Файл: Тронов В.П. Обезвоживание и обессоливание нефти из опыта работы об-ния Татнефть.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 1
В. И. ТРОНОВ, В. И. ГРАИФЕР
ОБЕЗВОЖИВАНИЕ
И
ОБЕССОЛИВАНИЕ Н Е Ф Т И
Из опыта работы объединения «Татнефть»
КАЗАНЬ ТАТАРСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
1974
eni.7
T73 |
r ------■ ■- ........................ |
|
|
|
' |
Г#*» Яубвччизл |
|
|
научи*-т««.»х -ег. ая |
|
|
|
|
•*#л**т*>» с : ср |
* |
|
|
аиэЕ илд^р |
|
|
ш<^мыюго аллА |
|
|
Ч |
Ц |
'З .С М 'Г |
|
&S 6 ?
Тронов В. П., Грайфер В. И. |
|
|
|
|||||
Т73 |
Обезвоживание и обессоливание нефти. Казань, |
|||||||
Татарское книжное издательство, 1974. |
|
|||||||
|
184 ...с. с ил. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Добыча нефти на промыслах Татарии сопровождается извлечением |
|||||||
на поверхность больших объемов пластовой воды, поступающей в про |
||||||||
мысловые |
системы |
сбора в виде |
стойкой эмульсии. В связи с этим |
|||||
возникает проблема обезвоживания и обессоливания нефти, на осуще |
||||||||
ствление которой |
затрачиваются |
огромные |
материальные |
средства. |
||||
В |
последние годы |
в |
Татарии разработаны |
и |
широко применяются |
|||
высокоэффективные методы подготовки нефти и очистки сточных вод. |
||||||||
Некоторые из них, представляющие наибольший интерес для промыс |
||||||||
ловых работников, рассмотрены в предлагаемой работе. |
|
|||||||
|
Приводится обзор методов подготовки нефти с момента возникно |
|||||||
вения этой |
проблемы, |
рассмотрена технология |
подготовки |
нефти в |
||||
некоторых |
странах |
мира. |
|
|
|
промыс |
||
|
Книга рассчитана на инженерно-технических работников |
|||||||
лов, научно-исследовательских и проектных институтов, студентов |
||||||||
старших курсов нефтяных вузов. |
|
|
|
|
||||
|
0382—147 |
|
39—74 |
|
|
|
6П1.7 |
|
Т М132(03)—74 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
© Татарское книжное издательство, 1974
ВВЕДЕНИЕ
Эффективное решение проблемы повышения качества подготовки нефти на промыслах и нефтеперерабатываю щих заводах имеет важное народнохозяйственное значе ние не только с технико-экономической, но и социологи ческой точек зрения, так как связано с охраной окру жающей нас природы. В последние годы в Татарии и других районах страны успешно развивается новое на правление в технике и технологии подготовки нефти и очистки сточных вод, получившее вначале известность как трубная деэмульсация и развившаяся впоследствии в более общее направление в технологии сбора, транс порта, подготовки нефти, газа, воды — совмещенную технологию. В основу совмещенных схем сбора подготов ки нефти и пластовых вод положены новые теоретиче ские представления об оптимальных условиях разруше ния эмульсии и очистки сточных вод, которые в сжатом виде рассмотрены в этой работе.
Применение совмещенных схем позволяет решить упомянутую выше проблему при низких издержках производства и небольших, по сравнению с традицион ными средствами, капитальных затратах.
В работе рассмотрен конкретный опыт обезвожива ния и обессоливания нефти вне установок, повышения производительности существующих установок и улучше ния качества нефти на них, возможные пути снижения расхода реагентов, пресной воды, электроэнергии, эффек тивный метод очистки пластовых вод, улучшение качест ва нефти на головных сооружениях и при ее транспорти ровании по магистральным нефтепроводам, наряду с Этим в работе приведены основные методы подготовки нефти, применявшиеся на отечественных и зарубежных промыслах с момента возникновения проблемы. Рассмот рен опыт подготовки нефти в ряде капиталистических
3
стран. В настоящее издание включены только новые ма териалы, и поэтому оно может рассматриваться как дальнейшее развитие идей, изложенных в выпущенной в 1970 г. Татарским книжным издательством книге «Деэмульсация нефти в трубопроводах».
Глава VI написана совместно с инженером С. П. Лебедич. В проведении исследований в лабораториях и на промыслах принимали участие кандидаты технических наук А. Д. Ли и В. И. Смирнов, инженеры А. И. Ширеев, Н. С. Кораблинов, Ф. Ф. Хамидуллин, В. П. Ор;,тинская, А. Д. Кананухин, А. П. Черемухин, Б. А. Маликов, А. А. Каштанов, Ю. Н. Волков и др., которым авторы выражают свою глубокую благодарность и признатель ность.
