Разработка технологии очистки нефтепромысловых вод с использованием коалесцирующих материалов

Буслаев, Евгений Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка технологии очистки нефтепромысловых вод с использованием коалесцирующих материалов
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии очистки нефтепромысловых вод с использованием коалесцирующих материалов"

005008487

На правах рукописи

БУСЛАЕВ ЕВГЕНИИ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОАЛЕСЦИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ^

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

1 9 Я Н В 2072

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бугульма- 2011

005008487

Работа выполнена в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти (ТатНИПИнсфть) ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина.

Научный доктор технических наук, профессор

руководитель: Сахабутдинов Рифхат Зиннурович

Официальные доктор технических наук

оппоненты: Кадыров Рамзис Рахимович

кандидат технических наук, доцент Захарова Елена Федоровна

Ведущая организация: Государственное унитарное

предприятие «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (г. Уфа)

Защита диссертации состоится 9 февраля 2012 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 222.018.01 в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти (ТатНИПИнефть) по адресу: 423236, Республика Татарстан, г. Бугульма, ул. М.Джалиля, д.32.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Татарского научно-исследовательского и проектного института нефти.

Автореферат разослан «23 » декабря 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Львова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Использование попутно добываемой пластовой воды для поддержания пластового давления при водонапорном режиме разработки нефтяных месторождений - это важное технологическое и природоохранное мероприятие в процессе добычи нефти. Эффективность заводнения продуктивных пластов нефтяных месторождений в значительной степени определяется качеством закачиваемых вод, то есть способностью их обеспечивать наиболее полное извлечение нефти и фильтроваться без значительного снижения проницаемости призабойной зоны скважин и пласта в целом. Наиболее распространенным методом очистки сточных вод является гравитационное отстаивание в резервуарах и горизонтальных буллитах, которой позволял в течение длительного времени получать требуемое качество подготовки промысловых сточных вод. Однако к настоящему времени в технологических процессах, связанных с добычей и транспортом продукции скважин, применяется значительное количество химических реагентов: органические и неорганические кислоты, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и полимерные композиции, органические растворители, соли металлов и другие вещества самых различных классов, которые стабилизируют водонефтяные эмульсии. Последствием массового использования химреагентов является поступление на установки подготовки нефти и воды устойчивых мелкодисперсных эмульсий.

Эффективная очистка воды методом отстаивания достигается, когда размеры частиц нефти в очищаемой воде не менее 30 - 40 мкм. Дисперсный анализ загрязнений в сточной воде, поступающей на очистные сооружения нефтяных промыслов ОАО «Татнефть», показал, что, в большинстве случаев, основную долю (от 55 до 82 % об.) составляют частицы с размером менее 10 мкм, скорость всплытия которых крайне низка, а вследствие конвективных токов различной природы процесс разделения практически не происходит. Поэтому в результате поступления на установки подготовки нефти устойчивых мелкодисперсных эмульсий очист-

ные сооружения, даже имея достаточное количество отстойного оборудования, работают неэффективно. Постоянный мониторинг работы нефтепромысловых очистных сооружений ОАО «Татнефть» при установках сброса воды и подготовки нефти показывает, что в настоящее время стоит проблема доведения качества сточных вод до нормативных требований.

Кроме этого, требование более глубокой очистки нефтепромысловых сточных вод диктуется необходимостью вовлечения в разработку низкопроницаемых пластов, сокращения числа ремонтных работ на нагнетательных скважинах, обеспечения закачки расчетных объемов воды при более низких темпах снижения приемистости и сокращения потерь добытой нефти.

Таким образом, в целях поддержания стабильно высокого качества закачиваемых вод и использования потенциала имеющегося отстойного оборудования требуется интенсификация процесса отстаивания, т.е. разработка новых и совершенствование известных технологических схем, аппаратов и процессов. Отсюда вытекает важность и актуальность рассматриваемой проблемы, связанной с созданием таких технологий и повышением тем самым эффективности разработки нефтяных месторождений.

Целью работы является разработка процессов и аппаратов с использованием интенсифицирующих процесс отстаивания коалесцирую-щих устройств.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:

1. Исследование и подбор эффективных коалесцирующих насадок и материалов для укрупнения капель нефти на их поверхности.

2. Исследование процесса коалесценции капель нефти для нефтепромысловых вод разных месторождений Татарстана.

3. Промысловые испытания пилотной модели и промышленного образца коалесцирующего устройства для очистки пластовых вод.

4. Разработка конструкции аппаратов с использованием коалесцирующих устройств.

5. Разработка технологических схем подготовки нефтепромысловых сточных вод с применением аппаратов, оснащенных коалесцирующими устройствами.

Решение поставленных задач проводилось с помощью теоретических, лабораторных исследований и промысловых испытаний. Для анализа использовалась информация НГДУ ОАО «Татнефть» и результаты, полученные при выполнении исследований в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ института «ТатНИПИнефть».

Научная новизна:

1. Экспериментально установлено, что кратность очистки от нефти попутной воды угленосных нефтяных горизонтов месторождений Татарстана в 1,2-1,4 раза ниже, чем девонских.

2. Установлена зависимость кратности очистки воды от ее плотности при использовании коалесцирующего материала. Так при снижении плотности воды с 1200 до 1050 кг/м3 кратность очистки при помощи пенополиуретана снижается в 1,7 раза.

3. Установлено, что при отмыве коалесцирующего материала углеводородным растворителем путем его дозирования в поток очищаемой воды эффективность очистки поверхности от загрязнений зависит от количества растворителя, поступившего на коалесцирующий материал, а влияние такого фактора как соотношение растворителя и воды не существенно.

Защищаемые положения:

1. Технология интенсификации процесса очистки сточных вод с использованием коалесцирующих устройств.

2. Коалесцирующие устройства для очистки нефтепромысловых сточных вод.

3. Результаты стендовых и опытно-промышленных испытаний очистки сточных вод с использованием коалесцирующих материалов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Показано, что коалесценция капель нефти на пористо-ячеистых полимерных материалах (например, пенополиуретан) протекает эффективнее по сравнению с гранулированными, поскольку характеризуются высокой удельной поверхностью и одновременно с ней высокой объемной долей по-рового пространства.

2. Разработана технология очистки сточных вод с использованием интенсифицирующих процесс отстаивания коалесцирующих устройств.

3. Разработаны три типоразмера коалесцирующих устройств для горизонтальных отстойников объемом 50,100 и 200 м3.

4. Определены технологические параметры очистки сточных вод с использованием коалесцирующих устройств. В ходе проведенных исследований по регенерации коалесцирующей насадки установлено, что наиболее эффективным является физико-химический метод.

5. На технические решения, разработанные при выполнении работы, подана заявка на предполагаемое изобретение.

