Разработка нефтедобывающей отрасли

Один из вариантов принципиальной схемы обезвоживания, не предусматривающий  никаких операций с нефтью в промысловых  резервуарах, представлен на рис.4 д. В этих случаях при использовании  гидродинамических средств интенсификации коалесценции капель и расслоения потока производительность отстойной аппаратуры может приниматься не менее 3 млн. т/год (на отстойник объёмом 200 м³), а температура нагрева в большинстве случаев не выше 40 °C.  Нагревательная печь и отстойник встраиваются в технологическую схему сбора и транспортирования нефти, а установка подготовки нефти как самостоятельный объект исключается, что позволяет сэкономить средства.

 

6. Обессоливание нефти.

          

1.6.1 Технологические предпосылки  процесса обессоливания.

Под обессоливанием понимают комплекс технологических мероприятий с применением пресной промывочной воды, направленных на снижение содержания хлористых солей в нефти перед её переработкой до экономически приемлемого минимума. Необходимость обессоливания связана с тем, что извлекаемая вместе с нефтью из недр пластовая вода, обычно присутствующая в ней в виде эмульсии, представляет собой раствор смеси хлоридов натрия, магния и кальция и других элементов различной концентрации, вредно влияющих на последующие процессы переработки нефти [2].

В табл.2 приведены данные о минерализации  пластовых вод из ряда месторождений. Из таблицы видно, что наряду с  хлоридами в пластовой воде различных  месторождений содержатся в значительных количествах сульфаты и карбонаты. Оптимальная глубина обессоливания  определяется уровнем затрат на эти процессы, их эффективностью, состоянием технических средств и другими факторами.

Длительное время предельно  допустимое содержание хлоридов в нефти, подвергавшейся переработке, принималось  равным 40 мг/л.

В настоящее время во многих нефтедобывающих районах мира на НПЗ содержание солей в нефти снижают до 2 – 5 мг/л и менее, а также разрабатывается и внедряется технология обессоливания нефти до 2 – 3 и даже до 1 мг/л.

В процессе обессоливания из нефти  удаляют не только соли и воду, но и механические примеси, окись железа, сульфид железа и значительное количество соединений мышьяка, отравляющих платиновые катализаторы при риформинге, металлоорганические соединения ванадия и других металлов, снижающих качество нефтепродуктов.

Повышенное содержание балласта в  перерабатываемой нефти в значительной мере осложняет эксплуатацию оборудования. При значительном содержании солей  снижается производительность заводских  установок, уменьшается продолжительность  межремонтных пробегов, возрастает время простоев, усиливается коррозия дорогостоящего оборудования, увеличиваются затраты труда на ремонт и чистку аппаратов. Осложнения на заводах при значительном содержании солей и воды в нефти возникают уже с момента её поступления в резервуары товарно-сырьевых баз. При хранении нефти на дне резервуаров накапливаются осадки, уменьшающие их полезную ёмкость и ухудшающие режим работы установок при переключении резервуаров из-за резкого увеличения в этот момент содержания солей и воды в поступающей на установки нефти. Эти недостатки при хорошо налаженной дренажной системе могут быть устранены.

Значительные осложнения возникают  из-за кристаллизации солей на поверхности  заводской аппаратуры, в первую очередь  теплообменников, в связи с чем  уменьшается температура нагрева нефти на входе в колонну и снижается её производительность. Кроме того, соли катализируют образование кокса, что в свою очередь ухудшает теплопередачу, вызывает местные перегревы и усиливает коррозию аппаратуры, приводит к прогоранию труб. Косвенным результатом этих явлений является уменьшение производства конечных продуктов.

При повышенном содержании солей в  нефти ухудшается качество остаточных продуктов переработки: снижается  растворимость и растяжимость битумов, увеличивается зольность котельного топлива. Присутствие солей в газотурбинном топливе приводит к ускоренному разрушению лопаток турбин. Из нефти с высоким содержанием солей невозможно получить кокс высокой степени чистоты.

При высоких температурах в присутствии  воды происходит интенсивный гидролиз хлоридов с образованием хлористого водорода и соляной кислоты, что интенсифицирует коррозионные процессы

 

MgCl₂ + H₂O = MgOHCl +HCl

MgCl₂ +2H₂O = Mg(OH)₂ +2HCl

Хлористый водород  легче всего образуется из хлористого магния, затем кальция и, наконец, натрия. С уменьшением содержания хлоридов в нефти количество образующегося хлористого водорода уменьшается, но полнота разложения хлоридов с образованием хлористого водорода увеличивается. Зависимость степени превращения и абсолютного количества образовавшейся соляной кислоты от содержания солей в нефти представлена на рис.5.

