Деэмульсация и обессоливание нефти, подготовка сточной воды

Добыча нефти сопровождается отбором пластовой воды, что приводит в процессе движения и перемешивания фаз к образованию нефтяных эмульсий. Способность эмульсии в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на фазы называют устойчивостью или стабильностью. Она уменьшается с повышением температуры, снижением дисперсности системы

Для разрушения нефтяных эмульсий широко применяют различные деэмульгаторы - поверхностно-активные вещества

Известно много различных методов разрушения нефтяных эмульсий: внутритрубная (путевая) деэмульсация; гравитационный отстой; термохимическая подготовка нефти; электродегидрирование; центрифугирование, фильтрация через твердые пористые тела (слой песка) и др. Рассмотрим основные применяемые методы.

Внутритрубная деэмульсация широко применяется в сочетании с другими методами подготовки нефти. Она предусматривает ввод деэмульгатора дозировочным насосом в поток водонефтяной смеси (через затрубное пространство, на устье скважины или на ГЗУ). Внутритрубная деэмульсация позволяет организовать предварительный сброс воды (на ГЗУ, ДНС или КСП), который целесообразен при содержании воды в продукции скважин более 30%. Отбор крупных капель осуществляют в отстойниках.

Гравитационный отстой происходит за счет разности плотностей пластовой воды (1010-1200 кг/м3) и нефти (790- 950 кг/м3) в герметизированных отстойниках (емкостях) и сырьевых резервуарах. После внутритрубной деэмульсации расслоение эмульсии в резервуарах без подогрева происходит в течение 2-3 ч. Содержание остаточной воды в нефти при холодном отстое составляет более 1-2%.

В сочетании с этими методами широкое применение нашла термохимическая подготовка нефти, основанная на использовании ПАВ и теплоты. До 50 % затрат на подготовку нефти связаны с необходимостью нагрева. В настоящее время эмульсию нагревают с помощью нагревателя (или печи), пропускают через каплеобразователь и отводят в отстойник глубокого обезвоживания.

Нефтяные нагреватели и печи выпускают двух модификаций: нагреватели с жаровыми трубами, аналогичные совмещенным аппаратам только без отстойного отсека (типа НН-2,5 и НН-6,3);

печи трубчатые блочные (типа ПТБ-10 и БН-2М).

В нефтяных нагревателях типа НН, представляющих собой горизонтальную цилиндрическую емкость, эмульсия проходит снизу вверх через слой водяной подушки, которая омывает жаровые трубы. В блочном нагревателе типа БН и в печи трубчатой блочной типа ПТБ эмульсия движется в трубе и нагревается омывающими трубу продуктами сгорания.

Для отстоя нагретых эмульсий наибольшее распространение получили горизонтальные отстойники объемом 200 м³.

Существующие методы обезвоживания нефти на промыслах не позволяют получить товарную нефть с остаточной обводненностью ниже 0,2 %. При такой глубине обезвоживания остаточное содержание хлористых солей в зависимости от минерализации пластовых вод может колебаться от 20 до 1000 мг/л. Регламентируемое содержание солей для трех групп товарной нефти не должно превышать 100, 300 и 1800 мг/л. Поэтому при подготовке сырых нефтей с высокой минерализацией пластовых вод (плотностью 1170-1200 кг/м³) после ступени глубокого обезвоживания предусматривается дополнительный процесс - обессиливание нефти. Сущность его заключается в промывке обезвоженной нефти пресной водой и последующем разделении фаз. Расход промывочной воды может колебаться от 3-5 до 10-15%. Последующее разделение фаз осуществляется в электродегидраторе, который называют еще электро-обессоливающей установкой.

Принцип разрушения эмульсии состоит в столкновении капель воды под действием сил притяжения и их коалесценции. Диспергированные капли в результате индукции электрического поля 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 упорядоченное движение и столкновение капель воды. В поле переменного тока капли находятся в состоянии колебания, с постоянным изменением формы и непрерывно деформируются, что способствует разрушению адсорбционных оболочек на них и слиянию этих каплей.

Очистка сточных вод.

Вода, отделенная от нефти на разных ступенях ее подготовки, содержит диспергированную нефть в количестве (более 1000 мг/л), превышающем допустимую норму при закачке воды в пласт.

Известны две системы очистки сточных вод. На давно разрабатываемых месторождениях встречается открытая система, когда отделение нефти и механических примесей происходит за счет разности плотностей в открытых емкостях - песколовке, нефтеловушке. В настоящее время применяются установки закрытого типа (герметизированные), в которых воду подают в резервуар-отстойник с гидрофобным жидкостным фильтром. В нем вода с капельками нефти «фильтруется» через нефтяную «подушку», в результате чего капельки нефти переходят в состав этого фильтра.

Подготовка ловушечных нефтей.

На границе раздела фаз в аппаратах подготовки нефти и воды накапливаются очень стойкие «множественные» (амбарные, ловушечные или «промежуточного» слоя) эмульсии, которые служат причиной срыва технологического процесса. Высокая устойчивость таких эмульсий к расслоению связана с повышенным содержанием тонкодисперсных частиц различных механических примесей (глины, песка, продуктов коррозии, кальцита, гипса и т. п.). Обычно критическое содержание механических примесей, при которых возникают проблемы обработки эмульсионных нефтей, не превышает 2-3%. Трудноразрушаемые обычным термохимическим методом «ловушечные» эмульсии либо сжигают, либо подкачивают небольшими порциями в сырую нефть, резко ухудшая тем самым ее качество. Так же используют комбинированные обработки, основанные на использовании повышенной температуры и расхода деэмульгатора, с последующим отстаиванием и возвратом некондиционной нефти на повторную обработку, при этом «промежуточный» слой отстоя обрабатывают на центрифугах или сжигают.

ХРАНЕНИЕ НЕФТИ

Нефтяные резервуары (емкости) предназначены для накопления, кратковременного хранения и учета «сырой» и товарной нефти. Группу резервуаров, сосредоточенных в одном месте, называют резервуарным парком. При герметизированных системах сбора основные потери легких фракций нефти происходят только в сырьевых и товарных резервуарах при больших и малых «дыханиях». Для предупреждения и уменьшения потерь нефти от испарения рекомендуется применять плавающие крыши и понтоны, пластмассовые полые шарики и пластмассовые пленки, покрывать поверхность лучеотражающими светлыми красками, а также использовать газоуравнительную систему, которая обвязывает одновременно опорожняющиеся и наполняющиеся резервуары.

Товарный резервуар оборудуют люком-лазом, световым и замерным люками, уровнемером, пробоотборником, хлопушкой (обратным клапаном), дыхательным клапаном, огневым предохранителем, предохранительным гидравлическим клапаном и пенокамерой для тушения возникшего в резервуаре пожара. Пробоотборник обеспечивает полуавтоматический отбор проб по всей высоте резервуара.