Обезвоживание и обессоливание нефти. Методы обезвоживание нефти


36. Методы обезвоживания и обессоли-вания нефти

Под эмульсией понимают смесь двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул). Нефтяные эмульсии бывают двух типов: «вода в нефти» и «нефть в воде».

Холодный отстой и центрифугирование

Холодный отстой нефтяной эмульсии смеси нефти и воды осуществляется под давлением с обращением фаз и с предварительной обработкой деэмульгатором. Этим способом можно успешно отделять основную массу пластовой воды от нефти. Время обработки эмульсии в зависимости от характера нефти сокращается до 1 часа.

Деэмульгатор, как более поверхностно-активное вещество, заняв место на каплях эмульгированной воды, препятствует образованию защитных слоев из природных эмульгаторов. В результате капли могут свободно сливаться и выделяться из нефти в виде свободной воды при создании соответствующих условий.

Сущность центрифугирования заключается в следующем. Нефтяная эмульсия подается в центрифугу, в которой размещается быстро вращающийся аппарат, придающий ей определенное направление движения. Благодаря центробежной силе вода, как более тяжелая, приобретает большую скорость и стремится выйти из связанного состояния, концентрируясь и укрупняясь вдоль стенок аппарата и стекая вниз. Обезвоженная нефть и вода отводятся по отдельным трубам.

Термохимичекое обезвоживание

На промыслах наиболее распространено разрушение эмульсий термохимическими способами. Широкое распространение они получили благодаря таким преимуществам, как возможность менять деэмульгатор без изменения оборудования и аппаратуры, предельная простота, нечувствительность режима к любым колебаниям содержания воды. Однако термохимический способ имеет и ряд существенных недостатков, к числу которых следует отнести большие затраты на деэмульгаторы, чрезмерно большие потери легких фракций нефти от испарения при отстаивании подогретой эмульсии в обычных негерметизированных резервуарах, повышенный расход тепла, обусловленный большими потерями его в окружающую среду и с отделившейся водой.

Освобожденная от газа нефтяная эмульсия с промысла по сборным коллекторам поступает в приемные резервуары, откуда насосами подается через паровые подогреватели, а затем в отстойные резервуары. Перед поступлением на нагреватели в эмульсию вводится деэмульгатор, а иногда и рециркулируемая отстойная вода. Деэмульгатор подается дозированным насосом, допускающим регулирование и обеспечивающим равномерную подачу его в нефть. Дозирование и учет деэмульгатора осуществляется при помощи мерников, однако в последнее время мерники все чаще заменяются приборами автоматического регулирования расходов. Дозирование и смешение деэмульгатора с нефтяной эмульсией, от которых во многом зависит успех деэмульсии, необходимо регулировать, поскольку для каждой нефти в зависимости от характера образующейся эмульсии на смесителях нужно поддерживать определенный перепад давления.

Термохимические процессы обессоливания как самостоятельные широкого распространения в практике добычи нефти и переработки не получили. Однако в сочетании с электрическим способом перед окончательным обессоливанием их осуществляют почти на всех заводских электрообессоливающих установках.

Электрическое обезвоживание и обессоливание

Электрический способ деэмульсации нефти эффективен и широко распространен в промысловой и особенно в заводской практике. Правильно подобранные режимы оказывают положительное воздействие на любую эмульсию. Как уже отмечалось, эмульсия, то есть вся дисперсная система, электрически находится в уравновешенном состоянии, и взаимодействующие положительные заряды капель воды стремятся воспрепятствовать сближению их и агрегированию, передавая таким образом дополнительную стабильность. При относительном перемещении фаз эмульсии под действием внешних сил дисперсная система становится не нейтральной, так как часть отрицательных зарядов, находящихся на удалении от капель, уносится от них. Начинает превалировать положительный заряд капель воды, которые становятся по отношению к системе электрически заряженным положительным зарядом определенного потенциала. Однако заряд капель может быть не только положительным, но и отрицательным в зависимости от кислотности нефтяной среды.

