Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Деэмулъсация углеводородшх эмульсий обратного типа в электрическом ноле 10
1.1. Сущность разрушения эмульсий в электрическом поле 10
1.1.1. Коалесценция капель 20
1.1.2. Диспергирование капель 24
1.1.3. Контактно-разъединительная зарядка капель . 27
1.2. Способы и аппараты деэмульсации нефти в электри ческих полях 29
Глава 2. Исследование процесса,деэмульсации нефти в электрическом поле в ограниченных областях обработки 35
2.1. Способ деэмульсации нефти в электрическом поле в ограниченных областях обработки 35
2.2. Выбор оптимальных параметров процесса деэмульсации нефти в электрокоалесценторах с перфорированным экраном 43
2.3. Промысловые испытания опытных электрокоалесценто-ров с перфорированным экраном с плоскопараллель-ными электродами 54
Глава 3. Исследование влияния электрических и технологи ческих параметров на эффективность процесса деэмульсации нефти 69
3.1. Частота электрического поля 69
3.2. Напряженность электрического поля . 76
3.3. Технологические параметры 82
3.4. Неоднородность электрического поля 91
Глава 4. Исследования по применению эжшшоадесценторов с перфорированным экраном в системе нефтепромыс ловой подготовки нефти 100
4.1. Влияние физико-химических свойств водонефтяных эмульсий на процесс деэмульсапди нефти в электри ческом поле 100
4.1.1, Минерализация водной фазы 100
4.1.2. Концентрация водной фазы 107
4.2. Промысловые испытания электрокоалесценторов с перфорированным экраном ЭМ1Э с коаксиальными электродами 120
4.2.1. Электрокоалесцентор ЭКПЭ-240 производительностью 240 м3 нефти в сутки 121
4.2.2. Электрокоалесцентор ЭЫ1Э-720 127
4.2.3. Электрокоалесцентор ЭКПЭ-1500 141
Основные 151
Литература 154
Приложения 165
- Способы и аппараты деэмульсации нефти в электри ческих полях
- Выбор оптимальных параметров процесса деэмульсации нефти в электрокоалесценторах с перфорированным экраном
- Напряженность электрического поля
- Промысловые испытания электрокоалесценторов с перфорированным экраном ЭМ1Э с коаксиальными электродами
Введение к работе
Современные методы разработки нефтяных месторождений с закачкой воды в пласт для поддержания внутрипластового давления приводят к значительному обводнению добываемых нефтей. Перемешивание нефти и сопутствующих ей пластовых вод в системах добычи и сбора способствует образованию стойких эмульсий обратного типа с большим содержанием солей.
Образование водонефтяных эмульсий является основной причиной больших потерь нефти, удорожания ее транспортировки и подготовки к переработке. Содержащиеся в эмульгированной воде соли вызывают сильную коррозию технологической аппаратуры и значительно ухудшают качество нефтепродуктов. Вот почему проблема глубокого обезвоживания и обессоливания нефти на промыслах всегда считалась одной из самых острых в нефтяной промышленности. С учетом увеличивающегося объема добычи высокообводненных нефтяных эмульсий и тяжелых угленосных нефтей, образующих более стойкие водо-нефтяные эмульсии, а также ужесточения требований к качеству нефтей, поступающих на НПЗ, проблема интенсификации процесса де-эмульсации нефти при ее обезвоживании и обессоливании на промыслах приобретает еще большее значение и актуальность.
Наиболее распространенными методами промысловой деэмульса-ции нефтей являются термохимические методы. Однако в последнее время в нефтяной отрасли все большее признание получают электрические способы деэмульсации нефтей. Необходимость значительной интенсификации процессов обезвоживания и обессоливания нефтей, современные требования к их экономичности и качеству - все это приводит к более широкому использованию в нефтепромысловой практике электродегидрационных установок. Производительность таких установок по литературным данным /12/ в два раза выше, чем при использовании других методов.
Широкое внедрение электрических средств интенсификации процесса деэмульсации нефти также весьма актуально в связи с переходом нефтяной отрасли на отечественные реагенты-деэмульгаторы.
