Содержание к диссертации
Введение
1. Современные представления о процессах образования и разрушения нефтяных эмульсий
1.1. Физико-химические свойства нефтяных эмульсий
1.1.1. Образование нефтяных эмульсий
1.1.2. Свойства нефтяных эмульсий "
1.1.3. Типы эмульсий
1.1.4. Современные представления об обращении, фаз эмульсий .
1.1.5. Разрушение нефтяных эмульсий
2. Технология разрушения нефтяных эмульсий
2.1. Краткий обзор технологических методов
2.2. Состояние технологии подготовки нефти на предприятиях объединения "Нижневолжскнефть"
3. Исследования по обращению фаз нефтяных эмульсий
3.1. Лабораторные исследования
3.1.1. Приготовление искусственных водонефтяных эмульсий
3.1.2. Исследование критической обводненности для обращения фаз
3.1.3. Исследование обезвоживания нефти с применением явления обращения фаз эмульсии
3.1.4. Исследования разрушения особостойких нефтяных эмульсий путем обращения фаз
4. Исследования обезвоживания нефти путем обращения фаз нефтя ных эмульсий на пилотных установках в промысловых условиях .
4.1. Пилотные установки для промысловых исследований
4,1.1. Пилотная установка для обращения фаз эмульсий дросселированием потока
4.1.2. Пилотная установка с неподвижным слоем гидрофильного материала для обращения фаз эмульсии
4.1.3. Пилотная установка с взвешенным слоем гидрофильного материала для обращения фаз эмульсии
4.2. Исследование обращения фаз эмульсии в промысловых условиях
4.2.1. Методика и результаты исследований обращения фаз эмульсий дросселированием
4.2.2. Исследование обращения фаз эмульсий на пилотной установке с неподвижным слоем твердого гидрофильного материала
4.2.3. Исследования обращения фаз эмульсий в аппарате со взвешенным слоем гидрофильного материала
4.3. Промышленные испытания
4.3.1. Обезвоживание промысловой эмульсии
4.3.2. Обезвоживание особостойкой подтоварной эмульсии .
Список использованных источников 155
Приложение
- Современные представления об обращении, фаз эмульсий
- Состояние технологии подготовки нефти на предприятиях объединения "Нижневолжскнефть"
- Исследование обращения фаз эмульсии в промысловых условиях
- Промышленные испытания
Введение к работе
Решениями 26 съезда КПСС по развитию народного хозяйства страны в одиннадцатой пятилетке предусмотрено дальнейшее увеличение продукции добывающих отраслей промышленности, в том числе и нефтяной. Перед нефтяниками поставлена задача довести дооычу нефти к концу пятилетки в объеме 620-645 млн т в год / I /. С этой целью в разработку вводятся ряд новых крупных месторождений, а также внедряются различные мероприятия, направленные на интенсификацию добычи нефти на месторождениях, которые были вовлечены в эксплуатацию ранее.
Ускоренный прирост добычи нефти значительно опережает возможности нефтяного машиностроения и строительных организаций для введения в строй новых установок подготовки нефти, интенсификация добычи нефти, на старых месторождениях, особенно находящихся на поздней стадии эксплуатации, резко увеличивает объем добычи пластовых вод, что значительно повышает общий объем добываемой жидкости. Для ее обработки необходимы реконструкция и расширение действующих установок подготовки нефти с целью увеличения их производительности.
Наиболее эффективным направлением решения проблемы повышения производительности действующих установок подготовки нефти является ускорение процесса разрушения эмульсии с целью отделения воды от нефти в небольших аппаратах и без подогрева всего объема жидкости. Такой эффект частично достигается при применении внутритрубной деэмульсации, которая получила широкое распространение почти во всех нефтяных районах страны и подробно описана в трудах Тронова В.П., Грайфера В.И., Мингареева Р.ПЦ, Вахитова Г.Г., Кагана Я.М., Петрова А.А., Митрофанова А.З., Латыпова В.Х, Закирова Й.Г., Медведева В.Ф., Ширеева А..И., РозенцвейгаА.К., Хамидуллина Ф.Ф.
Однако, использование этой технологии не всегда обеспечивает глубокое обезвоживание нефти из-за невозможности достижения полного разрушения эмульсии на всех участках трубопроводов, например, коротких. Поэтому ее применение зачастую связано с использованием резервуаров для длительного отстаивания и требует нагрева эмульсии. Не исследованы также возможности этой технологии для разрушения особостойких подтоварных эмульсий.