По результатам исследований, представленным в диссертации, разработан руководящий документ РД 153-39.0-680-10 «Инструкция по применению технологии интенсификации процесса очистки сточных вод с использованием коалесцирующих устройств».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Молодежной научно-практической конференции ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, 2007 г.), технической ярмарке идей и предложений ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, 2007 г.), научно-технической конференции «Проблемы и новые перспективные направления повышения эффективности нефтедобычи, ППД и подготовки нефти» (п.Джалиль, 2007 г.), семинаре молодых специалистов ОАО «Татнефть» по секции «Добыча нефти, ППД, защита от коррозии и охрана окружающей среды» (п.Джалиль, 2008г.), II Молодежной конференции с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г.Оренбург, 2008г.), научно-технической конференции, посвященная 60-летию разработки Ромашкинского месторождения (г.Лениногорск, 2008 г), семинаре специалистов системы ППД

ОАО «Татнефть» на тему «Современные технологии системы ППД» (г.Бавлы, 2011 г.), семинаре главных инженеров и специалистов ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, 2011 г.), IV Международной конференции «Модернизация нефтегазовой отрасли-2011» (г.Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать работ, в т.ч. шесть статей, четыре из которых опубликованных в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, шесть тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, списка использованной литературы из 111 наименований и 3 приложений; содержит 122 страниц машинописного текста, 48 рисунков и 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность и цель работы, определены основные задачи исследований, охарактеризована новизна полученных результатов, приведены основные защищаемые положения и практическая ценность.

Первая глава посвящена выяснению причин формирования устойчивых водонефтяных эмульсий, а также анализу существующих технологий очистки сточных вод нефтяных промыслов.

Значительный вклад в развитие идей о необходимости улучшения качества закачиваемых в продуктивные пласты вод и разработку соответствующих технологий внесли Адельшин А.Б., Апельцин И.Э., Асханов А.Д., Байков У.М., Бриль Д.М., Дунюшкин И.И., Ли А.Д., Мархасин И.Л., Миронов Е.А., Минигазимов Н.С., Мифтахова Г.М., Назаров В.Д., Ниязов P.C., Перевалов В.Г., Позднышев Г.Н., Полинская P.E., Редькин И.И., Роев Г.А., Рулев H.H., Седлухо Ю.П., Смирнова В.И., Соколов А.Г., Сучков Б.М., Тронов A.B., Тронов В.П., Фаттахов Р.Б., Хисамутдинов Н.И., Ширеев А.И., Юфин В.А. и др.

Анализ современного состояния подготовки нефтепромысловых сточных вод показывает, что используемые в смежных технологиях при до-

быче, подготовке, транспортировании продукции скважин химические реагенты являются одной из основных причин изменения физико-химических свойств добываемых флюидов, в частности уменьшения размера дисперсной фазы эмульсии. В настоящее время на промыслах страны используются или прошли опытные испытания более 700 наименований химических веществ, значительная часть которых обладает поверхностно-активными свойствами и приводит к образованию стойких трудноразделяемых прямых, обратных и множественных эмульсий.

Из проведенного анализа видно, что в целом разработано большое количество эффективных технологий, средств и методов для подготовки промысловых вод. Широкое распространение получило динамическое отстаивание в блоке вертикальных резервуаров или горизонтальных буллитах. В течение длительного времени данная технология позволяла получать требуемое качество очистки сточных вод. Однако в условиях измененных свойств воды на поздней стадии разработки месторождений ее технологическая эффективность снижается.

Перспективным направлением, значительно интенсифицирующим процесс очистки воды методом отстаивания, является предварительное укрупнение эмульгированных капель нефти в коалесцирующих фильтрах (насадках). Анализ научно-технической и патентной информации показал, что коалесцирующие фильтры нашли широкое применение при очистке сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности, на судах морского флота для очистки нефтесодержащих льяльных вод, а также на заключительной стадии экстракционных процессов в химической промышленности и при обезвоживании топливных материалов на транспорте. Данный способ очистки отличается простотой конструкторского оформления и высокой эффективностью. Значительный вклад в изучение данных процессов, а также разработку аппаратов с коалесцирующими насадками внесли БашНИПИнефть, ВНИИСПТнефть (ныне ИПТЭР), Тат-НИИнефтемаш, КГАСУ, а также Гипровостокнефть.

Во второй главе приводятся результаты лабораторных исследований процесса очистки воды от нефти с использованием коалесцирующих материалов.

Литературный анализ показал, что определяющим фактором, влияющим на процесс коалесценции капель на межфазной поверхности, является смачиваемость материала загрузки. Результаты исследований свидетельствуют, что использование в качестве коалесцирующей загрузки материала, поверхность которого более гидрофобная, дает лучшую эффективность очистки, нежели гидрофильная той же фракции (рисунок 1). Так, кратность очистки от нефти, равная отношению концентраций ее в исходной й очищенной воде, через один час отстаивания в эксперименте с более гидрофобным материалом приблизительно на 20 % выше. Данная разница с увеличением расхода уменьшается. Следует отметить, что с увеличением скорости прохождения воды через загрузку эффект отделения нефти уменьшается (не зависимо от смачиваемости материала) и при определенном значении становится равным эффекту от статистического отстаивания.

Скорость прохговдения воды через коалесцирующую загрузку, м/ч

■ 1 - галька (угол смачивания поверхности 0=52°)

♦ 2 - галька гидрофобизированная (угол смачивания поверхности 6=117°) 3 - отстаивание без фильтрования в течение 1 часа

Рисунок 1 - Результаты исследований очистки воды с использованием коалесцирующих материалов с различной гидрофобностью поверхности

Таким образом, для получения высокого эффекта коалесценции нефтяных глобул необходимо применение материалов, обладающих хорошо выраженными гидрофобными свойствами.

Для подбора материалов с наилучшей коалесцирующей способностью были выбраны следующие: пористо-ячеистые (пенополиуретан (ППУ), вспененные металлы (пеноникель)) и гранулированные различных фракций (полиэтилен высокого давления (ПЭВД), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), силикагель, обработанный полиуретаном (СГ/ПУ)). Испытания образцов материалов проводились в промысловых условиях на реальной сточной воде с минерализацией солей 220,6 г/дм3 и концентрацией нефти 160 -200 г/дм3. Критерием оценки коалесценции было выбрано изменение дисперсного состава загрязнений, а также кратность очистки от нефти воды, прошедшей через насадку и отстоявшейся в течение двух часов при равных прочих условиях. Установлено, что из исследуемых материалов наилучшей коалесцирующей способностью обладают:

- ППУ с размером пор 1 - 3 мм;

- СГ/ПУ фракции 2 -3 мм;

Если исходная эмульсия содержала до 75 % (объемных) капель нефти с диаметром до 20 мкм с включением единичных капель диаметром от 20 до 40 мкм, то после пропускания воды через отмеченные выше материалы объемная доля частиц с размером до 20 мкм сократилась до 20-30 %, соответственно доля частиц с размером более 20 мкм составила от 70 до 80 %.

