Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды
Подождите немного. Документ загружается.
конструкции СибНИИНП показал результаты в среднем на
20—30 % ниже, чем отстойник ОГД-200.
Проведенные сравнительные испытания четырех промыш
ленных отстойников показали преимущество отстойника с вер
тикальным движением потока ОВД-200 в рассматриваемых
условиях. Обращает на себя внимание резкое улучшение каче
ства нефти на выходе из него после перевода в режим про
мывки через дренажную воду (уровень воды 1,2 м). Это
говорит о положительном влиянии промежуточного слоя высоко
концентрированной эмульсии, выполняющего роль своеобраз
ного коалесцирующего фильтра. Из отстойников с горизонталь
ным движением потоков лучшие результаты получены на
ОГД-200.
В заключение следует отметить, что поскольку на эффек
тивность работы отстойников существенное влияние оказы
вает промежуточный слой, который в иных условиях может
иметь другие характеристики, то представляет интерес про
вести повторные сравнительные испытания аппаратов на эмуль
сиях с другими физико-химическими свойствами.
ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОРЫ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
И ОБЕССОЛИВАНИЯ НЕФТИ
Распространение получили горизонтальные электродегидра
торы с нижним вводом сырья типа 1ЭГ-160; на нефтеперера
батывающих заводах, кроме этих основных аппаратов, исполь
зуют и электродегидраторы типа 2ЭГ-160/3, имеющие комби
нированный ввод эмульсии, т. е. в слой дренажной воды
и в межэлектродную зону. Оба этих аппарата имеют вмести
мость 160 м3, разработаны институтом ВНИИнефтемаш.
В отличие от 2ЭГ-160/3, имеющего три электрода, аппарат
1ЭГ-160 (рис. 49) снабжен только двумя. Электроды подве
шены параллельно и имеют форму решетчатых прямоугольных
рам, занимающих почти все горизонтальное сечение аппарата.
Электроды через проходные изоляторы подсоединены к высоко
вольтным выводам двух трансформаторов ОМ-66/35 мощ
ностью по 50 кв-А, установленных на верху аппарата. Пере
ключением выводов трансформатора на электрод можно
подать напряжение 11, 16,5 или 22 кВ. Первичные обмотки
трансформаторов подключаются к противофазе, поэтому
напряжение между электродами удваивается (вследствие
разных полярностей). Таким образом, напряжение между
электродами может иметь значения 11, 33 и 44 кВ. Иногда на
электроды подают разные напряжения, например, на нижний
22 кВ, на верхний— 16,5 или 11 кВ.
Для ограничения величины тока и защиты электрообору
дования от короткого замыкания в цепь первичной обмотки
трансформаторов включены реактивные катушки типа
180
I — распределитель эмульсии;
Рис. 49.
Электродегидратор 1ЭГ-160:
-электроды; 3 — сборник нефти; 4 — подвесной изолятор; 5 — высоковольтный трансформатор; 6 — реактив
ная катушка; / — ввод эмульсии; // — нефть; / / / — вода
РОС-50/05. Их устанавливают на площадке рядом с трансфор
маторами. Благодаря большой индуктивности реактивных ка
тушек при возрастании токов происходит перераспределение
напряжений, и поэтому разность потенциалов между электро
дами уменьшается, следовательно режим работы при боль
ших токовых нагрузках является нерациональным.
Работает аппарат следующим образом. Эмульсионная
нефть через два отдельных распределительных устройства
поступает под слой отделившейся воды. После перехода через
границу раздела (межфазный слой) поток эмульсионной
нефти освобождается от основной массы пластовой воды
и, двигаясь в вертикальном направлении с большой скоростью,
последовательно подвергается обработке в зоне низкой напря
женности электрического поля, образующегося между уровнем
отделившейся воды и нижним электродом, затем в зоне высо
кой напряженности, между электродами (верхним и нижним).
Расстояние между электродами может изменяться от 20 до 40 см.
Электродегидраторы типа 1ЭГ-160 показали высокую эффек
тивность при подготовке легких и средних эмульсионных
девонских нефтей, достаточно хорошо предварительно обрабо
танных реагентом-деэмульгатором.