Теоретические предпосылки разрушения стойких эмульсий методами пенной деэмульсации рассмотрены в /2.3/. Разрушение при этом достигается за счет создания сильно развитой поверхности "нефть-вода", контакта глобул пластовой воды с активной дренажной водой.
Принципиальное отличие этой технологии от трубной деэмульсации состоит в том, что в ней процессы столкновения и коалес-ценции капель воды в объеме нефти заменены, в основном, процессами контакта глобул воды на крупных каплях нефти с окружающей их активной гидрофильной средой (водой), содержащей деэмульга-тор.
В тех же работах /2. 3 / рассмотрены варианты использования этой технологии с помощью штуцерных устройств и энергии расширяющегося газа.
Достижение этого же эффекта методами обращения фаз нефтяной эмульсии, имеющей критическую обводненность и достаточное количество де эмульгатора, в известных нам работах /2, 3 / не рассматривалось. Вместе с тем, развитие этого направления, как одного из наиболее интересных в научном и практическом отношении явления, представляется нам весьма перспективным.
Основное отличие этой технологий от пенной деэмульсации состоит в предварительном диспергировании большого объема воды
Б составе исходной нефтяной эмульсии, с целью создания сильно развитой поверхности раздела фаз и быстром распределении на этой поверхности деэмульгатора при интенсивном перемешивании системы. Это приводит к коренному изменению первоначальной структуры и физических свойств эмульсии.
Вследствие воздействия деэмульгатора на всей развитой поверхности, на которой нефть находится в виде натянутой пленки, происходит переориентация молекул поверхностно-активных веществ, что, в свою очередь, является причиной разрыва пленок и слияния капель воды в оплошную среду. Это приводит к изменению типа эмульсии, который существует в определенных динамических условиях. Разделение прямой эмульсии происходит всплыванием капель нефти в воде, и вследствие малой вязкости воды процесс протекает очень быстро и не осложнит технологию в целом. В связи с малой вязкостью воды и огромной поверхностью коалесценции нагрев эмульсии практически отпадает,
В связи с этим очевидна актуальность исследований условий разрушения водо-нефтяных эмульсий путем обращения фаз, разработки и внедрения технологии этого процесса.
Исследования по обращению фаз нефтяных эмульсий ранее проводились в институтах "Гипровостокнефть" / 4 / и "ВолгоградНИШ-нефть" / 5 /. Однако они имеют существенные неточности и недостатки. Так, например, в работе / 4 / за обращение фаз нефтяной эмульсии принят процесс промывки при перемешивании исходной эмульсии в содержащей деэмульгатор воде, но не были исследованы факторы, влияющие на процесс.
В работе / 5 / исследованы некоторые факторы, влияющие на обращение фаз нефтяных эмульсий, однако они оторваны от практического состояния подготовки нефти на промыслах, так как очень большие расходы деэмульгатора, которые намного превышают уста новлешше удельные расходы. Кроме того, полученные результаты не подтверждаются опытами при проверке. В результате большинство теоретических вопросов практической технологии способа обезвоживания нефти, базирующихся на явлении обращения фаз эмульсии, остались нерешенными.
На основании исследований в данной работе установлена возможность обращения фаз нефтяной эмульсии, глобулы воды которой защищены мекфазными оболочками и показано, что даже в этих условиях процесс разделения прямых эмульсий происходит значительно быстрее, чем обратных. Выявлено, что процессу обращения фаз нефтяных эмульсий предшествует разрушение под воздействием де-эмульгатора межфазных пленок на каплях воды, которые затем сливаются и образуют оплошную среду. Установлено, что при обращении фаз нефтяных эмульсий для группы нефтей, классифицируемых по компонентному составу природных эмульгаторов, существует своя критическая обводненность. Определены основные закономерности влияния различных факторов на критическую обводненность эмульсии при обращении фаз, которая может быть снижена увеличением интенсивности перемешивания, повышения температуры, введением инверсионного экрана в виде твердых частиц с гидрофильной поверхностью, воздействием деэмульгатора.
Показана возможность обезвоживания нефти путем обращения фаз эмульсии, в том числе особостойких подтоварных эмульсий, осложненных большим количеством природных эмульгаторов и механических примесей.
Впервые разработаны способы для разрушения нефтяных эмульсий путем обращения фаз дросселированием потока при перепаде давления 0,2-2,0 МПа и пропусканием потока эмульсии через слой частиц твердого материала с гидрофильной поверхностью (а. с. № 78І2І0 и № 850190). Разработан стенд для исследования обраще ния фаз нефтяных эмульсий (а.с. № 1000455).