Кратность очистки от нефти воды, прошедшей через насадку и отстоявшейся в течение двух часов, для большинства коалесцирующих материалов составила от 2,5 до 5,5 раз (рисунок 2).

§ н

гЯ Го

" ь

о Е

¡Е

К ^

6 5 4-

з-21 -

1 , 2

5 6

1 - ППУ с размером пор от 1 до 3 мм;

2 - СГ/ПУ фракции от 2 до 3 мм;

3 - вспененный никель с размером пор

от 0,5 до 2 мм;

4 - СГ/ПУ фракции от 4 до 6 мм;

5 - ПС фракции от 3 до 4 мм;

6 - ПП фракции от 4 до 5 мм;

7 - ПЭВД фракции от 3 до 5 мм;

8 - ПЭВД фракции от 5 до 6 мм;

9 - контрольный эксперимент

Рисунок 2 - Сравнительная эффективность очистки воды для различных коалесцирующих материалов

При оценке коалесцирующей способности материала большое значение имеет размер гранул загрузки (размер пор для пористо-ячеистой структуры), который обуславливает такой важный параметр как удельная поверхность и существенно влияет на гидродинамику процесса. Поэтому высокая кратность очистки, наблюдаемая в эксперименте с пенополиуретаном, отличительная от других материалов, объясняется следующими причинами:

- высокая удельная поверхность (до 2400 м2/м3) по сравнению с другими материалами (например, у ПЭ фракцией 3 - 5 мм удельная площадь поверхности составляет около 750 м2/м3), что увеличивает вероятность контакта капель нефти с поверхностью;

- высокое значение пористости материала, обусловленное своей пористо-ячеистой структурой, благодаря чему снижается скорость движения жидкости внутри загрузки (примерно в 2 раза по сравнению с гранулами фракции 3-5 мм), что увеличивает время нахождения капли нефти в теле загрузки, и тем самым вероятность ее коалесценции.

Исследования влияния плотности воды на процесс коалесценции проводились на модели искусственно приготовленных эмульсий типа «н/в» с постоянной плотностью нефти 865 кг/м3, и минерализованной воды - от 1050 до 1200 кг/м3. В ходе лабораторных исследований определялись концентрация нефти и дисперсный состав загрязнений в исходной воде и через один час отстаивания после прохождения через коалесцирующий материал. Установлено, что снижение плотности воды способствует образованию мелкодисперсных эмульсий, устойчивых к разрушению (установлено, что при снижении плотности с 1200 до 1050 кг/м3 преобладающий размер частиц уменьшается с 43 до 16 мкм).

Результаты исследований (рисунок 3) показывают, что между концентрацией нефти в очищенной воде и плотностью воды существует обратная зависимость. При снижении плотности воды с 1200 до 1050 кг/м3 кратность очистки от нефти при помощи отстаивания с предварительной коалес-ценцией капель снижается в 1,7 раза

Плотность воды, кг/м3

Рисунок 3 - График зависимости концентрации нефти в воде от плотности дисперсионной среды (С^^ц^ = 448,0 мг/дм3)

1-е применением коалесцирующего материала 2 - без использования коалесцирующего материала

200-

При исследовании влияния алесценции подбирались реагенты с высоким коэффициентом фазового распределения (степень перехода реагента в водную фазу), одним из которых является Реапон-ИФ (РИФ), широко используемый на объектах ОАО «Татнефть». Исследования проводились с искусственно приготовленной прямой эмульсией. Плотность минерализованной воды составила 1100 кг/м3.

Из рисунка 4 видно, что присутствие в исходной воде ПАВ, снижающих межфазное натяжение на границе фаз «нефть-вода», при очистке с помощью коалесцирую-щих материалов является нежелательным явлением, поскольку зна-

межфазного натяжения на процесс ко-

0 10 20 30 40 50 80 70 80 90 100 110 120 130

Время отстаивания, мин.

С7= 50.2 дин/см (10'3н/м) -■*■- без использования коалесцирующего фильтра —с применением коалесцирующего фильтра

СУ=44,Здин/см |103н/м)

без использования коалесцирующего фильтра

с применением коалесцирующего фильтра

СТ=32,5дин/см (103Н/м) -без использования коалесцирующего фильтра ......с применением коалесцирующего фильтра

Рисунок 4 - Влияние межфазного натяжения на процесс отстаивания воды

чительно (в 1,7-2,3 раза) увеличивается концентрация нефти в подготавливаемых эмульсиях и одновременно с этим возрастает ее стойкость к разрушению (кратность очистки от нефти в течение двух часов отстаивания равна 6 при межфазном натяжении авода/гета„=50,2*10"3Н/м; 4,1- при 35,5* 10 Н/м). Эффект от пропускания воды через коалесцирующую насадку наблюдался только через два часа, при этом концентрация нефти уменьшилась в 2.02,5 раза по сравнению с водой, которая через насадку не пропускалась.

Исследования показали, что при отстаивании воды без предварительной коалесценции концентрация нефти снижается постепенно на 20-30 мг/(дм3-час) (рисунок 5; линия 1). Для эксперимента, в котором использовался пенополиуретан, основное снижение концентрации нефти происходит в течение первых двух часов отстаивания (рисунок 5; линия 2). Данного времени достаточно, чтобы концентрация нефти в воде снизилась от 260 до 40 мг/дм3, т.е. на 110 мг/(дм3-час). Таким образом, время отстаивания до достижения концентрации нефти 60 мг/дм3 сокращается в 4-5 раз.

Время отстаивания, ч

Рисунок 5 - Динамика изменения концентрации нефти в воде

В третьей главе представлены результаты промысловых исследования пилотной коалесцирующей установки на различных типах вод.

С использованием полученных при изучении процесса коалесценции закономерностей разработана пилотная модель коалесцирующей установки

КУ-3-250 (3 - максимальная производительность, м3/ч, 250 - объем аппарата, л) для испытаний в промысловых условиях и получения фактических данных по эффективности очистки, получения достоверных данных по гидравлическому сопротивлению через коалесцирующий материал, определения оптимальных технологических параметров и эффективных способов регенерации материала. Пилотная установка (рисунок 6) выполнена в виде двух равных по объему вертикально расположенных друг над другом емкостей. В верхней емкости в качестве коалесцирующей загрузки размещен набор пластин пенополиуретана общей толщиной 0,6 м.