К сожалению, существующие способы деэмульсации нефти в электрическом поле, а также осуществляющие их аппараты-электродегид-раторы (ЭДТ) обладают рядом недостатков, существенно ограничивающих их возможности. К последним относятся:
- образование непрерывных водяных цепочек, приводящих к межэлектродным пробоям эмульсии и исчезновению поля в системе;
- неравномерная обработка всего объема нефти в электрическом поле;
- электрообработка нефтяной эмульсии в режиме с постоянной напряженностью электрического поля без учета изменения в процессе разрушения ее дисперсности;
- невозможность управления процессом электродеэмульсации нефти, т.е. изменения в необходимых пределах его электрических
и технологических параметров, обусловленная опасностью возникновения пробоев эмульсии и приводящая к нестабильности и нарушениям процесса при характерных для нефтепромысловой практики частых изменениях физико-химических свойств нефтяных эмульсий;
- технологически нерациональные совмещение и последовательность процессов коалесценции капель дисперсной фазы и их отстоя в одном аппарате.
Причины указанных недостатков заключаются в сложности рассматриваемых технологических процессов и недостаточной изученности физических основ поведения водонефтяных эмульсий в электрическом поле.
Кроме того, изменение объемов подготавливаемой нефти в про - 5 цессе эксплуатации нефтяных месторождений, разработка все большего количества мелких, а также морских месторождений повышает потребность отрасли в малогабаритных блочных средствах интенсификации процесса деэмульсации нефти с целью использования их в различных технологических режимах на разных этапах подготовки нефти.
Таким образом, на современном этапе в нефтяной отрасли в плане решения общей проблемы по созданию высокоэффективной технологии и техники подготовки нефтей, особенно тяжелых, угленосных, имеется необходимость в разработке эффективных электрических способов и блочного аппарата, позволяющих значительно интенсифицировать процессы электрической деэмульсации нефти в широких пределах изменения технологических параметров процесса и физико-химических свойств нефтяных эмульсий.
Проблемы "Исследование и разработка методов и средств подготовки тяжелых и аномальных нефтей" и "Исследование, разработка и совершенствование технологии и техники подготовки легких и средних по плотности нефтей" были включены в утвержденные Мин-нефтепромом планы научно-технического развития отрасли на период 1976-1980 гг. и 1982-1985 гг.
Целью работы является интенсификация процесса деэмульсации нефти при ее подготовке на промыслах.
Основными научными задачами, которые необходимо решить в свете имеющейся проблемы, являются разработка на основе углубления знаний о поведении нефтяных эмульсий в электрическом поле новых способа и аппарата для электродеэмульсации нефти, исследование влияния электрических и технологических параметров на эффективность процесса деэмульсации нефти в электрическом поле и определение области применения и технологической функции, которую должны выполнять электродеэмульсапдонные аппараты в системе нефтепромысловой подготовки нефти.
В результате проведенных исследований:
- классифицированы и впервые разделены на две группы существующие способы и аппараты электродеэмульсации нефти; обоснован новый подход к решению проблемы межэлектродных пробоев эмульсии, основанный на пространственном разделении и ограничении областей обработки;
- разработан новый способ обезвоживания и обессоливания нефти в электрическом поле (А.с. 678743), позволяющий устранять межэлектродные пробои, повышать равномерность электрообработки и управлять процессом де эмульсации нефти;
- установлено, что изменение частоты электрического поля в диапазоне от 0 Гц до 20 кГц не влияет на качество деэмульсации нефти;
- определен оптимальный режим изменения электрических и технологических параметров процесса электроде эмульсации нефти, учитывающий изменение в процессе электрообработки дисперсности эмульгированной воды и позволяющий значительно повысить эффективность процесса; предложен новый способ обезвоживания и обессоливания нефти в электрическом поле, осуществляющий указанный режим (А.с. по заявке 3527375);
- разработаны несколько конструкций аппаратов для обезвоживания и обессоливания нефти (А.с. 827ІІІ, ІІ0І255), реализующих предложенные новые способ и режим электродеэмульсации нефти; установлено, что аппараты должны выполнять технологическую функцию электрокоалесцентора;
- определена область применения разработанных способов и электрокоалесцирующих аппаратов в системе нефтепромысловой подготовки нефти в зависимости от эффективности и энергозатрат при их использовании для разрушения нефтяных эмульсий с различными концентрацией и минерализацией водной фазы; установлено, что их следует применять для глубокого обезвоживания и обессоливания нефти.