Полученные результаты исследований позволили подойти к вопросу разрушения нефтяных эмульсий о других теоретических позиций и разработать новое направление в технологии подготовки нефти, Разработанный технологический процесс обезвоживания оообостойких подтоварных эмульсий позволил практически решить одну из отраслевых задач, связанных с проблемой борьбы с потерями нефтепродуктов и охраны окружающей среды.
Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы.
В первой главе дается краткий обзор работ, посвященных состоянию теории нефтяных эмульсий. Рассматриваются физико-химические свойства, образование, устойчивость и типы, а таже обращение фаз эмульсии.
Во второй главе дан анализ и описание существующей технологии подготовки нефти на предприятиях производственного объединения "Нижневолжскнефть". Рассмотрены недостатки в технологии.
В третьей главе описаны методики проведенных лабораторных исследований различных параметров разрушения и обращения фаз нефтяных эмульсий, в том числе оообостойких подтоварных. Рассмотрены результаты исследований в лабораторных условиях.
В четвертой главе описаны пилотные установки и их технологические схемы для работы в промысловых условиях (одна из установок защищена авторским свидетельством на изобретение ). Впервые исследованы на них и описаны способы деэиульоации нефти с использованием явления обращения фаз дросселированием потока эмульсии и с применением твердого гидрофильного и суспендированного в эмульсии материала, служащего в качестве инверсионного экрана. Описана технология и результаты проведенного промышленного испытания способа деэмульсации нефти с применением явления обращения фаз дросселированием потока. Эта технология внедрена в 1982 г. в производство. Показан процесс обезвоживания этим способом оообоотойкой подтоварной эмульсии на опытно-промышленной установке в Жирновском НГДУ.
Большую помощь при выполнении работы оказали сотрудники сектора подготовки нефти ВолгоградНИШнефть, за что автор выражает искреннюю благодарность.
Современные представления об обращении, фаз эмульсий
Расслоение нефти и воды в такой системе происходит путем всплывания капель нефти в воде, поэтому процесс происходит быстрее чем оседание капель воды в нефти, что значительно ускоряет процесс расслоения эмульсии.
Лабораторные исследования обращения фаз нефтяных эмульсий были, проведены в институте "Гипровостокнефть" и описаны в работах / 4, 66 /, авторы которых указывают на преимущество этого метода по сравнению с обезвоживанием нефти обычным отстоем эмульсии типа "вода в нефти". В работе / 4 / исследовано влияние расхода деэмульгатора на обращение фаз эмульсин, с последующим отстаиванием в течение 2-4 ч и определением остаточнога содержания воды в нефти. Однако эта работа имеет принципиальную неточность. За обращение фаз нефтяной эмульсий в ней принят процесс промывки при, перемешиваний исходной эмульсии в содержащей деэмульгатор воде, объем которой хотя и позволяет теоретически достигать обращение фаз, но сам факт исследователи никакими приборами практически не наблюдали. В действительности при внесении в большой объем воды небольшого количества эмульсии в процесс перемешивания происходит распределение ее в воде, контактирование и слияние капель воды исходной эмульсии G активной водой. И этот процесс является промывкой, при которой также эмульсия разрушается и в промысловой практике находит широкое применение. L обращение фаз отличается тем, что обратная (или прямая) эмульсия при определенном соотношении объемов фаз под воздействием каких-либо факторов меняется на эмульсию противоположного типа.
На основании проведенных лабораторных исследований / 4 /, не подтвержденных промысловыми испытаниями,в работе / 66 / описан способ ускоренного отделения основного количества воды без нагревания эмульсии, сочетающий химическую обработку эмульсии с промывкой в воде, позволяющий обезвоживать нефть до 7-IQ/ % при расходе деэмульгатора (дисольван 4ЛІІ) 20-100 г/т нефти.
Авторы работы / 67 / провели исследования по обращению фаз стойких нефтяных эмульсий, так называемого "промежуточнога слоя" в технологических резервуарах, имеющих повышенное содержание механических примесей, основу которых составлял сульфид железа. Исследовалось влияние интенсивности и длительности, перемешивания, температуры, количества добавляемой промывочной воды и реагента на эффективность разрушения "промежуточного, слоя". Показано, что гидродинамический эффект разрушения "промежуточного слоя" обусловлен добавлением воды в количестве, соответствующем обращению фаз системы, а также существенное влияние всех исследуемых факторов.