При производительности на один аппарат до 450 м3/ч (до
трех объемов на объем аппарата) содержание воды в нефти на
выходе из аппарата не превышало
0,2 % при содержании воды
на входе до 10— 15%. Когда вэлектродегидраторс нижним вво
дом сырья поступает агрегативно-устойчивая водонефтяная
эмульсия (эмульсия с неразрушенными бронирующими оболоч
ками), то происходит интенсивное накопление промежуточного
слоя (слоя высококонцентрированной эмульсии) на границе раз
дела фаз и отключение аппарата в результате сильного возра
стания токов. Это явление усугубляется для нефтей, имеющих
повышенную электропроводность. Поэтому в последние годы
ведется поиск рациональных конструкций электрогидраторов
с межэлектродным вводом сырья, которые в подобных ситуа
циях работают более стабильно.
ВНИИСПТнефтью совместно с Нефтекумским ГПЗ были
проведены сравнительные испытания [75] трех модификаций
электродегидратора 1ЭГ-160 и исследования их гидродинами
ческих параметров с использованием радиоактивного изотопа.
Эксперименты проводили на комбинированной установке
КУ-4, на ЭЛОУ которого поступает сырье с различных место
рождений Северного Кавказа. Первый электродегидратор
с межэлектродным вводом сырья Э-1 был оборудован восемью
распределительными головками, расположенными на расстоя
нии 2 м друг от друга. Высота круговых щелей распределитель
ных головок 6,5 мм. Электродегидратор Э-2 с нижним вводом
представлял собой серийный аппарат 1ЭГ-160. Третий электро-
дегидратор с нижним вводом, сырья Э-3 был оборудован усо
вершенствованными трубчатыми устройствами ввода эмульсии,
сборниками нефти и воды, распределение отверстий которых
рассчитывали по методике [14]. Расстояние между электро
дами у всех исследуемых электродегидраторов было равно
200 мм.
Условия на заводе позволяли обрабатывать эмульсии с раз
личной агрегативной устойчивостью. В зависимости от свойств
поступающего сырья обводненность нефти после ступени обез
воживания колебалась от долей процента до 10 %. Перед
поступлением на ступень электрообессоливания нефть смеши
вали с I—5% пресной воды. Температура процесса 90—95 °С,
расход неионогенного деэмульгатора 65—85 г/т.
Гидродинамические характеристики аппаратов исследовали
индикаторным методом с использованием радиоактивного
изотопа !I. Br. Контроль за распределением потоков в аппара
тах осуществляли с помощью 15 датчиков гамма-излучения,
сигналы * которых передавались на пульт радиометрической
установки типа УСИТ-20 и записывались с помощью самопис
цев Н-320-5 на диаграммную ленту. Эксперименты проводили
при двух производительностях 125 и 200 м3/ч. Всего было осу
ществлено 18 запусков радиоактивного изотопа, получено 270
кривых отклика, обработка которых позволила описать движе
ние потоков в аппаратах.
Анализ кривых отклика показал, что распределители
и сборники проектного электродегидратора (Э-2) не обеспечи
вали равномерного распределения и сбора потоков нефти по
длине аппарата — большая нагрузка приходилась на их цент
ральные участки. Отмечен эффект столкновения струй, выте
кающих из боковых отводов распределителя эмульсии, что
приводит к некоторому ухудшению гидродинамических пара
метров аппарата.
Электродегидратор Э-3 не имеет подобных недостатков,
измененный входной распределитель и сборники обеспечи
вают равномерное распределение потоков по всей длине аппа
рата на исследованных производительностях. В электродегидра
торе Э-1 с межэлектродным вводом концевые стояки оказались
загружены примерно на 30 % меньше, чем центральные. Ана
логичное распределение потоков наблюдали и в верхней части
аппарата (сборники нефти у Э-1 оставлены без изменения).
Характерным для этого аппарата было малое время пребыва
ния обрабатываемой нефти в нем.
На рис. 50 приведены кривые откликов, полученные на вы
ходе из электродегидраторов при производительности 200 м3/ч.
