Основные технологические условия эффективной
Деэмульсации нефти
Рассмотрим десять основных технологических условий, соблюдение которых необходимо для успешного осуществления деэмульсации нефти более простыми техническими средствами.
1 условие Одним из решающих факторов, определяющих эффективность процесса деэмульсации нефти в целом, является разрушение бронирующих оболочек на каплях пластовой воды, обладающих структурно-механической прочностью и препятствующих коагуляции и укрупнению капель. Поэтому важно выбрать оптимальный технологический режим этой части процесса деэмульсации нефти.
Установлено, что механизм доведения водорастворимого реагента до капель пластовой воды состоит, в основном, в прямой передаче его за счет абсорбционных процессов при многократных взаимных столкновениях капель раствора реагента с глобулами пластовой воды непосредственно в потоке, смешении содержимого капель в результате их перехода в состав водных линз, возникающих на стенках аппарата, и интенсификации этих процессов за счет возврата в поток нефти вещества водных линз, способных выполнять роль активных центров коалесценции.
При использовании нефтерастворимых деэмульгаторов, на первой стадии пока деэмульгатор существует в капельной форме, механизм сохраняется таким же, а затем по мере растворения деэмульгаторов нефти, переходит в диффузионно-адсорбционную фазу. Осуществление массообменных операций по передаче реагента от капель реагентоносителя к значительному числу глобул пластовой воды иногда происходит с высокой степенью эффективности даже в условиях быстротекущих точечных контактов, завершаемых их взаимным влиянием. Все эти эффекты наиболее ярко выражены при турбулентном режиме движения. Отсюда вытекает первое требование эффективного ведения процесса деэмульсации нефти – интенсивная турбулизация потока на стадии массообменных процессов.
2 условие. Турбулизация потока легко достигается в трубопроводах. Более того, большинство трубопроводов транспортируют эмульсию именно при турбулентном режиме. Следовательно, совмещение процессов транспортирования эмульсии с разрушением бронирующих оболочек на каплях воды вполне благоприятно. Но вместе с тем в объеме нефти в течение длительного промежутка времени существуют и такие капли, которые в соответствии с законами вероятности сталкивались с каплями реагентоносителя либо недостаточно часто, либо эти столкновения оказывались малоэффективными, либо диффузионные процессы по переносу деэмульгаторов на капли воды по ряду причин были недостаточными. Бронирующие оболочки на них оказываются неразрушенными, либо разрушенными недостаточно. Для этих капель процесс массопередачи реагента на бронирующие оболочки до необходимых концентраций осуществляется по схеме накопление малыми порциями при многократных столкновениях капель или за счет длительно протекающих диффузионных процессов. Следовательно, для успешного ведения процесса деэмульсации нефти необходима турбулизация потока в течение более длительного промежутка времени, чем это возможно на смесительных клапанах, задвижках, смесителях и т.д., где турбулизация потока осуществляется в течение всего лишь нескольких секунд. Это – второе необходимое условие.
Длительная турбулизация потока возможна при транспортировании эмульсии по трубопроводам. Поэтому трубопроводы также являются полезными элементами технологической схемы.
3 условие. Для эффективного разрушения стойких эмульсий необходимо осуществление процесса диспергирования капель пластовой воды, на поверхности которых возникли прочные бронирующие оболочки. Однако в соответствии с существовавшими представлениями разрушение бронирующих оболочек капель воды в нефти под воздействием тепла и реагента предписывалось осуществлять в условиях, исключающих возможность их диспергирования. Такое диспергирование, по мнению технологов и ученых, не могло иметь положительных последствий. Оно расценивалось как технологически вредное и рассматривалось как главная причина возрастания стойкости эмульсии. Такая точка зрения впервые была предложена Ф.М. Берти и четко сформулирована Г.Б.Ши, а впоследствии практически без изменений повторялась в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных специалистов. В частности, Г.Б. Ши отмечал, что перемешивание является главнейшей динамической причиной, вызывающей диспергирование воды в нефти, и способствует стабилизации эмульсии. Объясняя необходимость перемешивания и механизм протекающих при этом процессов, автор разъясняет, что именно происходит при перемешивании. Он правильно указывал, что перемешивание эмульсии ускоряет диффузию препарата в среду нефти, в связи с чем он скорее и равномернее достигает пограничной поверхности нефти и воды и разрушающе воздействует на природный эмульгатор. Именно в этом, по мнению автора, и состоит назначение перемешивания. Но энергичное перемешивание будет вредным, если оно приведет к размельчению капель.
Эти идеи и являлись определяющей научной базой, опираясь на которую проектные организации разрабатывали, а нефтяники осуществляли строительство установок по подготовке нефти как у нас, так и за рубежом. Однако, если не забывать, что при диспергировании сформировавшейся эмульсии не только уменьшаются размеры капелек воды в нефти, но и разрушаются сами бронирующие оболочки на них, то в присутствии деэмульгатора положительное явление дробления намного превосходит причиняемый диспергированием вред, так как при этом появляется, а затем значительно возрастает, свободная от таких оболочек поверхность на каплях пластовой воды.
Положительный эффект от разрушения бронирующих оболочек при диспергировании стойких эмульсий в условиях, исключающих их последующее восстановление (присутствие реагента), значительно преобладает над отрицательными явлениями, возникающими в связи с уменьшением размеров капель. Поскольку эти два фактора действуют в противоположных направлениях, необходимая степень диспергирования эмульсии для разрушения бронирующих оболочек будет иметь свое оптимальное значение и должна выбираться в зависимости от исходных размеров капель и состояния их бронирующих оболочек.