Из рассмотренных литературных материалов по обращению фаз нефтяных эмульсий видно, что этим перспективным направлением исследований занимаются очень мало специалистов, поэтому до сих пор в практике подготовки нефти явление обращение фаз не нашло применения. Предложенный в / бб / способ обезвоживания нефти с раходом деэмульгатора до 100 г/т и остаточным содержанием воды в нефти до 7-Ю % не удовлетворяет современным требованиям. Эти обстоятельства требуют более глубокого и всестороннего изучения процесса обращения фаз в нефтяных эмульсиях.
Предварительно проведенные исследования в институте "Волго-градНИПЙнефть" /5, 68 / по обращению фаз в нефтяных эмульсиях показали, что их необходимо вести по пути изучения влияния различных факторов с целью интенсификации и более глубокого, проведения процесса, на основе которых можно разработать более эффективный способ обезвоживания нефти.I.I.5. Разрушение нефтяных эмульсий. Высокая устойчивость нефтяных эмульсий типа "вода в нефти," объясняется стабилизацией их структурными поверхностными слоями сложных по составу природ ных эмульгаторов, включающих как поверхностно-активные, так и инактивные компоненты. В связи с этим наиболее общий физико-химический путь разрушения таких эмульсий заключается в воздействии на них поверхностно-активных веществ, которые, адсорби-руясь на поверхности вода-нефть, вытесняют адсорбционно или в результате гидрофилизации защитную оболочку, тем самым нарушая агрегативную устойчивость эмульсии / 2,8,9,16,25,61,63,64 /.
Для разрушения нефтяных эмульсий применяют реагенты-де-эмульгаторы, которые являются более поверхностно-активными, чем природные эмульгаторы, содержащиеся в нефти / 6-8, 16, 25 /.
Поверхностные слои наггранице раздела „нефть-рвода" состоят из адсорбированных на каплях воды асфальте-смолистых веществ, переходящих в гелеобразное состояние и твердых частиц,удерживающихся за счет сил избирательного смачивания. Молекулы, введенного и распределенного в объеме эмульсии, деэмульгатора располагаются на границе раздела фаз, пептизируют гелеобразную оболочку и адсорбционно вытесняют с поверхности глобул воды полярные компоненты эмульгаторов (смолы, асфальтены и др.). Они позволяют поверхности твердых частиц целиком смачиваться какой-либо одной жидкостью (нефтью или водой) и втягиваться им полностью внутрь этой фазы. Вытесненные деэмульгатором асфальто-смолистые вещества удаляются с границы раздела фаз в объем нефти, и на поверхности глобул воды образуется адсорбционный слой из молекул реагента-деэмульгатора, который уже не проявляет структурно-механические свойства / 2,8,9,16,25,64,65 /.
В результате этих процессов состав и структура поверхностного слоя на каплях эмульгированной воды претерпевают коренные изменения.
В дальнейшем происходят такие процессы как сближение капель, коагуляция и коалесценция их при столкновениях, оседание укрупнившихся капель и разделение эмульсии, на нефть и пластовую воду. Эти процессы происходят как в статических, так и в динамических условиях / 2,3,6,25 /.
Сближение и столкновение капель происходит под действием различных сил - броуновских, гравитации или приложенных извне. При столкновении двух капель поверхность их деформируется, затем пленка разрывается в месте столкновения, и первоначальное объединение двух капель происходит в виде узкой перемычки. При появлении разрыва в пленке диаметр его начинает возрастать со скоростью / 2 /
Состояние технологии подготовки нефти на предприятиях объединения "Нижневолжскнефть"
В структуре объединения четыре нефтегазодобывающих управления: Жирновское, Коробковское, Арчединское и Астраханское. В текущем десятилетии во всех НГДУ ожидается рост обводненности добываемой нефти. Очень высокого значения (92-96 $) она достигает на месторождениях, которые находятся на поздней стадии разработки.
В настоящее время вся добываемая нефть подвергается обезвоживанию и обессоливанию, не подвергается обессоливанию лишь нефть Астраханского НГДУ, где глубоким обезвоживанием добиваются довольно высоких качеств нефти.трубопроводы промысловой системы сбора нефти, путем подачи деэмульгатора в поток эмульсии, на групповых установках (ГУ) или на дожимных насосных станциях (ДНС) и отстоя разрушенной эмульсии в технологических резервуарах в пунктах подготовки нефти.
Сбор нефтяной эмульсии с пяти месторождений (Жирновского, Бахметьевского, Кленовского, Линевского и Нижне-Добринского) и ее обработка деэмульгатором путем введения его в трубопровод дозировочными насосами производится на двух технологических участках - Жирновском и Бахметьевском с пунктами отстоя соответственно на головном сборном пункте (ГСП) и сборном пункте № 3 (СП-3).На ГПС обезвоживается нефтяная эмульсия Жирновского, Линевского и Нижне-Добринского месторождений и по мере необходимости обессоливается вся добываемая в НГДУ нефть.Принципиальная технологическая схема обезвоживания и обессоливания нефти, на ГСП Жирновского НГДУ приведена на рис. 2.1.
Подготовка нефти производится в две ступени: первая ступень - обезвоживание, вторая - обессоливание. Обезвоживание нефти осуществляется с применением внутритрубного способа деэмульсации с отстоем нефти в технологических резервуарах / 5 /. Внутритрубная деэмульсация нефти начинается после подачи деэмульгатора (сепарол 5084) на пункте сепарации нефти, групповых замерных установках (ГЗУ) или на дожимных насосных станциях (ДНС) на вход в сепаратор или на прием насосов в неразбавленном виде дозировочными насосами типа НД или НДУ и в дальнейшем процесс деэмульсации происходит придвижении эмульсии по трубопроводу. Деэмульгатор подается в количестве 10-15 v/vr эмульсии. Разрушенная в процессе движения нефтяная эмульсия поступает в низ технологического резервуара 1-ой ступени, обезвоживания и проходит через слой пластовой воды, уровень которой постоянно поддерживается 3-4 м. Объем технологического резер-вуара составляет 5000 м . Для облегчения процесса отстаивания нефти, поступающая эмульсия нагревается, смешиваясь с горячей нефтью, которая прокачивается насосом 2 через печь-подогреватель 3. Температура подогрева поступающей с промысла эмульсии 20-25 С, такая же температура жидкости поддерживается и в технологических резервуарах.
В резервуаре I нефть отстаивается до содержания воды 5-Ю % и сверху через подъемную трубу сливается в резервуар 4 второй ступени обезвоживания такого же объема, в котором отстаивается до содержания воды 1-2 %. Затем обезвоженная нефть собирается в буферном резервуаре 5, в который поступает также обезвоженная нефть со сборного пункта № 3.
Вторая ступень подготовки нефти - термохимическое обессоли-вание в отстойниках.Обезвоженная нефть из резервуара 5 забирается сырьевым насосом 6, в выкидную линию которого подается пресная вода в объеме 5 % к нефти насосом 7 и прокачивается через печь-подогреватель 9 и секционный каплеобразователь 10, в котором происходят массообменные процессы перемешивания обезвоженной нефти с пресной водой и деэмульгатором с дальнейшим укрупнением капель воды, в горизонтальные отстойники II.
Эмульсия подогревается в печи, до 45-55 С и отстаивается в четырех горизонтальных отстойниках объемом по 80 v? каждый и поступает в товарный резервуар 12, в котором вода полностью отделяется.На Ш-3 Жирновского НГДУ обезвоживаются нефти Бахметьев ского и Кленовского месторождений. Принципиальная технологическая схема обезвоживания на Ш-3 показана на рис. 2.2.
Обезвоживание нефти Бахметьевского и Кленовского месторождений осуществляется также с применением внутритрубного способа деэмульсации с последующим отстаиванием в технологических резервуарах. Подача деэмульгатора производится в неразбавленном виде на прием откачивающих с промысла эмульсию насосов I или на вход сепараторов 3 дозировочными насосами. 2. типа НД или, ИДУ. Процесс разрушения эмульсии происходит при движении. ее в трубопроводах до СП-3, где она подогревается паром в теплообменниках 4 и направляется на отстаивание в резервуар 1-й ступени 5 объемом 3700 м .
Подогретая до 20-25 С эмульсия в технологическом резервуаре, проходит через слой отстоявшейся пластовой воды высотой 3-4 м и, отстоявшись, с содержанием воды до 5 % через подъемную трубу перетекает в резервуар второй ступени, где обезвоживается до 1-2 % и сливается в товарный резервуар. В резервуаре второй ступени эмульсия также промывается через водяную подушку высотой 3-4 м. Обезвоженная нефть из товарного резервуара откачивается на ГСП.В Коробковском НГДУ сбор добываемой нефтяной эмульсии производится в трех пунктах: на СП-І и СП-2 Коробковокого месторождения и на Южно-Уметовском СП, куда поступает нефть также с Антиповско-Балыклейского месторождения; вся жидкость со сборных пунктов перекачивается в товарный парк установки подготовки нефти.Подготовка нефти производится путем обезвоживания совместно внутритрубным и термохимическим способами, обессоливания термохимическим способов и стабилизации горячей сепарацией. Принципиальная технологическая схема подготовки, нефти, показана
Исследование обращения фаз эмульсии в промысловых условиях
В процессе работы эмульсия поступала на пилотные установки с различным содержанием воды, которое изменялось вследствие того, что откачка ее производилась из резервуаров, в которых обводненность нефти менялась в зависимости от уровня жидкости. При работе ДНС обводненность нефти тоже менялась, однако эти изменения замечались либо при очень малом поступлении жидкости, когда ДНС работала в периодическом режиме "набор-откачка", либо при включении в работу сильно обводненных скважин.