На оси абсцисс отложена т, равная отношению текущего вре
мени к теоретическому времени пребывания нефти в аппа
рате Г, полученному с учетом положения уровня раздела фаз.
Из кривых следует, что время появления первых порций
183
Рис. 50.
Кривые откликов на выходе из элек
тродегидраторов при производитель
ности 200 м3/ч:
/ - Э-1, 2 — Э-2, 3 — ЭЗ
J1 им/мин
60
50
0
>1
0,5 1,0 IS 2,0 г
«меченой» нефти на выходах
электродегидраторов Э -1, Э-2
и Э-3 составляло соответст
венно 0,9, 3,0 и 7 мин, а
время появления максималь-
ной концентрации изотопа со
ставило соответственно 1,1 мин
(0,033 Т), 18,5 (0,4 Т) и 22 мин
(0,61 Г). Среднее время пре
бывания нефти в электродегид
раторах составило соответст
венно примерно 17,69 и 79 %
от теоретического времени.
При снижении производитель
ности до 125 м3/ч кривые от
кликов на выходе из аппаратов
сильнее различались по вре
мени появления максимальной
концентрации и заднему фрон
ту кривых, относительное же
их расположение изменилось мало.
Таким образом, проведенные исследования показали, что
электродегидратор с новыми устройствами ввода и вывода
(см. рис. 50, кривая 3) обладает более совершенными гидро
динамическими характеристиками, чем проектный аппарат
1ЭГ-160. Электродегидратор с межэлектродным вводом обла
дает гидродинамическими характеристиками, резко отличаю
щимися от характеристик электродегидраторов с нижним вво
дом: его выходная кривая отклика приближается к кривой
аппарата идеального перемешивания (см. рис. 50, кривая /),
т. е. в нем созданы неблагоприятные условия для осаждения
укрупнившихся в электрическом поле капель воды. Результаты
сравнительных испытаний электродегидраторов по качеству
нефти на выходе из аппаратов подтвердили эти выводы. В этих
экспериментах пробы сырья анализировали на степень разру
шения эмульсии [67], определяли содержание воды и солей на
входе и выходе из аппаратов. Испытания проводили в диапа
зоне производительностей 50—300 м3/ч. На каждом режиме
электродегидраторы работали не менее 2—3 сут.
При нормальных условиях работы содержание воды в нефти
после электродегидратора Э-3 обычно не превышало 0,1 %,
после Э-2 — не более 0,2 % ,.тогда как после электродегидра
тора Э-1 оно не снижалось ниже 0,2—0,5 %. Из усредненных
результатов исследования работы электродегидраторов
(табл. 42) видно, что в указанных условиях электродегидратор
с измененными устройствами ввода и вывода (Э-3) обеспечи
вал в 2—3 раза лучшее качество нефти по содержанию солей,
чем серийный электродегидратор 1ЭГ-160 (Э-2).
184
Таблица 42
Усредненные результаты испытания электродегидраторов
Производи
тельность,
М3/Ч
Содержание со
лей на входе, мг/л
Степень разру
шения эмульсии
на входе, %
э-I э
-2 э
-3
Количество про
мывочной воды, %
Содержание
солей, мг/л
Степень обес
соливания, %
Содержание
солей, мг/л
Степень обес
соливания , %
Содержание
солей, мг/л
Степень обес
соливания, %
50 980
30
43 95 83
91 25
87
1,5
80
170
1 0
31
81 84
51
27
85 3,0
100
1010 78
86
91
44 95
16
98 3,0
120 1470
66
130
91 42
97 23
98
5,0
Представляло интерес выяснить особенности работы элект
родегидраторов с различными системами ввода сырья. Поэтому
электродегидраторы Э-1 (межэлектродный ввод) и Э-3 (ниж
ний ввод) исследовались подробнее.
