Нефть Удмуртии

2.4 Способы обезвоживания и обессоливания нефти

 

 

          Для  правильного выбора метода разрушения  нефтяных эмульсий важно значение  их основных физико-химических  свойств.

        Дисперсность  эмульсии – это степень раздробленности  дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсность – основная характеристика эмульсии, определяющая их свойства. Размеры капелек дисперсной фазы в нефтяных эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм (10-5 – 10-2 см).

        Вязкость эмульсии  зависит от вязкости самой  нефти, температуры, при которой получается эмульсия, количества воды, содержащейся в нефти, степени дисперсности, присутствия механических примесей. Вязкость нефтяных эмульсий не обладает аддитивным свойством, т.е вязкость эмульсии не равна сумме вязкости нефти и воды.

        С увеличением  обводненности до определенного  значения вязкость эмульсии возрастает  и достигает максимума при  критической обводненности, характерной  для данного месторождения. При  дальнейшем увеличении обводненности  вязкость эмульсии резко уменьшается. Критическое значение коэффициента обводнения называется точкой инверсии, при которой происходит обращение фаз, т.е эмульсия типа « вода в нефти» превращается в эмульсию « нефть в воде». Значение точки инверсии для разных месторождений колеблется от 0,5 до 0,95.

        Плотность  эмульсии можно рассчитать, если  известны плотность нефти и  воды и их содержание в эмульсии, по следующей формуле:

рэ= pн (1 – W) + pв,

где pн - плотность нефти, кг/м3; pв – плотность воды, кг/м3; W – содержание воды в объемных долях.

        Электрические  свойства эмульсий. Нефть и вода  в чистом виде – хорошие  диэлектрики. Электропроводность нефти  колеблется от 

 

- 12 -

0,5*10-6 до 0,5*10-7 Ом*м-1, пластовой воды – от 10-1 до 10 Ом*м-1. даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводность ее увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обуславливается не только количеством содержащейся воды и степенью ее дисперсности, но и ее количеством растворенных в этой воде солей и кислот.

        В нефтяных  эмульсиях, помещенных в электрическом  поле, капельки воды располагаются  вдоль его силовых линий , что приводит к резкому увеличению электропроводности этих эмульсий. Это объясняется тем, что капельки чистой воды имеют приблизительно в 40 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем капельки нефти (е = 2).

        Свойство капелек  воды располагаться в эмульсиях  вдоль силовых линий электрического  поля, и послужило основной причиной  использования этого метода для  разрушения нефтяных эмульсий.

        Устойчивость  нефтяных эмульсий и их старение. Самым важным показателем нефтяных  эмульсий является их устойчивость (стабильность), т.е способность в  течение определенного времени  не разрушаться и не разделяться  на нефть и воду.

        На устойчивость  нефтяных эмульсий большое влияние  оказывают дисперсность системы; физико-химические свойства эмульсии, образующих на поверхности раздела  фаз адсорбционные защитные оболочки; температура смешивающихся жидкостей.

        Существуют  следующие основные методы разрушения нефтяных эмульсий: гравитационный отстой, центрифугирование, фильтрация, термохимический метод и деэмульсация нефти с применением электрических полей.

        Гравитационный  отстой происходит за счет  разности плотностей пластовой воды (1050 – 1200 кг/м3 ) и нефти (790 – 960 кг/м3 ) в отстойниках

 

- 13 -

или резервуарах. Гравитационный отстой может осуществляться без нагрева эмульсии, когда нефть и вода не подвергаются сильному перемешиванию, в нефти практически отсутствуют эмульгаторы (особенно асфальтены) и обводненность нефти достаточно велика ( 50 – 60%). Гравитационный отстой в чистом виде ( т.е без нагрева и применения деэмульгаторов) применяется очень редко.

        Этот способ  обычно предшествует окончательной  обработке нефти. Если в эмульсию ввести большое количество воды, при одновременном перемешивании, то происходит диспергирование нефти в воде, т.е обращение фаз, и при создании определенных условий – немедленное расслаивание нефти и воды. Капли воды, сливаясь, оседают. Вымывание капель в воде происходит тем быстрее, чем вязкость нефти больше вязкости воды. При этом сокращается время отстоя. Этим способом можно отделять основную массу пластиковой воды от нефти.