Наиболее эффективно электрическому воздействию поддаются эмульсии (вода в нефти), так как проводимость воды, да еще соленой, повышает проводимость нефти. Электрические способы характеризуются конструктивной особенностью применяемой аппаратуры и электрическим полем. По характеру электрического поля способы разделяют по переменному и постоянному напряжению промышленной и высокой частоты.

Под воздействием взаимного притяжения форма капель изменяется с увеличением этой силы, и ослабляется таким образом поверхностное натяжение. Под действием приведенных факторов капли беспрерывно сливаются, причем подчиняясь закону Стокса, оседают – начинается интенсивное расслаивание эмульсии. Следует заметить, что по закону Стокса с укрупнением капель скорость движения возрастает и условия для их сталкивания и агрегирования становятся все более благоприятными.

studfiles.net

Обезвоживание и обессоливание нефти

Обезвоживание и обессоливание нефти

Обезвоживание и обессоливание нефти – взаимосвязанные процессы, т.к. основная масса солей сосредоточена в пластовой воде, и удаление воды, приводит одновременно к обессоливанию нефти. Обезвоживания и обессоливания нефтей производится на установке подготовки нефти (УПН). Поступающая нефть на УПН уже подверглась первичной сепарации и прошла очитку от попутного газа и шлама на ДНС.

В основе процесса обезвоживания лежит дестабилизация (разрушение) нефтяных эмульсий (соединение нефти и воды), образовавшихся в результате закачивания в пласт через нагнетательные скважины воды.

Основные способы обезвоживания и обессоливания условно можно разделить: 1) механические 2) химические, 3) электрические. Все эти методы направлены на различные способы увеличения капель воды и её выделение из нефти.

После процесса обезвоживания и обессоливания, нефть может подвергаться дополнительному глубокому обессоливанию. Процесс дополнительного обессоливания похож на процесс обезвоживания. Очищенную от пластовой воды нефть смешивают с пресной водой, создавая искусственную эмульсию (но с низкой соленостью), которую затем разрушают. Выделившееся вода очищается на установке и может, например, закачивается в пласт для поддержания пластового давления и вытеснения нефти. ^

Фильтры
Фильтрация является самым простым механическим методом обезвоживания и обессоливания нефти. Нестойкие эмульсии можно разделить иногда путём пропускании их через фильтрующий слой. В качестве фильтрующего слоя используют: гравий, битое стекло, древесные и металлические стружки, стекловата и другие материалы.

Фильтры конструктивно выполняются обычно в виде колонн, причем размеры их зависят от объема прокачиваемой эмульсии, её вязкости и скорости движения. Нефтяная эмульсия вводится в колонну по входной линии и проходит через фильтр, где удерживается вода. Нефть свободно пропускается и отводится через линию выхода, а выделившаяся вода сбрасывается через низ колонны.

Обезвоживание нефти фильтрацией применяют очень редко из-за малой производительности, громоздкости оборудования и необходимости частой смены фильтрующего материала. Эффективность очистки нефтей фильтрацией значительно возрастает при сочетании с термохимическими методами.

I II IIIРисунок – Фильтр^ Это основной метод механического обезвоживания нефти – гравитационное отстаивание.

Применяют два вида режимов отстаивания – периодический и непрерывный, которые соответственно осуществляются в отстойниках периодического и непрерывного действия.

В качестве отстойников периодического действия обычно применяют цилиндрические отстойники – резервуары (резервуары отстаивания). Сырая нефть, подвергаемая обезвоживанию, вводится в резервуар при помощи распределительного трубопровода (маточника). Нефть выдерживают в резервуаре определенное время (48 ч и более). В процессе выдержки образуется соединение капель воды. Более крупные и тяжелые капли воды под действием сил тяжести (гравитации) оседают на дно и скапливаются в виде слоя подтоварной воды. Затем нефть собирается в верхней части резервуара. Отстаивание осуществляется при спокойном (неподвижном) состоянии обрабатываемой нефти.