Г л а в а I
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ
В настоящее время известны десять способов деэмульсации нефти, получивших широкое распространение на практике или прошедших стадию промышленных испы таний. Они основаны на использовании методов: отстаи вания, центрифугирования, термообработки, химической обработки, промывки в водном слое, обработки в элек трическом поле, фильтрации в пористых средах, импульс ных воздействий, пенной деэмульсации, трубной деэмульсации.
За исключением метода отстаивания и центрифугиро вания, все эти способы являются по существу комплекс ными, и в названии каждого из них отражен лишь наиболее характерный отличительный признак.
Отстаивание. Этот метод является наиболее простым. Он основан на использовании эффекта сближения и слияния капель друг с другом в объеме нефти и слоем дренажной воды в гравитационном поле.
Исторически этот метод был первым эффективным способом деэмульсации нефти, получил широкое распро странение на заре развития нефтяной промышленности. В настоящее время используется для обработки нестой ких эмульсий и входит в качестве составного элемента практически во все другие методы. Применение отстаи вания нефти для отделения воды в России известно уже с 1910 г. (А. Данре) [28]. Первые упоминания в литера-
,туре об использовании метода в крупных промышленных масштабах относятся к 1912 г. (Гурвич П. Г., Вышетрав-
ский С. А.) [16, 27].
Тепловые методы основаны на использовании эффек та теплового воздействия на бронирующие оболочки ка
пель, приводящего к снижению их прочности, интенси фикации процесса деэмульсации за счет уменьшения вязкости среды (нефти), обеспечивающего более быстрое сближение и осаждение капель. В качестве элемента включает в себя метод отстаивания. Получил широкое распространение на промыслах всех стран, особенно в ранний период. К одним из первых работ, описывающих применение теплового метода на промыслах нашей стра ны (1923 год), следует, видимо, отнести работы И. О. Лучинского и Е. Суханкина [62]. Приоритет применения это го метода за рубежом, очевидно, принадлежит Брюкке
(1910 г.) и Брауну (1911 г.) [12, 13].
Химические методы основаны на использовании эф фектов разрушения бронирующих оболочек на каплях пластовой воды за счет вытесняющего, дробящего и пептизирующего действия молекул поверхностно-активных веществ, введенных в поток эмульсии, и включают в себя такие интенсифицирующие приемы, как осторожное пе ремешивание и отстаивание (по прежним представле ниям). Перемешиванием обеспечивалось столкновение капель друг с другом в условиях, исключающих дробле ние, и равномерное распределение капель с реагентом среди глобул пластовой воды. Роль отстаивания в этом процессе рассмотрена выше.
Метод химического деэмульгирования впервые запа тентован в России в 1913 году Л. Ф. Беркганом с прио ритетом 1912 г. [8]. Позже него на один год, в 1914 году, способ был запатентован и в США Вильямом Барнике-
лем [7].
Термохимические методы представляют собой различ ные комбинации трех способов: химического, термиче ского и отстаивания. Часто предполагают использование других средств интенсификации. Термохимические мето ды возникли одновременно с химическими и им посвяще но огромное количество работ. Поэтому укажем на наиболее ранние из них [7, 8, 9, 18, 21]. Так, например, Л. Ф. Беркган в описании своего патента [8] отмечал, что в некоторых случаях разложение эмульсии (Челекенский) при помощи предлагаемого реактива происходит только при повышенной температуре — около 55° С. В качестве химического реагента применялся железный купорос. Эти методы были наиболее глубоко разработаны в 20-х годах нашего столетия и нашли широкое применение на
промыслах различных стран. В одной из своих работ (1927 г.) Ф. Гарднер [18] отмечал, что применение толь ко теплового метода обезвоживания приводит к испаре нию воды и переходу растворенных в ней солей в нефть в кристаллическое состояние. Это затрудняло дальней шую очистку нефти и загрязняло аппаратуру. Примене ние термохимического метода устранило эти недостатки и позволило применить достаточно эффективные авто матизированные деэмульсационные установки. Суще ствует большое количество вариантов этого метода.
В 1929 г. Геритц дал описание термохимического ме тода деэмульсации нефти, в котором предусмотрены все основные технологические приемы, применяемые в на стоящее время на типовых установках подготовки неф ти с теми или иными непринципиальными изменениями [21]. Уже в этот период им предлагается осуществлять ввод деэмульгатора в поток идущей со скважины нефти п е р е д г а з о в ы м с е п а р а т о р о м и последующий распределенный ввод обработанной реагентом эмульсии п о д с л о й д р е н а ж н о й воды. При этом достига лись две основные цели: уменьшение капитальных затрат на оборудование и снижение эксплуатационных расхо дов.
В качестве реагента использовались нафтеновые кис
лоты. Геритц впервые четко показал, что |
действие |
де |
|||
эмульгаторов оказывается тем эффективнее, чем |
п р о |
||||
д о л ж и т е л ь н е е е г о д е й с т в и е (то, |
что |
сейчас |
|||
называют увеличением |
времени |
контактирования!) |
и |
||
чем с о в е р ш е н н е е |
смешение деэмульгатора с обра |
||||
батываемой эмульсией. |
(1929 г.) |
относится весьма инте |
|||
К этому же периоду |
ресный патент США, выданный Ф. М. Берти [9], на спо соб разрушения эмульсии, в соответствии с которым эф фективное разрушение эмульсии при введении реагента достигается осторожным смешением для предотвраще ния излишнего диспергирования внутренней фазы. Это положение и было впоследствии взято в качестве опре деляющего принципа слияния реагента с эмульсией во всех отечественных и зарубежных технологических схе мах. И если диспергирование по тем или иным причинам все же имело место, это ошибочно считалось отрица тельным явлением [17, 56, 57, 101].
Применение коалесцирующих фильтров и пористых
7
сред известно еще из работ Коттреля [108] (1911 г.). Для более быстрого подхода частиц к поверхности филь трующей среды и формирования из мелких капель более крупные Коттрель предложил подвести к фильтру элек трический ток. Способ разрушения эмульсии фильтраци ей впервые в нашей стране был разработан С. Вышетравским в 1928 г. [15].
В Америке этот метод, по-видимому, был впервые за патентован И. Дайером и Хайзем в 1917 г. [ПО]. В каче стве фильтрующей среды они предлагали инфузорную землю, нанесенную на ткань.
В 1919 г. Фрамбле и в 1933 г. Хаземаном [112, 116] предложено фильтрование через пористую перегородку с постепенно увеличивающейся поверхностью.
Применение электрофильтров было предложено А. Г. Гейтсом в 1926 г. и Ватерманом Л. С. в 1965 г. [19, 131].
Винтерс и Мк. Комон в 1921 г. и Оглер в 1941 г. [133, 124] предложили фильтрование через древесные стружки. Фильтрование через слой песка запатентовали Мередит в 1924 г., Роут в 1928 г., Кэмпбел С. Е. в 1938 г., Фишер и Робинзон в 1935 г. [120, 126, 106, 111, 125].
Хетфилд в 1941 г. в качестве фильтрующей среды при менил углистый гранулированный материал [115]. Этот способ также испытан в сочетании с электрическим то ком.
Киркбрайд предложил осуществлять фильтрацию эмульсии через волокна стекла при повышенной темпера туре [118]. Аппарат для фильтрации эмульсии через слой битого стекла был предложен Ховосом [117].
Применение в аппаратах в качестве фильтрующего материала стекловаты описано Бартоном [104] в получен ных им патентах. Известен также метод разрушения эмульсии путем ее фильтрации под давлением при тем пературе от 60 до 140° С.
В 1961 году Шинодой [128] был предложен метод деэмульсации нефти с использованием ионообменных мем бран, выполненных из смол.
Известны работы в этой области и других авторов. Из-за проблемы создания больших напоров, закупори вания фильтрующих сред и утилизации метод распро странения не нашел.
В 1946 году Монсон и Стензел [121] описали техноло
8
гическую схему термохимического обезвоживания нефти с использованием для разрушения эмульсии эффектов избирательного смачивания каплями пластовой воды ги дрофильных поверхностей твердых набивок (фильтров). В соответствии с этой схемой реагент дозируется в выкидную линию непосредственно на устье скважины. Обработанная реагентом нефть попадает в сепаратор, где осуществляется отбор выделившегося газа и затем— в нагреватель, тепло которого усиливает действие реа гента. Затем эмульсия попадает в отстойник, где сбра сывается основное количество воды и прокачивается че рез коалесцирующую набивку специальной колонны, в которой достигается более полное ее обезвоживание.
Подготовленная нефть с остаточным содержанием
воды до 1% откачивается |
в резервуар |
товарной неф |
ти. Эта схема мало в чем |
изменилась |
и в настоящее |
время при использовании различных блочных деэмульса торов и термохимических установок стационарного типа.
Электрические методы, как и другие, представляют собой комплексные способы, включая отстаивание. Впер вые метод разрушения эмульсии в электрическом поле был разработан Коттрелем [108] в 1911 году. Некоторое распространение на промыслах в 1930—1935 гг. получил электродегидратор Кейджа, а затем и аппараты конст рукции ЦИАТИМ [99]. Первыми советскими электроде гидраторами были аппараты конструкции Слонима-Бек- лемишева. Основное принципиальное отличие способа и аппарата от известных электродегидраторов состояло в защите одного из электродов слоем твердого диэлектри ка. При такой конструкции электродов предотвращается возможность их замыкания, устраняется возможность взрыва аппарата и снижается расход электроэнергии.
Расслоение потока на нефть и воду осуществлялось в отдельной отстойной аппаратуре.
На промыслах и нефтеперерабатывающих заводах в свое время получили также распространение электроде гидраторы «Петреко» различных типов, в основу которых были заложены уже известные принципы. От ранее при менявшихся аппаратов они отличались в основном более совершенной конструкцией [38, 99, 34].
Значительное распространение получили электроде гидраторы фирмы Лургн, типа «Нефтяник», Горьковско го НПЗ, типа 27Г160 «Гипронефтемаша», шаровые
9