        При применении  описанного способа можно исключить совместное транспортирование большого количества балласта с нефтью и осуществить без значительных капиталовложений подачу ее на большие расстояния до центральных узлов подготовки нефти.

        Характерной  особенностью способа следует  считать почти полное исключение расхода теплоты на технологические нужды. Принципиальную схему проведения данного процесса можно представить в следующем виде. Нефтяная эмульсия из промежуточной емкости системы сбора нефти поступает на прием насосов, куда в необходимом количестве подаются также деэмульгатор и пластовая вода для осуществления обращения фаз. Обращенная эмульсия поступает в отстойники, в которых отстаивается основное количество пластовой воды. Отстоявшаяся нефть при обводненности 5 – 6 % под остаточным давлением отводится по трубопроводам для последующей обработки. Отстоявшаяся вода с реагентом,

 

- 14 -

необходимые для обращения фаз эмульсии, вновь поступает на смешение со

свежей эмульсией, избыток пластовой воды из отстойника сбрасывается в канализационные коллекторы для последующей очистки и закачки в поглощающие или продуктивные горизонты.

        Для деэмульсации  используются также центрифугирование. Сущность этого способа заключается  в следующем. Нефтяная эмульсия  подается в центрифугу, в которой  размещается быстро вращающийся аппарат, придающий ей определенное направление движения. Благодаря центробежной силе капли воды, как более тяжелые, приобретают большую скорость и стремятся выйти из связанного состояния, концентрируясь и укрупняясь вдоль стенок аппарата и стекая вниз. Обезвоженная нефть и вода отводятся по самостоятельным трубам.

        Этот метод  пока не нашел промышленного  применения. К настоящему времени  разработаны опытные образцы  гидроциклонных аппаратов.

        Фильтрация. В  практике эксплуатация нефтяных месторождений при движении в промысловых коллекторах наблюдается расслаивание нефтяных эмульсий при большой обводненности нефти, а иногда и при малой, если эмульсия нестойкая. При этом нередко даже укрупнившиеся капли воды находятся во взвешенном состоянии, что характерно для эмульсий с незначительной разностью плотностей. Для деэмульсации таких нефтей иногда пользуются способом фильтрации, основанным на явлении селективного смачивания. Фильтрующее вещество должно отвечать следующим основным требованием.

        Иметь плотность  и упругость, достаточные для  того, чтобы глобулы воды при  прохождении растягивались и  разрушались.

        Обладать хорошей смачиваемостью, благодаря чему осуществляется сцепление молекул фильтрующего вещества и воды, что обусловливает изменение относительной скорости движения эмульсии и, как следствие,

 

- 15 -

разрыв оболочки глобул воды.

        Фильтрующие  вещества должны иметь противоположный  по знаку заряд, чем у глобул  воды. Тогда при прохождении эмульсии  через фильтр происходит снятие заряда с глобул воды, чем устраняется отталкивающая сила между ними. Укрупнившиеся капли воды стекают вниз, а нефть, свободно пройдя фильтр, выводится с установки. В качестве фильтрующих веществ используются такие материалы, как гравий, битое стекло, древесные и металлические стружки, стекловата и т.д. особенно успешно применяется стекловата, обладающая хорошей смачиваемостью водой и несмачиваемостью нефтью, большой устойчивостью и долговечностью.

        Принципиальная схема установки ( или ступени) с фильтрационной деэмульсацией представляется следующим образом. Подогретая до 70 – 800С эмульсия прокачивается через фильтры. При прохождении эмульсии через фильтры отделившиеся капли воды укрупняются и стекают вниз, откуда сбрасываются в канализацию. Нефть из верхней части колонны либо последовательно подается еще в одну колонну (если это требуется по условиям деэмульсации), либо через группу сырьевых теплообменников отводится с установки в емкость, либо поступает на обессоливание.

        Деэмульсация фильтрацией не получила широкого распространения и применяется очень редко вследствие громоздкости оборудования, малой производительности и необходимости частой смены фильтров.

        Термохимическое обезвоживание и обессоливание. Процессы обезвоживания и обессоливания технологически идентичны и сводятся к разрушению глобул водонефтяной эмульсии и созданию благоприятных условий для их слияния и последующего отстоя. Практика показала, что все существующие методы подготовки нефти без применения теплоты и деэмульгаторов малоэффективны, а иногда практически неосуществимы. На промыслах распространено разрушение эмульсий термохимическими

 

- 16 -

способами. Такое широкое распространение эти способы получили благодаря

присущим им таким преимуществам, как возможность менять деэмульгаторы без замены оборудования и аппаратуры, предельная простота способа, нечувствительность режима к любым колебаниям содержания воды.

Наряду с указанными достоинствами термохимический способ имеет и ряд существенных недостатков, к числу которых следует отнести большие затраты на деэмульгаторы, чрезмерно большие потери легких фракций нефти от испарения при отстаивании подогретой эмульсии в обычных негерметизированных резервуарах, повышенный расход теплоты, обусловленный большими потерями его в окружающую среду.

        Термохимические  установки, работающие под атмосферным  давлением, следует признать самыми  простыми в нефтедобывающей промышленности.

Собранная на промысле и освобожденная от газа нефтяная эмульсия по сборным коллекторам поступает в приемные (сырьевые) резервуары, откуда насосами подается через подогреватели в отстойные резервуары. Перед поступлением на подогреватели в эмульсию вводится деэмульгатор, а иногда и рециркулируемая отстойная вода. Деэмульгатор подается дозировочным насосом, допускающим регулирование и обеспечивающим равномерное  поступление его в нефть. Дозирование и учет деэмульгатора осуществляется при помощи мерников, однако в последнее время мерники  все чаще заменяют приборами  автоматического регулирования расхода.

На термохимических установках для подогрева нефтяной эмульсии применяют различные подогреватели, в частности трубчатые подогреватели с плавающей головкой, подогреватели типа «труба в трубе». Иногда нефть подогревают непосредственным смешиванием с паром. Такой способ подогрева можно рекомендовать для сильно обводненных нефтей. В последнее время все более успешно применяется огневой подогрев эмульсии в  трубчатых печах. Нагретая и обработанная деэмульгатором эмульсия

 

- 17 -

отстаивается в обычных вертикальных резервуарах, предназначенных для хранения нефти. Предельно допускаемое давление в этих резервуарах 2000 Па. Отстой нефти в резервуарах можно осуществлять по трем схемам.

   1.С периодическим отключением  отдельных резервуаров на отстой по мере их заполнения. Продолжительность цикла (заполнение, отстой, дренаж и откачка деэмульгированной нефти) определяется временем для отстоя, емкостью резервуаров, их числом, количеством нефти. Обычно период отстоя колеблется в пределах от нескольких часов до нескольких суток.

   2. С полунепрерывным отстоем  обработанной эмульсии. Последняя  поступает в нижнюю часть резервуара, в котором поддерживается слой  горячей воды ( так называемая  водяная подушка). Нефть, пройдя через  слой воды, собирается в верхней части резервуара для окончательного отстоя. Высота слоя воды в первом резервуаре меняется в связи с интенсивностью отделения основной части воды из поступающей эмульсии. Поэтому вода периодически (автоматически или вручную) спускается в канализацию. Опыты показали, что высота слоя воды должна составлять 40-60% от общей высоты жидкости в резервуаре. При промывке эмульсии через слой горячей воды эффективнее используется деэмульгатор, поэтому на установках с такой схемой работы расход деэмульгатора несколько снижается.

   3. С непрерывным отстоем  в группе резервуаров с автоматическим  сбросом отстаивающей воды в  канализацию. В резервуарах необходимо  поддерживать уровень раздела  нефти и воды.

При сильной обводненности для более полного использования неотработанного деэмульгатора иногда целесообразно проводить деэмульсацию в две ступени с предварительной обработкой нефти горячей водой, сбрасываемой из отстойных резервуаров.

Очень часто схемы сбора нефти на промыслах предусматривают сооружение промежуточных сборных пунктов, в резервуарах или емкостях которых из

 

- 18 -

поступающей эмульсии при ее высокой обводненности осуществляется частичное отделение свободной воды. На промежуточных сборных пунктах можно сбрасывать до 70% добытой вместе с нефтью воды. Вся отделившаяся в ходе деэмульсации вода вместе с увлеченными ею включениями неразложившейся эмульсии поступает на очистные сооружения.