Испытания пилотной установки проводились на нефтепромысловых очистных сооружениях на попутно добываемой воде девонских и угленосных горизонтов, а также на воде Ашальчинского месторождения сверхвязкой нефти на УПСВН НГДУ «Нурлатнефть» (таблица 1).

Кратность очистки воды от нефти при помощи коалесцирующего материала - ППУ составляет от 5 до 11 раз в зависимости от исходной концентрации и расхода воды через КУ-3-250. Установлено, что с ростом исходной концентрации нефти в сточной воде кратность очистки также увеличивается.

(

Рисунок 6 - Пилотная коалесцирующая установка

Таблица 1 - Результаты испытаний коалесцирующей установки

Место проведения испытаний (тип воды) Расход, м3/ч Концешрация нефти, мг/дм3

в исходной воде в очищенной воде

КУ-3-250 в качестве первой ступени очистки на линии непосредственно после установки предварительного сброса

Сармановский ЦСП НГДУ «Джалильнефть» 0,4 -1,5 160-420 30-48

ДНС-1сс НГДУ «Альметьев-нефть» 0,2 -1,0 200 - 360 20-52

Куакбашская УПВН НГДУ «Ле-ниногорскнефть» 0,2- 1,0 320 - 820 34-48

УПСВН НГДУ «Нурлатнефть» 0,2 - 0,4 250 - 400 18-48

КУ-3-250 в качестве доочистки на линии после существующих очистных сооружений

ЛДНС с УПС НГДУ «Лешшо-горскнефть» 0,2 - 2,0 45-70 8-43

Сармановский ЦСП ПГДУ «Джалильнефть» 0,4 - 2,5 40-60 9-28

УПСВН НГДУ «Нурлатнефть» 0,2 - 0,4 54-73 16-31

Результаты испытаний коалесцирующей установки в качестве первой (основной) ступени очистки показали, что остаточная концентрация нефти в очищенной воде снижается до 40 мг/дм3 для воды девонских горизонтов, до 50 - 60 мг/дм3 - угленосных. Подключение коалесцирующей установки после основных очистных сооружений на объекте испытаний в качестве ступени доочистки позволяет снизить концентрацию нефти до 20 мг/дм3 в воде девонских горизонтов, до 30 мг/дм3 в попутно добываемой воде Ашальчинско-го месторождения сверхвязкой нефти.

Концентрация механических примесей в воде до коалесцирующей установки составила до 20 мг/дм3 и после неё существенно не изменилась (уменьшилась в 1,2-1,4 раза). Перепад давлений на коалесцирующе материале на протяжении всех испытаний составил 0,01-0,02 МПа.

Отмечено, что для воды угленосных горизонтов концентрация нефти 50 мг/дм3 достигается при скорости 10,4 м/ч, для девонских горизонтов до 15,6 м/ч, для попутно добываемой воды Ашальчинского месторождения сверхвязкой нефти - до 4,2 м/ч.

Исходная концентрация нефти в воде, мг/дм3

-Концентрация нефти в очищенной воде, мг/дм3

Рисунок 7 - Номограмма для определения максимально допустимой скорости движения воды через ППУ

На основании максимально допустимой скорости движения воды через ППУ (рисунок 7) и данных о производительности нефтепромысловых очистных сооружений рассчитывается необходимое значение площади сечения коалесцирующей насадки, определяется объем аппарата и их количество.

При наличии в сточной воде значительных концентраций высокомолекулярных веществ (парафинов, асфальтенов и др.) и механических примесей может возникнуть потребность в профилактической регенерации коалес-цирующего материала. С целью изучения эффективности различных способов регенерации коалесцирующих элементов, возможных в условиях нефтепромыслов, проведено:

- тепловое воздействие паром;

- изменение гидродинамических условий - подача воды повышенного давления и расхода на вход (выход) аппарата с коалесцирующей насадкой;

- физико-химическое воздействие — подача растворителя в поток воды.

После проведения регенерации наблюдалась эффективность работы коалесцирующей установки по сравнению с дорегенерационным периодом, и

далее производились извлечение материала из установки и визуальный осмотр.

Тепловая обработка позволяет снизить вязкость и адгезию загрязнений к поверхности материала. Осмотр полиуретановых пластин после регенерации паром показал:

- отсутствие деформации и оплавленности материала;

- поверхность и поровое пространство материала на 70-80 % остались загрязненными, наличие оставшихся локальных очагов загрязнений на материале, вероятно, связано с теплоизоляционными свойствами полиуретана;

- имеются чистые «островки» на поверхности пластин, через которые и проходил пар, не затрагивая всей поверхности фильтрации. Эффективность очистки сточной воды после проведения регенерации тепловым воздействием паром осталась на прежнем уровне.

Таким образом, проведенные исследования по регенерации коалес-цирующего материала КУ-3-250 паротепловым воздействием позволяют сделать вывод о низкой эффективности и нецелесообразности применения данного метода регенерации.

Отмыв загрязнений с поверхности пенополиуретановых пластин был проведен также подачей воды повышенного давления до 0,3 МПа с расходом, превышающим в 6-10 раз рабочий, на входную (затем на выходную) линию КУ-3-250 по 30 минут. Данный способ регенерации также оказался малоэффективным, поскольку, при достаточно высокой пористости материала фактическая скорость обтекания его промывочной водой и, следовательно, сила трения воды о поверхность загрузки низка. По всему сечению материала наблюдаются отдельные открытые поры, по которым проходила вода, оказывая незначительное гидродинамическое воздействие, которое бы разрушило и унесло с потоком загрязнения, закрепленные по всей поверхности коалесцирующего материала.

Установлено, что наиболее эффективным и технологически приемлемым способом регенерации коалесцирующего материала является промывка углеводородным растворителем нефтяных парафинов (например, бензиновой фракцией). Регенерация проводилась без остановки коалесцирую-щей установки периодическим дозированием растворителя в поток воды, по-

ступающей на очистку в соотношении объемов растворителя и воды 1:5; 1:10 и 1:20 в течение 15 и 30 мин.

Установлено, что очистка поверхности от загрязнений зависит от продолжительности дозирования растворителя в поток воды, т.е. зависит от количества растворителя, поступившего на коалесцирующий фильтр, а влияние такого фактора как соотношение растворителя и воды не столь заметно. Стоит отметить, что первые 10-15 минут дозирования растворителя в поток воды вносят наибольший вклад в отмыв загрузки (до 60 % масс.).

Таким образом, для поддержания высокой эффективности работы ко-алесцирующего материала рекомендуется профилактическая регенерация, заключающаяся в дозировании в течение 30 минут углеводородного растворителя в поток очищаемой воды без остановки установки при соотношении растворителя и воды 1:20. Периодичность регенерации зависит от качества очищаемой воды, подаваемой на вход установки, и уточняется в процессе эксплуатации конкретного технологического оборудования.