Скорость гидролиза и его  глубина с повышением температуры  увеличиваются. При температуре 340 – 350 °C гидролизуется до 90 % содержащегося  в воде хлористого магния. При  контакте сернистых соединений (меркаптаны, сероводород) с соляной кислотой протекают окислительно-восстановительные реакции – взаимодействие соляной кислоты с железом с образованием хлорида железа, который в свою очередь реагирует с сероводородом. При этом получается сульфид железа, что обусловливает появление дополнительного количества соляной кислоты. Особенно подвержены коррозии под действием соляной кислоты узлы и аппаратура, в которых присутствуют вода или водяные пары: конденсаторы, теплообменники, верхние тарелки ректификационных колонн, трубопроводы, сборники дистиллята и т.д.

Рис.5. Количество хлоридов, переходящих  в HCl (1) и количество обра-

зующейся соляной кислоты (2) при  переработке нефти, содержащей хло-

ристые соли.

 

 

Значительные  осложнения могут вызвать повышенное содержание в нефтях сульфатов и карбонатов. Растворимость сульфата кальция снижается при температуре выше 38 °C, что приводит к образованию сульфатных отложений в условиях, исключающих возможность испарения воды. При обессоливании нефти основные показатели работы НПЗ улучшаются. Соответствующие данные для большой группы зарубежных НПЗ представлены в таблице 3.

Так как необходимость в обессоливании  нефти вызвана потребностями  нефтепереработки и связана с  необходимостью защиты от коррозии именно заводского оборудования, а также диктуется рядом технологических условий и повышенными требованиями к качеству нефтепродуктов, в мировой практике нефти НПЗ всегда рассматривается как единственный промышленный объект, на котором процесс технологически необходим.

 

Таблица 3.

 

Показатели	До  обессоливания	После обессоливания	Улучшение показателей, число раз
Содержание солей, мг/л Продолжительность работы без ремонта, сут.:         атмосферной колонны          крекинг-установки         теплообменников Производительность, м3сут Коэффициент использования  рабочего времени, % Коррозия, % Расход аммиака, мг/л Температура, °C:          в печи  атмосферной ступени          в печи  установки крекинга	359   50 38 26 1610   84,3 100 23   317 417	23   152 90 216 1940   92,3 75 6   327 480	15,6   3,03 2,36 8,3 1,2   1,1 1,33 3,83   1,04 1,02

 

 

Исключение составляют случаи, когда  обессоливание нефти достигается  автоматически на месторождениях в  процессе глубокого обезвоживания  без применения пресной промывочной  воды. Однако, это оказывается возможно лишь при низкой минерализации пластовых вод. Содержание солей в нефти при этом составляет от 5 до 100 мг/л, остаточное содержание пластовой воды – не более 0,1 – 0,2 %.

При более высокой концентрации солей в пластовой воде требуется применение дополнительных ступеней обработки, увеличение температуры нагрева, организация подачи пресной воды (строительство водоводов), последующей её очистки и утилизации (строительство очистных сооружений), более квалифицированное обслуживание и другие мероприятия, связанные с дополнительными капиталовложениями и повышением эксплуатационных расходов, значительно превышающих затраты на транспортирование небольшого количества балласта до НПЗ и обессоливание нефти в заводских условиях.

Поэтому технология обессоливания разрабатывалась и совершенствовалась в течение длительного времени, в основном, для условий НПЗ. При этом учитывались и другие факторы. В частности, обессоливание нефти – более сложный технологический процесс, чем обезвоживание, и требуется применение более дорогостоящих аппаратов, поддержание напряжённого технологического режима (температура, время обработки и т.д.) и квалифицированное обслуживание.

 

   

         D С, мг/л 

 

        250

         

             

          150

         

                                                                       Рис.6. Содержание солей в нефти (D С) при

            50                                                       остаточном содержании пластовой воды 0,1 %

                                                                       различной минерализации (С).

               0    100   200   С, г/л

 

Обеспечить квалифицированное  обслуживание установок на заводах  значительно проще, чем в полевых  условиях на промыслах. Поскольку на НПЗ нефть поступает из различных нефтедобывающих районов, заводы должны быть обязательно защищены встроенными обессоливающими блоками или установками. Период эксплуатации намного превышает время разработки отдельных месторождений, естественное падение добычи нефти на которых создаёт проблему неэффективного использования оборудования, что исключено в заводских условиях.

