Підготовка нафтопромислових стічних вод

Разом з нафтою на поверхню підіймається значна кількість мінералізованої пластової води, яка в процесах деемульсації відокремлюється від нафти і становить основну частку (85-90 %) нафтопромислових стічних вод. Решта (10-15 %) припадає на прісну воду (по­верхневу) , яка додається до нафти під час її знесолювання.

Стічні води характеризуються високою мінералізацією, лужністю, наявністю ме­ханічних та органічних домішок, краплинок нафти, розчинених газів, мікроорганізмів та ін. Тому їх надмірне нагромадження на промислах та скидання у природні водоймища за­грожує значним порушенням екологічної рівноваги, викликає необхідність утилізації. Вод­ночас розробка більшості родовищ вимагає підтримання пластового тиску, а саме як робо­чий агент для цього доцільно використовувати стічні води. Вміст у них ПАР, що сприяють "відмиванню" нафти з поверхні порових каналів, забезпечує збільшення коефіцієнту наф-товіддачі. При закачуванні стічних вод зберігається проникність продуктивних колекторів, які вміщують глинисті частинки та алевроліти.

Нафтопромислові стічні води - це дисперсні системи, дисперсійним середовищем яких є високомінералізовані розсоли хлоркальцієвого типу (хлорид кальцію, хлорид натрію). Дисперсні фази стічних вод - це краплинки нафти і тверді домішки (гідрати окису та заки­су заліза, солі та ін.). Стічні води вміщують також розчинені гази: кисень, сірководень, вуглекислий газ, які підвищують їх корозійну

Таблиця 23.3

Тип колектора	Допустимий вміст у воді, мг/л	активність. Це в свою чергу викли-кає швидке спрацювання наф­то про-мислового обладнання. Стічні во­ди можуть бути забруднені і сульфат-відновлюючими бактеріями, які ви-кликають утворення сірководню Наявність у воді іонів сульфатів (SO4 - -) є достатньою умовою для роз­витку сульфатних бактерій і закупо-
нафти	механік-них домішок	солей заліза
Порово-тріщин-ний та тріщинний
Слабко тріщин-ний
Гранулярний			0,5

рювання окремих ділянок пласта. Наслідком діяльності бактерій є утворення сульфідів заліза, які, в свою чергу, вступають у реакцію з вільним залізом. Сірководень утворюється за реакцією

FeS + 2НОН -» Fe(OH)₂ + H₂S. (23.1)

Він, піднімаючись разом з нафтою на поверхню, викликає інтенсивну корозію підземного обладнання свердловин, обладнання гирла та систем збору і підготовки нафти, газу і води. Такі ж бактерії можуть вміщувати і прісні води, які закачують у пласти разом зі стічними для підтримання пластового тиску.

Механічні домішки та мікроорганізми, які містяться у закачуваній воді, замулюють по­верхню фільтра та забруднюють порові канали продуктивного пласта, знижуючи прий-мальність нагнітальних свердловин. Основні показники якості води, що закачується в пласт, наведені в табл.23.3.

Стічні води, як і прісні, перед закачкою у пласт повинні пройти підготовку, тобто відповідне очищення.

Для очищення води застосовують різні методи, основними з яких є відстоювання, фільтрування і флотація.

Відстоювання засноване на використанні сил гравітації і є одним з основних методів виділення із стічних вод нерозчинних домішок (механічні частинки, краплини нафти).

Фільтрування полягає в пропусканні води через спеціальні фільтри, де як робочий ма­теріал можуть використовуватись кварцевий або керамзитний пісок, подрібнене скло, ант­рацитові частинки, графіт, тирса, рисове лушпиння та ін.

Суть флотаційного способу очищення полягає у вилученні з води нафти і твердих домішок бульбашками газу, який виділяється з води при зниженні тиску і барботує її.

Для підготовки води на нафтових родовищах використовують в основному системи двох типів: відкриті та закриті.

