Учебное пособие: Нефть как дисперсная система

Для интенсификации процесса стабилизации нефти предложено использовать центробежные силы. Скорость выделения легкой фазы в гидроциклоне, как показали расчеты, в 500 раз выше, чем скорость гравитационного разделения. Никаких дополнительных контактных устройств для стабилизации нефти в гидроциклоне не требуется, в отличие от ректификационной колонны. Продуктами процесса стабилизации являются: стабильная нефть и легкие углеводороды в виде сухого газа и нестабильного бензина.

В ИПТЭР разработана конструкция гидроциклона ГУД-1 (табл.12).

В корпусе аппарата ГУД-1 расположено шесть сепарирующих элементов, каждый из которых снабжен вводным устройством, обеспечивающим тангенциальный ввод смеси и интенсивную крутку потока, сливной камерой с наконечником, конструкция которого обеспечивает пристенное пленочное течение жидкости и концентрирование легких углеводородов. Гидроциклон устанавливается на сборнике стабильной нефти (рис.44).

Рис.39. Технологическая схема комплексной подготовки нефти с применением гидроциклона ГУД-1: 1- сепаратор; 2-блок обезвоживания; 3-печь; 4-гидроциклон; 5-сборник стабильной нефти; 6-каплеуловитель; 7-теплообменник; 8-сборник легких углеводородов

Из ГУД-1 смесь парогаза с капельной жидкостью направляют в каплеуловитель, пустотелый аппарат, где под действием гравитационных сил происходит отделение капель нефти от парогазовой смеси легких углеводородов. Далее парогаз конденсируют при температуре 10-15 ^оС и разделяют в сепараторе на легколетучие газы и конденсат. Для получения качественного конденсата давление в сепараторе поддерживают в пределах 1,7-1,3 ати, что препятствует переходу в газовую фазу наиболее ценных бутановых фракций.

Установлено, что доля извлечения углеводородов С3 из нефти в гидроциклоне достигает 90%, С4 - 68%, С5 - 48%. Углеводороды С6 обнаружены в пределах до 20%, а С8 - до 8%.

Таблица 10 - Техническая характеристика гидроциклона ГУД-1

Гидроциклонная технология стабилизации нефти сокращает металлоемкость более, чем в 50 раз, а капитальные вложения - в 60 раз.

12.1 Оборудование установок стабилизации нефти

Стабилизация нефти основана на сочетании процессов испарения и конденсации. Поэтому основное оборудование установок стабилизации нефти -- это нагреватели и печи, теплообменники и конденсаторы-холодильники, сепараторы и колонные аппараты (абсорберы, ректификационные колонны и др.).

Рис.40.Схема устройства ректификационной колонны

На рис.6 представлена схема устройства ректификационной колонны. Колонна состоит из вертикального цилиндрического корпуса 10 с опорой 12, которой она устанавливается на фундамент и закрепляется к нему фундаментными болтами. Сверху и снизу корпус колонны закрыт эллиптическими днищами. Колонна имеет люки 3. Внутри колонны смонтированы ректификационные тарелки 9, улитка 8, отбойник 5, гидравлический затвор 6, паровой маточник 11. Колонны снабжены штуцерами: ввода сырья 7, для отвода целевых паров 1 в конденсатор-холодильник, откачки стабильной нефти 13, ввода холодного орошения 2, отбора боковых погонов 4.

Основной элемент ректификационных колонн и тарельчатых абсорберов -- это тарелки. Элементы контактных устройств барботажных тарелок колпачковых, клапанных, ситчатых (отверстия в полотне тарелок) создают движение пара в слое жидкости почти в вертикальном направлении. Среди барботажных тарелок можно выделить тарелки со стесненным и свободным зеркалом барботажа. В тарелках со стесненным зеркалом барботажа часть поверхности жидкости (50--75%) занята устройствами для ввода пара в жидкость (колпачками).

В тарелках со свободным зеркалом барботажа устройства для ввода пара в жидкость размещены практически на одном уровне с полотном тарелки (отверстия, клапаны, язычки и т. п.). Поэтому площадь для выхода пара из жидкости составляет 70--90 % рабочей площади тарелки.

После прохождения процессов подготовки нефть должна удовлетворять следующим требованиям ГОСТа 9965-76 на качество (табл.11):

Таблица 11

Требования к подготовленному к транспорту газу следующие (табл.12):

Таблица 12

13. Подготовка воды для заводнения нефтяных пластов требования, предъявляемые к воде, закачиваемой в пласт

Пластовые воды, отделяемые от нефти в процессе ее сбора и подготовки, сильно минерализованы, и по этой причине их нельзя сбрасывать в реки и водоемы, так как это приводит к гибели пресноводных. Поэтому пластовые воды закачивают в продуктивные или поглощающие пласты. Вместе с пластовыми закачивают и пресные воды, используемые в технологическом процессе при обессоливании нефти, а также ливневые воды, попадающие в промышленную канализационную систему. В целом все эти воды называются сточными. В общем объеме сточных вод на долю пластовых приходится 85--88%, на долю пресных -- 10--12% и на долю ливневых -- 2--3%. Использование нефтепромысловых сточных вод в системе поддержания пластового давления при водонапорном режиме разработки месторождений -- это важное техническое и природоохранное мероприятия в процессе добычи нефти, позволяющее осуществлять замкнутый цикл оборотного водоснабжения по схеме: нагнетательная скважина -- пласт -- добывающая скважина -- система сбора и подготовки нефти и газа с блоком водоподготовки -- система ППД.

