[1]Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности в области доподготовки сточной воды нефтяных месторождений до требуемого качества для использования воды в системе поддержания пластового давления (ППД) продуктивного нефтяного пласта.
[2]Качество сточной воды находится в значительной зависимости от проницаемости продуктивного пласта, например, в низкопроницаемые коллекторы рекомендуется закачивать воду с остаточным содержание нефти не более 3-5 мг/л. Поэтому во всех принципиальных схемах установок предварительного сброса пластовой и сточной воды и установок подготовки товарной нефти отражена доподготовка воды после ее отделения от нефти в отстойниках с функцией сепарации фаз. Процесс доочистки сточной воды от частичек нефти может происходить в горизонтальных емкостях типа ОГ-200 объемом 200 м3 и в резервуарах вертикальных стальных различного объема: РВС-2000, 3000 и 5000.
[3]Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод (АС СССР на изобретение №1527177) сточная вода с капельками нефти стекает по наклонно установленным треугольным пластинам, нефть растекается в виде пленки и собирается над водой в виде слоя нефти. Аккумулирование нефти и ее вывод из воды достигается благодаря механическому воздействию на сточную воду в виде водонефтяной эмульсии прямого типа. При наличии в воде остаточной нефти с высоким содержанием асфальтенов, смол и парафинов устройство снизит свою эффективность из-за малой плотностной разницы между водой и частичками нефти и витанию такой нефти в водной среде.
[4]Известно использование гидрофобного фильтра в виде слоя нефти над водой (патент РФ на изобретение №2341317 «Установка для подготовки воды», опубликовано 20.12.2008). Подача сточной воды непосредственно в зону раздела жидкости и газовой фазы емкости независимо от формы и объема емкости имеет недостаток - при близости плотностей остаточной нефти и воды на поверхности воды будет оставаться лишь часть нефти, содержащейся в сточной воде. Качество воды для системы ППД в никопроницаемые коллекторы будет не соответствовать требуемому уровню по содержанию остаточной нефти.
[5]Известна установка для доочистки воды от частичек тяжелой нефти, в которой применен толуол для удаления тяжелых асфальтеновых частиц из сточной воды («Особенности жидкофазного экстракционного процесса и их использование для разработки технологии очистки сточных вод», Азербайджанский химический журнал, 2017 год, №3, стр. 56-57). Данная установка для доочистки воды от частичек тяжелой нефти выбрана в заявке в качестве прототипа к изобретению. Установка содержит механические мешалки, толуол вводится в нижнюю часть емкостей, а сточная вода подается в верхнюю часть емкостей с функцией экстракторов.
[6]Установка имеет следующие недостатки:
[7]- наличие механических мешалок требует повышенного внимания и затрат на их обслуживание;
[8]- значительные объемные расходы дорогостоящего толуола относительно объемов очищаемой сточной воды, пропорция объемов воды к толуолу равна 30-36 к 1;
[9]- последовательная очистка воды технологически и конструктивно обеспечивается наличием в установке множества отдельных емкостей, мешалок и насосов по подаче реагентов различного назначения; при поломке этих устройств нарушается технологический цикл и вся установка выводится из строя;
[10]- установка не предназначена для подготовки значительных объемов сточной воды в пределах 4-7 тысяч м3/сут, которые необходимы для организации системы поддержания пластового давления на стандартном участке нефтяного месторождения или залежи нефти.
[11]Технической задачей по изобретению является создание установки по доочистке сточной воды от нефтепродуктов (остаточной нефти) путем повышения плотностной разницы между водой и нефтью при обеспечении умеренного расхода органического растворителя с достижением следующего технического результата - конструкция установки должна позволять использовать выборочно один из технологических процессов очистки воды от остаточной нефти в зависимости от исходной концентрации нефти в сточной воде.
[12]Поставленная техническая задача решается в установке для очистки сточной воды от остаточной нефти, содержащей емкость с функцией отстойника воды и устройство для перемешивания обрабатываемой воды с органическим растворителем, при этом согласно изобретению установка состоит из резервуара вертикального стального (РВС) и имеет два трубных патрубка на разных высотах резервуара для подачи сточной воды в отстойник: верхний и нижний. Верхний патрубок расположен в верхней части резервуара для подачи воды через распределительный маточник под раздел жидкости и газовой среды, нижний патрубок расположен на половине высоты верхнего патрубка и служит для подачи сточной воды через диспергатор и маточник в объем воды резервуара, диспергатор соединен с трубопроводом для подачи в него органического растворителя для смешивания сточной воды с растворителем в турбулентном режиме. Сточная вода подается в РВС через один из двух патрубков, исходя из качества сточной воды, контролируемой на входе в установку.
[13]Схематично обустройство заявленной установки приведено на фигуре, где позициями обозначены следующие составные части: 1 - корпус резервуара типа РВС, 2 - верхний патрубок для подачи сточной воды (СВ) под уровень жидкости в емкости, 3 - нижний патрубок для подачи воды в серединную часть объема воды в емкости, 4 - маточники для равномерной подачи сточной воды в емкость, 5 - диспергатор для смешения органического растворителя с глобулами воды и нефти, 6 - задвижка на верхнем патрубке, 7 -задвижка на нижнем патрубке, 8 - пробоотборник сточной воды, 9 – отстойник воды и нефти, 10 - задвижка на трубопроводе подачи органического растворителя, 11 - насос подачи растворителя, 12 - подземная емкость с растворителем, 13 - гидрофобный слой жидкости в РВС, 14 - патрубок отвода сточной воды без нефтепродуктов, 15 - патрубок для слива нефти в емкость 16, 17 - уровнемер, соединенный кабелем 18 через контроллер управления с электрозадвижкой 19.
[14]Установка по очистке сточной воды на основе РВС объемом 3000 м3или 5000 м3 эксплуатируется в двух режимах в зависимости от качества очищаемой воды. Согласно руководящим документам нефтяных компаний на промыслах организуется не только проверка качества сточной воды на остаточные нефтепродукты на входе в насосную станцию системы ППД, но и в промежуточных точках системы подготовки воды и нефти для оптимизации технологических процессов, например экономии реагентов. Такой промежуточный пробоотборник показан позицией 8. Отобранная проба воды после отстойника 9 нефти и воды может быть по качеству двух видов:
[15]1. Содержание нефти не превышает допустимой величины. Для многих компаний для месторождений с высокой проницаемостью продуктивного пласта это величина равна 50 мг/л.
[16]2. Сточная вода не пригодна для закачки в пласт, так как нефтепродукты в воде превышают лимитированную величину.
[17]Исходя из результатов анализа, установка эксплуатируется в одном из двух режимов подачи воды в РВС.
[18]Режим 1 - сточная вода не требует дополнительной очистки, но вода направляется в установку на основе РВС с двойной целью:
[19]- создать буферный запас воды для бесперебойной работы центробежных насосов станции системы ППД;
[20]- дочистить воду от механических примесей и нефтепродуктов, ведь качественная вода лучше, чем хорошая.
[21]По режиму 1 вода подается на верхний патрубок 2, задвижка 7 закрыта, задвижка 6 открыта. Вода проходит через верхний маточник 4, равномерно распределяется по межфазной поверхности, в которой уже со временем накапливаются частички нефти, образуя гидрофобный слой. Проходя этот слой, вода частично освобождается от остаточной нефти. Это известное явление в нефтедобыче и подготовке сточных вод. Постепенно сточная вода спускается вниз по РВС и попадает в патрубок 14, выводится из емкости. При движении вниз на частички нефти действует сила Архимеда, и часть из них всплывает вверх, образуя гидрофобный слой из нефти. Уровень этого слоя нефти в емкости поддерживается постоянным благодаря совместной запрограммированной работе уровнемера 17, сливного патрубка нефти 15 и электрозадвижки 19 на патрубке 14 отвода сточной воды.
[22]Режим 2 - сточная вода требует дополнительной очистки от частиц нефти. Вода из сепаратора 9 подается на нижний патрубок 3, через задвижку 7, задвижка 6 закрыта. В диспергаторе 5 сточная вода смешивается с органическим растворителем, который через задвижку 10 насосом 11 подается из подземной емкости 12. В качестве емкости хранения растворителя используется подземный резервуар, так как растворителем может служить и нестабильный бензин (газовый конденсат) из установки улавливания легких фракций (УУЛФ), который обслуживает парк резервуаров товарной нефти.
[23]Благодаря хаотичному столкновению в турбулентном режиме частиц нефти и глобул растворителя происходит их слияние, плотность раствора нефти в органическом растворителе снижается, а сила Архимеда, действующая на образованные капли углеводородов, растет. Скорость всплытия частиц углеводородного состава в воде определяется формулой Д.Г. Стокса, поэтому снижение плотности новоявленных слившихся после диспергации глобул растворителя и частиц нефти ведет к пропорциональному росту скорости всплытия капель углеводородов в сточной воде. Вода для системы ППД становится лучшего качества.
[24]Переход режима эксплуатации от второго к первому также имеет полезное следствие, выраженное тем, что гидрофобный слой жидкости 13 над водой насыщается раствором нефти в органическом растворителе. При прохождении этого слоя частички нефти в воде контактируют с углеводородным растворителем, успевают частично раствориться в нем, понизить свою плотность и как результат - остаться в гидрофобном слое над водой.
[25]В отличие от известных устройств очистки сточной воды и рассмотренного в заявке прототипа предложенная установка имеет следующие технические новшества с положительным результатом:
[26]1. В зависимости от качества сточной воды (наличие остаточной нефти) вода направляется в верхний патрубок (относительно чистая вода) и в нижний патрубок (неудовлетворительное состояние воды). В режиме 2 для удаления частичек нефти значительной плотности в сточную воду через диспергатор подают органический растворитель. Это снижает плотность частиц нефти и скорость всплытия нефти в воде.
[27]2. Для выбора режима эксплуатации установки с заданной периодичностью отбираются пробы сточной воды, и по результатам анализа выбирается режим работы установки. Так формируется отличие установки от известных конструкций - установка выдает сточную воду необходимого качества с наименьшими затратами.
[28]3. В отличие от прототипа диспергирование растворителя в потоке воды происходит без вращающихся элементов, обеспечивается благодаря стационарным устройствам различных конструкций.
[29]4. В качестве органического растворителя предложено использовать нестабильный бензин с УУЛФ, что, по сути, является одним из элементов безотходной и эффективной работы предприятия по добыче и подготовке нефти, газа и попутно добываемой сточной воды.
[30]Технологический эффект от использования установки заключается в обеспечении постоянного соответствия качества сточной воды по параметру «содержание остаточной нефти» без финансовых затрат на приобретение дорогостоящих органических растворителей.