В системі відкритого типу стічні води, які надходять в установки підготовки нафти, скеровуються у піскоуловлювач, де відділяються великі за розмірами меха-нічні домішки. З піскоуловлювача вода самопливом тече у нафтоуловлювач, в яко-му від неї відділяється ос­новна маса нафти і механічних домішок. Нафту, що зби-рається за рахунок гравітаційного розділення, відкачують з нафтоуловлювача на установки підготовки, а воду скеровують у відстійники для доочищення, трива-лість якої може бути від декількох годин до двох діб. Далі вода для більш високого ступеня очищення перекачується через фільтри у місткість, з якої насосами висо-кого тиску через кущові насосні станції передається у нагнітальні сверд­ловини.

Основним з головних недоліків установок відкритого типу є контактування води з кис­нем повітря, що призводить до окислення заліза, тобто гідрат закису Fe(OH)₂ переходить у гідрат окису Fe(OH)₃. Це спричинює зміну водневого показника, підвищення корозійної активності води. Але такі установки мають і позитивні риси: використання одних і тих же споруд для очищення води різного складу, можливість очищення стічних і прісних вод у єдиному потоці незалежно від їх складу, тиску газонасиченості; можливість зміни якості очищення води, використовуючи різні коагулянти (сірчанокислий алюміній, поліакриламід та ін.). Такі системи найчастіше рекомендуються для стічних вод з великим вмістом сірководню, вуглекислого газу, а також для більш глибокого очищення води від нафти та механічних домішок.

Закрита напірна система очищення дає змогу інтенсифікувати процес підготовки во­ди, активно використовувати відстій та фільтрацію під тиском. При такій системі виклю­чається контакт води з киснем повітря, попереджуються окислювальні реакції, суттєво знижується корозійна агресивність води, а отже, зменшується і ступінь її забруднення, ко­рисно використовується залишковий тиск газу після апаратів установки підготовки нафти.

Рис.23.5. Відстійна установка закритого типу

До недоліків закритої системи слід віднести необхідність будівництва паралельного блоку очищення прісних вод. Однак, саме ця система найбільш поширена, що пов'язане з засто­суванням на промислах високонапірної герметизованої системи збору і підготовки нафти, газу і води, а також необхідністю підтримання екологічної рівноваги навколишнього сере­довища.

За принципом дії установки закритого типу поділяються на відстійні, фільтраційні, флотаційні й електрофлотаційні. У найбільш поширених відстійних установках закритого типу (рис.23.5.) стічна вода 1, яка надходить з установок підготовки нафти, змішується з нагрітою пластовою водою VII, яка виводиться із відстійників або підігрівачів-деемульга-торів установки підготовки нафти, проходячи краплиноутворювач 1, подається у резерву-ар-відстійник 2 з рідинним гідрофільтром. Резервуар-відстійник виконаний аналогічно ти­повому вертикальному резервуару і має сифонний пристрій, який забезпечує підтримання заданого шару води під шаром нафти. Стічна вода з домішками нафти після змішування з гарячою водою, яка вміщує реагент-деемульгатор, і турбулентного перемішування у крап-линоутворювачі надходить через розподілювач під шар води у резервуарі-відстійнику 2. Піднімаючись через рідинний гідрофільний фільтр (шар води), краплини нафти відділяються від стічної води.

Попередньо зневоднена нафта П відводиться з верхньої частини резервуара-відстійника 2, а стічна вода Ш скеровується у резервуар-відстійник 3 з гідрофобним рідинним фільтром. Цей резервуар виконаний аналогічно попередньому, але має сифон­ний пристрій, що забезпечує підтримання заданого шару нафти над шаром води. Стічна вода вводиться в резервуар через променевий перфорований розподілювач у шар нафти зверху вниз. Відділена нафта V виводиться з резервуара-відстійника і скеровується на ус­тановку підготовки нафти (УПН). Емульсія IV, яка утворюється на контакті нафти і води, також виводиться з резервуара-відстійника і скеровується на УПН. Очищена від краплин-

ної нафти вода VI проходить через місткість 4 і насосами 5 закачується у поглинальні або нагнітальні свердловини.