В четвертой главе приведены основные характеристики разработанной технологии интенсификации процесса очистки сточных вод с использованием коалесцирующих устройств и результаты опытно-промышленных испытаний.

Разработаны три типоразмера коалесцирующих устройств (КУ): КУ-2400-600, КУ-3000-600, КУ-3400-600 (2400, 3000, 3400 - диаметр соответственно, 600 - ширина), предназначенные для установки в типовые горизонтальные отстойники объемом 50,100 и 200 м3 соответственно.

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству очистки и производительности очистных сооружений, возможна установка одного или двух (рисунок 8) КУ внутри типового отстойника.

Отстойник работает следующим образом. Очищаемая вода, содержащая нефть и твердые примеси, через патрубок с распределителем 3, расположенный в верхней части емкости 1, направляется на фильтрующе-коалесцирующий пакет 2. При прохождении жидкости через пористо-ячеистый полимерный материал капли нефти укрупняются, образуя пленочную нефть, которая, достигнув критической толщины, отрывается от материала под действием потока жидкости, всплывает в зазорах 9 и зоне для отстаивания воды 7 в верхнюю часть емкости и выводится из аппарата через патрубок 5. Очищенная сточная вода выводится через распределительное устройство и патрубок 4.

В таблице 4 приведены значения производительности аппаратов с КУ (для неосложненных эмульсий ОАО «Татнефть») в зависимости от исходной и требуемой концентрации нефти в сточной воде.

Предложены варианты технологических схем с применением отстойника с КУ в качестве основной (первой) ступени очистных сооружений, а также в качестве ступени доочистки, позволяющие интенсифицировать процесс динамического отстаивания воды, как при резервуарной, так и при напорной подготовке.

Таблица 4 - Технические характеристики аппаратов с КУ

Наименование показателя Типоразмер КУ

КУ 2400-600 КУ 3000-600 КУ 3400-600

Объем отстойника, м3 50 100 200

Производительность, м3/сут, не более, при концентрации нефти:

-в очищаемой воде, не более 500 мг/дм3, -в очищенной воде, не более 60 мг/дм3, 3 000 5 000 10 000

-в очищаемой воде, не более 200 мг/дм3, -в очищенной воде, не более 20 мг/дм3, 1300 2150 4300

-в очищаемой воде, не более 500 мг/дм3, -в очищенной воде, не более 20 мг/дм3, 300 850 1700

-в очищаемой воде, не более 100 мг/дм3, -в очищенной воде, не более 20 мг/дм3, 2100 3500 7 000

Концентрация взвешенных твердых частиц в очищенной воде, мг/дм3, в пределах от 5,0 до 30,0

В очищенной воде 90 % (по объему) частиц загрязнений имеют размер, мкм, не более 10,0

Наиболее технологичной и экономически целесообразной для реализации технологии являются схема с использованием отстойника с КУ в качестве второй ступени очистных сооружений, включающая:

- подготовку сточной воды динамическим отстаиванием (или очистку при помощи гидрофобных фильтров), что позволяет снизить концентрацию нефти в отделившейся воде до значения менее 200 мг/дм3, концентрацию механических примесей до значения менее 20 мг/дм3;

- доведение качества очистки воды в отстойнике с КУ по концентрации нефти до требуемых норм.

Использование отстойника с КУ в качестве основной ступени очистных сооружений должно реализоваться при следующих условиях:

- поступление сточной воды на очистные сооружения с концентрацией нефти и взвешенных твердых частиц не более 500 и 50 мг/дм3 соответственно;

- предварительная грубая очистка сточной воды от крупных взвешенных твердых частиц (например, продуктов коррозии, породы пласта и т.п.) в аппарате для грубой очистки.

По условиям разработки Сармановской площади Ромашкинского месторождения качество закачиваемых вод должно соответствовать следующим требованием: концентрация нефти не более 20 мг/дм3, механических примесей не более 20 мг/дм3, что сопряжено с капитальными затратами на дополнение к существующим очистным сооружениям отстойного оборудования. Альтернативным вариантом получения высокого качества очищенных сточных вод является технологический процесс отстаивания с использованием коалесцирующих устройств,

Для проведения промысловых испытаний опытно-промышленный образец отстойника ОГ-200 с двумя КУ-3400-600 был установлен в НГДУ Джа-лильнефть» на Сармановском ЦСП в качестве аппарата глубокой очистки после основных очистных сооружений, состоящих из трех резервуаров РВС-2000 (таблица 5).

В течение всего периода опытно-промышленных испытаний велись наблюдения за загрязнением коалесцирующего материала с целью определе-

ния межрегенерационного периода работы КУ. За это время не было выявлено существенного увеличения перепада давления на фильтре.

Таблица 5 - Результаты эксплуатации отстойника с КУ

Концентрация нефти в воде, мг/дм3 Среднее значение кратности очистки

до отстойника с КУ-3400/600 после отстойника с КУ-3400/600

От 15,6 до 31,3 Среднее: 22,9 от 3,7 до 14,1 Среднее: 8,0 2,9

От 52,3 до 94,7 Среднее: 73,0 от 11,6 до 35,5 Среднее: 21,0 3,5

В качестве основной ступени очистных сооружений отстойник ОГ-200 с двумя КУ-3400-600 был испытан в НГДУ «Альметьевнефть» на ДНС-1сс (таблица 6).

Таблица 6 - Результаты испытаний отстойника с КУ

Концентрация нефти в воде, мг/дм3 Среднее значе-

до отстойника с КУ-3400/600 после отстойника с КУ-3400/600 ние кратности очистки

От 95 до 140 от 20 до 32 4,9

Среднее: 129,7 Среднее: 26,5

От 155 до 185 от 38 до 45 4,1

Среднее: 171,1 Среднее: 41,4

Таким образом, аппараты, оснащенные коалесцирующими устройствами, обеспечивают высокое качество очистки промысловых сточных вод от нефти. Стоит отметить, что устройства легко и быстро монтируются внутри типовых отстойников, аппарат прост в эксплуатации и имеет небольшие габаритные размеры.

Технико-экономический расчет, представленный в пятой главе показывает, что среднегодовой экономический эффект от применения технологии интенсификации процесса очистки сточной воды с использованием коалес-цирующих устройств для одного объекта составляет 3109,9 тыс. руб., что соответствует 3,28 руб./м3. При расчете экономического эффекта не учитывались прибыль, полученная за счет прироста дополнительно добытой нефти и увеличения её текущей добычи, сокращение затрат на ремонтные работы по восстановлению приемистости нагнетательных скважин, экономия электроэнергии, затрачиваемой наППД и т.д.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Традиционные методы и технологические схемы очистки нефтепромысловых сточных вод от нефти перед закачкой в пласт в силу значительного изменения физико-химических свойств добываемых флюидов не обеспечивают нормированного требования к их качеству для заводнения нефтяных месторождений. Показано, что перспективным направлением, значительно интенсифицирующим процесс очистки воды методом отстаивания, является предварительное укрупнение эмульгированных капель нефти на коалесци-рующих материалах.

