Осложнения в нефтедобыче
..pdfкогда распределение числа частиц по высоте слоя перестает менять ся, концентрация частиц вблизи верхней границы равна [56]:
„ _ |
"Н* е___ |
,_ |
°(ехр(Ре)- 1 )’
где «н — начальная концентрация частиц; Ре — число Пекле, равное HV/D;
Н — высота нефтяного слоя (включая промежуточный слой). Из экспоненциальной зависимости (1.2) следует, что если чис ло Пекле не слишком большое, то даже в верхней части нефтяного
слоя концентрация частиц будет отличной от нуля. В промежу точном сдое устойчивость концентрированных эмульсий обу словливается структурно-механическими свойствами бронирую щего слоя, которые в динамических условиях становятся более прочными (на два-три порядка). Это происходит за счет образо вания над мономолекулярным адсорбционным слоем коагуляци онной структуры, состоящей из ультрамикроэмульсии, глобулы дисперсной фазы которой также стабилизированы адсорбцион ными слоями. Вследствие малых размеров глобул такая структура обладает кинетической устойчивостью и повышенной упругостью.
1.3.2. Разрушение и предотвращение образования промежуточных слоев
Все известные технологические решения проблемы существо вания промежуточного слоя можно условно разделить на две группы: для предотвращения образования слоев и для разруше ния уже образовавшихся слоев.
К первой группе можно отнести:
а) применение специально подобранных химических реаген тов и рациональное их использование на всем этапе от скважины до установки подготовки нефти (УПН);
б) использование для подготовки нефти емкостного оборудо вания специальной конструкции;
в) технологии, направленные на предотвращение образова ния избыточного содержания сульфида железа как основного ста
билизатора эмульсии.
Ко второй группе относят:
а) использование химических реагентов — деэмульгаторов с повышенным удельным расходом [57, 58];
б) увеличение температуры процессов деэмульсации; в) применение промывочной пресной или соленой воды [2]; г) обработку кислотами и щелочами [59].
Общеприняты следующие этапы обработки промежуточного слоя:
—вывод его в специально отведенное емкостное оборудова ние (резервуары, горизонтальные емкости, амбары);
—нагрев;
—обработка ударными дозами деэмульгатора и другими хи мическими реагентами;
—промывка пресной или пластовой водой;
—отстаивание;
—возврат обработанной нефтяной фазы небольшими порци
ями в голову процесса подготовки [60];
— центрифугирование, фильтрация на спецфильтрах, утилиза ция или переработка застарелой эмульсии — шлама из амбаров [61].
Технология подготовки нефти направлена в основном на сни жение стабилизирующего эффекта органических примесей. Этого можно достичь повышением температуры, увеличением расхода деэмульгатора, введением различных растворителей. В этом слу чае асфальто-смолистые и парафиновые вещества переходят в выделившуюся нефть, не ухудшая товарные качества последней
иодновременно улучшая качество сбрасываемой воды.
Сповышением температуры и вводом растворителей понижа ется вязкость эмульсии, что способствует созданию взвешенных частиц, однако процесс этот достаточно длительный.
Дисперсность взвешенных (механических) частиц достигает такой величины, что они не способны преодолеть сопротивление потока, возникающего в результате действия сил Стокса. При вы соком содержании механических примесей для достижения требу емого качества нефти необходимы низкие скорости движения эмульсии в существующем технологическом емкостном оборудо вании. При этом неорганические вещества переходят в водную
32
фазу в составе эмульгированных нефтяных капель. Наличие дан ных веществ в глобулах нефти, в свою очередь, существенно ухуд шает эффективность разделения прямой эмульсии в системе водо подготовки. Вода по содержанию механических примесей и неф тепродуктов не соответствует требованиям, необходимым для ее использования в системе поддержания пластового давления.
Введение дополнительных порций деэмульгатора в эмульсии с повышенным содержанием механических примесей не дает же лаемого результата деэмульсации, так как неорганические приме си адсорбируют его на своей поверхности. Расход деэмульгатора при этом неоправданно завышается.
В последнее время наметились две тенденции в подготовке нефти из эмульсий, содержащих значительное количество механи ческих примесей. Первая включает способы разрушения проме жуточных слоев по индивидуальным технологическим схемам после вывода (периодического или непрерывного) их из отстой ных зон системы подготовки нефти. Известны технологические схемы ТатНИПИнефть и ИПТЭР, разработанные по данному принципу. Своевременный вывод промежуточного слоя позволя ет поддерживать стабильно высокий уровень качества подготов ки нефти и воды. Однако, при применении индивидуальной тех нологии, возникает проблема утилизации нефтешлама, который в виде взвешенных частиц сульфида железа и увлеченных ими тяжелых нефтяных остатков накапливается в шламонакопителях.
По второй предусматриваются методы воздействия на проме жуточный слой непосредственно в зонах его образования, в систе мах подготовки нефти. В данном случае используют растворите ли, содержащие компоненты, действующие как на органическую, так и на неорганическую части стабилизаторов эмульсии. В ос новном это могут быть органические растворители в смеси с кис лотами, щелочами, окислителями в различных композициях.
Так, было предложено обрабатывать промежуточный слой растворителем в количестве 20 % на объем слоя [62]. В состав ра створителя входят органические вещества, способные снизить вязкость эмульсии, а также соляная и уксусные кислоты, которые переводят часть механических примесей в водорастворимое состояние. Но при высоком расходе растворителя ввод кислот
2-1029 |
33 |
либо других сильнодействующих агентов в систему вызывает иц_ тенсивную коррозию оборудования блоков обезвоживания, обес соливания и особенно систем водоподготовки и поддержания пластового давления. К тому же такая технология не решает полностью проблему накопления и утилизации амбарных нефтешламов.
Известен способ разрушения промежуточного слоя путем введения последовательным чередованием водо- и маслораство римых деэмульгаторов [63]. При замене маслорастворимого деэмульгатора водорастворимым в результате эффективного раз рушения слоя резко возрастает количество взвешенных частиц, а также нефтепродуктов в дренажной воде.
Используются также следующие методы предотвращения образования и удаления промежуточного слоя [41].
1.При совместной подготовке нефтей угленосного и девон ского горизонтов предлагается обрабатывать одну из эмульсий реагентом без сброса ее водной фазы. Метод основан на измене нии условия смачивания водных фаз эмульсий. При этом глобулы одной из них разрушаются в массе водной фазы другой. Образую щийся сульфид железа является более гидрофильным и почти не смачивается нефтяной фазой, а следовательно, не образуется промежуточный слой.
2.С повышением pH водной фазы смеси выше 7-8 снижается
ееустойчивость и уменьшается расход реагента до допустимых величин, а также устраняется образование промежуточного слоя.
3.При понижении pH водной фазы смеси Турнейского гори зонта за счет ее подкисления устраняется образование сульфида железа, а следовательно, и промежуточного слоя. Все количество соединений железа, находящееся в воде девонского горизонта, остается в растворенном состоянии в водной фазе смеси. Однако в данном случае ухудшается качество сбрасываемой воды, такую воду можно использовать лишь после дополнительной очистки.
Использование композиций, приготовленных на основе кислоты, не нашло широкого применения из-за того, что их изго товление является очень трудоемким процессом. Кислотная осно ва способствует образованию дополнительного количества твердых взвесей.
Применение деэмульгаторов с большими дозировками для обработки стойких эмульсий ограничивается высокой стоимостью химических реагентов.
На пунктах подготовки нефти широкое применение находят различные отстойные аппараты в виде вертикальных резервуа ров, в которых процесс отстоя происходит в динамическом режи ме, т. е. при непрерывной подаче эмульсии в отстойник и непре рывном отводе разделенных нефти и воды. В процессе отстоя между слоями нефти и воды накапливается часть неразрушенной эмульсии, что служит причиной образования промежуточного эмульсионного слоя, который, в свою очередь, приводит к нару шению нормального технологического процесса отстоя.
На эффективность разрушения промежуточных слоев поло жительно влияют различные методы физического воздействия: слабая турбулизация, центрифугирование, воздействие ультра звуком, магнитная обработка.