Основним апаратом установок, які працюють за принципом фільтрації, є фільтр, де стічна вода після відстою проходить через шар гранульованого поліетилену з розмірами гранул 4-5 мм. Поліетилен має гідрофобні властивості, що забезпечує затримання краплин нафти на його поверхні і їх злиття, тобто коалесценцію. Очищена вода закачується у нагнітальні свердловини. При забрудненні гранул поліетилену їх промивають протя­гом ЗО хв в очищеній воді з добавкою 10-15% гасу.

Підготовка стічних вод, побудована за принципом флотації, здійснюється у резервуа­рах-флотаторах та електрофлотаторах.

У першому випадку вилучення з рідини дисперсних частинок відбувається бульбашка­ми газу, який виділяється з газонасиченої стічної води при зниженні тиску у флотаційній зоні з 0,3-0,6 МПа до 0,1 МПа. Це дає змогу одержати до 10 л вільного газу на 1 м³ води. Стічна вода піднімається у резервуарі-флотаторі зі швидкістю, яка забезпечує перебування її в цій зоні протягом не менш, як 20 хв. Бульбашки газу, що виділяються з води, рухаю­чись вгору, зустрічають на своєму шляху дисперсні частинки, краплинки нафти, захоплю­ють їх і піднімають на поверхню, утворюючи там шар піни.

Умови утримання частинки, яка наявна у воді, бульбашкою газу відповідають залеж­ності

(23.2)

де — вага частинки у воді, Н; а — діаметр в місці злиття бульбашки з частинкою, м; — поверхневий натяг на межі рідина-газ, Н/м; — крайовий кут змочування; —радіуси кривини головних перетинів бульбашки на горизонтальній площині частинки, що прилипла, м.

Нафта збирається в кільцевих жолобах всередині резервуара і виводиться з нього. Вода збирається у відстійну, зону в нижній частині резервуара і також виводиться з нього. Дис­персні частинки, які добре змочуються водою, не захоплюються бульбашками газу у фло­таційній зоні і під дією сили тяжіння осідають на дно резервуара-флотатора.

Електрофлотація — це флотація газом (кисень і водень), який утворюється при елект­ролізі води. Перевага цього методу полягає в тому, що при електролізі утворюються тонко-дисперговані бульбашки. Це сприяє швидкому освітленню води, що вміщує нафту. Сам же процес очищення стічної води аналогічний очищенню у резервуарі-флотаторі. На процес очистки методом електрофлотації суттєво впливає розташування електродів. Рекомен­дується один електрод розмістити в нижній частині апарата в горизонтальній площині так, щоб бульбашки, які виділяються на ньому, пронизували весь об'єм води, що очищається. Другий електрод закріплюють у вертикальному положенні так, щоб він не заважав фло­тації дисперсних частинок. Електроди виконують у вигляді пластин та ґраток так, щоб можна було регулювати відстань між ними.

З метою підвищення ефективності процесів флотації в стічну воду вводять хімічні реа­генти, які за механізмом дії на дисперсні частинки поділяються на дві групи: коагулянти (речовини, які забезпечують укрупнення дисперсних частинок і їх осідання) і флокулянти (речовини, які забезпечують утворення пластівців, що випадають в осад). Ефективність коагулянтів (сірчанокислий алюміній, хлорне залізо, залізний купорос) та флокулянтів (поліакриламід) суттєво зростає при їх комбінованому використанні.

Розчин коагулянта слід готувати поперемінне у двох баках, обладнаних барботерами для перемішування розчину повітрям протягом 30-40 хв. Потім розчин повинен відстоятися. Розчин флокулянта доцільно готувати з застосуванням мішалки шнекового або лопатевого типу з частотою обертання 100-300 об./хв. Дозують флокулянт насосом-

дозатором шнекового або поршневого типу. Використання для цього відцентрових або шестірних насосів не допускається, щоб уникнути розриву або закручування ланцюжків молекул полімеру.

Установки для підготовки стічних вод є небезпечними для навколишнього середовища внаслідок можливості випаровування нафти, попадання стічних вод у підземні прісні води при порушенні герметичності відстійників. Для запобігання цих явищ слід не допускати попадання води в ріки, водоймища, усувати несправності резервуарів-відстійників та інших гідротехнічних споруд.

Глава 24

Транспорт газу