В связи с тем, что исключить  обессоливающие установки и схемы  завода в принципе невозможно, их строительство  на месторождениях промышленных объектов одного и того же назначения в двух смежных отраслях (одновременно и на промыслах НПЗ). Это становится особенно наглядным, если учесть, что современная технология подготовки нефти позволяет осуществить глубокое её обессоливание на НПЗ (до 2 - 5 мг/л) при любом количестве солей, содержащихся в поступающей нефти.

За рубежом в связи с отсутствием  крупных нефтяных месторождений  и разработкой отдельных участков большим числом владельцев, обезвоживание  нефти осуществляется с помощью  блочных деэмульсаторов небольшой мощности в непосредственной близости от скважин. Это позволяет обрабатывать свежеобразованные эмульсии и исключить возможность образования прочных бронирующих оболочек на глобулах пластовой воды. Дальнейшее самопроизвольное разрушение эмульсии в трубопроводах под воздействием деэмульгаторов в процессе её транспортирования создаёт необходимые условия для глубокого её обессоливания на НПЗ. Кроме того, при поставках исключается возможность смешения в трубопроводах обезвоженной и не обезвоженной нефти.

Обессоливание нефти на месторождениях нецелесообразно по многим причинам. В частности, если ограничить подготовку нефти на месторождениях глубоким обезвоживанием, можно снизить энергетические затраты  на нагрев эмульсии и осуществлять процесс при более низкой температуре. Так, например, обезвоживание нефти на месторождениях Татарстана возможно при 20 – 25 °C, а для обессоливания нефти температура должна быть повышена до 40 – 65 °C. В других районах страны обессоливание осуществляется при ещё более высокой температуре (60 – 80 °C). Кроме того, необходимость нагрева нефти до высокой температуры при её переработке на НПЗ и утилизация тепла от полученных нефтепродуктов позволяют снизить затраты с целью обессоливания нефти практически до нуля.

Следовательно, обессоливание нефти на месторождениях приводит к неоправданным затратам на нагрев, в частности, к сжиганию в печах того же газа, добыча которого является целью разработки месторождения.

Снижение температуры нагрева  эмульсии в промысловых условиях позволяет увеличить длительность эксплуатации технологического оборудования, отказаться от применения дорогостоящей теплообменной аппаратуры, уменьшить потери лёгких фракций и размеры технологических площадок, что в свою очередь уменьшает потребность в отчуждаемых землях и улучшает условия охраны природы.

Довольно серьёзные проблемы при  обессоливании нефти на месторождениях возникают в связи с необходимостью строительства водоводов пресной  промывочной воды, её нагрева и  последующей очистки. Если работа НПЗ невозможна без использования в различных технологических процессах огромного количества пресной воды, то на месторождениях, при условии включения обезвоживания нефти в общий комплекс промысловых работ, необходимость в потреблении пресной воды на этой ступени отпадает. Использование пресной воды для заводнения, казалось бы, исключает эту проблему. В самом  деле, в этом случае для обессоливания может быть использована вода, предназначенная для закачки в пласт. Но хотя это действительно так, остаётся ещё проблема очистки воды, использованной для обессоливания, необходимость строительства и эксплуатации очистных сооружений и т.д.

С другой стороны, при обессоливании  нефти на НПЗ в качестве промывочной  применяют горячую технологическую  воду, которая, участвуя в процессе обессоливания, автоматически очищается от содержащихся в ней нефтепродуктов. Следовательно, обессоливание нефти на НПЗ позволяет избежать затрат на очистку промывочной воды. Обессоливание даже только части нефти на месторождениях создаёт проблему транспортирования двух её сортов, усложняя промысловое и транспортное хозяйство. При этом возникает необходимость в автономных товарных парках, значительно усложняются учёт и маневрирование производственными мощностями.

Таким образом, обессоливание нефти на НПЗ позволяет: избежать непроизводительных затрат, связанных с возможностью исключения проблемы неэффективного использования оборудования в связи с падением добычи нефти на месторождении, снизить энергетические затраты, уменьшить размеры технологических площадок, снизить потери лёгких фракций, повысить срок службы печей и другого технологического оборудования, улучшить условия охраны окружающей среды.

  Единственной проблемой, заслуживающей серьёзного внимания при рассмотрении вопросов о месте обессоливания нефти -–на заводах или месторождениях – является проблема охраны окружающей среды в связи с трудностями утилизации на НПЗ стоков солёных вод. Решение её достигается мероприятиями, направленными на глубокое обессоливание нефти на месторождениях (до 0,2 – 0,3 %) и разработкой эффективных методов утилизации минеральных солей на НПЗ. Лучшим решением проблемы было бы строительство НПЗ в районах добычи нефти, особенно таких, территория которых пересекается магистральными трубопроводами, транспортирующими нефть из других районов.