Лекция 12.
Методы разрушения нефтяных эмульсий. Внутритрубная деэмульсация, деэмульга-торы и механические методы
разрушения нефтяных эмульсий.
Основным процессом подготовки
нефти до товарных кондиций на установках подготовки нефти на месторождениях
является процесс обезвоживания нефти. В основе технологии обезвоживания лежит
процесс разрушения водонефтяных эмульсий, заключающийся в превращении их из устойчивого
мелкодисперсного состояния в кинетически неустойчивую, крупнодисперсную
расслаивающуюся систему.
Существует
условная классификация способов деэмульгирования нефтей:
· механические (фильтрация,
центрифугирование);
· термические (подогрев с отстаиванием, промывка
горячей водой);
· электрические (обработка в электромагнитных
полях);
· химические (обработка
реагентами-деэмульгаторами).
Для разрушения эмульсий
используют также обработку ультразвуковыми и акустическими колебаниями. Применяются
и сочетания различных методов.
Можно выделить три основные
стадии процесса деэмульсации:
I - Разрушение бронирующих оболочек
II - Укрупнение капель
III - Разделение фаз.
В первой стадии главным и наиболее
универсальным является действие реагентов - деэмульгаторов. В некоторых случаях
возможно ослабление или частичное разрушение бронирующих оболочек под действием
нагрева или интенсивного перемешивания. Частично оболочки могут быть разрушены
применением электростатических и электромагнитных полей промышленной частоты.
Применение высоко- и сверхчастотных колебаний требует сложного оборудования и
пока распространения не получило.
На второй стадии - стадии укрупнения капель важнейшим и наиболее
перспективным является применение электрических полей. Широкое распространение
получил метод промывки эмульсии в слое воды, успешность которого во многом
определяется равномерностью распределения струек жидкости перфорированными
трубами - маточниками. Использование магнитных полей (импульсные сверхсильные
магниты) сдерживается сложностью оборудования.
На третьей стадии основным процессом является
гравитационное отстаивание. В последние годы созданы высокопроизводительные
конструкции отстойников, позволяющие эффективно использовать весь полезный
объем сосудов и учитывать физико-химические свойства эмульсионных систем. Применение центрифуг является перспективным
для обработки эмульсий, содержащих значительное количество механических примесей.
Таблица
12.1 - Классификация методов воздействия
на нефтяные эмульсии
|
Стадии процесса |
Характеристика стадии процесса |
Применяемые
методы |
|
I |
Разрушение бронирующих оболочек |
· Использование химических реагентов · Нагрев эмульсии · Перемешивание · Применение электростатических полей
и полей промышленной частоты · Применение высокочастотных и
сверхвысокочастотных колебаний |
|
II |
Укрупнение капель |
·
Электрические поля ·
Применение коалес-цирующих насадок ·
Промывка в слое пресной воды ·
Применение акустических волн ·
Магнитное поле |
|
III |
Разделение фаз |
· Отстаивание · Центрифугирование |
Основными методами разрушения
нефтяных эмульсий типа В/Н в настоящее время являются: гравитационное холодное
разделение (отстой без подогрева), внутритрубная деэмульсация,
центрифугирование, фильтрация, термохимическое воздействие, электрическое
воздействие, а также сочетания этих
методов.
Для
разрушения нефтяных эмульсий, а также для предотвращения их образования широко
применяются деэмульгаторы - поверхностно-активные вещества (ПАВ),
обладающие гораздо большей активностью,
чем эмульгаторы.
Основное назначение деэмульгаторов - вытеснить
с поверхностного слоя капель воды эмульгаторы - естественные
поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нефти (асфальтены, нафтены,
смолы, парафин и мехпримеси) и в воде (соли, кислоты).
Вытеснив
с поверхностного слоя капель воды природные эмульгирующие вещества,
деэмульгатор образует гидрофильный
адсорбционный слой, в результате чего капельки воды при столкновении
коалесцируют (сливаются) в более крупные капли и оседают. Чем деэмульгатор эффективнее,
тем больше он снижает прочность «бронированного» слоя и способствует более
интенсивному разрушению эмульсий.
Для
более успешного разрушения эмульсий и прекращения их «старения» деэмульгаторы
следует подавать на забой скважин и осуществлять «внутрискважинную»
деэмульсацию. При подаче деэмульгаторов на забой скважин обычно происходит
инверсия эмульсии, т.е. эмульсия типа В/Н превращается в эмульсию типа Н/В,
вязкость которой равна 1 мПа×С, так как внешней ее фазой
является вода, что существенно снижает потери давления на трение.
Теоретически
деэмульгатор является эффективным только для какой- то одной эмульсии, имеющей
определенное соотношение фаз и степень дисперсности, а также количество и
состав эмульгатора, образующего адсорбционный слой на каплях воды.
Следовательно, теоретически, деэмульгаторы в процессе разработки месторождения
должны заменяться по мере изменения состава эмульсий и их физических свойств,
что практически осуществляется крайне редко.
Под
эффективностью деэмульгатора понимают его
деэмульсационную способность, которая характеризуется расходом деэмульгатора, качеством
подготовленной нефти, минимальной температурой и продолжительностью отстоя
нефти. Эффективность определяется по
формуле
, (12.1)
где N - степень обезвоживания, % масс.; Wисх и Wост - содержание воды в
исходной эмульсии и остаточное содержание воды в отстоявшейся нефти, % масс.
Количество воды в нефти определяют при помощи аппарата Дина - Старка.
Внутритрубная (путевая)
деэмульсация получила широкое распространение в связи с появлением
высокоэффективных деэмульгаторов и применяется в сочетании с другими методами
подготовки нефти. Она предусматривает ввод деэмульгатора дозировочным насосом в
поток водонефтяной смеси в затрубное пространство на устье скважины или на ГЗУ
в начало сборного коллектора (в количестве 15-
Внутритрубная деэмульсация позволяет организовать
предварительный сброс воды (на ГЗУ, ДНС), что весьма целесообразно при
содержании воды в продукции скважин более 30%.
Гравитационное
холодное разделение (холодный отстой) осуществляется, как правило, в
сырьевых резервуарах в том случае, когда содержание пластовой воды в нефти
достигает примерно 60% , в нефти отсутствуют эмульгаторы и эмульсия не является
стойкой. Гравитационный отстой осуществляется за счет разностей плотностей
пластовой воды и нефти. Гравитационное разделение может осуществляться как с
введением деэмульгаторов, так и без них. Расслоение нефти в резервуарах без подогрева
происходит в течение нескольких часов. Эмульсия должна подаваться в резервуары
равномерно по всей площади через распределительное устройство, расположенное
под уровнем пластовой воды, что увеличивает поверхность эмульсии,
контактирующей с водяной подушкой, и интенсифицирует процесс расслоения
эмульсии.
Отстойники
предназначаются для отделения воды от нефти при подаче в них частично или
полностью разрушенной эмульсии. Отстойники могут использоваться для
предварительного сброса воды при сильно обводненной нефти или для окончательного обезвоживания нефти после
нагрева нефтяных эмульсий в блочных или
стационарных печах при этом отстойники должны обеспечить на выходе из аппарата
содержание воды и солей в пределах, обусловленных стандартами на качество
товарной нефти. Последние обычно устанавливаются после каплеобразователей, способствующие
эффективному разделению воды и нефти, и
увеличивающих тем самым пропускную способность отстойников.
В настоящее время наиболее часто
применяют герметизированные отстойники цилиндрической формы непрерывного и
полунепрерывного действия. В отстойниках
процесс разделения эмульсий совершается либо в условиях статики, либо в
условиях ламинарного режима (Re =1¸2).
Параллельное соединение
отстойников на УПН часто приводит к неравномерной их загрузке нефтью и водой, в
результате чего нарушается технологический режим работы УПН и снижает эффективность
их работы.
Центрифугирование производят в специальных устройствах (центрифугах)
используя возникающую в них силу
инерции для разделения нефти и воды, как жидкостей, имеющей различные
плотности. Разделение водонефтяных
эмульсий в центрифугах - исключительно эффективный метод, который пока еще не
нашел практического применения.
Фильтрация применяется для расслаивания нестойких
эмульсий при пропускании их через фильтрующий (коалесцирующий) слой, выполненный
из гравия, битого стекла, древесных и металлических стружек, стекловаты и
других материалов.
Деэмульсация нефтей при помощи
фильтров основана на принципе селективного (избирательного) смачивания.
Конструктивно
фильтры представляют собой колонные аппараты, с коалесцирующим заполнением,
размеры которых зависят от объема прокачиваемой эмульсии. Нагретая эмульсия
вводится в нижней части колонны, нефть отводится через верх колонны, а вода
сбрасывается снизу. Как самостоятельный процесс фильтрация не применяется, а
используется в сочетании с теплохимическими методами.
Осн: 1[134-140].
Доп: 2[102-110].
Контрольные
вопросы:
1. Какие существуют способы деэмульгирования
нефтей?
2. Охарактеризуйте три основные стадии
деэмульсации.
3. Перечислите основные виды
деэмульгаторов.
4. Назначение и работа отстойника.