Для предотвращения образования промежуточных слоев не обходимо контролировать количественные и качественные их па раметры, вести контроль за работой емкостного оборудования, периодически определяя поверхностное натяжение как нефтяной, так и водной фазы. Ниже приводится рекомендуемая принципи альная схема обследования установки подготовки нефти:
1.Отобрать пробы нефти из аппарата. Исследовать нефтяную фазу после центрифугирования на поверхностную активность, ко торая определяется для обнаружения наличия деэмульгаторов
впробе. По анализу результатов выбрать оптимальный режим и удельный расход подачи деэмульгатора.
2.Центрифугирование послойно отобранных проб нефтяной фазы. Анализ наличия, качества и размеров промежуточных слоев.
3.В случае обнаружения накопления промежуточных слоев
вотстойных аппаратах на основании проведенных анализов сле дует разработать технологию для их разрушения.
Для разрушения промежуточного слоя стойкой эмульсии
сминимальными затратами, повышения надежности непрерыв ного технологического процесса разделения эмульсии в отстойни ках (т. е. устранения одного из источников образования нефтяных шламов) предложен ряд способов.
Обработка промежуточного слоя путем подачи в него товар ной горячей нефти с деэмульгатором. Это мероприятие позволит улучшить процесс деэмульсации нефти за счет повышения темпе ратуры отстоя и лучшего контактирования деэмульгатора с обра батываемой эмульсией [64]. Деэмульгатор вместе с потоком то варной нефти, поднимаясь вверх, пронизывает весь нефтяной слой, что способствует более эффективному процессу обезвожи вания нефти. В этих условиях происходит максимальная регене рация тепла, наиболее высокая степень обезвоживания нефти, а также полное разрушение промежуточного эмульсионного слоя.
Разрушение промежуточных слоев методом орошения. Дан ный способ направлен на разрушение промежуточных слоев, накопленных, отобранных и перекачанных для обработки в спе циальную технологическую емкость [37]. Подготовку уловленной неразрушенной нефтяной эмульсии ведут по индивидуальной схе ме, по которой нефть нагревают до 70 °С и применяют пресную воду, подаваемую в технологическую емкость методом орошения, что позволяет производить отмывку нефтяной фазы.
Обработка нефтяной эмульсии переменным низкочастотным магнитным полем включает подачу эмульсии в резервуар, магнит ную обработку удаленного из резервуара промежуточного слоя и подачу обработанной продукции на вход резервуара. Этот спо соб позволяет эффективно обрабатывать всю эмульсию, находя щуюся в резервуаре, с наименьшими затратами [65].
В зависимости от скорости образования промежуточного эмульсионного слоя, технологических параметров электромаг нитных аппаратов процесс обработки эмульсии может быть орга низован непрерывно или периодически.
Предлагаемый способ был реализован в нефтесборном парке НСП-1 "Сергеевка" НГДУ "Уфанефть" (рис. 1.1). Поток нефти Турнейского яруса (направления Волково и ГТУ-6), смешанный с уловленной нефтью из резервуара водоподготовки № 6 и про дукцией из подземной емкости (промливневые стоки, загрязнен ная нефть, собранная после аварийных разливов и т. д.), обрабо танный деэмульгатором, подавали в печь (ПП-1,6) для нагрева и дальнейшего отстоя в резервуарах (РВС № 11 и 13). Работа уста новки была осложнена наличием промежуточных слоев в РВС
ГТУ-6
Рис. 1.1. Принципиальная технологическая схема подготовки нефти Турнейского потока в нефтесборном парке НСП-1 "Сергеевка" НГДУ "Уфанефть"
Высота промежуточного слоя,
Апрель |
Май |
|
Дни месяца |
Рис. 1.2. Высота промежуточного слоя (РВС № 11) (7), содержание солей (2) и воды (5) в товарной нефти с узла учета
№ 11 и 13, из-за чего срывался технологический режим отстоя. Выходящая из этих резервуаров продукция не соответствовала параметрам, предъявляемым к качеству.
После включения магнитной установки в технологическую схему процесса (12.04.2002) наблюдалось стабильное снижение высоты промежуточных слоев и практически полное их исчезно вение. Результаты анализа качества сдаваемой на узел учета нефти с рассматриваемой установки подготовки нефти показали ее соответствие практически экспортной кондиции по содержа нию остаточной воды и хлоридов (рис. 1.2).