Тип эмульсии на всех пилотных установках определяли по изменению электрического сопротивления эмульсии, которое фиксировали по отклонению стрелки ампервольтметра АВ0-5М или Ц-43ІЗ, которые подключали к электродам, находящимся в потоке эмульсии.
Кроме этого, тип эмульсии определяли визуально. Из пробо-отборных кранов, установленных до и после устройств для обращения фаз, при наборе проб, в случае неразрушенной, необращенной эмульсии, вытекала мелкодисперсная густая эмульсия, а при обращении фаз, наряду с отклонением стрелки прибора вытекали уже разделенные составные части эмульсии. В стеклянных цилиндрах, в первом случае мелкодисперсная эмульсия долго не разделялась, а во-втором процесс разделения начинался сразу и быстро заканчивался.
Методика и результаты исследований обращения фаз эмульсий дросселированием. Эмульсия из жирновской нефти с содержанием пластовой воды 45-65 % при температуре 20-25 С по питательной линии поступала на пилотную установку под давлением до 21 атм. Регулирование расхода жидкости осуществляли вручную вентилем по скорости наполнения колонны. Дисольван 4411 подавали дозирующим насосом типа НД в чистом виде на прием насоса 8МС I (см. рис. 4.1.). Расход деэмульгатора составлял 9-Ю и 18-20 г/м3 эмульсии.
Обращение фаз эмульсии производили созданием различного перепада давления на каждой ступени дросселирования и доведением эмульсии до критической обводненности путем введения в нее дополнительного количества воды. Исследования проводили также без добавки воды и с добавкой малого количества воды.
Перемешивание эмульсии с поданным деэмульгатором во всех трех случаях производилось в полости центробежного насоса и в устройстве для обращения фаз эмульсии. В двух последних случаях, когда подавалось дополнительное количество воды, которую подкачивали плунжерным насосом 4 в питательную линию перед устройством, исходная эмульсия с содержащимся в ней деэмуль-гатором перемешивалась с водой в устройстве для обращения фаз эмульсии.
Обработанная таким образом эмульсия поступала в низ колонны, где поддерживался слой отстоявшейся пластовой воды высотой 0,5-0,75 м и отставивалась при температуре 20-25 С. Колонна в данном случае служила как емкость, по которой определяли расход проходящей через установку жидкости.
В процессе изменения параметров работы отбирали, пробы в мерные цилиндры, в которых эмульсия отстаивалась при такой же температуре. Результаты их приведены в табл. 4.2,-4,4., а графическое изображение, построенное по средним значениям данных табл. 4.2.-4.4. показано на рис. 4.4.
Из данных таблиц и рисунка видно, что обработка обратной нефтяной эмульсии с содержанием воды 50-65 % путем дросселирования при различных перепадах давления с добавкой деэмульгато-ра 9-Ю г/м, не приводит к разрушению эмульсии в течение І ч (табл. 4.2. и 4.3.). Разрушение эмульсии за этот промежуток тора до 18-20 г/м и добавке воды в малом количестве (табл. 4.2. и 4.3.). Очевидно, в этих случаях содержание воды не достаточно для обращения фаз эмульсии. Кроме того результаты отстоя ухудшаются при повышении расхода эмульсии, пропускаемой через установку.
При увеличений расхода деэмульгатора до 18-20 г/м и содержании воды в эмульсии до 70-80 % и пропускании ее через дросселирующее устройство при различных перепадах давления (0,2-2,0 МПа) происходило обращение фаз эмульсии. Этому процессу способствует также снижение расхода жидкости, пропускаемой через дросселирующее устройство / 102 /.
Обращенная эмульсия в большинстве случаев в течение одного часа и менее полностью разделяется на нефть и воду. Выделившаяся вода из необращенной эмульсии сразу получается прозрачной, а из обращенной она сначала имеет мутный вид, но со временем становится прозрачной, чистой. Последнее, вероятно, можно объяснить частичной содюбилизацией нефти, но с образованием неустойчивых мицелл.
