300 \ 6М виконані в моноблоці і складаються з блоку сепарації і скидання води, запірно-регулюючої арматури та системи контролю та управління. Установки можна використовувати як на першій, так і на другому ступені сепарації. Якщо установки використовують на першого ступеня сепарації, то необхідна установка попереднього відбору газу перед надходженням продукції свердловин в технологічну ємність. Якщо установку використовують на другому ступені сепарації, то монтаж пристрою попереднього відбору газу не потрібно.
Блок сепарації і скидання води А суцільний сферичної перегородкою розділений на два відсіки - сепараційний Б і відстійний В. Продукція свердловин надходить в сепараційний відсік Б по соплу 1 і нефтеразлівной полиці 2, де відбувається відділення основного обсягу нафтового газу. Отделившийся нафтовий газ через регулятор рівня в сепараційному відсіку відводиться в відсік В, звідки через Каплевідбійники 4 і регулятор тиску надходить в газовий колектор.
Водонефтяная емульсія з сепарационного відсіку Б перетікає в відстійний відсік В під дією перепаду тиску між відсіками. Допустимий перепад тиску між відсіками Б і В не більше 0,2 МПа. Емульсія перетікає через каплеобразователь, на вході в який водонефтяная емульсія змішується з гарячою водою, яка надходить з УПН і містить залишковий деемульгатор. У каплеобразователе відбувається укрупнення крапель в результаті багаторазових зіткнень під дією турбулентних пульсацій. Якщо не використовують каплеобразователь, то гаряча вода з УПН подається в нафтогазопроводів за 200-300 м до входу в технологічну ємність. Водонефтяного емульсію вводять в відстійний відсік В через вхідний розподільник 3. Відстояна вода відводиться через перфоровану трубу 8, розташовану в нижній частині ємності. Попередньо зневоднена нафту відводиться через перфоровану трубу 7, розташовану у верхній частині ємності, і через штуцер 5 або 6. Штуцер 6 використовують при роботі отстойной секції в режимі неповного заповнення, а штуцер 5 - при роботі в режимі повного заповнення при незначних газових факторах.
Система контролю і управління здійснює регулювання рівня нафту-газ і нафту-вода, тиску в технологічній ємності, вимір витрат попередньо збезводненої нафти, води, що скидається і гарячої води, сигналізацію граничних (аварійних) тисків і рівня нафти в ємності і відключення установки при їх досягненні, вимірювання тиску і температури.
При паралельній роботі допускається використання не більше двох установок.
Технічна характеристика УПС-3000 \ 6М
Пропускна здатність по сировині, м 3 Робочий тиск, МПа Робоча температура, о С Обводненість надходить продукції, що виходить з установки,% Потужність, споживана системою контролю і управління, кВт Довжина-ширина-висота, мм Маса, кг
0,6 до 20 1,5 17750-5345-4956
Для руйнування нафтових емульсій застосовуються деемульгатори, основне призначення яких - витіснити з поверхневого шару крапель води емульгатори - природні ПАР, що містяться в нафті і воді. Потім деемульгатор утворює гідрофільний адсорбційний шар, в результаті чого крапельки води при зіткненні зливаються в більш великі краплі і осідають. Деемульгатори слід подавати на забій свердловин і здійснювати "внутрішньосвердловинним" деемульсаціі. При подачі деемульгатора на забій свердловин зазвичай емульсія В / Н перетворюється в емульсію Н / В.
Деемульгатори, що застосовуються для руйнування емульсії типу В / Н, діляться на дві групи: на іоногенні (утворюють іони у водних розчинах) і неіоногенні (не утворюючих іонів у водних розчинах).
До першої групи належать НЧК - нейтралізований чорний контакт і НКГ - нейтралізований кислий гудрон. Вони малоефективні і в даний час майже не застосовуються.
Неіоногенні деемульгатори поділяються на водорозчинні та нефтерастворімие. До водорозчинних належать деемульгатори вітчизняного виробництва типу проксанол і проксамін. До нефтерастворімим Деемульгатор вітчизняного виробництва відносяться діпроксамін 157, імпортного виробництва - дісолван, сепарол і т.д. Неіоногенні деемульгатори синтезують на основі продуктів реакції окису етилену або окису пропілену зі спиртами, жирними кислотами і алкіфеноламі.
Переваги неіоногенних деемульгатора:
· Не взамодействия з розчиненими в пластовій воді солями металів і не утворюють твердих опадів;
· Питома витрата їх значно нижче (5-50 г \ т).
Фізико-хімічна характеристика реагентів-деемульгатора
Щільність при 20 о С, кг \ м 3
- Для чого призначені автоматизовані установки типу УПС?
- З яких блоків складається УПС?
- Для чого застосовуються деемульгатори?
- Що розуміють під ефективністю деемульгатора?
- Перерахувати реагенти-деемульгатори.
Заняття 3 Основні методи руйнування нафтових емульсій. устаткування УПН
· Вивчити основні методи руйнування нафтових емульсій;
· Розглянути обладнання УПН
Існують наступні основні методи руйнування нафтових емульсій:
· Внутрішньотрубна (колійна) деемульсація;
· Фільтрація через тверді пористі тіла;
· Термохімічна підготовка нафти;
Внутрішньотрубна деемульсація. Руйнування нафтової емульсії відбувається в трубах на шляху руху по стовбуру свердловини, викидний лінії і збірного колектора аж до УПН. Принцип простий і полягає в наступному: в міжтрубний простір експлуатаційних свердловин або в початок збірного колектора дозувальним насосом (15-20 г \ т) подається деемульгатор, який сильно перемішується з цієї емульсією в процесі її руху до УПН і руйнує її. Ефективність внутрішньотрубної деемульсаціі залежить від ефективності самого деемульгатора, інтенсивності та тривалості перемішування емульсії з ПАР, кількості води, що міститься в емульсії, температури змішування.
Гравітаційний відстій. Відбувається за рахунок різниці щільності пластової води і нафти в герметизованих відстійниках і сировинних резервуарах. Гравітаційний відстій може застосовуватися також без нагріву емульсії, коли нафта і вода не піддаються сильному перемішуванню і в нафти практично відсутні емульгатори, обводненість при цьому становить близько 60%.
Центрифугування. Значну силу інерції, яка виникає в центрифузі, можна використовувати для розділення рідин з різною щільністю. Поділ водонафтових емульсій в центрифугах - виключно ефективний метод, який ще не знайшов практичного застосування і знаходиться в стадії експерименту.
Фільтрація. Нестійкі емульсії іноді успішно розшаровуються при пропущенні їх через фільтруючий шар (гравій, бите скло, скловата і ін.). Дана деемульсація заснована на явищі селективного змочування. Розміри фільтрів, що мають вигляд колон, залежать від обсягу прокачується емульсії, її в'язкості і швидкості руху. Нафтова емульсія вводиться в колону знизу і проходить через фільтр, де вода утримується і скидається через низ колони, а нафта вільно проходить і відводиться через верх. Застосовується в поєднанні з термохімічними методами.
Термохімічні установки - ТХУ. Складаються з сепараторів-деемуль-саторі, відстійників-електродегідраторов та іншого обладнання. Око-ло 80% всієї видобутої обводненной нафти обробляється на ТХУ, до переваг яких відносяться гранична простота установки (теп-лообменнік, відстійник і насос), порівняно низька чутливість режиму роботи установки до значної зміни вмісту води в нафті, можливість заміни деемульгатора в міру зміни характе-ристики емульсії без заміни обладнання та апаратури.
Електродегідрірованіе. Електродегідратори застосовуються для знесолення середніх, важких і в'язких нафт.
Малюнок 3 - емульгованих краплі води в електричному полі. Силові лінії а - в чистій нафти; б - в нафти з полярними краплями води
Малюнок 4 - Перетин горизонтального електродегідратора 1 і 2 - електроди; 3 - ізолятори; 4 - трансформатор високої напруги; 5 - вихід знесоленої і збезводненої нафти; 6 - роздатковий колектор; 7 - скидання відокремленої води
Принцип роботи: якщо безводну нафту налити між двома пласкі-ми паралельними електродами, що знаходяться під високою напругою, то виникає однорідне електричне поле, силові лінії якого паралельні один одному (рисунок 3, а). При заміні безводної нафти емуль-сией типу В / Н розташування силових ліній змінюється і однорідність поля порушується (рисунок 3, б), в результаті дисперговані краплі поля-ризуется і витягуються уздовж силових ліній з утворенням в вершинах крапель води електричних зарядів, протилежних зарядів на електродах. Відбувається спочатку впорядкований рух, а потім зіткнення крапель води. Ефективність руйнування емульсій в поле пе-ремінного струму значно вище, ніж в поле постійного: струму.
Розроблені типові горизонтальні електродегідратори: 1ЕГ-160 і 2ЕГ-160/3. Перший електродегідратор (рисунок 4) має два електроди, другий - три.
Емульсія подається в ЕГ через маточник 6, потім вона проходить шар відстояної води, рівень якої підтримується автоматично на 20-30 см вище маточника. У цій зоні нафтова емульсія піддається водній промивці, в результаті якої вона втрачає основну масу со-Оленою води. Потім емульсія, піднімаючись у вертикальному напрямку з невеликою швидкістю, послідовно піддається обробці сну-чала в зоні слабкої напруженості електричного поля між рівнем відстояної води і нижнім електродом 1. а потім в зоні сильної напруженості між електродами 1 і 2.
Працює ця установка в такий спосіб. Нафта, газ і вода по промисловому збірному колектору 1 під тиском 1-1,5 МПа на-спрямовуються в сепаратор першого ступеня 2 з попереднім відбором газу. Газ з сепаратора по газопроводу 4 надходить в ежектор 9, а з нього під власним тиском - на ГПЗ 13. обводнених нафту з сепаратора 2 направляється у відстійник 3, де відбувається попередньо-вування руйнування емульсії і скидання по водоводу 35 відокремилася по-ди в резервуар з гідрофобним рідинним фільтром 33. у відстійнику повністю зруйнувати емульсію і відокремити воду від нафти неможливо, частина цієї води (до 4%) разом з нафтою у вигляді емульсії надходять в теплообмінник 6, в якому вона нагрівається за рахунок гарячої нафти, що виходить з д еемульсатора (печі) 7. У печі 7 емуль-ся нагрівається до температури 40-70 ° 0 за рахунок спалювання газу в топці, в результаті чого виділяються з нафти вуглеводневі гази. Го-рячая нефтегазоводяная суміш проходить міжтрубний простір теп-лообменніка 6 і направляється в сепаратор другого ступеня 8. Газ з сепаратора другого ступеня 8 подається в ежектор 9, зруйнована від нагрівання в печі емульсія потрапляє в каплеобразователь 10, покликаний укрупнити краплі води до розмірів, здатних осідати і відділятися від нафти. Остаточно нафту від води відділяється в відстійнику по зневодненню нафти 12. Гаряча вода з ПАР з відстійника 12 забира-ється насосом 31 і подається в змішувач 36, в який одночасно нагнітається деемульгатор дозувальним насосом 37. Суміш гарячої води з деемульгатора направляється в лінію, що сполучає сепаратор 2 з відстійником попереднього скидання води 3.
Дозувальним насосом 37 деемульгатор може подаватися також в збірний колектор 1 і перед теплообмінником 6. У тому випадку, якщо емульгованих нафту в герметизированной системі збору рухається не за рахунок тиску на гирлах свердловин, а сировинним відцентровим насосом, то деемульгатор потрібно подавати на прийом цього насоса, а збірний колектор, який з'єднує БДНС з УПН, використовувати як каплеобразователь.
При подачі деемульгатора в збірний колектор (пунктирна лінія) відстань від точки введення деемульгатора до сепаратора або відстійника повинно бути не менше 100-150 м. Таку відстань дозволяє здійснювати ефективне перемішування емульсії з ПАР і швидке її розшарування.
Зневоднена практично повністю в відстійнику 12 нафту (до 1%) містить в собі ще багато солей (до 1000 мг / л). Тому ця нафта з відстійника 12 направляється в змішувач, куди по лінії 25 подається прісна вода для її знесолення. Потім нафту, ретельно перемішана з прісною водою, надходить в електродегідратор 24, призначений для знесолення середніх і важких вузьких нафт. З електродегідратора 24 обезсолена і зневоднена нафту направляється в автомат кількості і якості товарної нафти 16, де спеціальні прилади контролюють допустиме в нафти кількість води і солей. Якщо нафта опиниться некондиційної (води> 1% і солей> 100 мг / л), то автоматично закривається кран 20 і відкривається кран 19, ця нафта надходить в резервуар 15, з якого насосом 14 подається в теплообмінник 6 і піч 7. Якщо нафта кондиційна , то вона надходить на третю сходинку сепарації - кінцевий сепаратор 18, з якого самопливом по нафтопроводу 21 потрапляє в парк товарних резервуарів 22. Звідти забирається насосами головної станції 23 і по магістральному нафтопроводу 26 транспортується на НПЗ.
Малюнок 5 - Принципова схема УПН, застосовувана при герметизированной системі збору
Відокремилася вода в Електродегідратори 24 скидається в розрізі-рвуар 33, де вона остаточно звільняється від крапельок нафти і за-вибирається насосом 32 для подачі її на КНС. Там встановлені насоси високого тиску 30 (до 20 МПа) для подачі води по водоводу 28 в нагнітальні свердловини 27 для ППД.
Нафта, що виділилася з пластової води в резервуарі 33, насосом 34 подається в змішувач 36, а потім в відстійник попереднього скидання води 3.
Теплообмінники. Існують кожухотрубчасті і "труба в трубі".
Піч ПТБ-10. Призначена для нагрівання нафтових емульсій в промислових умовах.
Блок нагріву БН-5,4 нафтової емульсії з відстійниками і каплеобразователем. Призначається для інтенсивного нагріву і пере-мешіванія емульсії з ПАР, в результаті чого відбувається її зруйнований-ня. Каплеобразователь призначається для доведення ПАР до капі-лек пластової води і руйнування "бронюють" оболонок.
Ежектори. У нафтовій промисловості застосовуються в якості змішувачів промивної води при обессоливании нафти, а також відбирання-ра низьконапірного газу високонапірним. У газовій промисловості - для відбору також низьконапірного газу високонапірним.
Відстійники. Призначаються для відділення води від нафти при подачі в них частково або повністю зруйнованої емульсії. Відстій-ники можуть використовуватися для попереднього скидання води при сильно обводненной нафти або після печей для остаточного зневоднення нафти. В даний час є велика кількість відстійних-ков для попереднього і остаточного відділення води від нафти. Всі вони відрізняються деякими конструктивними елементами.
- Перерахувати основні методи руйнування нафтових емульсій.
- Від чого залежить ефективність внутрішньотрубної деемульсаціі?
- Яким чином працює електродегідратор?
- Які існують теплообмінники?
- Для чого призначаються відстійники?