Нефтепромысловые сточные воды представляют собой разбавленные дисперсные системы плотностью 1040--1180 кг/м3, дисперсионные среды которых -- высокоминерализованные рассолы хлор-кальциевого типа (хлорид натрия, хлорид кальция). Дисперсные фазы сточных вод -- капельки нефти и твердые взвеси. При извлечении из недр продукции скважин пластовая вода, находящаяся в эмульгированном состоянии, практически не содержит каких-либо загрязнений: примеси не превышают 10--20 мг/л, но после расслоения эмульсии на нефть и воду содержание диспергированных частиц в отделяемой воде сильно растет: нефти -- до 4--5 г/л, механических примесей -- до 0,2 г/л. Объясняется это тем, что в результате снижения межфазного натяжения на границе нефть--вода вследствие введения в систему реагента-деэмульгатора и турбулизации расслоенного потока интенсифицируется диспергирование нефти в воде, а также отмыв и пептизация различных шламовых отложений (продуктов коррозии, глинистых частиц) с внутренней поверхности трубопроводов. Кроме того, в аппаратах-водоотделителях накапливается промежуточный слой, состоящий из капель воды с неразрушенными бронирующими оболочками, агломератов твердых частиц, механических примесей, асфальтосмолистых веществ и высокоплавких парафинов, микрокристаллов солей и других загрязнителей. По мере накопления часть промежуточного слоя сбрасывается с водой, и значительное количество загрязняющих примесей переходит в водную среду. В результате смешения вод различного химического состава происходит нарушение сульфатного равновесия, что тоже приводит к увеличению твердого осадка.

Сточные воды содержат растворенные газы: кислород, сероводород, углекислый газ, которые интенсифицируют их коррозионную активность, что приводит к быстрому износу нефтепромыслового оборудования и трубопроводов и, следовательно, ко вторичному загрязнению сточных вод продуктами коррозии. В сточных водах содержится закисное железо -- до 0,2 г/л, окисление которого приводит к образованию осадка и углекислого газа.

Нефтепромысловые сточные воды могут быть заражены сульфато-восстанавливающими бактериями, поступающими с ливневыми водами, способствующими выпадению осадков карбоната кальция и сульфида железа.

Наличие в сточной воде капелек нефти и механических примесей приводит к резкому снижению приемистости продуктивных и поглощающих пластов. Поэтому перед закачкой сточных вод в продуктивные или поглощающие пласты требуется их очистка. Нормы качества сточной воды, закачиваемой в продуктивные пласты, приведены в табл.13.

Таблица 13 - Нормы качества сточной воды для закачки в продуктивные пласты

14. Технологические схемы установок по подготовке сточных вод для заводнения нефтяных пластов

Установки по подготовке сточных вод для заводнения нефтяных пластов подразделяются на открытые и закрытые. Сточные воды I в установке по подготовке сточных вод открытого типа (рис.46), поступающие с установки подготовки нефти, направляются в песколовку 1, где осаждаются крупные механические примеси. Из песколовки сточная вода самотеком поступает в нефтеловушку 3, которая служит для отделения от воды основной массы нефти и механических примесей II. Принцип действия ее основан на гравитационном разделении при малой скорости движения сточной воды (менее 0,03 м/с). При такой скорости движения сточной воды капли нефти диаметром более 0,5 мм успевают всплыть на поверхность. Скопившуюся в ловушке нефть III отводят по нефтесборной трубе и насосом 2 подают на установку подготовки нефти на повторную обработку. После нефтеловушки сточные воды для доочистки от нефти и механических примесей поступает в пруды-отстойники 4, где продолжительность отстаивания может быть от нескольких часов до двух суток. Иногда для ускорения процесса осаждения твердых взвешенных частиц или нейтрализации сточных вод перед прудами-отстойниками к воде добавляют химические вещества: известь, сернокислый алюминий, аммиак и др. После прудов-отстойников содержание нефти в сточной воде составляет 30--40 мг/л, а механических примесей -- 20-- 30 мг/л. Такая глубина подготовки сточной воды IV обычно достаточна для закачки ее в поглощающие пласты и в этом случае вода через камеры 5 и 6 поступает на прием насосов 7, осуществляющих закачку ее в поглощающие скважины.

Закачка воды в нагнетательные скважины требует более глубокой ее очистки. В этом случае сточная вода из камеры 6 насосом 8 направляется в попеременно работающие фильтры 9 и 10. В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок (фракция 0,5--1,5 мм), антрацитовую крошку, керамзитовый песок, графит и др. Сточная вода, поступающая в фильтр, должна содержать нефти не более 40 мг/л и механических примесей не более 50 мг/л. Остаточное содержание нефти и механических примесей после фильтра составляет 2--10 мг/л. Из фильтра очищенная вода V поступает в емкость 11, откуда насосом высокого давления 14 закачивается в нагнетательную скважину.