Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды

Подождите немного. Документ загружается.

239

Остаточное содержание, мг/л

<ы

на входе на выходе

CL ,

Оборудование

Объем, м3

Масса, т

й)

<и

Р"

о «

« с

rt ZZ

Производитель

MVcyT

нефти

механических

примесей

нефти

механических

примесей

Возможность (

очистки серов

содержащих сп

ных вод

Резервуары-флотаторы:

РВС-1000

1000

2000—3000

До 300

10—40

РВС-2000

2000 45

—

3000—7000

. 300

10—40

—

РВС-5000

5000

110

—

7000—20000 , 300

. 300

10—40 10—40

—

Напорные герметизиро

ванные отстойники:

а) полый отстойник

(V=IOO м3)

100

0,6

1000—1500

. 1000

. 300

30—50

20—40

(V= 200 м3)

200

0,6

2000—3000

. 1000

. 300

30—50

20—40

б) с коалесцирую-

щим фильтром

(ФЖ-2973)

100

До 0,3

1500—2000—

. 1000

. 300

30—50 20-40

Мультигидроциклонная

установка производи

тельностью 3500 м3/сут.

(НУР-3500)

5,0

0,6

6300

3000—3500

До 1000

До 1000 20-50

ограничить скорость фильтрации до 2 м/ч, что обеспечивает

качественную фильтрацию 50 м3/сут очищаемой воды через I м2

фильтрующей поверхности.

Техническая характеристика резервуаров-отстойников

с жидкостным гидрофобным фильтром приведена в табл. 49.

Резервуары-отстойники с жидкостным гидрофобным фильтром

получили широкое распространение на промыслах Татарии.

Резервуары-флотаторы. Институтом Г ипровосток-

нефть на базе стальных вертикальных резервуаров PBC-1000,

2000 и 5000 разработан флотатор с применением в качестве фло-

тоагента природного нефтяного газа, растворенного в очищаемой

пластовой воде или дополнительно подаваемого в воду до ее

очистки (рис. 66). Объем флотационной зоны рассчитан на пре

бывание в ней очищаемой воды в течение 20 мин, а объем от

стойной зоны — на 3 ч.

В основу данного аппарата заложен метод напорной флота

ции, который заключается в образовании пузырьков газа в очи

щаемой газонасыщенной воде при поступлении ее в аппарат по

мере снижения давления в системе. Пузырьки газа, выделяясь

из воды, флотируют на своей поверхности взвешенные частицы

и нефтепродукты. Количество газа, выделившегося из воды

при снятии давления (декомпрессии), должно быть не менее

15 л/м3 [38]. Содержание в очищаемой воде нефти, нефтепро

дуктов и механических примесей не должно превышать 250—

300 мг/л. Нагрузку на флотатор обычно принимают в пределах

4—5 м3/м2*ч. Присутствие в очищаемой воде остаточного коли

чества реагента-деэмульгатора снижает эффективность флота

ционной очистки сточных вод [38]. Применение специально по

добранных коагулянтов и флокулянтов может резко повысить

эффективность очистки сточных вод методом флотации [38].

Однако при этом неизбежно возникают проблемы обработки

и утилизации уловленного нефтесодержащего шлама. Резер

вуары-флотаторы за рубежом получили довольно широкое рас

пространение.

Напорные горизонтальные отстойники. На

порные горизонтальные отстойники применяют для очистки

Рис. 66.

Резервуар-флотатор:

I — ввод воды на очистку (вместе

с растворенным газом); 2 — отвод улов

ленной нефти; 3 — стальной вертикаль

ный резервуар (PBC); 4 — кольцевой

желоб для сбора нефти; 5 — флотаци

онная зона; 6 — отстойная зона и ввод

воды на очистку (вместе с растворен

ным газом); 7 — отвод газа;

8 — отвод

очищенной воды; 9 — отвод шлама из

отстойной зоны; 10 — отвод осадка из

флотационной зоны

240

Рис. 67.

Напорный отстойник полый:

I — ввод очищаемой воды; 2 — вывод улов

ленной нефти; 3 ~ нефтесборник; 4 — кла

пан; 5 — люк-лаз; 6 — вывод очищенной

воды; 7 — ввод воды для размыва шлама;

Й — вывод осевшего шлама; 9 — сани

нефтепромысловых сточных вод под избыточным давлением до

0,6 МПа в различных вариантах технологических схем.

В блочных автоматизированных установках очистки сточных

вод применяют напорные отстойники полые, с гидрофобной коа-

лесцирующей насадкой насыпного или патронного типа.

Отстойник полый (рис. 67) разработан институтом

Гипровостокнефть. Напорные отстойники данного типа входят

в состав установок УОВ-1600, УОВ-4000 и УОВ-ЮООО. Время

пребывания очищаемой воды в отстойнике 1,5—2,0 ч. Расчетное

остаточное содержание нефти (нефтепродуктов) 30—50 мг/л;

механических примесей — до 40 мг/л. Уловленная нефть выво

дится автоматически. Шлам из отстойника отводится периоди

чески I раз в 3—5 дней. Техническая характеристика полых

отстойников объемом 100 и 200 M3 приведена в табл. 49.

Типичной установкой очистки нефтепромысловых сточных

вод в напорных полых отстойниках (на базе 200 м3 емкостей)

могут служить очистные сооружения на Покровском месторож

дении в НГДУ Бузулукнефть.

Отстойник с коалесцирующим фильтром. От

стойник с коалесцирующим фильтром (рис. 68), разработанный

институтом БашНИПИнефть, представляет собой горизонталь

ную цилиндрическую емкость объемом 100 м \ разделенную на

ряд поперечных отсеков, два из которых заполнены грану

лированным полиэтиленом с размером зерен 4—5 мм. Произ-

Рис. 68.

Отстойник с коалесцирующим фильтром ФЖ-2973:

/ и V — отвод очищенной сточной воды; II и IV — отвод уловленной нефти; III — ввод

очищаемой сточной воды; VJ — выпуск осадка; 1 ,2 — коалесцирующие фильтры (грану

лированный полиэтилен или полистирол)

16 Заказ Ke 144

241

водительность отстойника 1200—

1500 м3/сут при рабочем давле

нии 0,2—0,6 МПа. Коалесцирующий

фильтр-отстойник рассчитан на очи

стку сточной воды, содержащей:

нефти до 500—2000 мг/л и механи

ческих примесей до 50—70 мг/л.

Остаточное содержание в очищенной

воде нефти— 15—20 мг/л и механи

ческих примесей до 15 мг/л при ско

рости фильтрации до 11 м/ч. При

засорении коалесцирующей загруз

ки промывать ее рекомендуется

подачей в очищаемую воду 10—15 %

(по объему) дисперсии керосина

в течение 30 мин. Техническая ха

рактеристика данного отстойника

приведена в табл. 49).

Мультигидроциклон НУР-3500

разработан ВНИИСПТнефть.

Аппарат предназначен для очи

стки нефтепромысловых сточных

вод от нефти и твердых механиче

ских примесей, а также для удале

ния газов.

Аппарат (рис. 69) состоит из

кольцевой распределительной ка

меры, 15 гидроциклонов, шламо-

сборника и штуцеров ввода очищае

мой воды, вывода очищаемой воды,

нефтегазоводяной смеси и шлама,

трубопровода для сброса крупных

частиц механических примесей из

распределительной камеры.

На очистку вода через штуцер поступает в распределитель

ную камеру, где одновременно с распределением потока жидко

сти по 15 гидроциклонам происходит отделение крупных частиц

механических примесей, которые сбрасывают периодически че

рез трубопровод и задвижку в шламосборник. Из камеры вода

через заборники поступает в гидроциклоны, при этом получает

вращательное движение и возникает центробежная сила. Меха

нически е примеси, отброшенные центробежной силой к пери

ферии вращающегося потока, через нижнее отверстие гидроцик

лона удаляются в шламосборник с определенной частью воды

на отстаивание и сброс через штуцер. Основная часть воды,

вращаясь, поступает в сливную камеру гидроциклона, где нефть

и газ концентрируются у оси вращения воды и отводятся че

рез сливные трубки в коллектор. Очищенная вода через перфо

Рис. 69.

Мультигидроциклон НУР-3500:

I — задвижка; 2 —* дренажная труба;

3 — трубопровод дренажа крупных

частиц; 4 — воздушник; 5 — распре

делительная камера; 6 — гидроцик

лон; 7 — камера слива очищенной

воды; 8 — сливная камера; 9 —

трубка отвода газоводяной смеси;

10 — камера сбора газоводяной

смеси; 11 ~ штуцер отвода газово

донефтяной смеси; 12 — штуцер от

вода очищенной воды; 13 — штуцер

ввода очищаемой воды; 14 — шла-

мосборник; 15 — смотровой люк;

16 — отвод шлама

242

рированные отверстия сливной трубки и сливной коллектор по

ступает в буферную емкость для откачки в систему заводнения

нефтяных пластов. Водогазонефтяная смесь через центральную

трубку, установленную концентрично в сливной трубке, посту

пает в водогазонефтяной коллектор, а оттуда — в емкость при

ема и откачки уловленной нефти и дегазации водогазонефтя

ной смеси. Объем водогазонефтяной смеси составляет 10— 15 %

от объема очищенной воды. Воду вместе с уловленной нефтью

по мере накопления откачивают на установку подготовки нефти.

Механические примеси, поступившие в шламосборник, осе

дают на его дно и по мере накопления периодически, через

I—2 сут, с небольшим количеством воды сбрасываются в шла*

конакопитель. Вода, попавшая в шламосборник, через отсасы

вающую трубку непрерывно возвращается в гидроциклон и вме

сте с остальной частью воды откачивается в систему заводнения.

Мультигидроциклон одновременно с очисткой дегазирует

очищаемую воду, в связи с чем при использовании мульти-

гидроциклона нет необходимости в емкости-дегазаторе.

Технологическая схема очистки сточных вод

в напорных отстойниках и мультигидроцикло

на х Н У P -3500 (рис. 70). По этой схеме сточные воды очи

щают в две ступени. Предварительная очистка воды и ее дега

зация происходят в мультигидроциклоне, окончательная —

в отстойнике с коалесцирующим фильтром. При такой компо

новке аппаратов напорные отстойники одновременно могут

Рис. 70.

Установка очистки нефтепромысло

вых сточных вод с применением гид*

роциклонов и напорных отстойников:

I — канализационный колодец; 2 — емкость

приема промливневых стоков; 3 — насос;

4 — мультигидроциклон; 5 — емкость при

ема газоводонефтяной смеси; 6 — обратный

клапан; 7 — анализатор качества воды;

8 — буферная емкость

Рис. 71.

Установка очистки нефтепромысло

вых сточных вод с применением гид

роциклонов и резервуаров-отстойни

ков:

I — сепаратор; 2 — резервуар-отстойник;

3 — буферная емкость; 4 — мультигидро

циклон; 5 — насос; 6 — канализационный

колодец; 7 — емкость приема промливневых

стоков

16*

243

служить буферной емкостью. Такая схема установки позволяет

обеспечить более глубокую очистку воды и значительно увели

чить ресурс работы коалесцирующих фильтров.

Технологическая схема установки очистки

нефтепромысловых сточных вод в резервуарах-

отстойниках и мультигидроциклоне H У P - 3500

(рис. 71).

Резервуар-отстойник РВС-5000, оснащенный специальными

устройствами ввода очищаемой и слива очищенной воды, слива

и откачки уловленной нефти, является основным сооружением

установок большой мощности.

Воду, сбрасываемую из аппарата (резервуара) предвари

тельного обезвоживания нефти, под избыточным давлением или

насосом по трубопроводу через распределительный маточник

подают в резервуар на отстаивание в динамическом режиме,

из резервуара очищенная вода под напором статического дав

ления через сливной маточник поступает на прием насоса для

откачки в систему заводнения нефтяных пластов.

Промливневые стоки из емкости приема и откачки этих сто

ков подаются насосом на мультигидроциклон, оттуда после де

газации и предварительной очистки — на совместную очистку

с водами, поступающими из аппарата предварительного обезво

живания. Уловленная нефть, накопившаяся на поверхности зер

кала воды, периодически дренируется и откачивается на уста

новку подготовки нефти.

Как показал опыт эксплуатации очистных сооружений

в НГДУ Уфанефть, при наличии коллоидизированной взвеси

механических примесей в очищаемой сточной воде мультигидро

циклон в технологической схеме возможно ставить на доочистку

сточных вод после их отстаивания от эмульгированной нефти

в резервуарах-отстойниках, что обеспечивает более глубокую

очистку всего объема сточных вод от механических примесей и

остаточного содержания газа. Это благоприятно сказывается на

надежности работы насосов водоводов и приемистости нагнета

тельных скважин.

те хн о логич ес ка я схем а п о д гот о вки

НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ ЗАВОДНЕНИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

Технологический процесс подготовки сточных вод нефтепро

мыслов для заводнения продуктивных пластов с использованием

метода диспергирования содержащихся в воде примесей, раз

работанный ВНИИ совместно с ПермНИПИнефть, ведут по

схеме, приведенной на рис. 72.

Сточная вода поступает в отстойное сооружение, представ

ляющее собой резервуар-отстойник (продолжительность отстаи

вания 8—11 ч) или напорный горизонтальный отстойник с двух-

244

Рис. 72.

Технологическая схема подготовки неф

тепромысловых сточных вод для завод

нения с использованием метода диспер

гирования:

I — отстойник; 2 — насос; 3 — блок-установка

гидродинамических излучателей

часовым пребыванием воды (с полым, полочным или с коалес

цирующим гидрофобным фильтром). Из отстойного сооружения

воду насосом подают либо на блок-установку пластинчатых

гидродинамических излучателей, либо на установку гидродина

мических излучателей роторного типа и далее — к насосам

нагнетательных скважин.

Для диспергирования примесей в нефтепромысловой сточ

ной воде могут быть использованы без каких-либо изменений

установки УГС-7 (ультразвуковые гидродинамические смеси

тели, разработанные НИИхиммашем) и ГАРТ-Пр производи

тельностью от 240 до 1200 м3/сут. Для оптимального режима

диспергирования примесей в воде каждая промышленная уста

новка гидродинамических пластинчатых излучателей должна

обеспечивать условия повторной (двойной) обработки воды, что

достигается последовательной работой двух гидродинамических

излучателей или гребенок (групп и т. д.). Уровни звуковых дав

лений в диапазоне частот до 8 кГц должны соответствовать спе

циальным нормам и не превышать 80—100 дБ в диапазоне ча

стот 10—100 кГц.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Принцип действия гидродинамических излучателей с коле

бательным устройством (резонатором) в виде упругой пластины

основан на известном в гидравлике эффекте, заключающемся

в том, что струя жидкости, вытекающая с большой скоростью

из узкой щели, при встрече с препятствием необтекаемой формы

с острыми углами срывается и образует вихри, следующие

один за другим. Периодически изменяющееся давление в зоне

вихрей влечет за собой возникновение звуковых волн и свя

занной с ними кавитации.

Пластинчатый гидродинамический излучатель состоит

(рис. 73) из сопла и консольно закрепленной равнопрочной пла

стины, размещенных в акустическом стакане, и регулировоч

ного устройства для перемещения сопла и регулировки зазора

между острием пластины и соплом. Сопло предназначено для

плавного перехода жидкости из трубы в узкое щелевидное от

верстие (щель) прямоугольной формы.

Пластина усиливает интенсивность звуковых колебаний,

возникающих в жидкой среде от ее завихрений, за счет

HaKHO

245

Рис. 73.

Гидродинамиче

ский пластинчатый

излучатель:

I — акустический ста*

кан (вторичный ре

зонатор); 2 — равно

прочная пластина;

3 — сопло; 4 — регу

лирующее устрой

ство

возбуждения резонансных колебаний в упру

гом твердом теле. Акустический стакан пред*

ставляет собой стальное цилиндрическое аку

стически рассчитанное устройство, работаю-

ще<е как вторичный резонатор.

Гидродинамические излучатели, в зависи

мости от производительности и необходимой

степени диспергирования, собираются в виде

двух последовательно работающих гребенок

излучателей, заключенных в специальные

блоки с надежной звукоизоляцией, кожухом

с герметически закрывающейся крышкой для

доступа к излучателям и их регулировки.

Основное условие, обеспечивающее надежную

звукоизоляцию,— отсутствие щелей и отвер

стий в кожухе. Отдельный крупный блок или

группа блоков гидродинамических излучате

лей снабжается единым центробежным насо

сом подачей 1000—5000 м3/сут.

Во избежание попадания крупных меха

нических примесей и засорения щели сопла

необходимо перед блоком излучателей уста

навливать сетчатый фильтр, для очистки ко

торого следует предусматривать съемную

крышку без демонтажа трубопроводов. Блоки гидродинамиче

ских излучателей должны быть снабжены манометрами для

замера давления в каждой группе или гребенке излучателей

и соответствующей арматурой (задвижкой, вентилями и т. д.).

Технологические трубопроводы, соединяющие отдельные узлы

внутри блока излучателей, и все детали установки, соприка

сающиеся с нефтепромысловой сточной водой, должны быть

изготовлены из стали марки IX18H10T и IX18H9T.

В оптимальном режиме работы пластинчатые гидродинами

ческие излучатели диспергируют 95 % частиц нефти до разме

ров менее 0,5—2 мкм, остальные 5 % частиц нефти имеют раз

меры 3—5 мкм. Размер диспергированных частиц взвешенных

веществ не превышает 0,5—I мкм.

Гидродинамические излучатели обеспечивают хорошее дис

пергирование взвести нефти в большом количестве воды, и при

их работе все частицы жидкости проходят зону максимального

воздействия звуковых и ультразвуковых колебаний. Обработан

ная гидродинамическими излучателями нефтепромысловая сточ

ная вода, содержащая примеси в диспергированном состоянии,

не уступает по своим фильтрационным свойствам этой же воде,

но очищенной от примесей (нефти, железа и взвеси). Прошед

шая через гидродинамические излучатели нефтепромысловая

сточная вода представляет собой стойкую микроэмульсию нефти

и микросуспензию взвеси в воде, нефтевытесняющие свойства

246

которой иногда превышают свойства очищенной сточной

воды.

Использование метода диспергирования в сочетании с дру

гими способами нефтепромысловой водоподготовки позволяет

значительно упростить технологию и технику очистки сточных

вод, не снижая приемистости нагнетательных скважин.

Блочная автоматизированная установка для деаэрации воды

производительностью 1000 м3/сут (УДВ-1000) (разработчик

ТатНИИнефтемаш, СПКБ Союзнефтеавтоматика) предназна

чена для снижения коррозионной активности технических и

пластовых сточных вод за счет удаления из них кислорода,

сероводорода и углекислого газа как наиболее агрессивных

компонентов. Это позволяет значительно снизить общую кор

розионную активность нефтепромысловых сточных вод. Прин

ципиальная технологическая схема работы деаэрационной

установки, в основу которой положен метод обескислорожива

ния воды за счет ее обработки нефтяным газом, показана на

рис. 74.

Благодаря десорбции растворенного в воде кислорода про

исходит достаточно глубокое обескислороживание воды. Уста

новка состоит из десорбера, сепаратора, накопительной емко

сти, насосов и эжекторов. Рабочий агент — нефтяной газ. Тех

нологический процесс идет следующим образом: воду насосом

подают в систему эжекторов, где она перемешивается с посту

пающим сюда же газом. Газоводяная смесь проходит сепаратор

и десорбер, где она разделяется на газ и воду. Кислород, из

влеченный из воды, удаляется вместе с газом, и обескислоро

женная вода откачивается насосом из накопительной емкости

для дальнейшего использования. Установка деаэрации воды

УДВ-1000 может быть использована в системе подготовки воды

для обескислороживания пресной воды, применяемой для обес

соливания, и промливневой воды, направляемой на совместную

с пластовыми водами очистку.

БЛОЧНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА

ДЛЯ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ УДВ-1000

Рис. 74.

Установка деаэрации

(УД В-1 ООО) произвол!

ностью 1000 м3/сут:

■O /fo

деаэрации воды

производитель-

J — эжектор; 2 — клапан регулиро

вания; 3 — насос; 4 — десорбер; 5 —

сепаратор; 6 ~ накопительная ем

кость

247

ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ

НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Очистка нефтепромысловых сточных вод от тонкодисперги-

рованных глобул нефти и частиц твердых механических приме

сей из-за образования или весьма устойчивой системы методами

отстаивания и флотации бывает неэффективной.

В таких случаях для осуществления процесса очистки необ

ходимо применять химические реагенты. Добавление их в не

большом количестве способствует укрупнению частиц и резко

повышает эффективность очистки. Химические реагенты, приме

няемые для очистки сточных вод, по механизму действия на за

грязняющие компоненты подразделяются на две группы: коагу

лянты и флокулянты. Коагулянты — это электролиты, добавле

ние которых к разбавленным дисперсным системам (эмульсиям

или суспензиям) приводит к потере агрегативной устойчивости

этих систем. Частицы дисперсной фазы разряжаются, снижая их

g-потенциал, или происходит сжатие диффузионного слоя. Под

действием молекулярных сил такие частицы при столкновении

слипаются, образуют сравнительно крупные агрегаты и выпа

дают (оседают или всплывают) из объема.

Экспериментально установлено, что укрупнение (коагуля

ция) тонкодисперсных частиц нефти или механических приме

сей, имеющих в воде, как правило, отрицательный заряд, начи

нается при снижении g-потенциала до 0,03 В. Такое снижение

g-потенциала и коагуляция взвешенных частиц нефти механи

ческих примесей может быть вызвана добавлением в очищен

ную воду таких электролитов, как сернокислый алюминий

Al2(SO4)S, хлорное железо FeCb, железный купорос FeSO4.

В присутствии этих веществ в сточной воде происходит ряд из

менений, влияющих на агрегативную устойчивость (стабиль

ность) дисперсий нефти и механических примесей.

Коагулирующая способность электролитов (определяемая

минимальной концентрацией, при которой наблюдается начало

коагуляции) зависит от валентности их катионов. Если коагу

лирующую способность одновалентного катиона принять за

единицу, то коагулирующая способность двухвалентного ка

тиона будет около 7, а трехвалентного — около 75. Поэтому для

агрегирования взвешенных в воде отрицательно заряженных

дисперсий применяют коагулянты, диссоциирующие с образова

нием двух- или трехвалентного катиона металла. Это преиму

щественно водорастворимые соли меди, алюминия или железа,

например сернокислый алюминий, хлорное железо и т. д. Часто

применяют различные смеси солей, например сернокислое же

лезо и сернокислый алюминий, и активированный кремнезем

или доломитовую известь или смесь гашеной извести, квасцов,

жидкого хлора, сернокислого аммония и сернокислой

меди [52].

248