Производственное объединение "Татнефть" приняло решение о применении разработанных в диссертационной работе новых способов и электрокоалесцирующих аппаратов на технологических узлах подготовки нефти.
Совместно с ВНИИнефтемаш, на основании предложенной конструкции по А.с. 827III, разработаны проекты электрокоалесценторов с перфорированным экраном ЭКПЭ-720 и ЭКПЭ-1500 установки ЭКУ-3000 производительностью 720, 1500 и 3000 м3/нефти в сутки. Аппараты ЭКПЭ реализуют все положительные признаки предложенных новых способа и режима электродеэмульсации нефти. Кроме того, благодаря своей технологической функции коалесцентора аппараты ЭКПЭ приобретают дополнительные преимущества перед электродегидраторами за счет возможности совмещения определенного количества электрокоалесценторов в блок для изменения общей пропускной способности, использования их для интенсификации процесса перед имеющейся технологической отстойной и теплообменной аппаратурой на уже оборудованных нефтяных промыслах, удобных обслуживания, ремонта и автоматизации.
РСУ "Татнефтеремстрой" изготовило шесть опытных электрокоалесцирующих аппаратов с перфорированным экраном. Электрокоалес-центоры прошли промысловые испытания и опытную эксплуатацию в режимах обезвоживания и обессоливания девонской, угленосной и смеси нефтей в НГДУ "Алъметъевнефть", "Прикамнефть", "Елховнефть". Испытания подтвердили их высокую эффективность, экономичность и надежность. Использование новых разработок для электродеэмульса - 8 ции нефти позволило получать нефть первой группы качества по ГОСТ 9965-76, а также экспортной кондиции при низких затратах тепла, деэмульгаторов, пресной воды и электроэнергии, при значительном сокращении времени отстоя.
ПО "Бугульманефтемаш" изготовило четыре электрокоалесцирующих аппарата ЭКПЭ-1500 опытной серии установок ЭКУ-3000, которые внедрены и эксплуатируются в НГДУ "Джалильнефть".
Уточненный гарантированный годовой экономический эффект от внедрения двух аппаратов ЭКПЭ-1500, осуществляющих новые способ и режим электродеэмульсации нефти, составляет 92,7 тыс.рублей. Фактический эффект за первые три месяца внедрения двух аппаратов ЭКПЭ установки ЭКУ-3000 составил 60,7 тыс.руб.
Электрокоалесцентор ЭКПЭ-1500 принят межведомственной комиссией и рекомендован к серийному производству и внедрению в отрасли по высшей категории качества. Согласно заявке Миннефте-прома СССР ПО "Бугульманефтемаш" будет производить в 1985 и 1986 гг. по 10 электрокоалесцирующих установок ЭКУ-3000 ежегодно.
Диссертационная работа состоит из четырех глав. Общий объем 219 стр., в том числе приложения - 55 стр., рисунков - 42 , таблиц - 21 , библиография - ИЗ наименований.
В первой главе, являющейся вводной, дан анализ литературных данных по рассматриваемой проблеме, подробно рассмотрена сущность процессов разрушения эмульсий обратного типа и поведения капель дисперсной фазы в электрическом поле. Часть обзора приведена при обсуждении конкретных исследований в последующих главах диссертации.
Во второй главе приведено описание нового способа электро-деэхмульсации нефти в ограниченных областях обработки. Описаны методика проведения и результаты исследований по выбору оптимальных параметров процесса электродеэмульсации нефти в осуществляющих новый способ электрокоалесценторах с перфорированным экраном. В главе также приведены результаты промысловых испытаний двух опытных конструкций электрокоалесценторов с перфорированным экраном и плоскопараллельными электродами.
В третьей главе приведены результаты исследований влияния электрических и технологических параметров на эффективность процесса электродеэмульсации нефти. На основании полученных результатов определен оптимальный режим электрообработки эмульсий с учетом изменения их дисперсности и обоснована целесообразность применения в электрокоалесценторах с перфорированным экраном коаксиальных электродов.
В четвертой главе приведены результаты исследований по определению области применения электрокоалесценторов с перфорированным экраном в системе нефтепромысловой подготовки нефти. Описаны промысловые испытания электрокоалесценторов с перфорированным экраном и коаксиальными электродами на эмульсиях девонских, угленосных нефтей и их смесях.
Диссертационная работа выполнялась в Казанском государственном педагогическом институте в лаборатории физики нефти НИСа с 1972 по 1984 год.
Автор выражает свою глубокую признательность научному руководителю д.т.н. профессору Бабаляну Г.А. и научному консультанту к.ф.-м.н. доценту Бильданову М.М. Автор также приносит благодарность за помощь в работе Ахмадиеву Г.М., к.ф.-м.н. Самигуллину Ф.М., Юнусову А.А. и за ценные замечания при обсуждении диссертационной работы к.х.н. Петрову А.А.
Способы и аппараты деэмульсации нефти в электри ческих полях
Как следует из предыдущего раздела, в эмульсии под действием электрического поля происходит деформация капелек воды и разрушение образовавшихся вокруг них стабилизирующих оболочек. В результате столкновения глобул воды происходит их коалесценция, и крупные капли отделяются от нефти под действием силы тяжести.
Эффективность процесса электродегидрации бесспорна, однако, как отмечают почти все исследователи, занимающиеся процессами электроразрушения эмульсий, основным недостатком электрического способа обезвоживания и обессоливания нефти, существенно ограничивающим его возможности, являются межэлектродные пробои эмульсии.
Существует несколько тенденций решения проблемы межэлектродных пробоев, которые, по нашему мнению, можно разделить на две основные группы, и именно с этой точки зрения классифицировать все многообразие способов и аппаратов деэмульсации нефти в электрических полях (обзоры в /31,33,41,82/).
К первой группе относятся способы и аппараты электрообезвоживания, в которых цепочки из капелек воды постоянно разрушают и не дают им достигнуть критической пробивной стадии:- разрушение токопроводящих цепочек с помощью механического перемешивания за счет движения электродов, например, в электро- дегидраторе Котреля и др. /33,41,82,98,104/, или же за счет интенсивного турбулентного движения жидкости относительно электродов, например, в электрокоалесценторе Ашурли /9/ и современных электродегидраторах системы "Петреко" /55,66/;- разрушение цепочки с помощью струи газа /102/;- разрушение цепочек за счет кратковременного, импульсного воздействия электрического поля на эмульсию, в результате чего цепочка не достигает критического пробивного состояния. К этой группе относятся способ Броунштейна и др. /105/, в котором длительность импульса электрического поля равна времени образования цепочки, а промежутки времени между двумя иглпульсами больше "времени жизни" цепочки; способ воздействия на эмульсию импульсным напряжением униполярной волны /107/ и биполярной волны /55/, а также предложенный группой уфимских исследователей /10,108/ способ, в котором электрическое поле вращается, и цепочка, образовавшаяся в данном направлении, не успевая следовать за полем, разрушается.
Ко второй группе можно отнести способы, авторы которых считают образование водяных цепочек и последующие межэлектродные пробои неизбежным злом и стремятся устранить уже непосредственно перегрузки высоковольтных источников питания:- способы, в которых для предотвращения перегрузки трансформатора при коротком замыкании электродов последовательно с первичной обмоткой трансформатора включают индуктивные сопротивления (дроссели), последовательно со вторичной обмоткой ставят емкостное сопротивление /64/;- способы, в которых изолируют один из электродов диэлектриком, например, жидким - сухой нефтью /101/, твердым - стеклом /99/, фарфором /103,106/;- способы, основанные на применении неоднородного поля, например /100/, которые сводятся к способам изоляции одного из электродов слоем нефти с хорошими диэлектрическими свойствами (аналогично /101/).
Однако перечисленные в первой группе способы не дают ожидаемого результата и вступают в противоречие с условиями нормального режима работы электродегидраторов, связанного с образованием максимального количества коротко живущих цепочек из капелек воды, ибо последнее является отличительным признаком процесса коалесценции воды /23/.
В способах последней подгруппы первой группы длительность импульса напряжения обусловлена и задается временем образования лидирующей цепочки; для коалесценции всего объема капель она недостаточна /58/.
Таким образом, способы первой группы разрушают и не даютразвиваться не только лидирующей цепочке, но вместе с ней и остальным необходимым. Это также относится к способам второй группы, в которых в момент образования лидирующей цепочки напряжение с эмульсии перераспределяется на защитное приспособление (дроссель или емкость), то есть в результате образования одной единственной цепочки со всей площади электродов снимается высокое напряжение. Процесс электроразрушения эмульсии при этом происходит очень неравномерно, и вследствие этого снижается его эффективность.
Способы второй группы не нашли широкого применения также в виду отсутствия достаточно хорошего для данных целей диэлектрического материала и необходимости использования электрического поля высокой частоты для создания нужного распределения потенциалов в системе. Эти способы связаны с созданием дополнительных сложных высокочастотных источников питания, что также характерно для некоторых способов первой группы.
Результаты анализа существующих способов деэмульсации нефти в электрическом поле показали, таким образом, что все они различаются в основном по методам воздействия на процесс цепоч-кообразования и предотвращения его последствий. Применяемые методы не всегда эффективны, так как приводят к нарушениям процесса коалесценции капель дисперсной фазы и неравномерности обработки нефти в электрическом поле.
Кроме того, практически во всех предложенных способах деэмульсации нефти в электрическом поле электрообработка нефти осуществляется в режимах с постоянными технологическими и электрическими параметрами без учета изменения в процессе обработки физико-химических параметров эмульсии, например, уменьшения ее
Выбор оптимальных параметров процесса деэмульсации нефти в электрокоалесценторах с перфорированным экраном
Первые лабораторные опыты по деэмульсации нефти в электрическом поле в ограниченных областях обработки показали эффективность и перспективность предлагаемого способа. В связи с этим большое значение приобрела задача определения оптимальных значений параметров ограниченных областей обработки, а также некоторых технологических параметров, с точки зрения интенсификациипроцесса электроде эмульсации нефти в осуществляющих новый способ электрокоалесценторах с перфорированным экраном.
Поставленная задача решалась путем проведения экспериментальных исследований. Исследования проводились в лабораторных условиях с использованием эмульсий промысловых нефтей на моде деэмульсации 10%-ной водонефтяной эмульсии для напряжений на электродах, равных 4(1); 5,5(2); 7(3); 9,5(4) (расстояние между электродами равно 3 см). лях электрокоалесценторов с перфорированным экраном, а также в промысловых условиях на опытных установках с использованием естественных водонефтяных эмульсий, поступающих из внутрипромысло-вых нефтепроводов.
Использование искусственных эмульсий в большей части лабораторных экспериментов было обусловлено тем, что в процессе доставки и хранения естественных промысловых эмульсий происходило их старение, испарение и частичное расслоение и, таким образом, менялись физико-химические свойства эмульсий. Последнее отрицательно сказывалось на воспроизводимости результатов опытов.
Для приготовления искусственных эмульсий в качестве дисперсной среды использовались девонские и угленосные нефти, а также их смеси. В основной части опытов использовалась девонская нефть Ромашкинского месторождения. Краткая характеристика нефти приведена в таблице 2.1.
В качестве дисперсной фазы использовались водные растворы солей NaCK и CaCti . Их концентрация в воде в зависимости от задач экспериментов соответствовала концентрации солей в соленых (I-5/Q и рассольных (20-35$) пластовых водах.
Эмульсия приготавливалась путем интенсивного перемешивания нефти и воды с помощью мешалок в течение 5-Ю минут до получения необходимой степени дисперсности. Затем эмульсия выдерживалась несколько часов для образования оболочек на каплях и в заключение вновь перемешивалась.
Нужная концентрация воды в нефтяной эмульсии достигалась предварительным расчетом количества нефти и воды по формулегде н - соответственно объем воды и нефти. ет большой кинетической устойчивостью, о чем свидетельствуют данные ее теплового отстоя при Т=60С, приведенные в таблице 2.3.
Следует отметить, что для увеличения устойчивости искусственных эмульсий по сравнению с промысловыми в них при проведении лабораторных исследований не добавлялись никакие реагенты-деэмуль-гаторы.
Приготовленная эмульсия отбиралась в пробирку, и с помощью влагомера ВЭН-2, предварительно отградуированного по методу Дина-Старка (ГОСТ 2477-65), измерялось содержание водной фазы с целью исключения ошибок. Кроме того, с помощью микрофотографирования регистрировался и контролировался размер капель эмульгированной водной фазы.
Исследования проводились на лабораторном макете по следующей схеме. Нефтяная эмульсия самотеком или же с помощью насоса поступала из емкости для сырой эмульсии через термостат в элект-рокоалесцируюший аппарат. Производительность процесса определялась по времени заполнения мерной емкости на выходе установки. Нужная производительность процесса устанавливалась манипулированием входными и выходными кранами.