Процессы деэмульсации нефти могут быть интенсифицированы при повышенных температурах. Весьма важно, чтобы эмульсия была нагрета именно на стадии разрушения бронирующих оболочек и укрупнения капель, что позволит резко улучшить массообменные процессы и осуществись укрупнение капель при турбулентном режиме движения потока.
Одной из наиболее важных особенностей трубопроводов как аппаратов является то, что при движении по ним жидкости в турбулентном режиме переход глобул из зон дробления (высокие градиенты скоростей) в зоны коалесценции осуществляется автоматически. Постоянный обмен глобулами между центральной и пристенными областями трубопроводов, последовательно протекающие процессы дробления и слияния капель, а также отрыв капель дренажной воды от подстилающего нефть слоя при расслоении эмульсии в трубопроводе обеспечивают эффективное ее разрушение и укрупнение капель при подходе к отстойной аппаратуре или технологическим резервуарам товарных парков.
4 условие. Если учесть, что в промысловых и заводских условиях температуру нефти можно увеличить лишь в 2 – 3 раза, а размеры капель в десятки раз, становится ясным, что основной резерв повышения эффективности технологии подготовки нефти состоит в предварительном укрупнении капель в турбулентном режиме перед ее направлением на отстой для разделения потока на нефть и воду. Поэтому четвертое требование успешного ведения процесса деэмульсации нефти состоит в предварительном укрупнении капель в турбулентном режиме перед ее отстоем.
Увеличив диаметр трубопровода на конечном его участке, легко создать такие условия.
5 условие.Необходимо создать условия для осуществления процесса диспергирования капель, массообменных и других процессов при повышенных температурах. Нагрев во времени упреждает операции по отстою и необходим во многих случаях для разрушения бронирующих оболочек и упреждающего укрупнения капель.
1.
| Вид обработки | Температура, 0С | Содержаниеостаточной воды в нефти,% | |
| при турбулизации | при отстое | ||
| Кратковременная турбулизация эмульсии с реагентом, последующий отстой (холодная деэмульсация) | 21,5 | ||
| Кратковременная турбулизация эмульсии с реагентом, последующий отстой при повышенной температуре (обычный термохимический метод) | 8,0 | ||
| Длительная турбулизация эмульсии с реагентом в моделях трубопровода, последующий отстой (трубная деэмульсация) | 3,0 | ||
| Длительная турбулизация эмульсии с реагентом при упреждающем нагреве, последующий отстой (трубная деэмульсация с путевым подогревом) | 1,0 |
Это иногда позволяет осуществлять операции по отстою воды от нефти при относительно низкой температуре. Вряд ли можно найти другой такой аппарат, кроме трубопровода, в котором можно достаточно долго диспергировать эмульсию при повышенной температуре, затем автоматически создать условия для укрупнения капель за счет снижения уровня турбулентности потока при возрастании его вязкости в процессе транспортирования из-за снижения температуры.
6 условие. Предполагает активное разрушение капель пластовой воды на развитой гидрофильной поверхности веществ, вводимых внутрь эмульсионного потока (дренажная вода и т.д.), либо на неподвижных поверхностях, работающих в режиме самоочищения.
Показано, что при правильном подборе режима движения ограничивающие поток оболочки и находящиеся в нем тела могут служить инверсирующими экранами, разрушающими бронирующие оболочки капель пластовой воды и переводящими ее в пленочное состояние. Наиболее эффективно протекают эти процессы при появлении в потоке турбулентных пульсаций, обладающих достаточной энергией для переноса и деформации мелких капель на поверхности экранов. Суммарная внутренняя поверхность трубопроводов промысловых систем сбора огромна и воспользоваться ею в технологических целях весьма несложно.
7 условие. Исключает возможность загрязнения границы раздела фаз нефть – вода в аппаратах, которые могут выполнять функцию водоотделителей. Только в трубопроводе расслоившийся движущийся поток может иметь идеально чистую границу раздела фаз вода–нефть, так как под слоем нефти во всех его точках движется своя дренажная вода, не загрязненная мехпримесями других объемов воды и нефти, что имеет место при обычном отстое.
8 условие. Успешная деэмульсация нефти связана с интенсификацией процесса укрупнения капель в зоне их повышенных концентраций (промежуточный слой) вследствие импульсных колебаний этой зоны, создаваемых с помощью вибрирующих устройств или подбора соответствующего режима движения эмульсии в аппаратах, обеспечивающих это автоматически. Трубопроводы всегда работают в пульсирующем режиме и поэтому в этом отношении также являются идеальными аппаратами.
9 условие. Предполагает осуществление операций отстоя воды от нефти при более высоких значениях чисел Рейнольдса (в надкритической зоне), чем это делалось прежде. Создание таких условий в трубопроводах или на отдельных их участках достигается подбором его диаметра или с помощью пучка труб, работающих параллельно.
10 условие. Предполагает возможность попутного улучшения качества нефти и сточных вод в одном и том же промысловом оборудовании по пути их естественного движения от скважин до пунктов внешнего транспорта и их использования для взаимной очистки. Это достигается при совмещении процессов деэмульсации нефти с ее транспортированием по трубопроводам.