Из результатов работы электродегидраторов при произво
дительности 120 м3/ч (табл. 43) следует, что электродегидра
тор с нижним вводом работал значительно эффективнее, пока
зывая более ровные результаты по обессоливанию, чего нельзя:
сказать о работе электродегидратора с межэлектродным
Таблица 43
Сравнение работы двух электродегидраторов при производительности
120 м3/ч
Вход Выход
Содержание солей
Содержание солей, Степень разрушения
мг/л эмульсии, %
Э-1
э-з
2000
74
120 25
1300
52 140
30
1800
29
250
20
1200 74 46
13
850
81
52
19
1200
29
210
25
1600
82
150
23
1800
90
16Э
25
1500
81
120
25
Среднее
1470
66
145
23
Степень обес
соливания, о/о
90 98
185
вводом. Так, текущие данные анализов на содержание солей
в нефти после электродегидратора Э-3 редко отличались
более чем в 1,5 раза.
Результаты работы электродегидраторов при повышенных
производительностях (табл. 44) показали, что при поступлении
в аппараты частично разрушенной эмульсии электродегидра
тор Э-3 стабильно снижал содержание солей в нефти до
уровня 10 мг/л. Результаты работы электродегидратора Э-1
заметно хуже. Качество нефти на выходе электродегидратора
с межэлектродным вводом, как правило, ухудшалось с увели
чением производительности, в то время как в электродегидра
торах с нижним вводом сырья оно даже несколько улучшалось.
Объяснить это можно увеличением концентрации эмульсии
в межэлектродной зоне, способствующей повышению эффектив
ности электрообработки.
Таблица 44
Результаты работы электродегидраторов при повышенных
производительностях
Вход
Выход электродегидраторов
Количество промы
вочной воды, %
Содержание
солей, мг/л
Степень
разрушения
эмульсии, %
Производитель
ность, м8/ч
Э-1
э-з
Содержание
солеЙГ, мг/л
Степень обес
соливания, %
Производи
тельность, '
M5/ч
Содержание
солей, мг/л
Степень обес
соливания, %
288
30
160
107
62 85
9
96
2,0
775 40 130
157
79
220
17
97
4,5
268
33 120
57
78 240
7 97
4,5
900
50 110
67
92 240
7
99 3,0
837
80
70
18 97
300
8 99 3,0
Во время проведения сравнительных испытаний на уста
новку периодически поступала агрегативно-устойчивая заста
ревшая эмульсия, образованная нефтью Курган-Амурского
месторождения. Эта эмульсия не поддавалась термохимиче
ской обработке и поэтому на вторую ступень поступала нераз
рушенной (степень разрушения 0), с большим содержанием
солей. В этом случае у электродегидратора с нижним вводом
Э-3 возрастали токи, и аппарат либо отключался по электри
ческой части, либо продолжал работать, но со значительно
меньшей производительностью — 40—60 м3/ч (табл. 45).
Содержание солей в нефти после Э-3 возрастало до 50—
55 мг/л и более.
Электродегидратор с межэлектродным вводом сырья в этих
тяжелых условиях отключался крайне редко и работал при
186
Таблица 45
Результаты работы электродегидраторов при поступлении
агрегативно-устойчивой эмульсии
Содержание
солей в сырье,
мг/л
Э-1
э-з
Количество про
мывочной воды, %
I
Производи
тельность, I
м */ч
Содержание
солей, мг/л
Степень обес
соливания, %
Производи
тельность,
м3/ч
Содержание
солей, мг/л
Степень обес
соливания, %
2000
HO 410
79
60
36
98
0,0
1350
120
310
77
6Р
34
97
0,5
3220
130
430 86
40
45
98
4,5
2730
200 770
75
50 52
98
4,0
Рис. 51.
Поперечное сечение электродегидратора ЭГ-200-10: ““ ~*
I — распределитель эмульсии; 2 — электроды; 3 — сборник нефти; 4 — сборник дренаж
ной воды; 5 — трансформаторный агрегат; 6 — перфорированная труба для датчиков ре
гулятора уровня раздела фаз
187
довольно больших производительностях 200 м3/ч. Однако со
держание солей в нефти на выходе из аппарата возрастало до
нескольких сотен миллиграмм на литр. В течение месяца
электродегидратор Э-1 отключался всего несколько раз. В этих
случаях содержание воды в застаревшей эмульсии превышало
8 %, а содержание солей — 6000 мг/л.
В результате испытаний было установлено, что электроде
гидратор с межэлектродным вводом сырья более эффективно
разрушает агрегативно-устойчивую эмульсию, чем электроде
гидратор с нижним вводом. Это говорит о целесообразности
применения совместного воздействия электрического поля
и поля турбулентных пульсаций для разрушения подобных
эмульсий. На основании приведенных исследований было реко
мендовано применять усовершенствованный электродегидратор
с нижним вводом сырья для обработки эмульсий легких и сред
них нефтей, а электродегидратор с межэлектродным вводом —
для разрушения особо стойких эмульсий.
Отличительными особенностями электродегидратора
ЭГ-200-10 (рис. 51) являются: применение распределителей
и сборников потоков по типу отстойника ОВД-200; облегчен
ная и упрощенная конструкция электродов, набранных из
трубочек диаметром 10 мм; более надежная конструкция фто
ропластовых проходных и подвесных изоляторов; использова
ние 3/2-фазного трансформаторного агрегата мощностью
150 кв-А с закрытой системой подвода электропитания в ка
мере бушингов.
Технические характеристики отечественных электродегид
раторов приведены в табл. 46.
Таблица 46
Технические характеристики горизонтальных электродегидраторов
Тип (шифр) аппарата
Параметры и показатели
1ЭГ-160
2ЭГ-160 ЭГ-200-10
Объем аппарата, м3
160
160
200
Производительность, м3/ч
100—400
160—225
300—600
Рабочее давление, МПа
1,0 1,0 1,0
Рабочая температура, 0C
До 110
До 110
До HO
HanpnmeHnei между электродами, кВ
До 44 До 44
До 50
Мощность трансформатора, кВ-А
50 50
150
Число трансформаторов, шт.
2 4
I
Следует . отметить, что электродегидратор ЭГ-200-10
также предназначен для обработки эмульсий легких и средних
нефтей. Конструкции электродегидраторов для тяжелых (с вы
сокой электропроводностью) нефтей находятся в стадии раз
работки.
Глава X
Сбор нефти и газа на морских месторождениях
МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
Эксплуатационное бурение и разработку морских месторо
ждений осуществляют с использованием гидротехнических со
оружений, строительство которых должно предшествовать про
цессу разбуривания месторождения.
Выбор типа гидротехнических сооружений зависит от общих
метеорологических и океанографических условий, глубины моря,
которая должна быть определена с достаточной точностью
с учетом приливов и отливов, характеристики дна и грунтов.
Обязательным условием является по возможности полный от
бор керна на глубину 12 м ниже слоя ила. Отбор керна около
3 м в зонах со значительными литологическими изменениями
до глубины моря 60 м и на глубинах более 60 м — отбор керна
около 7,5 м.
Необходимо оценить возможности проявления оползней,
т. е. боковых перемещений больших объемов подводного грунта,
которые могут быть вызваны волнениями, землетрясениями или
силами тяжести. Подводные оползни могут встречаться при
различных типах грунтов. При оценке состояния окружающей
среды необходимо учитывать часто повторяющиеся экстремаль
ные условия. Ветер влияет на выступающую над водой часть
гидротехнического сооружения и на оборудование, установлен
ное на нем. Силы, воздействующие на сооружения, зависят от
скорости ветра. При расчетах принимается во внимание и сред
няя скорость постоянно дующих ветров за определенный проме
жуток времени, и скорость порывистого ветра с кратковремен
ным воздействием на сооружения. Для учета экстремальных
ветровых нагрузок составляют графики с указанием максималь
ных скоростей ветра, их направления и частоты повторяемости.
Волнение моря, вызванное ветрами, имеет разные ампли
туды и длину волны. Необходимо знать экстремальные значе
ния волнений, их повторяемость для определения уровня строи
тельства причалов или зон смачивания стальных элементов
платформ. Течения моря имеют определенное значение для
оценки усилий действующих на гидротехнические сооружения
и для выбора пунктов причаливания.
В районах, где разработку морских месторождений ведут
в суровых климатических условиях, очень важна оценка
189