2. Исследования по подбору эффективных коалесцирующих материалов для укрупнения капель нефти на поверхности выявили, что данный процесс наилучшим образом протекает на пористо - ячеистых полимерных материалах (например, пенополиуретан), характеризующихся высокой площадью поверхности и одновременно с этим объемной долей порового пространства.

3. Анализ результатов промысловых испытаний показал, что пропускание воды через коалесцирующий материал с последующим отстаиванием обеспечивают высокое качество очистки от нефти. Данный способ очистки сточной воды сокращает время последующего отстаивания до достижения концентрации нефти 60 мг/дм3 в 4-5 раз. Остаточная концентрация ее в очищенной воде составляет до 40 мг/дм3 для попутной воды девонских нефтяных горизонтов, до 50-60 мг/дм3 - для угленосных. Установлено, что дозирование углеводородного растворителя в поток очищаемой воды в соотношении 1:20 в течение 30 минут без остановки основного процесса является наиболее технологически приемлемым способом регенерации коалесцирую-щего материала.

4. Разработаны три типоразмера коалесцирующих устройств: КУ-2400-600, КУ-3000-600, КУ-3400-600, предназначенные для установки в типовые горизонтальные отстойники объемом 50, 100 и 200 м3 соответственно. На конструкцию отстойника, оснащенного коалесцирующим устройствами, подана заявка на предполагаемое изобретение.

5. Разработана технология и инструкция по ее применению для интенсификации процесса очистки сточных вод с использованием коалесцирую-щих устройств РД 153-39.0-680-10, в которой описаны технологические схемы с использованием аппаратов с коалесцирующими устройствами, выбор которых определяется производительностью и требуемым качеством очистки нефтепромысловых сточных вод, используемых для заводнения нефтяных месторождений.

6. Технология очистки нефтепромысловых сточных вод при помощи коалесцирующих материалов реализована на трех объектах ОАО «Татнефть» (НГДУ «Альметьевнефть», «Джалильнефть», «Лениногорскнефть»).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Буслаев, Е.С. Изучение коалесцирующих свойств материалов, используемых при подготовке нефтепромысловых сточных вод [Текст] // Нефтепромысловое дело. - 2008. -№11.- С.53-54.

2. Буслаев, Е.С. Результаты испытаний стендовой установки очистки нефтепромысловых сточных вод при помощи коалесцирующих материалов [Текст] / Е.С. Буслаев, Л.В. Кудряшова, Р.З. Сахабутдинов, O.IO. Антонов, Р.Т. Деникаев, И.Я. Хабибуллин, М.О. Намазов // Нефтепромысловое дело. -2010. - №3. - С.44-47.

3. Буслаев, Е.С. Мониторинг качества нефтепромысловых сточных вод в ОАО «Татнефть» [Текст] / Л.В. Кудряшова, Р.З. Сахабутдинов, Е.С. Буслаев, О.Ю. Антонов, А.И. Нигматуллина // Нефтяное хозяйство. - 2011. - №7. С.58-60.

4. Буслаев, Е.С. Влияние химических реагентов, применяемых при добыче, транспорте и подготовке нефти, на качество очистки нефтепромысловых сточных вод [Текст] / Р.З. Сахабутдинов, Л.В. Кудряшова, Ф.Р. Губайду-лин, О.Ю. Антонов, А.И. Нигматуллина, Е.С. Буслаев // Нефтяное хозяйство. - 2011.-№7.-С.58-60.

5. Буслаев, Е.С. Изучение коалесцирующих материалов для очистки нефтссодержащих сточных вод [Текст] / Е.С. Буслаев, Р.З Сахабутдинов., О.Ю. Антонов, А.И. Нигматуллина // Сборник научных трудов ТатНИ-ПИнефть. - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ". - 2009. - С.360-371.

6. Буслаев, Е.С. Результаты мониторинга качества подготовки нефтепромысловых сточных вод на объектах ОАО «Татнефть» [Текст] / И.В. Стра-тилатова, Е.Ф. Романова, Р.Т. Деникаев, И.Я. Хабибуллин, Е.С. Буслаев // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть. Выпуск №LXXVIII - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - 2010. - С.297-301.

7. Буслаев, Е.С. Применение коалесцирующих устройств для очистки нефтепромысловых сточных вод [Текст] // Сборник тезисов молодежной научно-практической конференции, посвященной добыче трехмиллиардной тонны нефти ОАО "Татнефть" // T.I - Альметьевск. - 2007. - С.262.

8. Буслаев, Е.С. Технология очистки нефтепромысловых сточных вод с применением коалесцирующего фильтра [Текст] / P.P. Ишмурзин, P.A. Ах-метшин, И.Г. Раянов, Р.З. Сахабутдинов, JI.B. Кудряшова, О.Ю. Антонов, Е.С. Буслаев // Сборник призовых работ технической ярмарки ОАО "Татнефть" // Альметьевск. - 2007. - С. 113-116.

9. Буслаев, Е.С. Результаты испытаний пилотного коалесцирующего аппарата по очистке воды Hill! «Экоэнергомаш» [Текст] // Сборник тезисов Научно-технической конференции «Проблемы и новые перспективные направления повышения эффективности нефтедобычи, ППД и подготовки нефти» // Джалиль. - 2007. - С.56-59.

10. Буслаев, Е.С. Изучение коалесцирующих свойств материалов, используемых при подготовке нефтепромысловых сточных вод [Текст] // Сборник тезисов II Молодежной конференции с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» // Оренбург. - 2008. - С.13-14.

11. Буслаев, Е.С. Состояние подготовки сточных вод на нефтепромысловых объектах Ромашкинского месторождения [Текст] / Е.С. Буслаев, О.Ю. Антонов, Р.Т. Деникаев, Е.Ф. Романова // Техника и технология разработки нефтяных месторождений: сборник докладов научно-технической конференции, посвященной 60-летию разработки Ромашкинского нефтяного месторождения // М.: ЗАО "Издательство "Нефтяное хозяйство". - 2008. - С.256-259.

12. Буслаев, Е.С. Технология глубокой очистки нефтепромысловых сточных вод и методы контроля качества воды [Текст] / Е.С. Буслаев, Р.З.

Сахабутдинов, Л.В. Кудряшова, A.C. Нурутдинов // Сборник докладов и каталог IV Международной конференции «Модернизация нефтегазовой отрас-ли-2011» // Москва. - 201 i. - С.43-45.

Отпечатано в секторе оперативной полиграфии института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» на Ricoh Aficio 3045 тел.: (85594) 78-656,78-565 Подписано в печать 26.12.2011 г. Заказ №26121101 Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Буслаев, Евгений Сергеевич, Бугульма

61 12-5/1391

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ТАТНЕФТЬ»

ТАТАРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ

ИНСТИТУТ НЕФТИ

На правах рукописи

БУСЛАЕВ ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОАЛЕСЦИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Сахабутдинов Р.З.

Бугульма - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

1 ПРЕДПОСЫЛКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЯНЫХ ПРОМЫСЛОВ.............. 9

1.1 Причины формирования устойчивых прямых водонефтяных эмульсий ...................................................................................... 9

1.2 Анализ существующих технологий очистки сточных вод нефтяных промыслов............................................................................ 16

1.3 Состояние изученности процесса очистки сточных вод с использованием коалесцирующих материалов........................................... 24

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОАЛЕСЦИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ.............................................................. 48

2.1 Исследование и подбор эффективных коалесцирующих материалов

для укрупнения капель нефти в сточной воде.................................. 48

2.2 Лабораторные исследования процесса разделения эмульсий с использованием коалесцирующих материалов................................... 57

2.3 Исследования влияния параметров движения воды на процесс коа-лесценции капель нефти............................................................ 64

3 ПРОМЫСЛОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИЛОТНОЙ КОАЛЕСЦИ-РУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД............................................................................... 71

3.1 Промысловые испытания пилотной коалесцирующей установки на различных типах вод.................................................................. 71

3.2 Промысловые исследования эффективности различных способов регенерации коалесцирующего материала........................................ 78

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОАЛЕСЦИ-

РУЮЩИХ УСТРОЙСТВ.......................................................................86

4.1 Разработка коалесцирующих устройств и технологических схем подготовки нефтепромысловых сточных вод для заводнения............................86

4.2 Опытно-промышленные испытания горизонтальных буллитов с коа-лесцирующими устройствами..........................................................................................................93

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА....................................................................99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................................104

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................106

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................................................................118

ВВЕДЕНИЕ

Использование попутно добываемой пластовой воды для поддержания пластового давления при водонапорном режиме разработки нефтяных месторождений - это важное технологическое и природоохранное мероприятие в процессе добычи нефти. В настоящее время функции закачиваемых в пласт агентов значительно расширены, и вторая главная задача, вслед за поддержанием давления, состоит в обеспечении эффективного вытеснения нефти из пористой среды с различными коллекторскими свойствами. Наиболее рас-прастраненными методами очистки сточных вод являются гравитационное отстаивание в резервуарах и горизонтальных буллитах, а также очистка воды с применением гидрофобных фильтров. Эти методы позволяли в течение длительного времени получать требуемое качество подготовки промысловых сточных вод. Однако к настоящему времени, в технологических процессах, связанных с добычей и транспортом продукции скважин применяется значительное количество химических реагентов: органические и неорганические кислоты, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и полимерные композиции, органические растворители, соли металлов и другие вещества самых различных классов, которые стабилизируют водонефтяные эмульсии. Последствием массового использования химреагентов является поступление на установки подготовки нефти и воды устойчивых мелкодисперсных эмульсий, содержащих значительное количество стабилизаторов.

Эффективная очистка воды методом отстаивания достигается в случае, когда размеры частиц нефти в очищаемой воде не менее 30- 40 мкм. Дисперсный анализ загрязнений в сточной воде, поступающей на очистные сооружения нефтяных промыслов ОАО «Татнефть», показал, что, в большинстве случаев, основную долю (от 55 до 82 % об.) составляют частицы с размером менее 10 мкм, скорость всплытия которых крайне низка, а вследствие конвективных токов различной природы процесс разделения практически не происходит. Поэтому в результате поступления на установки подготовки нефти устойчивых мелкодисперсных эмульсий очистные сооружения, даже

имея достаточное количество отстойного оборудования, работают неэффективно. Постоянный мониторинг работы нефтепромысловых очистных сооружений ОАО «Татнефть» при установках сброса воды и подготовки нефти показывает, что в настоящее время на некоторых объектах периодически возникает проблема доведения качества сточных вод до нормативных требований.

Кроме этого, требование более глубокой очистки нефтепромысловых сточных вод диктуется необходимостью вовлечения в разработку низкопроницаемых пластов, сокращением числа ремонтных работ на нагнетательных скважинах, обеспечения закачки расчетных объемов воды при более низких темпах снижения приемистости и сокращения потерь добытой нефти.

Таким образом, в целях поддержания стабильно высокого качества закачиваемых вод и использования потенциала имеющегося отстойного оборудования требуется интенсификация процесса отстаивания, т.е. разработка новых и совершенствования известных технологических схем, аппаратов и процессов. Отсюда вытекает важность и актуальность рассматриваемой проблемы, связанной с созданием таких технологий и повышением на этой основе эффективности разработки нефтяных месторождений.

Целью работы является разработка процессов и аппаратов с использованием интенсифицирующих процесс отстаивания коалесцирующих устройств.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:

4. Разработка конструкции аппаратов с использованием коалесцирующих устройств.

На основании исследований получены следующие новые научные результаты:

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Показано, что коалесценция капель нефти на пористо-ячеистых полимерных материалах (например, пенополиуретан) протекает эффективнее по сравнению с гранулированными, поскольку характеризуются высоким значением площади поверхности и одновременно с этим объемной долей по-рового пространства.

3. Разработаны три типоразмера коалесцирующих устройств для горизонтальных отстойников объемом 50, 100 и 200 м .

5. На технические решения, разработанные при выполнении работы, подана заявка на предполагаемое изобретение.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Молодежной научно-практической конференции ОАО «Татнефть» (г. Альметьевск, 2007 г.), технической ярмарке идей и предложений ОАО «Татнефть» (г. Альметьевск, 2007 г.), научно-технической конференции «Проблемы и новые перспективные направления повышения эффективности нефтедобычи, ППД и подготовки нефти» (п. Джалиль, 2007 г.), семинаре молодых специалистов ОАО «Татнефть» по секции «Добыча нефти, ППД, защита от коррозии и охрана окружающей среды» (п. Джалиль, 2008г.), II Молодежной конференции с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г. Оренбург, 2008г.), научно-технической конференции, посвященная 60-летию разработки Ромашкинского месторождения (г. Лени-ногорск, 2008 г), семинаре специалистов системы ППД ОАО «Татнефть» на тему «Современные технологии системы ППД» (г. Бавлы, 2011 г.), семинаре главных инженеров и специалистов ОАО «Татнефть» «Новые технологии и технические решения, применяемые в системе ППД» (г. Альметьевск, 2011 г.), IV Международной конференции «Модернизация нефтегазовой отрас-ли-2011» (г. Москва, 2011 г.).

