Установка очистки сточных вод закрытого типа

На рис. приведена схема оборудования, применяемого на УПВ сточных вод.

УПВ работает следующим образом. Из сепаратора-деэмульсатора сточная вода с ПАВ сбрасывается в линии la и 1, из которых она поступает на смешение с нефтяной эмульсией и в герметизированные емкости 2 и 7 УПВ. В емкостях 2, показанных на рисунке в поперечном разрезе, имеются гофрированные гидрофобные пластины 3, к которым могут прилипать капельки нефти, скапливаться на них и в виде тонкой пленки двигаться по гофрам этих пластин к верхней образующей емкостей 2.

Скопившуюся в верхней части емкостей 2 нефть отбирают насосом 4 и по нефтепроводу 5 подают на вход теплообменников для доведения ее до кондиции в сепараторах-деэмульсаторах. Отстоявшаяся в емкостях 2 вода самотеком по водоводу 6 поступает в емкости для хранения чистой воды 7. Из емкостей 7 вода забирается насосом 8 и подается на КНС для закачки ее в нагнетательные скважины. Так осуществляется система использования сточной воды по замкнутому циклу без контакта с кислородом воздуха.

В процессе разработки месторождения и увеличения содержания в нефти воды описанную установку нетрудно расширять путем монтажа дополнительных емкостей 2 и 7. Однако по мере увеличения обводненности продукции скважин, происходящей на более поздней стадии разработки нефтяных месторождений, расширять установки подготовки нефти путем монтажа дополнительных емкостей 2 и 7 нерационально.

Рис.. Установка очистки сточных вод закрытого типа: la, 1 – линии для транспорта сточной воды; 2, 7 – герметизированные емкости; 3 – гофрированные гидрофобные пластины; 4 – насос для откачки нефти; 5 – нефтепровод;
6 – водовод; 8 – насос для подачи води на КНС

Поэтому на данной стадии разработки месторождений целесообразнее применять установку подготовки нефти и воды применяемую при большом обводнении продукции скважин.

67 Схема установки подготовки воды и нефти, применяемая при большом обводнении продукции скважины(больше 50 процентов)

Основными задачами при подготовке нефти и воды на поздней стадии разработки нефтяных месторождений являются следующие: 1) сокращение расхода деэмульгаторов на разрушение эмульсий; 2) сокращение расходов теплоты, идущей на обезвоживание и обессоливанне нефти; 3) сокращение потерь легких фракций нефти (хотя это относится в равной мере ко всем стадиям разработки) и, самое главное, 4) удешевление строительства установок подготовки нефти и воды и сокращение их срока ввода в эксплуатацию.

Все перечисленные основные задачи вполне удовлетворительно разрешены на схемах, приведенных на рис.6.3 и 6.4. Рассмотрим рис.6.3. Нефтегазоводяная смесь по сборному коллектору 1, идущему с промысла, поступает в сепаратор-депульсатор 2, конструкция которого может быть самой разнообразной. В сепараторе-депульсаторе 2 поддерживается постоянное давление порядка 0,5 МПа с помощью регулятора давления "до себя" 3. Нефтеводяная смесь из сепаратора-депульсатора 2 проходит через регулируемый штуцер 4 и направляется в сепаратор 5, в котором также поддерживается постоянное низкое давление (0,01 МПа) за счет отбора газа эжектором 14.

Рис.6.3. Схема установки подготовки воды и нефти, применяемая при большом обводнении продукции скважин (>50%): 1 – промысловый сборный коллектор; 2 – сепаратор-депульсатор; 3 – регулятор давления "до себя"; 4 – регулируемый штуцер; 5 – сепаратор; 6 – сырьевые резервуары;
7 – распределительный коллектор; 8, 22 – резервуары-отстойники; 9, 18, 19, 21, 24 – центробежные насосы; 10 – дозировочный насос для подачи ПАВ; 11 – теплообменники; 12 – сепараторы-деэмульсаторы; 13 – каплеобразователь; 14 – эжектор; 15 – отстойники; 16 – смеситель;17–товарные резервуары;20 – водопровод; 23 – емкость для нефти

Выделившиеся газы в сепараторе-депульсаторе 2 и в сепараторе 5 направляются в эжектор 14, где они смешиваются и далее транспортируются на КС или на ГПЗ.

Нефтеводяная смесь из сепаратора 5 самотеком направляется под уровень воды в распределительный коллектор 7 сырьевых резервуаров 6, имеющих плавающие крыши (или понтоны), предотвращающие потери легких фракций нефти и контакт пластовой воды с кислородом воздуха. Из сырьевых резервуаров 6 нефть самотеком за счет разности в уровнях перетекает в резервуар-отстойник 8, из которого забирается центробежным насосом 9 и через теплообменники 11 направляется в сепараторы-деэмульсаторы 12. В сепараторах-деэмульсаторах 12 нагревается эмульсия за счет теплоты, получаемой от стенок жаровых труб при сжигании газа в топке. Для интенсификации разрушения эмульсии в системе теплообменники 11 – деэмульсаторы 12 на прием центробежного насоса 9 дозировочным насосом 10 подается ПАВ.

Выделившийся при нагреве из нефти газ в деэмульсаторе 12 отводится на эжектор 14 и транспортируются на ГПЗ.

Горячая нефть из деэмульсаторов 12 под собственным давлением подается в межтрубное пространство теплообменников 11 для подогрева сырой нефти, протекающей по трубкам этих тепло­обменников. Горячая нефть, пройдя теплообменники, охлаждается, а холодная (сырая нефть) нагревается. Охлажденная нефть направляется в каплеобразователь 13, где происходит дополнительное отделение нефти от воды, поступающих в отстойники 15. Из отстойников 15 вода сбрасывается через теплообменники 11, в которых пресная вода нагревается, а затем поступает на прием насоса 19. Насос 19 подает пресную воду в смеситель 16, служащий для интенсивного перемешивания нефти с этой водой и "вымывания" оставшихся в нефти солей. Обессоленная нефть в виде смеси с пресной водой поступает в товарные резервуары 17 для разделения (отстоя). Нефть из товарных резервуаров, имеющих: плавающие крыши, забирается насосами головных сооружений 18 и подается на НПЗ, а вода отводится в канализацию. Для интен­сификации разрушения нефтяной эмульсии из отстойников 15 и деэмульсаторов 12 по водопроводу 20 перед регулируемым штуцером 4 вводится теплая пластовая вода, содержащая ПАВ.

Пластовая вода из сырьевых резервуаров 6 и резервуара-отстойника 8 сбрасывается в резервуар 22 для окончательного отстоя ее от капелек нефти. Скопившаяся в резервуаре 22 нефть самотеком поступает в емкость 23, из которой забирается насосом 24 и подается в сепаратор 5.

На рис.6.3 резервуары 6, 8 и 22 имеют отметки рельефа местности соответственно ±0, минус 6 и минус 15 для того, чтобы жидкость самотеком транспортировалась из одного резервуара в другой.

Если отметки рельефа местности равны или не соответствуют указанным, то для транспортирования жидкостей из одного резервуара в другой следует устанавливать насосы.

Пластовая вода из резервуара 22 перекачивается насосом 21 и попадает на КНС, а из последней – в нагнетательные или поглощающие скважины.

Так работает установка подготовки нефти и воды на поздней стадии разработки нефтяных месторождений. Из описания видно, что здесь отсутствуют песколовки, ловушки нефти, пруды-отстойники и фильтрационные установки, на сооружение которых раньше тратились большие суммы денег и много времени.

Кроме того, в описанных установках нефть и вода не контактируют с кислородом воздуха и исключено газовое пространство в резервуарах, благодаря плавающим крышам, а это значит, что в какой-то мере снижена интенсивность коррозии оборудования и исключены потери легких фракций нефти.

На поздней стадии разработки месторождений, применяя внутритрубную деэмульсацию, можно получить разрушенные нефтяные эмульсии в самой нефтесборной системе, тогда, естественно, отпадает необходимость в установке теплообменников 11, сепараторов-деэмульсаторов 12, каплеобразователей 13 и отстойников 15, что существенно сокращает расходы на подготовку нефти и воды. Внутритрубная деэмульсация целесообразна на месторождениях со сравнительно легкой нефтью, лишенной или имеющей небольшой процент асфальтенов и смол, а также с пластовой водой, водородный показатель которой рН=7,5 и выше, т.е. в щелочной среде. Подготовка нефти и воды осуществляется по очень простой схеме, без подогрева нефтеводяной смеси, а разделяется эта смесь на нефть и воду в сырьевых резервуарах 6, резервуарах-отстойниках 8 и товарных резервуарах 17.

Установки по подготовке сточных вод закрытого типа предусматривают исключение контакта воды с кислородом воздуха для предотвращения окислительных реакций. По принципу действия установки закрытого типа подразделяются на отстойные, фильтрационные, флотационные и электрофлотационные.

Схема резервуара флотатора

Подготовка сточных вод, основанная на принципе флотации, осуществляется в резервуаре-флотаторе (рис.49). Флотация — это процесс извлечения из жидкости мельчайших дисперсных частиц с помощью всплывающих в жидкости газовых пузырьков. В резервуаре-флотаторе пузырьки газа образуются во флотационной зоне 5 за счет выделения растворенного газа из газонасыщенной сточной воды в результате снижения давления при поступлении ее в эту зону. Давление насыщения воды газом — 0,3—0,6 МПа; количество выделенного газа из воды — 25 л/м³. Газонасыщенная вода через патрубок ввода 1 вводится в нижнюю часть флотационной зоны с помощью перфорированного распределителя. Сточная вода поднимается во флотационной зоне со скоростью, обеспечивающей длительность пребывания воды во флотационной зоне около 20 мин. Выделяющиеся пузырьки газа, поднимаясь зверх, встречают на своем пути дисперсные частицы, распределенные в воде. Дисперсные частицы, которые плохо смачиваются водой (капельки нефти), захватываются пузырьками и флотируются на по-зерхность, образуя там слой пены. Уловленная нефть собирается в юльцевой желоб 4 для сбора нефти и выводится через патрубок 2. Вода из флотационной зоны 5 перетекает в отстойную зону 6, расположенную в кольцевом пространстве между корпусом 3 резервуара и флотационной зоной, где медленно опускается вниз. Дисперсные частицы, которые хорошо смачиваются водой, не захватываются пузырьками газа во флотационной зоне, а под действием силы тяжести осаждаются вниз во флотационной и отстойной зонах, откуда осадок выводится через соответствующие перфорированные трубы и патрубки 9 и 10. Очищенная вода выводится через кольцевой перфорированный коллектор и патрубок 8. Резервуар-флотатор герметизирован, поэтому выделяющийся из воды газ выводится сверху резервуара через патрубок 7. Содержание примесей (мг/л) в сточной воде, поступающей в резервуар-флотатор на очистку, должно быть: нефти — 300, механических примесей — до 300. Остаточное содержание в очищенной воде, выходящей из резервуара-флотатора, составляет (мг/л): нефти — 4—30, механических примесей — 10—30.

Для повышения эффективности процессов флотации и электрофлотации в обрабатываемую сточную воду вводят химические реагенты, которые по механизму действия на дисперсные частицы подразделяются на две группы: коагулянты и флокулянты. Коагулянты - это электролиты, добавление которых в сточную воду приводит к объединению мельчайших дисперсных частиц в достаточно крупные соединения с последующим их осаждением.

Флокулянты - это высокомолекулярные водорастворимые полиэлектролиты. Механизм их действия заключается в том, что длинные цепи молекул полиэлектролита адсорбируются своими активными центрами (гидрофильными группами) на поверхности дисперсных частиц, что приводит к хлопьеобразованию (флокуляции). В отличие от коагуляции при флокуляции дисперсные частицы не контактируют друг с другом, а разделены мостиком из молекулярной цепи флокулянта. В качестве флокулянта используется водорастворимый полимер полиакриламид (ПАА).

Эффективность коагулянтов и флокулянтов существенно возрастает при их совместном применении в процессе очистки сточных вод. При этом дозировка флокулянтов в десятки или даже в сотни раз меньше, чем коагулянтов.

69 Схемы водозаборов

а — подрусловый водозабор: I — обсадная труба: 2 — эксплуатационная колонна; 3 — фильтр; 4 — вакуумный резервуар; 5 — вакуум-компрессор; ? и 9 — насосы; 7 — железобетонный колодец; 8 — резервуар чистой воды: б — водозабор открытого водоема: / — прием насоса; 2 — приемная труба; 3 — площадка; 4 — сван; 5 — насосная станция первого подъема

В открытых водозаборах (см. рис.6.5,б) загрязненная вода из реки по трубе 2 поступает на насосную станцию первого подъема 1 (см. рис.6.5). Из насосной станции первого подъема загрязненная вода поступает в смеситель 3, куда одновременно дозатором 2 непрерывно подается коагулянт (сернокислый алюминий Аl₂(SO₄)₃18Н₂O или железный купорос FeS0₄. Из смесителя 3 загрязненная вода вместе с коагулянтом поступают в осветлитель (отстойник) 4, где в результате реакции образуется гидроокись алюминия А1(ОН)₃ или гидроокись железа Fe(ОН)₃, которые осаждаются в виде хлопьев, увлекая за собой механические частички, содержащиеся в воде. Из осветлителя 4 в основном очищенная вода поступает дополнительно на попеременно работающие песчаные фильтры 5, а из них самотеком в резервуары чистой воды 6. Из резервуаров 6 вода поступает на приемы насосной станции 7 второго подъема, из которой она транспортируется в магистральный водовод, а затем через КНС в нагнетательные скважины.

Водозаборные сооружения строятся для обеспечения место­рождения необходимым количеством воды для заводнения в те­чение всего периода его разработки. Водозаборные сооружения должны строиться по возможности вблизи районов заводнения и отличаться простотой технических решений и экономичностью капитальных и эксплуатационных расходов. Этим требованиям наиболее полно отвечают водозаборы, базирующиеся на грунтовых водах. Состав грунтовых вод практически не изменяется по сезо­нам года, и они, как правило, содержат мало взвешенных твердых частиц и могут использоваться для заводнения без очистки.

В районах, бедных грунтовыми водами, могут быть использо­ваны воды открытых водоемов — рек, озер, водохранилищ, мо рей. Однако поверхностные воды значительно уступают по ка­честву грунтовым водам и подлежат обработке на водоочистных станциях.

Водозаборы грунтовых вод разделяются на подрусловые и ар­тезианские. В практике заводнения большее распространение получили подрусловые водозаборы, схема которых приводится рис. а. В пойменной части реки бурят водоотбирающие скважины глубиной 20—30 м, обсаживают их трубами диаметром 300 мм, в которые спускают водоподъемные трубы диаметром 200 мм. Водоотбирающие скважины могут работать как на само-изливе (сифон) за счет поддержания в вакуум-котлах постоянного вакуума, равного 650 мм рт. ст., так и при помощи индивидуаль­ных насосов, установленных на устьях водоотбирающих скважин. Для заводнения Туймазинского месторождения на реке Ик про­бурено, например, 20 водоотбирающих скважин с общей произво­дительностью 20 тыс. м³/сут.

При наличии высоконапорных вод в разрезе пластов давление в залежи можно поддерживать путем непрерывного перепуска воды из этих пластов в продуктивный коллектор. Применяются также схемы перекачки воды по стволу скважины из одного пласта в другой погружными центробежными электронасосами. Такие схемы получают широкое распространение на месторождениях Тюменской области.

На рис. бпоказано водозаборное сооружение из открытого водоема, вода которого нагнетается насосами на водоочистную станцию.