Исследование обращения фаз эмульсий на пилотной установке с неподвижным слоем твердого гидрофильного материала. Нефтяная эмульсия с содержанием воды 45-73 % из резервуаров сборного пункта $ I перекачивается центробежным насосом 8МС I на ГСП Жирновского НГДУ. В приемную линию насоса подается де-эмульгатор P-II в чистом виде дозировочным насосом типа НД в количестве 15-20 гДг эмульсии для внутритрубной деэмульсации нефти. В выкидную линию насоса после обратного клапана врезана питательная линия пилотной установки для обращения фаз эмульсии.
Часть эмульсии из выкидной линии насоса I по питательной линии под давлением до 2,0 МПа подавалась на пилотную установку.
Регулирование расхода эмульсии производили вентилем по изменению уровня жидкости в колонне 8, который наблюдали через боковые смотровые окна.
Обращение фаз эмульсии производили дросселированием потока вентилем при перепаде давления 0,2-2,0 МПа в емкость, наполненную частицами твердого гидрофильного материала. Они создавали инверсионный экран, который способствовал процессу обращения фаз эмульсии. Воду и деэмульгатор подавали как в предыдущей установке.
Эффективность влияния материала на процесс и скорость разделения эмульсии определяли отстаиванием проб, отобранных до емкости и после него. Эмульсию отстаивали при температуре окружающего воздуха 20-22 С в течение 15 и 30 мин в мерных цилиндрах. Остаточное содержание воды после 30 мин расчитывали по соотношению (3.2.).
Исследования по обезвоживанию нефти проводили без добавки воды в эмульсию,с добавкой малого количества воды и с добавкой воды до критической обводненности для обращения фаз при различных расходах эмульсии и деэмульгатора.
Результаты исследований приведены в табл. 4.5. и 4.6., которые показывают хороший отстой нефти при достижении обращения фаз эмульсий в интервале расхода деэмульгатора 70-100 г/т нефти, при этом критическая обводненность составляет 73 %, а производительность установки 100-300 л/ч. Результаты обезвоживания эмульсий, не доведенных до обращения фаз, на установках с материалом и без него намного хуже, чем результаты обезвоживания с обращением фаз на установке с твердым гидрофильным материалом.
Эффективность работы последней намного выше, чем установки без гидрофильного материала, т.к. такие же результаты обезвоживания получены при более высокой производительности до 300 против
Промышленные испытания
Лучшие результаты обезвоживания нефти получены при обращении фаз эмульсии во время сепарации нефти при подаче реагента. После перемешивания этой эмульсии в полости центробежного насоса результаты несколько хуже, по-видимому это влияние диспергирующего действия центробежного насоса. Достаточно глубокое обезвоживание нефти получено в приемной и в выкидной линии насоса за 15 мин. Электрическое сопротивление эмульсии при обращении фаз составило 4-12 кОм.
Таким образом, эмульсия, имеющая критическую обводненность и достаточное количество деэмульгатора, эффективно разрушается при обращении фаз, что достигается путем интенсивного турбулентного перемешивания потока при перепаде давления 0,4-0,6 МПа.
На основании результатов этих исследований можно заключить, что при подготовке нефти, когда критическая обводненность эмульсии для обращения достигается при добыче нефти, обезвоживание ее можно производить без подогрева всей эмульсии. Глубокое обезвоживание нефти при этом происходит за счет эффективного разрушения эмульсии при обращении фаз, которое наступает при дросселировании потока, кроме того, дополнительно действует эффект внутритрубной деэмульсации нефти при перекачке на ГСП. Вследствие этого с 1982 г. в Жирновском НГДУ обезвоживание нефти производят при естественной температуре эмульсии.
Обезвоживание особостойкой подтоварной эмульсии. В последние годы в Жирновском НГДУ количество подтоварных остатков из года в год увеличивалось, а в 1979-1980 гг. возникла проблема его обработки. Ранее (см. п.3.1.3.) в лабораторных условиях была показана возможность обезвоживания особостойких подтоварных эмульсий с применением обращения фаз при сильном перемешивании ее с водой и деэмульгатором. На основании этого разработана установка для опытно-промышленного обезвоживания подтоварной эмульсии на головном сборном пункте Жирновского НГДУ. Принципиальная технологическая схема установки показана на рис. 4.6. / 101, 107 /.
Подтоварная эмульсия из резервуара 6 забирается сырьевым насосом 5 и направляется на прием эмульсионного насоса I, куда подаются также пластовая вода из резервуара 7 и деэмульгатор в неразбавленном виде дозировочным насосом 3 из расходной емкости 4. Количество подаваемой воды замеряется расходомером типа "Норд ЮО" 2. Система подтоварная эмульсия,пластовая вода и деэмульгатор перемешиваясь в полости, центробежного эмульсионного насоса,прокачивается через радиант ную печь 8, где нагревается до необходимой температуры. Затем она проходит через одну или две эмульсионные задвижки 9, которые открыты таким образом, чтобы было возможно дросселирование потока жидкости за счет перепада давления, который устанавливается до 1,0 МПа. Вследствие такого гидродинамического перемешивания эмульсии, воды и деэмульгатора осуществлялось обращение фаз исходной подтоварной эмульсии / 102 /. Далее она поступает для разделения на составляющие фазы в отстойник II, откуда отделившаяся вода направляется в технологический резервуар первой ступени 13, а нефть - в товарный резервуар 12, в случае повышенной обводненности нефти она направляется вместе с водой в резервуар 13.
Расход эмульсии определяется по замеру резервуара 6, расход воды по счетчику 2, а расход деэмульгатора по калиброванной емкости 4. Для отбора проб с целью ее анализа на трубопроводах после дросселирования и на выходе нефти из отстойника установлены краники 10. С целью контроля уровня воды в отстойнике также имеются два краника, указывающие уровень 700 и 1100 мм.
Исследования по обезвоживанию подтоварных остатков по этой технологической схеме проводили в 1979-І982 гг. В начале ставилась задача определить принципиальную возможность обезвоживания этих остатков по разработанной технологии, основанной на результатах лабораторных исследований. В дальнейшем - определить условия разрушения эмульсии и возможной глубины ее обезвоживания при различных параметрах режима.
В начале исследований встретились с рядом трудностей. Они обуславливались невозможностью установления постоянства параметров режима, особенно исходной обводненности и расхода эмульсии, которые изменялись в широких пределах / 107 /. Здесь целесообразно показать лишь диапазоны изменения их (табл. 4.П.). Во всех случаях в качестве деэмульгатора применяли сепарол 5084.
Процесс разрушения эмульсии и отстоя из нее воды контролировали путем анализа проб, отбираемых из сырьевого резервуара и насоса, из трубопроводов после дросселирования и на выходе из отстойника и из резервуара, в который поступала обработанная эмульсия. Отобранные пробы анализировались на содержание воды ила стандартным методом или на приборе ВЭН-ЗМ.
Обезвоживанию подвергалась эмульсия из резервуаров № 7, 8 и 9. Она отличалась высокой устойчивостью, т.к. в них сливались наиболее грязные высокообводненные остатки, из товарных резервуаров, которые при хранении 4-6 месяцев сильно стабилизировались. Обрабатывали также эмульсию непосредственно из товарных резеву мальных при обработке особостойких эмульсий хороших результатов обезвоживания в отстойнике получено не было. Это усугублялось еще тем, что из-за отсутствия приборов контроля невозможно было поддерживать постоянный уровень воды в нем. В отстойнике временами набиралась вода до 1-2 м, а в большинстве случаев была только эмульсия. Однако среди анализов с высоким содержанием воды были и хорошие.
Обезвоживание нефти, в основном, происходило в течение 0,5-1 ч начального периода работы установки после перерыва 18-60 ч. Это можно объяснить тем, что время отстаивания эмульсии в отстойнике недостаточно для полного ее обезвоживания. Увеличить время отстаивания в сложившихся условиях было ..возможно уменьшением расхода эмульсии, подаваемой на установку или отстаиванием ее в аппарате с большой емкостью. Учитывая труд ность осуществления первого, отстаивание проводили в резервуаре № 7 объемом 5000 м3.
На этом этапе испытаний в июле-сентябре 1979 г. обезвоживали эмульсию из нижних слоев резервуара № 9, обводненность которой была 38-80 % и более. Всю обработанную эмульсию собирали в резервуаре № 7, где она отстаивалась, а в отдельные дни направляли в технологический резервуар первой ступени f. 14. За время испытания в резервуар № 7 поступило 2425 м , а в резер-вуар № 14 1450 м эмульсии.
Качество обезвоживания в резервуаре № 7 определяли лабораторным анализом проб, взятых по его высоте с каждого метра, а в резервуаре № 14: судили по глубине обезвоживания промысловой нефти. В табл. 4.12. показана обводненность нефти в резервуаре № 7, который в течение испытаний заполнялся несколько раз.