Значительный вклад в развитие идей о необходимости улучшения качества закачиваемых в продуктивные пласты вод и разработку соответствующих технологий внесли Аделыпин А.Б., Апельцин И.Э., Асханов А.Д., Байков У.М., Бриль Д.М., Дунюшкин И.И., Ли А.Д., Мархасин И.Л., Миронов Е.А., Минигазимов Н.С., Мифтахова Г.М., Назаров В.Д., Ниязов P.C., Перевалов В.Г., Позднышев Г.Н., Полинская P.E., Редькин И.И., Роев Г.А., Рулев H.H., Седлухо Ю.П., Смирнова В.И., Соколов А.Г., Сучков Б.М., Тронов A.B., Тронов В.П., Фаттахов Р.Б., Хисамутдинов Н.И., Ширеев А.И., Юфин В.А. и др.

Работа выполнена в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти (ТатНИПИнефть) в отделе исследования и промысловой подготовки нефти, газа и воды под руководством доктора технических наук, профессора Сахабутдинова Р.З., которому автор выражает глубокую признательность и благодарность. Также автор благодарит Кудряшову Л.В., Антонова О.Ю., Стратилатову И.В., Бусарову О.В. и других сотрудников отдела за неоценимую помощь, оказанную в выполнении и обсуждении работы.

1 ПРЕДПОСЫЛКИ СОВЕРШЕНО ТВОВ АЛИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЯНЫХ ПРОМЫСЛОВ

1.1 Причины формирования устойчивых прямых водонефтяных эмульсий при разработке месторождений

Эмульсии, образующиеся при добыче нефти, можно разделить на следующие группы:

- прямого типа: нефть - дисперсная фаза, вода - дисперсионная среда;

- обратного типа: вода - дисперсная фаза, нефть - дисперсионная среда;

- множественные, образование которых, как правило, связано с присутствием различных механических примесей, выносимых из пласта или образующихся в скважине и выносимых по промысловым трубам. В этом случае дисперсная фаза сама является эмульсией, содержащей капельки другой фазы [1].

Существует ряд общих теорий, объясняющих возникновение устойчивых эмульсионных систем, которые условно можно разделить на термодинамические и надмолекулярные, связанные с образованием структурно-механического барьера [2,3]. Однако, независимо от подхода к рассмотрению проблемы их стабилизации эти теории едины в том, что для придания устойчивости эмульсии, приготовленной из двух несмешивающихся жидкостей, необходимо присутствие третьего компонента, который выполняет функцию стабилизатора [4].

Исследованиями многих ученых [1-7] установлено, что стабилизацию обеспечивают:

- вещества с высокими поверхностно-активными свойствами, которые образуют неструктурированные молекулярные слои, например, нафтеновые и жирные кислоты;

- вещества с низкими поверхностно-активными свойствами, которые образуют структурированные слои - лиофильные коллоидные системы, об-

ладающие определенной упругостью и прочностью и обеспечивающие высокую стабильность эмульсий (асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, высшие смолы);

- твердые вещества минерального и органического характера, которые вследствие избирательного смачивания фазами прилипают к диспергированным каплям и образуют прочные бронирующие оболочки. В состав оболочек также могут входить высокоплавкие парафиновые компоненты.

Тип эмульсии зависит от соотношения фаз и типа стабилизатора. Непрерывной стремится стать среда, объем которой в смеси больше, и лучше растворяющая способность стабилизатора эмульсий. Второе условие является решающим. Прямые эмульсии образуются в процессах разрушения обратных эмульсий, т.е. при деэмульсации нефти, а также на обводненных нефтяных месторождениях с низкой минерализацией пластовых вод и при содержании в нефти повышенного количества нафтеновых кислот [7].

При интенсивном перемешивании эмульсии нефти с реагентом-деэмульгатором происходит сильное диспергирование системы. Площадь поверхности раздела фаз резко возрастает. При этом молекулы реагента переходят из нефти в воду, где их активность резко падает. В результате передиспергирования размер глобул эмульгированной воды в нефти по сравнению с первоначальным становится на несколько порядков ниже. Наличие же в нефти значительного количества природных стабилизаторов: асфальтенов, смолистых веществ и высокоплавких парафинов способствует сохранению размеров этих глобул (поскольку стабилизатора хватает на всю развитую поверхность). В дальнейшем при разрушении обратной эмульсии и образовании эмульсии прямого типа дисперсная фаза сама будет представлять эмульсию. Таким образом, создается множественная эмульсия, которая является наиболее сложной как в агрегативном, так и в седиментационном процессах.

Одним из самых значительных источников поступления нефти в воду является промежуточный слой на установках предварительного сброса воды, формирующий множественную эмульсию. Глобулы воды осаждаются по на-

правлению к границе раздела фаз "нефть - вода", причем каждая из них несет на себе некоторое количество деэмульгатора. На границе раздела фаз адсорбировано наряду с ПАВ также значительное количество механических примесей, ассоциируемых с асфальтосмолистыми и парафиновыми компонентами, присутствие которых способствует увеличению промежуточного слоя и увеличению стойкости эмульсионных слоев.

Появление промежуточного слоя ведет к нарушениям технологического режима деэмульсации, ухудшению качества товарной нефти и дренируемых пластовых вод, снижает надежность работы системы и средств регулирования границы раздела фаз, т.е. приводит к необходимости осуществлять сброс (подрезку) промежуточных слоев из аппаратов подготовки нефти. Последнее, в свою очередь, является основным источником формирования ловушечных (или амбарных) эмульсий на установках подготовки нефти (УПН).

На некоторых УПН повторно обрабатывают такие ловушечные нефти (или непосредственно "подрезки"), возвращая их в поток сырой нефти. Однако, смешиваясь с промысловой эмульсией, такие системы настолько быстро загрязняют их механическими примесями, что деэмульсация становится практически невозможной даже при значительном повышении температуры и дозировки реагента-деэмульгатора.

Одной из основных причин изменения физико-химических свойств добываемых флюидов являются химические реагенты, используемые в смежных технологиях при добыче, подготовке, транспортировании продукции скважин. В настоящее время на промыслах страны используются или прошл

Информация о работе

Буслаев, Евгений Сергеевич
кандидата технических наук
Бугульма, 2011
ВАК 25.00.17

Диссертация

Разработка технологии очистки нефтепромысловых вод с использованием коалесцирующих материалов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы