Ланина Т.Д., Литвиненко В.И., Варфоломеев Б.Г. Процессы переработки пластовых вод месторождений углеводородов

51

Рис. 2.14. Кривые отклика отстойников с УРПЖ:

1 – промысловый отстойник РВС-10000; 2, 3, 4 – модельные отстойники с

производительностью 0,036; 0,018 и 0,009 м3/ч соответственно

0

0.5

1

1.5

2

2.5

00.511.522.533.5

Приведенное время О, доли ед.

Приведенная концентрация С, доли ед.

Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4

Рис. 2.15. Кривые отклика отстойников с лучевыми распределителями:

1, 2 – промысловые отстойники РВС-5000 с производительностью 720 и 290 м3/ч

соответственно; 3, 4 – модельные отстойники с производительностью 0,018 и

0,009 м3/ч соответственно

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

00.511.522.53

Приведенное время О, доли ед.

Приведенная концентрация

С, доли ед.

Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4

52

Таблица 2.5

Гидродинамические характеристики работы отстойников

№

п/п

Отстойник

Рабочий

объем

аппарата,

м

3

Произво-

дитель-

ность,

м

3

/ч

Рабочая

высота

аппарата,

м

Среднее

время

пребывания,

доли ед.

Критерий

Пекле,

Ре

Коэффициент

продольного

перемешивания,

Е

*

10

4

, м

2

/с

1

РВС-10000 с УРПЖ на Усинском

месторождении

5440 1500 6,8 0,94 17,5 2,02

2

РВС-5000 с лучевым распределите-

лем на Возейском месторождении

3330 720 5,8 0,19 2,0 10,15

3

РВС-5000 с лучевым распредели-

телем на Западно-Тэбукском ме-

сторождении

2600 290 6,2 0,48 4,8 2,5

0,036 0,62 2,0 0,2

0,018 0,95 5,9 0,03

4 Модельный отстойник с УРПЖ 0,01

0,009

0,2

0,95 8,4 0,01

0,018 0,71 3,6 0,05

5

Модельный отстойник с лучевым

распределителем

0,01

0,009

0,2

0,71 5,2 0,02

0,036 0,68 4,4 0,09

0,018 0,72 6,4 0,03

6

Модельный отстойник с верти-

кальными трубками (h = 1 см)

0,01

0,009

0,2

0,85 7,6 0,01

0,036 0,62 5,6 0,07

0,018 0,62 5,2 0,04

7

Модельный отстойник с верти-

кальными трубками (h = 3 см)

0,01

0,009

0,2

0,96 3,2 0,03

8

Модельный отстойник с распре-

делителем потоков типа «чаша»

0,01 0,005 0,2 0,67 7,2 0,01

53

Рис. 2.16. Кривые отклика модельных отстойников:

1,2,3 – с вертикальными трубками (0,036; 0,018 и 0,009 м3/ч);

4 – с распределителем «чаша» (0,005 м3/ч)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

00.511.522.53

Приведенное время О, доли ед.

Приведенная концентрация С,доли

ед.

Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4

Данные гидродинамического исследования работы отстойников одно-

значно свидетельствуют о предпочтительном использовании отстойников с

унифицированными распределителями потока жидкости (УРПЖ).

2.3 Интенсификация подготовки вод гидрофобными

материалами и флокулянтами

Авторы [42] считают, что метод промывки через слои жидкости (УБО-

3000, ФЖ-2973), представляющей дисперсную фазу (при удалении нефти из

воды при пропускании через слой нефти) [43] ошибочен и хороших результатов

не дает.

В связи с этим активно исследовался метод коалесценции нефти при

фильтрации эмульсии через пористые материалы.

Коалесцирующие фильтры (насадки) подразделяют на два

типа: гидроди-

намические и контактные [44]. Принцип действия гидродинамических фильт-

ров основан на принудительном сближении и коалесценции диспергированных

в воде капель нефти при фильтрации эмульсии через пористую среду. В кон-

тактных фильтрах протекают процессы, обусловленные адгезией и смачивани-

ем. Частицы нефти контактируют с поверхностью загрузочного материала и

образуют на ней пленку. Под

действием потока жидкости пленка отрывается с

образованием крупной капли, которую нетрудно выделить из потока жидкости.

Такой механизм достаточно условен.

54

Проведенные исследования [44] показали, что гидродинамический меха-

низм коалесценции является сопутствующим, основную роль играет контакт-

ный механизм.

В работе [42] в качестве загрузочного материала использовали гранули-

рованный стандартный полиэтилен с гранулами d= 3-4 мм марки 10803-020 и

дробленый полиэтилен этой же марки с частицами d= 2,5-5,0 и d= 5,0-7,5 мм.

Высота слоя загрузки – 0,4 м. Значительный эффект очистки (90%) отмечался

при скорости

фильтрации через дробленый полиэтилен до 40 м/ч, в то время

как при гранулированной загрузке эффект снижался уже при скорости фильт-

рации более 20 м/ч. Наличие механических примесей несущественно снижает

эффективность удаления нефти. Установлено также [42], что для доочистки

нефтесодержащих стоков можно применять коалесцирующие фильтры с волок-

нистой загрузкой. При использовании отходов

волокна «нитрон» в качестве

фильтров, концентрация нефти в очищенной воде не превышала 10 мг/л, ско-

рость фильтрации достигала 40-50 м/ч.

Эффект фильтрации зависит от выбранного загрузочного материала. В

основном, применяется кварцевый песок различной крупности (№1 d= 0,5-2 мм;

№2 d= 0,75-2 мм). Попытки многих исследователей применить в качестве за-

грузки другие виды материалов таких, как

: сено, солома, минеральная вата, ри-

совая шелуха, древесная стружка и др. не дали необходимых результатов [45].

Эффективным материалом показал себя диатомит [45] (остаточное содержание

нефти в фильтрате около 10 мг/л), недостаток – дороговизна и небольшая про-

изводительность. Фильтрование целесообразно применять только после пред-

варительной очистки.

С появлением полимерных материалов коалесцирующие насадки полу-

чают

все большее распространение. Наряду с гранулированными насадками

(гранулы полиолефина) [46], предлагаются вязанные из полимерных нитей на-

садки, которые по коалесцирующей способности считаются более эффектив-

ными [47]. В качестве материалов нитей используются полиэтилен, полипропи-

лен, поливинилхлорид и другие полимеры этой группы. Размер ячеек вязаной

насадки около 3 мм.

Важным фактором, влияющим на процесс коалесценции

капель нефти,

является степень их дисперсности. Увеличение дисперсности приводит к по-

вышению стабилизации капель и препятствует их коалесценции. Поэтому в от-

дельных случаях гранулированные и вязаные насадки оказываются неэффек-

тивными. Улучшению процесса разделения стойких эмульсий способствует

применение волокнистых насадок [48]. Предпочтительнее тонковолокнистые

материалы с сильно шероховатой поверхностью. На таких поверхностях легко

осаждаются

даже очень мелкие капли нефтепродуктов. Так, по данным работы

[49], уменьшение диаметра волокна положительно влияет на эффект коалес-

ценции. Скорость фильтрации через волокнистые насадки, при которой дости-

гается оптимальный режим работы, не превышает 5 м/ч.

Практически полного удаления эмульгированной нефти и мехпримесей

из сточной воды можно достичь фильтрацией через пористую насыпную

среду.

На нефтепромыслах применяли кварцевые фильтры с направлением фильтра-

55

ции сверху вниз [50]. Следует отметить, что для очистки на фильтрах следует

направлять воды с содержанием нефти не более 100 мг/л.

В промысловых условиях было испытано устройство УИН-6 (рис. 2.17),

представляющее собой горизонтальную емкость-трубу 1 с входным 2 и выход-

ным 3 патрубками [51]. Труба 1 разделена поперечными решетками 4 на три

секции, в которых вдоль по потоку

расположены пучки синтетических гидро-

фобных волокон 5, прикрепленных одним концом к решеткам 4. Для монтажа

внутренней начинки в верхней части трубы 1 имеются люки-лазы 6 и смотро-

вые люки 7. Одновременно полость люков 6 и 7 и вспомогательная труба 8

служат для сбора и отделения основного потока жидкости, выделившегося газа,

пленочной нефти. В нижней части трубы 1 имеется

патрубок 9 для слива жид-

кости при ремонте устройства УИН-6 или длительной остановке в холодное

время года.

Нефтепромысловые сточные воды поступали в устройство 1 через регу-

лировочную задвижку 2 и входной патрубок и последовательно проходили че-

рез три секции вдоль синтетических гидрофобных волокон. При этом эмульги-

рованные частицы нефти укрупнялись. Укрупненные частицы нефти вместе

с

основным потоком жидкости через задвижку 3 и распределительное устройство

поступали в резервуар 4 на отстаивание. Выделившийся из сточных вод газ,

пленочная нефть и часть укрупненных частиц нефти накапливалась в полостях

люков и по вспомогательной трубе через вентиль 5 с меньшей частью потока

жидкости (5-10%) направлялись в верхнюю зону отстойника.

Устройство интенсификации очистки нефтепромысловых

сточных вод

УИН-6 было установлено на входе в резервуар-отстойник РВС-10000

(рис. 2.18). Температура водонефтяной эмульсии на период испытаний соста-

вила 38°С, плотность воды 1020 кг/м

3

, плотность нефти 890 кг/м

3

. Испытания

проводились при двух реализуемых на промысле режимах с производительно-

стью 1050 и 530 м

3

/ч. В качестве загрузки фильтров были опробованы поли-

мерные нити (ГОСТ 15150-69). Волокнистый материал длиной 2 м размещался

внутри каждой трубы и закреплялся одним концом на решетке. По длине трубы

последовательно были размещены 3 фильтра в соответствии с рис. 2.17. Коэф-

фициент заполнения трубы составил 30%. Линейная скорость потока жидкости

равнялась 1,08 м/с при расходе 1050

м

3

/ч и 0,55 м/с при расходе 530 м

3

/ч [52].

Эффективность работы УИН-6 определялась путем сравнения среднего

размера частиц нефти водонефтяной эмульсии, поступающей в резервуар для

разделения. Экспериментальные данные по анализу работы УИН-6 приведены в

ниже расположенной по тексту таблице 2.6.

56

Рис. 2.17. Устройство УИН-6

1 – емкость-труба; 2,3 – входной и выходной патрубки; 4 – поперечные решетки; 5 – гидрофобные волокна;

6 – люки-лазы; 7 – смотровые люки; 8 – вспомогательная труба; 9 – патрубок; 10,11 – манометры

1 2 3

4

5

4 6 7 8

9

10 11

57

Рис. 2.18. Схема привязки УИН-6

1 – УИН-6; 2 – резервуар-отстойник; 3 – регулировочные задвижки;

4 – вентиль для

удаления нефти и растворенного газа; 5 – вентиль для удаления воды; 6 – манометры

Подача

водонефтяной

эмульсии на

очистку

1

2

33

3

4

5

6

Вывод

очищенной

воды

Вывод

уловленной

воды

58

Таблица 2.6

п/п

Произво-

дитель-

ность

установ-

ки,

м

3

/ч

Ско-

рость

потока,

м/с

Исходная

концент-

рация

нефтепро-

дуктов ,

мг/л

Концентра-

ция нефте-

продуктов на

выходе из

отстойни-

ка, мг/л

Эффект

очист-

ки,

%

Средний

объемно-

геометри-

ческий

радиус

r

vг

, мкм

1 1050

*

1,07 2000 780 61,0 11,0

2 1050 1,07 2520 339 86,5 12,5

3 530 0,55 1080 140 87,0 34,0

* – данные приведены для эмульсии, не прошедшей через УИН-6.

Таким образом, при скорости потока 1,07 м/с средний размер частиц

(r

vг

= 12,5 мкм) для эмульсии, прошедшей через УИН-6 практически не отли-

чался от среднего размера частиц для необработанной эмульсии (r

vг

= 11 мкм),

при скорости же потока 0,55 м/с размер нефтяных частиц увеличился в 3,1

раза (r

vг

= 4 мкм).

Полученные результаты промысловых испытаний устройства УИН-6 хо-

рошо согласуются с литературными данными [45], где наибольшая эффектив-

ность укрупнения частиц нефти и осветления воды была достигнута при коэф-

фициенте заполнения 30% и скорости потока 0,2-0,8 м/с.

Технологичным для очистки сточных вод нефтепромыслов является при-

менение флокулянтов. Оптимальная доза флокулянтов типа ПАА, исходя

из

принятой практики водоочистки [53], находится в пределах 0,75-1,5 мг/л. Экс-

периментальные данные свидетельствуют, что требуемая степень очистки (70-

80%) достигается при дозах ПАА 20 мг/л или ВПК-402 40 мг/л. Высокие дозы

традиционных флокулянтов предопределили необходимость опробования реа-

гентов очистки нефтепромысловых вод, выпускаемых в настоящее время веду-

щими мировыми фирмами, т.н. деойлингов.

Опробованы деойлинги фирм: Хехст (ФРГ) – Дисмульган-3375, Дисмуль-

ган-3827, Дисмульган-3828; Серво (Нидерланды) – CRD-300, CRD-402,

MRD-202, MRD-204, MRD-205; СД (Нидерланды) – CAS-60, CAS-65, KN-2,

KN-65, KN-67, KN-259; Тохо (Япония) – Сепараминол FA-252; Нефтепромхим

(Россия) – БУТ-150, СНПХ-4502, СНПХ-4502А и СНПХ-4901 [54, 55]. Дози-

ровка реагентов варьировалась от 3 до 100 мг/л, для каждого определения про-

водилось три параллельных опыта, время экспозиции – 1 час. Эффективность

действия реагента оценивалась по величине

прироста эффекта очистки ∆ Э по

сравнению с пробами, отстаивающимися без реагента.

По результатам лабораторных испытаний выбраны реагенты для промы-

словых испытаний: СНПХ-4901, СНПХ-4502, СНПХ-4502А, БУТ-150 и Дис-

мульган-3827. Промысловые испытания проводились на очистных сооружениях

Возейского месторождения, результаты испытаний приведены в табл. 2.7 и на

рис.2.19. Очевидно преимущество СНПХ-4502 при дозировке

20 мг/л (эффек-

тивность очистки возрастает на 51%). Этот реагент рекомендован к опытно-

промышленному использованию.

59

Рис. 2.19. Зависимость прироста эффективности очистки

нефтесодержащих вод от дозы реагента:

1 – СНПХ-4502; 2 – Дисмульган-3827; 3 – БУТ-150;

4 – СНПХ-4502А; 5 – СНПХ-4901

0

10

20

30

40

50

60

0

20

40 60 80 100

120

Доза реагента, мг/л

Прирост эффективности очистки, %

Ряд1

Ряд2

Ряд3

Ряд4

Ряд5

60

Таблица 2.7

Результаты испытаний реагентов очистки сточных вод

очистных сооружений Возейского месторождения

Наименование

реагента

Доза,

мг/л

Начальное

содержа-

ние нефте-

продуктов,

мг/л

Содержа-

ние нефте-

продуктов

после очи-

стки, мг/л

Эффектив-

ность

очистки, %

Прирост

эффектив-

ности очи-

стки ∆Э

0 78,7 33 -

10 51,7 56 23

20 18,8 84 51

50 43,5 63 30

СНПХ-4502

100

117,5

81,1 31 29

0 68 54,0 -

10 26 82,4 28,4

20 16 89,2 35,2

50 34 77,0 23

Дисмульган-

3827

100

148

44 70,2 16,2

0 96,3 34,9 -

10 80,4 45,7 10,8

20 64,7 56,3 21,4

50 80,2 45,8 10,9

БУТ-150

100

148

60,7 59,0 24,1

0 70,7 39,0 -

10 52,2 55,0 16,0

20 52,2 55,0 16,0

50 24,4 79,0 40,0

СНПХ-4502

100

116

46,4 60,0 11,0

0 62,7 45,9 -

10 46,7 59,7 13,8

20 38,2 67,1 21,2

50 43,7 62,3 16,4

СНПХ-4901

100

116

48,8 57,9 12,0

Применение эффективных реагентов очистки нефтесодержащих вод

(СНПХ-4502, Дисмульган-3827) при приемлемых дозировках Д = 20 мг/л по-

зволяет на 35-50% увеличить эффективность очистки на действующих очист-

ных сооружениях нефтепромыслов (табл. 2.7).

Данные дисперсного состава подтверждают эффективность реагента

СНПХ-4502: эффективный средний объемно-геометрический диаметр d

vг

воз-

рос с 20,2 до 25,1 мкм. Соответственно росту диаметра в 1,25 раза по закону

Стокса (применимому в данном случае) в 1,6 раза сокращается необходимое

время отстоя.

Ланина Т.Д., Литвиненко В.И., Варфоломеев Б.Г. Процессы переработки пластовых вод месторождений углеводородов

Подождите немного. Документ загружается.