Оптимизация схемы водоподготовки путем модернизации сосудов индукционной газовой флотации на установке предварительного сброса воды "УПСВ-ЮГ" Ванкорского месторождения
УДК 735.29
ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ ПУТЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ СОСУДОВ ИНДУКЦИОННОЙ ГАЗОВОЙ ФЛОТАЦИИ НА УСТАНОВКЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СБРОСА ВОДЫ "УПСВ-ЮГ" ВАНКОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Научный руководитель канд. Хим. наук
Сибирский федеральный университет
Пластовая вода
Пластовая вода – вода, отделенная от нефти в процессе обезвоживания. На установках подготовки пластовой воды происходит ее очистка от остатков нефти и механических примесей. По степени минерализации относится к соленой воде, имеет слабощелочную реакцию. Отделенная от нефти очищенная пластовая вода используется в системе поддержания пластового давления (далее ППД). [3; c.10,20]
Для очистки пластовой и подпиточной воды до требуемых для закачки в систему ППД показателей на территории УПСВ ЮГ с УПН построены установки подготовки воды. В состав установок входят несколько линий очистки и доочистки пластовой и подпиточной воды работающих независимо, резервуары и насосы. Линии смонтированы на скидах и установлены в каркасно-панельных зданиях. [3; c.10,20]
Анализ работы системы подготовки пластовой воды на УПСВ-Юг
Анализ качества водоподготовки проводился научно-исследовательским институтом в 2013 году.
Технологическая линия подготовки пластовой воды на УПСВ-Юг Ванкорского
месторождения состоит из последовательно расположенных уравнительных резервуаров и установки дополнительного оборудования для очистки, к которому относятся гидроциклоны, флотаторы и дегазаторы, в которых должна происходить окончательная очистка пластовой воды для достижения требуемых показателей (30 мг/л мех. примесей и 30 мг/л нефти). Компания-поставщик оборудования гарантировала эффективную работу фильтров при содержании нефти на входе не более 15 мг/л и содержании механических примесей не более 20 мг/л. Изначально предполагалось, что перед подачей на фильтры вода будет проходить установку предварительной подготовки воды, аналогичную установленной на центральном пункте сбора нефти (далее ЦПС) – модули 118 и 201 (в них расположены гидроциклоны и флотаторы для очистки воды), однако, на данном этапе эти модули используются для подготовки подпиточной воды из водозаборных скважин. Проведенный лабораторный анализ показал, что содержание механических примесей в воде, выходящей из модулей 118 и 201, в период обследования соответствовало требуемому значению - менее 30 мг/л. [1, c.43-47]
Таким образом, функцию предварительной подготовки пластовой воды перед установкой фильтров согласно принятым проектным решениям должны выполнять уравнительные вертикальные стальные резервуары вместимостью 20000 кубометров
В период исследования, содержание нефти в пластовой воде на выходе из резервуаров - отстойников достигало 300 мг/л, что соответствовало среднему значению количества примесей, поступающих в данные резервуары. Из чего можно сделать вывод, что в резервуарах не происходит гравитационного разделения воды и примесей, а, следовательно, на фильтры поступает вода с повышенным содержанием примесей, что приводит к их быстрому выходу из строя (прорыву жидкости сквозь фильтры).[1, c.43-47]
В ходе исследования были выявлены следующие причины недопустимого качества пластовой воды:
1.Конструкция внутренней начинки резервуаров вместимостью 2000 кубометров (далее РВС) не обеспечивает гравитационного разделения воды и нефти из-за недостаточной эффективной длины разделения, которая в свою очередь зависит от расположения и конструктивного оформления патрубков и маточников ввода и вывода продукции, иными словами от трубопроводной обвязки резервуара. Отсутствие гравитационного разделения в РВС приводит к тому, что на установки горизонтальных поточных фильтров (далее ГПФ) поступает вода с повышенным (что не допустимо для их паспортных характеристик) содержанием нефтепродуктов и мех. примесей, поэтому установки не обеспечивают требуемого качества подготовки воды. [1, c.43-47]
2. Высокая дисперсность (малый размер) капель нефти в обрабатываемой воде. (От 2,5 до 5,3 мкм, по закону Стокса время всплытия таких капель при гравитационном отстое очень большое) [1, c.43-47]
Рекомендуемые мероприятия по улучшению работы системы подготовки воды
на УПСВ-Юг предусматривающие реконструкцию резервуаров-отстойников
1. В первую очередь следует обеспечить потенциальную возможность эффективного гравитационного разделения воды и примесей в уравнительных
резервуарах РВС-20000 путем реконструкции обвязки резервуаров.
2. Для повышения эффективного гравитационного разделения примесей и воды в резервуарах-отстойниках следует обеспечить потенциальную возможность укрупнения мелких капель нефти перед подачей воды в резервуары. С этой целью предлагается модернизировать сосуды индукционной газовой флотации (далее ИГФ) путем добавления в конструкцию флотатора коалисцирующего элемента.
Индукционные газовые флотаторы
Флотационные установки – оборудование для водоподготовки, в котором мелкие пузырьки газа диспергируются в воде, прилипая к каплям нефти и (или) твердым частицам. Пузырьки газа всплывают к поверхности раздела газ-жидкость и образуют пену, которую удаляют с поверхности воды и отправляют на дальнейшую обработку. Относительная плотность агрегатов «капля нефти – пузырек газа» намного меньше относительной плотности капельной нефти, поэтому в соответствии с законом Стокса скорость подъема агрегатов нефти с пузырьками будет больше, чем скорость подъема капель нефти без газа, что ускоряет процесс разделения нефти и воды. Эффективность флотации возрастает при использовании коагулянтов, полиэлектролитов и деэмульгаторов. [1, c.44-46]
В практике подготовки воды применяются установки двух типов, отличающихся
по способу получения диспергированной газовой фазы:
1. установки, в которых происходит диспергирование газовой фазы в потоке
жидкости механическим или гидравлическим устройством (импеллерные и эжекторные);
2. установки, в которых газ выделяется непосредственно из обрабатываемой воды (напорные и вакуумные).
Основное правило, которое должно соблюдаться при диспергировании (выделении) газа во флотаторах заключается в том, что образующиеся пузырьки газа должны быть меньше размеров удаляемых частиц.
На УПСВ-Юг и ЦПС ВПУ используются установки, в которых газ должен выделяться непосредственно из обрабатываемой воды – индукционные газовые флотаторы (ИГФ).
Индукционный газовый флотатор представляет собой горизонтальный сосуд,
внутри которого имеются перегородки, разделяющие аппарат на две водяные секции и
нефтесборник. В первой водяной секции происходит отделение основной массы нефти. Газ, выделяющийся вследствие падения давления на входе в аппарат, образует мелкие
пузырьки, захватывающие капли нефти, поднимающиеся вверх и перетекающие в
нефтесборник. Вода из нижней части первой секции направляется во вторую секцию,
откуда откачивается насосами в буферные (уравнительные) резервуары. Накапливающаяся вверху второй секции нефть удаляется периодически в ручном режиме.
Рабочее давление в аппарате должно составлять 0,00-0,05 МПа изб, при этом на
входе рабочее давление должно составлять 0,67 МПа изб (определено по давлению на
выпуске воды из гидроциклона). Таким образом, обеспечивается перепад давления на
входе в ИГФ порядка 0,6 МПа, что и обусловливает эффективное выделение
растворенного в воде газа в виде мелких пузырьков. Из литературы известно, что флотационные установки такого типа не очень эффективно работают на нефтяных месторождениях и применяются на промыслах достаточно редко, поскольку объем вводимого газа ограничен его растворимостью в воде.
Поскольку растворимость газа в воде зависит от давления и температуры, то при
снижении давления на входе в ИГФ количество выделяющегося газа может оказаться
недостаточным для обеспечения подъема нефтяных капель.
В период проведения испытаний давление на входе в ИГФ составляло 0,2 МПа изб, т. е. фактическое значение перепада давления составляло от 0,14 до 0,32 МПа. По данным содержание нефтепродуктов в поступающей на ИГФ воде составляло менее 200 мг/л. Содержание нефтепродуктов на выходе из ИГФ по данным, полученным в период обследования, не уменьшалось, а иногда и превышало содержание нефтепродуктов на входе, что свидетельствует о неработоспособности данного аппарата.
Причины неработоспособности:
1.Низкое давление на входе в ИГФ и как следствие недостаточное количество выделяющегося газа. (По регламентным значениям давление на входе в аппарат должно составлять порядка 0,67МПа, в самом аппарате 0,05МПа в следствии чего перепад давления должен быть около 0,5 МПа, на самом деле перепад 0,2 МПа)
2. Большой объем (диаметр) образующихся пузырьков – диаметр пузырьков
больше, чем диаметр капель нефти. Из литературы известно, что в аппаратах данного типа получаются пузырьки размером 10-100 мкм, что может быть недостаточно для удаления мелких капелек нефти размером менее 10 мкм.
Ввиду неработоспособности аппарата предлагается его реконструкция, а именно оснащение блоком-коалесценсером или же фильтром-коалесценсером, основная задача которых состоит в том, чтобы увеличить размер глобул нефти и тем самым упростить процесс дальнейшего гравитационного отстаивания. [1, c.44-46]
Модернизация ИГФ
Коалесцирующий фильтр представляет собой емкость с наполнителем (как правило в роли наполнителя выступает гранулированный полиэтилен), при прохождении через который водонефтяная эмульсия разделяется на воду, которая идет на дальнейшее гравитационное отстаивание и нефть. Аппарат, в нашем случае сосуд ИГФ, оборудованный таким фильтром будет рассчитан на очистку сточной воды содержащей от 500 до 2000 мг/л нефти и от 50 до 70 мг/л механических примесей. После прохождения фильтра значения остаточного содержание нефти - 15-20 мг/л, и мех. примесей менее 15 мг/л что соответствует всем требованиям технологического регламента установки УПСВ Юг. Рабочее давление в аппарате от 0,2 до 0, 6 МПа. В качестве набивки отлично себя зарекомендовал гранулированный полиэтилен с диаметром зерен 4-5мм. При засорении фильтра его рекомендуется промывать 15% дисперсией керосина в течение 30 минут. На УПСВ ввиду отсутствия керосина рекомендуется использовать 50% эмульсию дизельного топлива
c ЦВДТ. [2, с.242-243]
Рис 1. Простейшая схема работы сосуда ИГФ, оборудованного коалисцирующим фильтром установки УПСВ-Юг.
После проведенного литературного обзора, был найдет аппарат, подходящей конструкции, изготовленный проектным институтом» БашНИПИнефть». Данный аппарат следует принять в качестве эталонного образца при проведении модернизации сосуда ИГФ. Схема такого аппарата представлена на рисунке 2. [2, с.242-243]
Рис 2. Отстойник с коалисцирующим фильтром ФЖ-2973: I, V - отвод очищенной сточной воды. VI –выпуск осадка, 1,2-коалисцирующие фильтры
Коалисцирующий блок представляет собой сложную металлоконструкцию, но в отличие от фильтра в нем нет необходимости замены и промывки наполнителя. В данный момент разработка коалисцирующиз блоков ведется компанией – производителем нефтепромыслового оборудования «Контэкс» Самара.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Отчет о научно-исследовательской работе Тюменский проектный и научно исследовательский институт нефтяной и газовой промышленности им. Тюмень 2013г.
2.Н. М Позднышев Сбор и промысловая подготовка нетфи газа и воды. Москва «Недра» 1981г.
3. Технологический регламент установки предварительного сброса воды «УПСВ-Юг» ред. 2014г.