Высокое напряжение на электрокоалесцентор подавалось от высоковольтного источника питания АИ-70 и измерялось киловольтмет-ром C-I96. Последовательно электрокоалесцентору подключался многопредельный миллиамперметр Ф 58. Во всех экспериментах снима лись вольт-амперные характеристики процесса электродеэмульсации нефти, позволяющие получать ценную информацию о процессах, происходящих в эмульсии под действием электрического ПОЛЯ,
Обработанная эмульсия отбиралась в пробирки (150 мл) и отстаивалась в термостате определенное время при заданной температуре (в зависимости от условий опыта). В большинстве опытов температура и время отстоя эмульсии равнялись Т=60С и "t =1 час. Затем из верхней части пробирки шприцом отбиралось необходимое количество эмульсии (100 мл) и измерялось остаточное содержание водной фазы. Аналогично измерялась концентрация воды в нефти в контрольной пробе. Под контрольной пробой понимается эмульсия, пропущенная через электрокоалесцентор без воздействия на нее электрическим полем и отстоенная при такой же температуре и такое же время, что и обработанная в поле эмульсия. Отличие в значениях концентрации остаточной воды в контрольной и обработанной эмульсии и представляет преобладающий эффект электродеэмульсации над простым термохимическим отстоем и в полной мере характеризует снижение устойчивости обработанной в электрическом поле эмульсии.
Воспроизводимость результатов, получаемых в опытах, проверялась путем повторений опыта. Опыты проводились не менее пятираз.
Проблема выбора оптимального диаметра каналов перфорациисвязана с определением максимально допустимого диаметра ограниченных областей обработки, при котором появляется возможность образования в каждой области нескольких водяных цепочек, тем самым нарушаются условия предлагаемого способа и снижается эффективность и однородность электрообработки.Лабораторные исследования проводились на искусственной во-донефтяной эмульсии. Исходная концентрация водной фазы в эмуль
Напряженность электрического поля
Оптимальная напряженность электрического поля, при которой электрическая деэмульсация нефти дает наилучшие результаты, теснейшим образом связана с критической напряженностью поля, при которой начинают диспергировать капли воды определенного размера или наблюдается эффект их КРЗ. На это, в частности, указывают кривые накопления, получаемые при седиментометрическом анализе Эхмульсий, подвергнутых обработке электрическим полем. Характер кривых отстоя обработанной в электрическом поле эмульсии свидетельствует о том, что основная масса эмульгированной воды сосредоточена в каплях приблизительно одного размера /60/.
В главе I показано, что значение критической напряженности электрического поля, при которой происходит КРЗ капель и их диспергирование, удовлетворяет условию:где коэффициент Л для КРЗ капель и их диспергирования равен соответственно 0,24 и 0,4 /4,59/.
Было проведено исследование по определению зависимости критической напряженности электрического поля от радиуса водяных капель /83/.
В целях исследования было разработано оригинальное устройство /18/ для получения мелких одиночных капель воды заданного размера, движущихся с контролируемой частотой, основанное на явлении прерывистого истечения воды из отверстия гидрофобной иглы, помещенной на межфазной границе раздела углеводородная жидкость - воздух. Данное устройство, в отличие от ранее применявшихся (обзор в /32/), позволяет получить капли воды радиусом от 3 до 0,1-10 мм и менее в режимах разового и постоянного каплеобразо-вания.
Исследования проводились в профильтрованном трансформаторном масле с каплями дистиллированной воды. Каждый эксперимент с каплей воды данного радиуса проводился пять раз. Разброс значений L.Kp не превышал 10$. Результаты исследований, приведенные в виде графиков на рис.3.3, указывают на удовлетворительное совпадение экспериментальных и теоретических (рассчитанных по формуле 3.9) значений критической напряженности электрического поля, приводящей к диспергированию капель.
Согласно (3.9) значение оптимальной напряженности электрического поля, соответствующее эффективному электроразрушению нефтяной эмульсии, должно удовлетворять условию:
Увеличение радиуса водяных капель при их коалесценции приводит к уменьшению значения выражения, стоящего в правой части неравенства (3.10). В результате этого, при сохранении постоянным значения напряженности электрического поля, указанное неравенство перестает соблюдаться и процесс электрообработки эмульсии может перейти в режимы контактного разъединения или диспергирования капель, существенно ограничивающие степень их укрупнения. Примером этому могут служить результаты экспериментов, приведенные на рис.3.4.
Анализируя полученные зависимости, замечаем, что увеличение напряженности электрического поля вначале приводит к улучшению качества деэмульсации нефти, но затем эффект электроочистки перестает зависеть от напряженности электрического поля. Последнее, очевидно, происходит в результате действия эффекта КРЗ капель, препятствующего их дальнейшей коалесценции.
Аналогичные результаты были получены авторами работ /54,63/ при электродеэмульсации соответственно пятипроцентных водонефтя-ной и водомасляных эмульсий.
Приведенные выше сведения указывают на то, что обработка эмульсии традиционными способами с постоянным значением напряженности поля пригодна лишь для однократной коалесценции капель, и подчеркивают важность задачи определения оптимального режима электроразрушения нефтяных эмульсий с целью и с учетом эффективного уменьшения их дисперсности.
Были проведены исследования по определению оптимальных значений напряженности электрического поля для однократной электрообработки водонефтяной эмульсии и выяснению путей дальнейшего укрупнения капель дисперсной фазы до размеров, определяемых современными требованиями к процессу отстоя на промысловых установках /5 /.
Исследования проводились на лабораторной установке (рис.3.5) представляющей собой фторопластовый цилиндр, в котором между го-риз онталышми сетчатыми электродами помещаются перфорированные фторопластовые втулки. Количество перфорированных втулок, а также диаметр и длина каналов перфорации определялись исходя из задач эксперимента.Напряжение на чередующиеся электроды подавалось в зависимости от задачи опыта от общего или отдельных высоковольтных источников питания.
Исследования проводились на искусственных водонефтяных эмульсиях. Размер диспергированных водяных капель не превышал 10 мкм.
В первой серии опытов изучалось влияние напряженности поля на эффект повторной электрообработки эмульсии с учетом ее укрупнения. Для этого вся эмульсия подвергалась однократной электрообработке при напряженности электрического поля, равной Е=5 кВ/ см, затем проводилась повторная обработка при напряженности поля больше и меньше начальной.
Результаты исследований отражены на рис.3.6. Из приведенного рисунка следует, что повторная обработка эмульсии (однозначно увеличение времени обработки) при той же напряженности поля так же, как и электрообработка при больших напряженностях поля,лишь очень незначительно укрупняет капли воды и соответственно улучшает качество деэмульсации, достигнутое при первичной электрообработке (C0(3D 2= 1,1%) очевидно, за счет некоторой дообработки мелких капель, нескоалесцировавших в первый раз. Повторная обра о напряженности поля при температуре 20 С, исходнойконцентрации воды в нефти 5%, контрольной - 3%;(1-3 кВ/см) дает положительный результат - качество деэмульсации улучшилось почти в два раза.Результаты приведенных исследований показывают, таким образом, что для повышения эффективности процесса электроразрушения нефтяных эмульсий необходимо по мере укрупнения капель дисперсной фазы постепенно снижать величину напряженности электрического поля.
Промысловые испытания электрокоалесценторов с перфорированным экраном ЭМ1Э с коаксиальными электродами
В разделе приведены результаты промысловых испытаний опытных электрокоалесцирующих аппаратов с перфорированным экраном с коаксиальным расположением электродов. Учитывая результаты про веденных исследований по определению области применения процесса электродеэмульсации нефтяных эмульсий в технологии подготовки нефти, испытания электрокоалесщфующих аппаратов проводились в режимах обезвоживания и обессоливания нефти.
Результаты лабораторных исследований указали на эффективность режима электрообработки водонефтяной эмульсии с постепенншл снижением величины напряженности электрического поля, прикладываемого на эмульсию, снижением скорости течения эмульсии и увеличением времени ее обработки в полях пониженной напряженности. Как было показано выше, наилучшим образом данный режим осуществляется в электрокоалесценторах с коаксиальными электродами.
Согласно результатам лабораторных исследований был сконструирован опытный промысловый электрокоалесцентор с перфорированным экраном с коаксиальным расположением электродов на ориентировочную производительность по нефти 240-300 м3/сутки /6/. Конструкция аппарата, которому было дано название "Девон-5М", приведена на рис.4.5. Аппарат состоит из корпуса 4, представляющего собой металлическую трубу внутренним диаметром 200 мм и являющегося внешним заземленным электродом электрокоалесцентора; внутреннего высокопотенциального электрода 3, изготовленного из латунного стержня диаметром 12 мм; перфорированного фторопластового экрана 2 внутренним диаметром - 100 мм, внешним - 114 мм, длиной 1500мм, в котором просверлены отверстия - ограниченные области обработки диаметром 1,5 мм; проходного изолятора I; патрубков а,б,в,г с фланцами, предназначающимися в зависимости от задач исследований для ввода и вывода эмульсии.
Большое количество входных и выходных патрубков было обус ловлено необходимостью проверки зависимости качества электрообработки нефтяной эмульсии от системы ввода и вывода ее из аппарата. Забегая вперед, укажем, что оптимальным вариантом при электрообработке промысловой эмульсии оказался также, как и в лабораторных опытах, вариант с подачей эмульсии в область высокой напряженности электрического поля через патрубок (а) и выводом ее (через ограниченные области обработки) из области с низкой напряженностью поля посредством патрубка (г). Необходимость в патрубках (в) и (б) отпала.
Аппарат изготовлен на базе ПРЦН0-І НГДУ "Альметьевнефть" и смонтирован на пилотной установке подготовки нефти "Девон" при ЦКПНН-І НГД7 "Альметьевнефть". Технологическая схема пилотной установки приведена на рис.2.II.
В соответствии с утвержденной главным инженером ПО "Татнефть" программой были произведены испытания опытного электроко-алесцирущего аппарата "Девон-5Ы" (ЭЫ1Э-240).
Целью испытаний являлось определение таких технологических и электрических показателей аппарата, как эффективности обезвоживания и обессоливания нефти, фактической производительности и удельных затрат электроэнергии при электродеэмульсации нефти девонских горизонтов Ромашкинского месторождения. Физико-химическая характеристика нефти приведена в таблице 2.1. В режиме обезвоживания нефти на установку поступала нефтяная эмульсия при температуре до 20С после предварительного сброса воды с приема сырьевого насоса, откачивающего нефть на ТХУ. Дополнительный нагрев нефти и подача в нее деэмульгатора не производились. Нагрев эмульсии до необходимой для отстоя температуры производился после обработки ее в электрическом поле.
В режиме обессоливания на установку поступала обезвоженная на ТХУ нефть с добавлением пресной воды при температуре 38-40С. К сожалешпо, в технологической схеме отсутствовали диспергатор и массообменная секция для смешения нефти с пресной водой, и качество смешения было.неудовлетворительным. В этом режиме давление нефти составляло 0,3-0,5 МПа, поэтому насос 3 не использовался.
В период промысловых испытаний электрокоалесщрующий аппарат ЭКПЭ-240 работал стабильно, без отказов при различных электрических и технологических параметрах процесса деэмульсации нефти.Результаты испытаний приведены в таблице 4.5. Из таблицы видно,что электрокоалесцентор дает стабильные результаты в обоих режимах при разных временах отстоя (с различных уровней отстойника),причем, в режиме обессоливания нефти, отвечающие кондиционным требованиям I группы ГОСТ 9965-76 (экспортной кондиции). В таблице также отражены результаты анализа ходовых проб нефти, поступающей с отстойника, при времени отстоя, равном "L =30 глин.
Рабочая производительность электрокоалесцирущего аппарата составила 10-12 м3/час, что соответствовало расчетным величинам. Здесь необходимо отметить следующее. В лабораторных экспериментах по разрушению водонефтяных эмульсий напряженность электрического поля в ячейках с аналогичными соотношениями между диаметрами электродов достигала следующих значений: максшлального у внутреннего электрода Е = 23-25 кВ/см, среднего Е =6-7 кВ/см, минимального Е = 2-2,5 кВ/см.
При проведении промысловых испытаний не было возможности проверить эффективность электродеэмульсации нефти при указанных параметрах электрообработки, т.к. максимальное значение напряжения тлеющегося в наличии трансформатора почти вдвое ниже напряжения, необходимого для получения указанных значений напряженности поля. В связи с этим имеются определенные перспективы по интенсификации процесса электродеэмульсации нефти в описываемом