Рисунок – Отстойники непрерывного действия

а – горизонтальны; б – вертикальный; в – наклоненный;

г – конический; 1 – поверхность раздела; 2 – перегородкаОтстойники непрерывного действия делятся на горизонтальные и вертикальные. В свою очередь, горизонтальные отстойники подразделяются на продольные и радиальные. Продольные горизонтальные отстойники в зависимости от формы поперечного сечения могут быть прямоугольные и круглые. В гравитационных отстойниках непрерывного действия отстаивание осуществляется при непрерывном потоке обрабатываемой жидкости. Отделение воды и нефти происходит также как и в отстойниках периодического действия. Эмульсия вводится в резервуар отстойника и расслаивается под действием силы тяжести в результате чего, на выходе получаем нефть и воду.

Однако гравитационный процесс отстоя холодной нефти – малопроизводительный и недостаточно эффективный метод обезвоживания нефти. Более эффективен горячий отстой обводненной нефти, когда её предварительного нагревают до температуры 50 – 70 градусов.

Такие методы могут применяться только в случае содержания воды в нефти в свободном состоянии или в состоянии крупнодисперсной нестабилизированной эмульсии.^ Химические методы основаны на использовании деэмульгаторов. Деэмульгаторы – это поверхностно-активные вещества, которые адсорбируются на поверхности глобул воды и образуют адсорбционный слой со значительно меньшей механической прочностью, что облегчает слияние капель и способствует разрушению нефтяных эмульсий. Иначе говоря эти вещества предназначены для слияния и выделения капель воды из нефти.

Эффект деэмульсации зависит от интенсивности перемешивания деэмульгатора с эмульсией и температуры смеси. Подача деэмульгаторов проводится дозировочными насосами.

Деэмульгатор должен выполнять следующие требования:

  • быть высокоактивным при малых удельных его расходах;
  • хорошо растворяться в воде или нефти;
  • быть дешевым и транспортабельным;
  • не ухудшать качества нефти;
  • не менять своих свойств при изменении температуры.

^ Этот метод был разработан довольно давно. Принцип внутритрубной деэмульсации самый простой и состоит в следующем. В межтрубное пространство эксплуатационных скважин или в начало сборного коллектора дозировочным насосом (в количестве 15 – 20 г на тонну нефтяной эмульсии) подается деэмульгатор, который сильно перемешивается с эмульсией в процессе её движения от забоя до УПН и разрушает её.

Эффективность внутритрубной деэмульсации зависит от, например, эффективности самого деэмульгатора, интенсивности и длительности перемешивания эмульсии с деэмульгаторами, количества воды, содержащейся в эмульсии, и температуры смешивания транспортируемой эмульсии.^ Холодный отстой заключается в том, что в нефть вводят деэмульгатор и в результате отстоя в сырьевых резервуарах из нефтн выделяется свободная вода. Этот метод аналогичен гравитационному методу обезвоживания, только с применением деэмульгаторов.

Характерная особенность процесса – отсутствие расхода тепла на указанный процесс. Но стоит отметить, методы деэмульсации нефти без применения тепла недостаточно эффективны. ^ В настоящее время для обезвоживания и обессоливания нефти в основном применяют обработку на топлохимических установках. Широкое применение этого метода обеспечивается благодаря возможности обрабатывать нефть с различным содержанием воды без замены оборудования и аппаратуры, простоте установки, возможности легко менять деэмульгатор в зависимости от свойств поступающей эмульсии. Однако теплохимнческий метод имеет ряд недостатков, например большие затраты на деэмульгаторы и повышенный расход тепла. На практике обессоливание и обезвоживание ведутся при температуре 50—100 градусов.

Термохимическое обезвоживание и обессоливание основано на нагреве эмульсии и химическом воздействии на неё деэмульгаторов. При нагреве эмульсии ее вязкость снижается, что облегчает отделение воды.

Рассмотрим следующую схему термохимического обезвоживания и обессоливания.

Нефть поступает в сырьевой резервуар (1), откуда насосом (3) перекачивается в теплообменники (4). В теплообменнике осуществляется нагрев нефти до температуры 40-60 градусов. Далее она поступает в паровой подогреватель (5), где происходит дополнительный нагрев паром до температуры 70-100 градусов.

Дозировочный насос (7) непрерывно из резервуара (6) подкачивает деэмульгатор через смеситель (2) к эмульсии.

Обработанная деэмульгатором и подогретая эмульсия направляется в отстойник (9) (сепаратор). Здесь вода отделяется от нефти и отводится в виде сточных вод. Из отстойника (9) обезвоженная, обессоленная и нагретая нефть через теплообменники (4) и холодильники (8) поступает в товарные резервуары (10), а затем направляется на переработку по нефтепроводу. В теплообменниках (4) нагретая нефть отдает тепло холодной нефти.

В рассмотренной схеме могут применятся комбинированные аппараты, в которых совмещены процессы подогрева, регенерации тепла нефти и отстоя при обезвоживании и обессоливании нефти. Рисунок – Схема термохимического обезвоживания и обессоливанияОсновные элементы: 1 – сырьевой резервуар; 2 – смеситель; 3 – насос; 4 – теплообменник; 5 – паровой подогреватель; 6 – резервуара с деэмульгатором; 7 – дозировочный насос; 8 – холодильники; 9 – отстойник; 10 – товарные резервуары.

^

Электрообработка эмульсий
Электрическое обезвоживание и обессоливание основано на следующем процессе. Между двумя электродами, при токе высокого напряжения (переменный 50 Гц, 15...44кВ), пропускают нефтяную эмульсию. В результате этого на противоположных концах каждой капли воды появляется разноименный электрический заряд. Благодаря этому капли воды будут взаимно притягиваться, а также плёнка нефти между этими каплями будет разрушаться. Иначе говоря, в результате действия электрического поля происходит укрупнение капель воды и оседание на дне сосуда.

На практике применяют также установки, объединяющие термохимическое обезвоживание с электрическим. Рассмотрим принцип работу одной из таких схем.

Рисунок – Схема термохимического обезвоживания и обессоливанияОсновные элементы: 1 – насос; 2 – теплообменник; 3 – подогреватель; 4 – отстойник; 5 – электродегидратор; 6 – промежуточную емкость для обессоленной нефти; 7 – насос.

Сырьевая нефть вместе с деэмульгатором поступает на прием насоса (1) и через теплообменник (2) и подогреватель (3) направляется в отстойники (4) (термохимической части установки), откуда под остаточным давлением поступает в электродегидратор (его работа будет рассмотрена далее) (5). Перед попаданием в электродегндратор (5) в нефть вводятся деэмульгатор и пресная вода. В электродегидраторе (5) происходят разрушение эмульсий и выпадение освобожденной воды в процессе отстоя. Затем обессоленная нефть направляется в промежуточную емкость (6), а отсюда насосом (7) через теплообменники (где происходит отдача тепла сырой нефти) (2) отправляяется в товарные резервуары. Вода из отстойников (4) и электродегпдраторов (5) сбрасывается в виде сточных вод.

Для более глубокого обезвоживания и обессоливания устанавливают несколько электродегпдраторов, которые по форме могут быть горизонтальными, вертикальными, сферическими и др.

Электрообработка редко применяется на нефтепромыслах, не смотря на высокое качество отделения воды и солей от нефти.

Электродегидратор
Электродегидратор является основным элементом в процессе электрообработки нефти.

Рассмотрим для примера одно из возможных устройство электродегидраторов.

Рисунок – ЭлектродегидраторОсновные элементы: 1, 2 – электроды; 3 – маточник.

Данное устройство имеет два электрода. Электроды подвешены горизонтально друг к другу, имеют форму прямоугольных рам, занимающих все продольное сечение электродегидратора. Эмульсия подается в электродегидратор через маточник (3), обеспечивающий равномерное поступление её по всему горизонтальному сечению аппарата.

В горизонтальных электродегидраторах, нефтяная эмульсия проходит через три зоны обработки. В первой зоне эмульсия проходит слой отстоявшейся воды, уровень которой поддерживается автоматически на 20—30 см выше маточника (3). В этой зоне нефтяная эмульсия подвергается водной промывке, в результате которой она теряет основную массу пластовой воды. Затем эмульсия, поднимаясь в вертикальном направлении с небольшой скоростью, последовательно подвергаясь обработке сначала в зоне слабой напряженности электрического поля между уровнем отстоявшейся воды и нижним электродом (2), а затем в зоне сильной напряженности, между электродами (2) и (1).

Равномерность поступления эмульсии по всему горизонтальному сечению аппарата, при движении потока вертикально вверх, и ступенчатое повышение напряженности электрического поля между электродами (2) и (1) от нуля до максимальной величины, позволяют в данном электродегидраторе эффективно обрабатывать нефтяную эмульсию любой обводнённой.

pochit.ru

Способ обезвоживания тяжелой нефти

 

Изобретение может быть использовано для обезвоживания нефти на нефтяных промыслах. Цель изобретения состоит в повышении эффективности способа путем улучшения качества получаемой продукции при одновременном сокращении времени отстоя. Цель достигается тем, что смешение осуществляют в турбулентном режиме при числе Рейнольдса, равном 180000 - 300000, и затем передиспергированную эмульсию перемешивают с широкой фракцией легкого нефтепродукта с последующим укрупнением капель воды в ламинарном режиме при числе Райнольдса, равном 500 - 2000. 1 ил.

Изобретение относится к способам для подготовки нефти к переработке, в частности к процессам ее обезвоживания и может быть использовано на нефтяных промыслах.

Известен способ обезвоживания и обессоливания тяжелой высоковязкой нефти (РНТС "Нефтепромысловое дело", N 4, 1979, с. 30 - 31), включающий разбавление ее легкими углеводородами (сжиженным бутаном, газоконденсатом и т.п.) в объемном соотношении от 1 : 0,53 до 1 : 1,91, нагрев смеси до 95 - 125oC под давлением 5,2 МПа, перемешивание с последующим отстоем. Недостаток - обезвоживание нефти в известном способе связано с использованием сжиженных газов, а следовательно с необходимостью процесса при высоких давлениях. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ (патент N 4299690, C 10 G 33/04, 1981), включающий смешение нефти с утяжелителем - концентрированным раствором соли с плотностью больше плотности нефти и реагентом-деэмульгатором, нагрев и отстой. Недостаток - способ не обеспечивает получения качественной нефти даже после продолжительного времени отстоя при обезвоживании тяжелых нефтей. Цель изобретения - повышение эффективности способа путем улучшения качества получаемой продукции при одновременном сокращении времени отстоя. Поставленная цель достигается тем, что смешение осуществляют в турбулентном режиме при числе Рейнольдса, равном 180000 - 300000, и затем полученную передиспергированную водонефтяную эмульсию перемешивают с широкой фракцией легкого нефтепродукта с последующим укрупнением капель воды в ламинарном режиме при числе Рейнольдса, равном 500 - 2000. Сущность предлагаемого способа поясняется схемой, представленной на чертеже, которая включает насос 1, смеситель 2, насос 3 для подачи реагента-деэмульгатора, насос 3-а для подачи утяжелителя, насос 4 для подачи легких углеводородов и насос 5 - деэмульгатора, теплообменник 6, сепаратор 7, испаритель 10, холодильник 11, сепаратор 12 и резервуар 13 для тяжелой нефти. Способ осуществляется следующим образом. Обводненную тяжелую нефть насосом 1 забирают из резервуара 13 и подают в смеситель 2. Также в смеситель 2 насосом 3 подают деэмульгатор, а насосом 3-а утяжелитель, плотностью больше плотности нефти, где происходит интенсивное перемешивание с целью передиспергирования и утяжеления капель пластовой воды. Чем больше градиент плотности между плотностью нефти и утяжелителем, тем эффективнее процесс обезвоживания. В качестве утяжелителя могут использоваться концентрированные водные растворы хлористых солей Ca, Na, Ba, а также концентрированные пластовые воды. Верхний предел концентрации водных солей ограничен растворимостью солей в воде. Утяжелитель подают в количестве обеспечивающем соотношение тяжелой нефти и утяжелителя в смеси от 1 : 0,4 до 1 : 0,6. Далее в нефтяную эмульсию насосами 4 и 5 подают легкий нефтепродукт и деэмульгатор соответственно. В качестве легкого нефтепродукта используют широкую фракцию, выкипающую в пределах от 65 до 350oC. Легкий нефтепродукт подают в количестве, обеспечивающем соотношение тяжелой нефти и легкого нефтепродукта в смеси 1 : 0,02. Затем смесь нагревают в теплообменнике 6 до температуры 30 - 90oC и далее направляют в отстойник 7. В нижней части отстойника 7 соленая вода, которая после испарителя 8 направляется для повторного использования. Поток из верхней части отстойника 7, проходя нагреватель 9, направляется в испаритель 10, где происходит отделение легкой нефтяной фракции, которая возвращается для повторного использования. С низа испарителя 10 выходит обезвоженная тяжелая нефть, а легкие углеводороды в виде парогазовой смеси направляются в конденсатор-холодильник 11 откуда она поступает в сепаратор 12, где легкие углеводороды отделяются от сухого газа и насосом 4 подаются на осуществление технологического процесса. Соотношение тяжелой нефти и легкого нефтепродукта в смеси 1 : 0,02 - 0,05 получены по результатам экспериментальных исследований ПО "Башнефть" Самсыкский ЦППН. Пример. Исследованию подвергалась нефтяная эмульсия Табынского месторождения Республики Башкортостан. Плотность нефти - 0,92 г/см3, обводненность нефти - 87%. Агрегативная устойчивость этой эмульсии определялась по методу центрифугирования с числом оборотов 6000 в минуту в течение 2-х минут. За это время из нефтяной эмульсии выделилось 30% воды. Эту же нефтяную эмульсию подвергали обработке в следующей последовательности: добавляли утяжелители соли бария, реагент-деэмульгатор "дисолван: 4411, нагревали до температуры 40oC и отстаивали. Смешение осуществляли в мешалке с числом Рейнольдса равном 180000 - 300000, затем передиспергированную эмульсию добавляли легкие углеводороды в количестве 0,2 до 0,5 об.% к нефти. При отстое число Рейнольдса достигало 500 - 2000. Экспериментальные исследования показали, что выделение воды из эмульсии достигло 98 - 99%, т.е. практически получали товарную нефть высокого качества (ГОСТ 9965-86). Промышленные испытания, проведенные в НГДУ "Арланнефть" показали, что обработка табынской нефти при этих же параметрах позволила получить товарную нефть высокого качества, при этом в качестве смесителя и диспергатора был использован центробежный насос, который позволял поддерживать заданное число Рейнольдса. А регулирование числа Рейнольдса осуществлялось штуцером. Подачу реагента-деэмульгатора осуществляли с помощью дозировочного насоса (РПН-2/30). Подача легких углеводородов осуществлялась на прием сырьевого насоса. Число Рейнольдса при отстаивании (500 - 2000 поддерживалось расходом воды и товарной нефти. Использование изобретения позволит не только интенсифицировать процесс обезвоживания, но и улучшить качество нефти.

Формула изобретения

Способ обезвоживания тяжелой нефти, включающий смешение ее с утяжелителем - концентрированным раствором соли с плотностью больше плотности нефти и реагентом-деэмульгатором, нагрев и отстой, отличающийся тем, что смешение осуществляют в турбулентном режиме при числе Рейнольдса 180000 - 300000 и затем полученную передиспергированную водонефтяную эмульсию перемешивают с широкой фракцией легкого нефтепродукта с последующим укрупнением капель воды в ламинарном режиме при числе Рейнольдса 500 - 2000.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru