Меню Рубрики

Установка подготовки подтоварной воды

Установка подготовки подтоварной воды

Рис. 4.9. Установка подготовки нефти

Рис. 4.7. Блочный унифицированный отстойник нефти БУОН-С

Рис. 4.6. Общий вид УКПН

Стабилизация нефти необходима для уменьшения потерь лёгких углеводородов (этан, пропан, бутан и т.д.). Процесс стабилизации заключается в подогреве нефти до температуры 80-120°С в специальной стабилизационной колонне. После отделения лёгкие фракции охлаждаются и конденсируются. Продукты стабилизации направляют на газоперерабатывающий завод, а нефть на нефтеперерабатывающий. Обычно стабилизационные установки размещают в районе товарных резервуарных парков или на нефтесборном пункте данного месторождения после установок обезвоживания и обессоливания.

Во время процесса обезвоживания и обессоливания основная масса солей удаляется вместе с водой. Однако для предотвращения коррозии оборудования, образования солевых отложений и других нарушений в процессах переработки нефти необходимо глубокое обессоливание. Перед обессоливанием в нефть подают пресную воду, в результате чего образуется искусственная эмульсия, в которой вся соль находящаяся в нефти, растворяется в воде. Затем данная эмульсия подвергается разрушению, т.е отделению нефти от водяного раствора солей.

Процесс разрушения нефтяных эмульсий заключается в слиянии капель диспергированной в нефти воды в присутствии деэмульгатора и осаждении укрупнившихся капель. Деэмульгаторы – это поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые адсорбируются на поверхности глобул воды и образуют адсорбционный слой со значительно меньшей механической прочностью, что облегчает слияние капель воды и способствует разрушению нефтяных эмульсий.

УКПН представляет собой небольшой завод по первичной подготовке нефти. Согласно технологической схеме, сырая нефть, поступающая по линии I, направляется в теплообменник 2, в котором нагревается до 50-60°С горячей стабильной нефтью, поступающей по линии IIIпосле стабилизационной колонки 8. Подогретая нефть в отстойнике первой ступени обезвоживания 3 частично отделяется от воды и проходит через смеситель 4, где смешивается с пресной водой, поступающей по линии Vдля удаления солей, и направляется в отстойник второй ступени 5 и по линии VIв электродегидратор.Отделённая вода отводится по линии IV. При необходимости улучшения степени обессоливания применяют несколько смесителей, отстойников и электродегидраторов, включённых последовательно. Обессоленная нефть насосом 14 отправляется в отпарную часть стабилизационной колонны 8 через теплообменник 7, в котором за счёт тепла стабильной нефти, поступающей непосредственно снизу стабилизационной колонны, осуществляется нагрев нефти до 150-160°С.

В стабилизационной колонне 8 происходит отделение лёгких фракций нефти, которые конденсируются и передаются на ГПЗ.

В нижней и верхней частях стабилизационной колонны установлены тарелочные устройства, которые способствуют более полному отделению лёгких фракций.

В результате нагрева из нефти интенсивно испаряются лёгкие фракции, которые поступают в вехнюю часть стабилизационной колонны, где на тарелках происходит более чёткое разделение на лёгкие и тяжёлые углеводороды. Пары лёгких углеводородов по линии VII из стабилизационной колонны поступают в конденсатор холодильник 9, где пары охлаждаются до 30°С, основная часть их конденсируются, накапливаются в ёмкости по линии VII и подаётся на горелки печи 13.Конденсат, или как его ещё называют ШФЛУ, — широкие фракции лёгких углеводородов, перекачивают насосом 11 в ёмкость хранения по линииIX.

Наряду с отечественными агрегатами, для комплексной подготовки нефти используется и оборудование зарубежных производителей. Одним из наиболее известных поставщиков оборудования для комплексной подготовки нефти является фирма «MALONEY».

Основными особенностями продукции этой фирмы является высокое качество, надёжность, долговечность работы оборудования и стоимость.

Рис. 4.8. Технологическая схема УКПН

1, 11, 12 – насос; 2, 7 – теплообменник; 3 – отстойник первой ступени обезвоживания; 4 – смеситель; 5 – отстойник второй ступени; 6 – электродегидратор; 8 – стабилизационная колонна; 9 – конденсатор-холодильник; 10 – ёмкость орошения; 13 – печь; I– сырая нефть; II – деэмульгатор; III – горячая стабильная нефть; IV – отделённая вода; V – пресная вода; VI– частично обезвоженная нефть; VII – пары лёгких углеводородов и газ; VIII – газ и неконденсированные пары углеводородов; IX– ШФЛУ; X – стабильная нефть.

На ЦППН также установлена установка по подготовке воды, на которой вода, отделённая на УКПН от нефти, подвергается очистке и направляется в систему поддержания пластового давления (ППД). С системе ППД подготовленная вода с помощью кустовых насосных станций под большим давлением (до 20-25МПа) через систему трубопроводов-водоводов подаётся к нагнетательным скважинам, а затем в продуктивные пласты.

Пластовая вода, отделённая от нефти, содержит механические примеси, капли нефти, гидраты, окиси железа и большое количество солей (до 2500мг/л). Механические примеси забивают поры в продуктивных пластах и препятствуют проникновению воды в капиллярные каналы пластов, следовательно, приводят к нарушению контакта вода-нефть в пласте и к снижению эффективности поддержания пластового давления.

Этому же способствуют и гидраты окиси железа, выпадающие в осадок. Поэтому сточные воды, отделённые от нефти на УКПН, необходимо очистить от механических примесей, капель нефти, гидратов окиси железа и солей и только после этого закачивать в продуктивные пласты. Для очистки сточных вод применяют закрытую (герметизированную) систему очистки, в которой в основном используются методы:

— отстой (гравитационный) – аналогично обезвоживанию нефти;

Метод отстоя основан на гравитационном разделении механических примесей, капель нефти и воды. Процесс отстоя проводят в горизонтальных или вертикальных отстойниках, а также в резервуарах-отстойниках.

Читайте также:  Установка зеркал от приоры 2110

Метод фильтрации основан на прохождении загрязнённой пластовой воды через фильтрующий слой, например через гранулы полиэтилена, песок, гравий и т.д.

Метод флотации основан на одноимённом явлении, когда пузырьки воздуха или газа, проходя через слой загрязнённой воды снизу вверх, соединяются с твёрдыми частицами и капельками нефти и способствуют их всплытию на поверхность.

При гидроциклонном методе для отделения из воды примесей и газа используется центробежная сила потока жидкости.

источник

Подготовка воды для заводнения нефтяных пластов

Неотъемлемой частью большинства технологических процессов является очистка значительных объемов жидкости от механических загрязнений.

Знание физических основ процесса фильтрации, факторов, определяющих режимы работы фильтрационного оборудования и, в конечном счёте, качество производимого продукта, позволяет использовать наиболее рациональные типы современного фильтро-сепарационного оборудования.

Обслуживание фильтро-сепарационного оборудования требует достаточной теоретической подготовки, знания конструкций применяемого оборудования, умения обеспечить наиболее рациональные режимы работы при изменении физических характеристик поступающих суспензий.

Разработка современных высокоэффективных устройств очистки жидкостных и газовых потоков требует предварительного изучения дисперсной структуры загрязнений .

Главным фактором выбора эффективных устройств очистки жидкостей (газов), имеющих минимальную стоимость, является технологический аудит производственных условий эксплуатации, создаваемого фильтро-сепарационного оборудования.

К сожалению, в настоящее время такой аудит не проводится, потребители приобретают оборудование только на основе каталожной информации без учета реальных условий производств и, зачастую, несут повышенные затраты.

С точки зрения современных научных представлений высоко-эффективные технические устройства для очистки жидкостей (газов) должны быть сконструированы в виде многоступенчатой системы средств очистки, в которой каждая ступень работает в своей рекомендуемой зоне дисперсного состава загрязнений.

Высокоэффективная очистка воды для заводнения нефтяных пластов от загрязнений является весьма сложной технической задачей, решение которой на этапе проектирования ввода новых объектов требует проведения специальных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Основным нормативным документом, регламентирующим требования к качеству подготовки воды для заводнения нефтяных пластов, является ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов» (Приложение 1,2,3 )

Особенностями фильтрования пластовых вод после их предварительного отстаивания в резервуарах (РВС) является наличие в загрязненной воде: нефтепродуктов (неньютоновской жидкостей), АСПО, растворенных полимеров, поверхностно активных веществ и ряда других примесей, приводящих к облитерационным процессам фильтрующей перегородки.

Регенерация ФЭ обратным током фильтрата в этом случае оказывается недостаточно эффективной.

Вода поступающая из РВС представляет собой суспензию (КДС) содержащую мелкие в основном (5÷10 мкм) и зачастую липкие взвеси, что приводит к быстрому забиванию фильтровальной перегородки, а ее регенерация сложна, как правило, требуется замена фильтровальной перегородки или фильтрующего материала. В этих случаях задача фильтрования жидких сред традиционными фильтрами представляет наибольшую сложность или является экономически нерентабельной.

НПП «ЭкоЭнергоМаш» в течение 2007÷2012 г.г. совместно с ОАО «ТАТНИПИнефть» был выполнен большой объем НИР и ОКР по разработке различного фильтро-сепарационного оборудования и выбора оптимальных схем фильтрации с целью подготовки воды для заводнения нефтяных пластов.

В зависимости от качества очищаемой воды, требуемой степени её осветления и производительности установок применяют фильтры с различными устройствами пористой фильтрующей среды:

  • Фильтры с зернистой загрузкой;
  • Сетчатые фильтры;
  • Намывные фильтры;
  • Фильтры, в которых в качестве фильтрующей среды используются эластичные или жёсткие объёмные пористые материалы.

Обычная фильтрация позволяет отделить от жидкости (газа) частицы с размером более 10 мкм.

Для отделения от жидкости (газа) частиц с размером 0,1 — 10 мкм используется микрофильтрация. Главными областями применения микрофильтрации являются получение стерильной воды в пищевой и фармацевтической промышленности.

ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов», регламентирует очистку воды от механических примесей размером 1÷2 мкм.

В то же время при проектировании фильтрационного оборудованиядля подготовки воды с целью заводнения нефтяных пластов, информация о дисперсном составе механических примесей в интервале ≤ 2 мкм не приводится, наименьший интервал ≤ 5 мкм (0-5мкм), см. таблицу 1

Объемная доля частиц, %
от 5,0 до 10,0 мкм от 10,0 до 25,0 мкм от 25,0 до 50,0 мкм от 50,0 до 100,0 мкм более 100 мкм

Такой характер анализа дисперсионного состава механических примесей в воде закачиваемой в нефтяные пласты присущ для всей нефтедобывающей отрасли России, что в общем подтверждает банальный факт экономической нерентабельности очистки воды от механических примесей менее 5 мкм и фактического отсутствия примеров выполнения требований очистки воды от механических частиц ≤ 2 мкм в соответствие с ОСТ 39-225-88.

В соответствие с требованием ОСТ 39-225-88 рассмотрим преимущества и недостатки различных систем фильтрационной подготовки воды для заводнения нефтяных пластов.

Приходится констатировать, что единственным методом, подготовки воды для заводнения нефтяных пластов, применяющимся повсеместно, остается метод отстаивания (отстойники). Для этого используются различные отстойники с комбинацией всевозможных внутренних устройств, для интенсификации осаждения различных примесей, — твердых, жидких.

Опыт применения фильтров, с зернистой загрузкой широко применяющихся для очистки сточных вод в процессах подготовки воды для закачки в нефтяные пласты крайне незначителен из-за их специфических особенностей.

В тех случаях, когда необходимость очистки обусловлена удалением из жидкости частиц размер которых, больше некоторого значения, применяют различное фильтрационное оборудование .

Работоспособность фильтрующего оборудования во многом определяется фильтрующими перегородками, с помощью которых осуществляется отделение частиц твердой фазы от жидкости или газа. Фильтрующие перегородки, как правило, выполняются из пористых материалов в виде плоских или цилиндрических поверхностей, называемых фильтрующими элементами.

Читайте также:  Установка и запуск linux ubuntu

Фильтрующие элементы (ФЭ) обычно изготавливаются из ткани, керамики, металлокерамики, различного вида сеток, набора пластин, из волокнистых материалов и др., образующих фильтрующие проходные сечения заданной величины.

Общим во всех перечисленных фильтрующих элементах является неизменность фильтрующих зазоров в обоих режимах работы фильтра: и при фильтровании, и при регенерации обратным током жидкости или газа.

Наибольшее распространение для заводнения нефтяных пластов получили фильтры с ФЭ на основе металлических сеток и пористо-ячеистых материалов (металлокерамические, керамические, полимерные).

Как показали многочисленные исследования в.т.ч. и НПП «ЭкоЭнергоМаш» фильтроэлементы изготовленные из пористо-ячеистых материалов (изготавливаются методом спекания из различных порошков) имеют большое количество тупиковых пор, что приводит к необратимой кольматации порового пространства. Применение обратной промывки не позволяет восстанавливать фильтрующую способность ФЭ даже при достижении предельных (давление разрушения) давлений.

В трактах высокого давления: компримирование газов, насосы высокого давления применение металлокерамических ФЭ может привести к аварийной ситуации т.к. предельные давления разрушения не превышают 1 МПа (10кг/см 2 ), к тому же при высоких скоростях фильтруемой среды происходит вынос субмикронных частиц из материала ФЭ, что резко снижает срок работы уплотнений.

Лучшие результаты в фильтрах для заводнения нефтяных пластов дает применение пружинных (спиральных) фильтроэлементов (ФЭК) и ФЭ на основе металлических сеток.

Фильтры на основе пружинных (Приложение 4) и сетчатых ФЭ обладают гарантированной крупностью очистки, низким гидравлическим сопротивлением, хорошей способностью к регенерации.

В пружинных ФЭ (фильтрующие элементы Крапухина) обеспечено различие свойств элементов: при фильтровании фильтрующие проходные сечения имеют заданную (при их изготовлении) неизменную величину, а при регенерации ФЭ обратным током жидкости или газа эти проходные сечения увеличиваются и, кроме того, имеют возможность совершать колебательные движения под воздействием регенерирующего потока жидкости или газа.

Основное отличие пружинных фильтроэлементов (ФЭК) от известных фильтрующих материалов и элементов состоит в том, что они свободны от главного их недостатка от необратимого закупоривания пор .

На фильтрах, оснащенных ФЭК, можно проводить бесконечное число циклов «фильтрация-регенерация», не опасаясь их остановки из-за необратимого закупоривания пор и необходимости замены фильтрующих материалов.

Выпускаемые сегодня ФЭК имеют абсолютную минимальную тонкость фильтрации 15÷18 мкм, и обеспечивают эффективную тонкость фильтрации в соответствие с ГОСТ 14066-68, на уровне 7÷10 мкм. Допустимый перепад давления на ФЭК не более 2 кг/см 2 .

Фильтроэлементы ФЭК были разработаны для фильтрации радиоактивных растворов и наибольшее применение нашли в атомной промышленности.

НПП «ЭкоЭнергоМаш» разрабатывает и изготавливает различное фильтрационное оборудование для очистки жидкостей и газов на основе пружинных ФЭ.

Для очистки жидкостей с тонкостью фильтрации менее 10 мкм предприятием изготавливаются фильтры на основе проницаемых конструкций из металлических сеток, см. Приложение 5.

В отличие от фильтрующих материалов из металлических сеток, функциональныйсрок работы ФЭ из КПСМ (срок работы фильтроэлементов, при котором сохраняется паспортная тонкость фильтрации, производители никогда не указывают этот параметр. ) сохраняется на все время эксплуатации ФЭ .

Функциональный срок работы ФЭ из металлических сеток как правило не превышает 20÷30 циклов регенерации и после предельного количества регенераций тонкость фильтрации не соответствует паспортным данным и может на порядки отличаться от первоначальной (паспортной).

Недостаток порошковых ФЭ (металлических, металлокерамических, керамических, полимерных материалов), необратимое закупоривание и как следствие падение производительности и невозможность регенерации.

Сетчатые ФЭ, обладая гарантированной степенью очистки, имеют малую грязеемкость. Для устранения этого недостатка используется механизм саморегенерации фильтра.

Различают фильтры, регенерация которых ведется постоянно (гидродинамические фильтры) и фильтры, в которых устройство очистки включается по мере необходимости (фильтры с противоточной регенерацией ФПР).

Преимущество последних проявляется при очистке слабозагрязненных сред, когда период фильтрования существенно превышает период регенерации.

Как указывалось выше вода поступающая на фильтрацию после отстойников представляет собой суспензию содержащую мелкие в основном (5÷10 мкм) липкие взвеси.

Регенерация ФЭ обратным током фильтрата в этом случае оказывается недостаточно эффективной. Визуальные наблюдения на испытательных стендах свидетельствуют, что поверхность ФЭ в момент наложения «шоковой» регенерации покрывается «вулканическими кратерами», но налипший осадок не отстает полностью от пористой перегородки, что приводит к постепенному падению производительности фильтра.

При продолжительной эксплуатации сетка зарастает частицами размер которых сопоставим с размером ячейки сетки (рис. 5)

На рис 5. приводится пример роста количества не удаляемых загрязнений при увеличении числа циклов загрязнение–регенерация для ФЭ изготовленных из металлических сеток.

На рис 6 приводится график граничного перепада давления Δр max на ФЭ при котором начинается необратимая кольматация (закупорка) от рабочего давления фильтра.

10 циклов 100 циклов Рис 6 Граничный перепад давления при загрязнении Δр max, в зависимости от рабочего давления фильтра Рисунок 5 – Рост количества не удаляемых загрязнений при увеличении числа циклов загрязнение–регенерация

Поэтому, ограничение максимального перепада давления при засорении ФЭ дает реальную возможность обойтись без устройств интенсифицирующих процесс противоточной регенерации. Превышение рабочего давления фильтра над максимальным перепадом давления на ФЭ при засорении должно быть более чем на один порядок и на практике, как правило, подбирается экспериментально.

Читайте также:  Установка подогрева двс альянс

При эксплуатации фильтров крайне важно производить своевременную регенерацию ФЭ не допуская граничных перепадов давления Δр max !.

Для пористо-ячеистых материалов, это приводит к необратимой кольматации и фактически к необходимости замены ФЭ (как вариант восстановление на специальных ультразвуковых установках, что крайне проблематично по имеющемуся опыту эксплуатации фильтрационного оборудования на промышленных предприятиях).

Для сетчатых материалов такое требование также важно т.к. при достижении граничного Δр maxпроисходитдеформация ячеек на фильтре, полотно сетки начинает деформироваться, ячейки теряют свою форму, что приводит к местному увеличению размеров проходных отверстий металлической сетки и после предельного количества регенераций тонкость фильтрации не соответствует паспортным данным и может на порядки отличаться от первоначальной (паспортной).

Причина такого состояния в недостаточной эффективности противоточной промывки при удалении частиц загрязнителя, которые застряли в моменты близкие к началу цикла регенерации, в эти моменты площадь сетки остающейся чистой минимальна, а так как расход поддерживается постоянным, то скорости жидкости и частиц максимальны.

Многочисленные исследования показали, что именно переход кинетической энергии в упругие деформации частицы и проволок сетки обусловливает появление трудно удаляемых загрязнений.

Для устранения эффекта увеличения размеров проходных сечений применяют спекание узлов сетки после переплетения. Применение синтерированных сеток (сетки со спеченными узлами) исключают деформацию проходных отверстий, однако значительно усложняет технологию изготовления сеток, см. Приложение 5.

Одним из способов повышения пропускной способности фильтровальной перегородки и ресурса фильтроэлементов, является применение самоочищающихся фильтров, т. е. фильтров, которые в процессе работы очищались бы от образующегося на поверхности фильтровальной перегородки слоя осадка загрязнения и тем самым восстанавливали свою пропускную способность.

Известно, что очистка фильтровальной перегородки в процессе работы фильтра может осуществляться за счет гидродинамического смыва образующегося осадка потоком жидкости, а также за счет воздействия центробежных и вибрационных сил, акустических колебаний.

Непрерывная регенерация осуществляется в аппаратах 2-х типов:

  1. Гидродинамических фильтрах;
  2. Пульсационных аппаратах;

Первые нашли широкое применение при очистке сточных вод. Механизм работы гидродинамических фильтров заключается в том, что часть потока непрерывно омывает фильтрующую перегородку, или через всасывающие сопла непрерывно отбирается и сливается в дренаж.

Зарубежными и отечественными производителями гидродинамических фильтров предлагается множество конструктивных решений повышающих эксплуатационные качество таких фильтров. В качестве фильтрующей перегородки для гидродинамических фильтров используется щелевая решетка (значительно реже, металлические сетки и зернистые загрузки) с специальным профилем и полировкой фильтрующей поверхности. Минимальная тонкость фильтрации 50÷100мкм, применение сеток с меньшей тонкостью фильтрации в качестве фильтрующей перегородки в таких фильтрах приводит к значительному усложнению аппаратов и сложностью их эксплуатации.

В МГТУ им. Н. Э. Баумана разработаны гидродинамические вибрационные фильтры, которые обеспечивают необходимую тонкость фильтрации, позволяют достичь высокой эффективности очистки жидкостей при обеспечении больших пропускной способности и ресурса работы фильтра.

Гидродинамические вибрационные фильтры (ГВФ) могут применяться для очистки сильно загрязненных сточных вод, регенерации отработанных масел, для очистки технологических и рабочих сред, особенно эффективны для очистки высоковязких сред, а также сред, загрязненных нефтепродуктами, растворами полимеров.

В настоящее время происходят испытания фильтров ГВФ на машиностроительных предприятиях России.

Научными коллективами России возрождается направление создания фильтровального оборудования сильно загрязненных жидкостей, на основе пульсационных процессов в жидкостях, широко применявшихся на предприятиях Министерства Среднего машиностроения (сегодня министерство атомной промышленности)

Суть пульсационных процессов при фильтрации сильно загрязненных жидкостей через фильтрующую перегородку, заключается в создание пульсаций давления в жидкости различными пульсационными аппаратами (пульсаторами, акустическими излучателями).

Пульсации давления (акустические волны) воздействующие на суспензии (КДС), предотвращают прилипание (адгезии) примесей на фильтрующей перегородке, т.е. создается пульсирующий взвешенный слой примесей в жидкости, который по мере накопления дренируется.

В 2013г. НПП «ЭкоЭнергоМаш» планирует начать выпуск акустических фильтров для очистки газовых сред от аэрозольных примесей, и акустических фильтров на базе спиральных ФЭ и проницаемых конструкций (КПСМ) для фильтрации сильно загрязненных жидкостей (КДС) с акустическими излучателями.

Схема подготовки воды для заводнения нефтяных пластов состоит из 2-х последовательно включенных аппаратов:

  1. Фильтр с пружинными фильтроэлементами типа ФЭК, с абсолютной тонкостью фильтрации 15÷20 мкм и эффективной тонкостью фильтрации 7÷10мкм.
  2. Фильтр с ФЭ КПСМ с абсолютной тонкостью фильтрации 5 мкм, эффективной тонкостью фильтрации 1÷3мкм;
  3. Аппараты комплектуются УЗ генераторами;

Допустимое содержание механических примесей и нефти в закачиваемой в продуктивный коллектор воде с целью поддержания пластового давления

Проницаемость пористой среды коллектора, мкм 2 Коэффициент относительной трещиноватости коллектора Допустимое содержание в мг/л воде.
механических примесей нефти
до 0,1 вкл. до 3 до 5
свыше 0,1 до 5 до 10
до 0,35 вкл от 6,5 до 2 вкл до 15 до 15
свыше 0,35 менее 2 до 30 до30
до 0,6 вкл от 3,5 до 3,6 вкл до 40 до 40
свыше 0,6 менее 3,6 до 50 до 50

Коэффициент относительной трещинноватости определять в соответствии с РДС 39-01-041-81 «Методика прогнозного определения норм качества сточных вод для внутриконтурного заводнения новых нефтяных месторождений платформенного типа. Содержание механических примесей и нефти в сточной воде».

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector