Промысловый сбор и подготовка нефти и газа к транспорту

3) деэмульсация  и обезвоживание нефти непосредственно  в отстойных резервуарах, когда  реагент вводится в резервуар после его заполнения эмульсией, подвергаемой обработке.

Первые  два метода имеют некоторые преимущества и являются более эффективными.

4.3.4. ФИЛЬТРАЦИЯ

Для деэмульсации нестойких эмульсий применяют метод  фильтрации, основанный на явлении  селективной смачиваемости веществ различными жидкостями. Материалом фильтрующего слоя могут быть обезвоженный песок, гравий, битое стекло, стекловата, древесная стружка из осины, тополя и других несмолистых пород древесины, а также металлическая стружка. Особенно часто применяют стекловату, которая хорошо смачивается водой и не смачивается нефтью. Фильтры из стекловаты долговечны.

Фильтрующие вещества должны обладать следующими основными свойствами: хорошо смачиваться  водой, благодаря чему глобулы воды прилипают к поверхности фильтрующего вещества, коагулируют и стекают вниз; иметь высокую прочность, которая обеспечивает длительную работу фильтра; иметь противоположный, чем у глобул, электрический заряд. Тогда при прохождении глобулами воды фильтра электрический заряд с поверхности капли снимается, чем снижаются отталкивающие силы между ними. Капли укрупняются и стекают вниз, а нефть свободно проходит через фильтр.

Фильтрующие установки обычно выполняют в  виде колонн, размеры которых определяются в зависимости от вязкостных свойств эмульсии и объема обезвоживаемой нефти. Обезвоживание нефти фильтрацией применяют очень редко из-за малой производительности, громоздкости оборудования и необходимости частой смены фильтрующего материала. Фильтрация более эффективна в сочетании с процессами предварительного снижения прочности бронирующих оболочек. 

4.3.5. ТЕПЛОХИМИЧЕСКОЕ ДЕЭМУЛЬГИРОВАНИЕ

Теплохимические процессы снижают прочность бронирующих оболочек или полностью их разрушают, что ускоряет и удешевляет разделение нефтяной эмульсии. В настоящее время более 80 % всей обводненной нефти проходит обработку на теплохимических установках. Такое широкое применение этот метод получил благодаря возможности обрабатывать нефти с различным содержанием воды без замены оборудования и аппаратуры, простоте установки, возможности менять деэмульгатор в зависимости от свойств поступающей эмульсии. Однако теплохимический метод имеет ряд недостатков (например, большие затраты на деэмульгаторы и повышенный расход тепла). На практике процессы обессоливания и обезвоживания нефти ведутся при температуре 50— 100 °С.

По воздействию  на нефтяные эмульсии все существующие деэмульгаторы делятся на электролиты, неэлектролиты и коллоиды.

Деэмульгаторами-электролитами  могут быть некоторые органические и минеральные кислоты: уксусная, серная и соляная; щелочи и соли: поваренная соль, хлорное железо, соединения алюминия и др. Электролиты могут образовывать нерастворимые осадки с солями эмульсии, снижать стабильность бронирующей оболочки или способствовать разрушению эмульгаторов бронирующей пленки. Электролиты как деэмульгаторы применяются крайне ограниченно в связи с их высокой стоимостью или особой коррозионной активностью к металлу оборудования.

К неэлектролитам относятся органические вещества, способные растворять бронирующую оболочку и снижать вязкость нефти. Такими деэмульгаторами могут быть бензин, ацетон, спирт, бензол, четыреххлористый углерод, фенол и др. Неэлектролиты в промышленности не применяются из-за их высокой стоимости.

Деэмульгаторы-коллоиды — это поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые в эмульсии разрушают или ослабляют защитную оболочку капли. Существующие ПАВ делятся на анионактивные, катионактивные, неионогенные. Анионактивные ПАВ в водных растворах диссоциируют на отрицательно заряженные ионы углеводородной части и положительно заряженные ионы металлов или водорода. Представителями этой группы являются карбоновые кислоты и их соли, сульфокис-лоты, алкилсульонаты и др. Катионактивные ПАВ в водных растворах распадаются на положительно заряженный радикал и отрицательно заряженный остаток кислоты. Как деэмульгаторы эти ПАВ в промышленности не применяются. Неионогенные ПАВ в водных растворах не распадаются на ионы. К этой группе относятся оксиэтилированные алкилфе-нолы (деэмульгаторы ОП-4, ОП-7, ОП-10, ДБ-4, УФЭ-8, КАУ-ФЭ-14 и др.), оксиэтилированные органические вещества с подвижным атомом водорода (дипроксамин 15,7; проксамин 385, проксанол-305 и др.).

Деэмульгатор  должен хорошо растворяться в одной  из фаз эмульсии (в воде или нефти), т. е. быть гидрофобными или гидрофильными, обладать поверхностной активностью, достаточной для разрушения бронирующих оболочек глобул, быть инертными по отношению к металлам, не ухудшать качества нефти, быть дешевыми и по возможности универсальными по отношению к эмульсиям различных нефтей и вод. Чем раньше деэмульгатор вводится в смесь воды и нефти, тем легче происходит разделение эмульсии. Однако для разделения эмульсии еще недостаточно одного введения деэ-мульгатора. Необходимо обеспечить полный контакт его с обрабатываемой эмульсией, что достигается интенсивной турбулизацией и подогревом эмульсий. 

4.3.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Электрическое обезвоживание и обессоливание  нефти особенно широко распространено в заводской практике, реже применяется на нефтепромыслах. Возможность применения электрического способа в сочетании с другими способами (термическим, химическим) можно отнести к одному из основных его достоинств. Правильно выбранные режимы электрической обработки практически позволяют успешно провести обезвоживание и обессоливание любых эмульсий [36, 39].

Рассмотрим  механизм обезвоживания нефтяных эмульсий в электрическом поле.

В результате индукции капли воды вытягиваются вдоль  цепи электрического поля с образованием в вершинах электрических зарядов. Под действием основного и индивидуального полей капли приходят в упорядоченное движение и сталкиваются, что приводит к их коалесценции. При прохождении эмульсии через электрическое поле, создаваемое переменным по величине и направлению током, так же, как и при постоянном токе, капли, имеющие заряд, стремятся к электродам. Однако вследствие изменения напряжения поля капли воды начинают двигаться синхронно основному полю и поэтому все время находятся в колебании. При этом форма капель непрерывно меняется. В связи с этим происходит разрушение адсорбированных оболочек капель, что облегчает их слияние при столкновениях. Установлено, что деэмульсация нефти в электрическом поле переменной частоты и силы тока в несколько раз эффективнее, чем при использовании постоянного тока.

На эффективность  электродеэмульсации значительно  влияют вязкость и плотность эмульсии, дисперсность, содержание воды, электропроводность, а также прочность адсорбированных оболочек. Однако основным фактором является напряженность электрического поля. В настоящее время электродеэмульсаторы в основном работают на токах промышленной частоты в 50 Гц, реже — на постоянном токе и совсем редко — на токах высокой частоты. Напряжение на электродах деэмульсаторов колеблется от 10 000 до 45 000 В.

4.4. СТАБИЛИЗАЦИЯ НЕФТИ

Добываемые  нефти могут содержать в различных  количествах растворенные газы (азот, кислород, сероводород, углекислоту, аргон и др.), а также легкие углеводороды. При движении нефти от забоя скважины до нефтеперерабатывающего завода из-за недостаточной герметизации систем сбора, транспорта и хранения часто полностью теряются растворенные в ней газы и происходят значительные потери легких нефтяных фракций. При этом при испарении легких фракций, таких как метан, этан и пропан, частично уносятся и более тяжелые углеводороды бутан, пентан и др.

Предотвратить потери нефти можно путем полной герметизации всех путей движения нефти. Однако некоторое несовершенство существующих систем сбора и транспорта нефти, резервуаров, технологии налива и слива не позволяют доставить нефть на переработку без потерь легких фракций. Следовательно, необходимо отобрать газы и легкие фракции нефти в условиях промысла и направить их для дальнейшей переработки.

Основную  борьбу с потерями нефти требуется  начинать с момента выхода ее из скважины. Ликвидировать потери легких фракций нефти можно в основном применением рациональных систем сбора нефти и попутного нефтяного газа, а также сооружением установок по стабилизации нефти для ее последующего хранения и транспорта. Под стабилизацией нефти следует понимать извлечение легких углеводородов, которые при нормальных условиях являются газообразными, для дальнейшего их использования в нефтехимической промышленности. Степень стабилизации нефти, т. е. степень извлечения легких углеводородов, для каждого конкретного месторождения зависит от количества добываемой нефти, содержания в ней легких углеводородов, возможности реализации продуктов стабилизации, технологии сбора нефти и газа на промысле, увеличения затрат на перекачку нефти за счет повышения вязкости после стабилизации из-за глубокого извлечения легких углеводородов, влияния стабилизации на бензиновый фактор нефти.

Существуют  два различных метода стабилизации нефти — сепарация и ректификация.

Сепарация — отделение от нефти легких углеводородов и сопутствующих газов однократным или многократным испарением путем снижения давления (часто с предварительным подогревом нефти).

Ректификация  — отбор из нефти легких фракций при однократном или многократном нагреве и конденсации с четким разделением углеводородов до заданной глубины стабилизации.

Процесс сепарации может начинаться сразу  же при движении нефти, когда из нее отбирается газ, выделившийся в результате снижения давления или повышения температуры. При резком снижении давления в сепараторе значительно увеличивается количество тяжелых углеводородов, уносимых свободным газом. При быстром прохождении нефти через сепаратор возрастает количество легких углеводородов в нефти.

Многоступенчатая  система сепарации позволяет  получить на первых ступенях метан, который  направляется на собственные нужды или потребителям, а на последующих ступенях — жирный газ, содержащий более тяжелые углеводороды. Жирный газ отправляется на газобензиновые заводы для последующей переработки.

При наличии  газобензинового завода (с учетом затрат на содержание и эксплуатацию установок многоступенчатой сепарации) экономически целесообразно применять двухступенчатую систему сепарации.

Для стабилизации нефти на промыслах используют в  основном метод сепарации. Сосуд, в котором происходит отделение газа от нефти, называют сепаратором. В сепарационных установках происходит и частичное отделение воды от нефти. Применяемые сепараторы можно условно разделить на следующие основные типы:

1)  по  принципу действия — гравитационные, центробежные (гидроциклонные), ультразвуковые, жалюзийные и др.;

2)  по  геометрической форме и положению  в пространстве — сферические, цилиндрические, вертикальные, горизонтальные и наклонные;

3)  по  рабочему давлению — высокого (более 2,5 МПа), среднего (0,6 — 2,5 МПа)  и низкого (0 — 0,6 МПа) давления, вакуумные;

4)  по  назначению — замерные и рабочие;

5) по  месту положения в системе  сбора — первой, второй и концевой  ступеней сепарации.

В сепараторах  любого типа по технологическим признакам  различают четыре секции:

I — основную сепарационную;

II — осадительную, предназначенную для выделения пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарационной секции;

III — секцию отбора нефти, служащую для сбора и отвода нефти из сепаратора;

IV — каплеуловительную, находящуюся в верхней части аппарата и служащую для улавливания капельной нефти, уносимой потоком газа.

Эффективность работы аппаратов характеризуется  количеством жидкости, уносимой газом, и количеством газа, оставшегося в нефти после сепарации. Чем ниже эти показатели, тем более эффективна работа аппарата.

Рассмотрим  конструктивные особенности промысловых сепараторов.