Разработка нефтедобывающей отрасли
Введение.
С развитием нефтедобывающей
В условиях нефтепромыслов Татарстана системы сбора и подготовки продукции скважин нашли свою специфическую форму развития во многом благодаря блестящим работам профессора В. П. Тронова и его учеников [1] в виде совмещённых технологических схем.
- Технологическая часть.
- Сбор и подготовка скважинной продукции.
1.1 Совмещённые технологические схемы.
Наиболее эффективна и получает всё более широкое применение технология, разработанная институтом ТатНИПИнефть и объединением Татнефть и получившая название «совмещённой». Обладая достоинством всех известных способов подготовки нефти, последняя отличается от каждого из них в отдельности и вместе взятых рядом особенностей, которые в конечном итоге и обеспечили ей неоспоримые преимущества [1]:
- дифференцирование процесса
- выбор на основе критериев
технологической совместимости
операций, совместимых друг с
другом при сборе,
- осуществление обезвоживания
и обессоливания нефти в
- включение подготовки нефти
в комплекс промысловых
К первой группе технологически совместимых по времени и режиму процессов при движении эмульсии по трубопроводам промысловых систем сбора и другим коммуникациям относятся:
- введение деэмульгатора для нейтрализации вредной работы трубопроводов по формированию стойких эмульсий;
- снижение вязкости транспортируемой системы;
- разгазирование нефти с последующей сепарацией газа на конечных участках трубопроводов увеличенного диаметра;
- добавление ингибитора в поток для предотвращения коррозии оборудования, удаление или предотвращение отложений парафина;
- разрушение бронирующих
- укрупнение капель пластовой воды;
- расслоение потока на нефть и воду как при ламинарном, так и при турбулентном режиме (при определённых параметрах);
- очистка дренажных вод от нефти при их совмещённом движении с эмульсией по трубопроводам в турбулентном режиме надкритической зоны перед объектами предварительного или глубокого сброса воды.
Вторая группа технологически совместимых операций связана с разгазированием нефти в аппаратах ступеней сепарации и их коммуникациях при перекачке газа:
- разрушение бронирующих
- вытеснение глобул пластовой воды в слой дренажной воды под действием энергии расширяющего газа в процессе сепарации в водой среде или в присутствии большого количества крупных капель эмульгированной воды («пенная» деэмульсация);
- отбор газа от частично
- перекачка газа компрессоро - насосами и поглощение его тяжёлых фракций нефтью, применяемой для охлаждения.
Третья группа технологически совместимых процессов связана с операциями нагрева и транспортирования эмульсии по коммуникациям объектов подготовки нефти:
- разрушение бронирующих
- сближение капель под
- расслоение потока на нефть
и воду (при благоприятном
Четвёртая группа процессов позволяет совмещать операции по получению сточных вод требуемого качества с деэмульсацией нефти и предусматривает:
- предварительный нагрев
- взаимную очистку воды от нефти и нефти от воды в результате массообменных процессов в турбулентном потоке;
- разрушение эмульсии в
- тонкую очистку воды в слое нефти (гидрофобном фильтре).
В пятую группу входят процессы по улучшению качества нефти за счёт гидродинамических факторов и эффектов последствия ПАВ, возникающих при перекачке нефти, подвергавшейся деэмульсации, в интервалах установка – товарный парк, промысловый товарный парк – головные сооружения, головные сооружения – нефтеперерабатывающий завод:
- осуществление массообменных
процессов – доведение
- последующее сближение и
- переход капель воды (при соответствующем режиме движения) в свободное состояние;
- введение пресной воды и, возможно, деэмульгатора для удаления солей из нефти.
Совмещение этих процессов позволяет улучшать качество нефти – в ряде случаев достигать глубокого обессоливания.
Шестая группа технологически совмещённых
процессов связана с
- осаждение воды и механических примесей на дно резервуаров;
- сброс выделившегося балласта
и дополнительное улучшение
- Поинтервальное совмещение технологических операций
В наиболее общем виде варианты совмещённых технологических схем сбора и подготовки нефти представлены на рис. 1, 2.
О совмещаемых операциях в
Интервал скважины – УПС. Осуществление массообменных процессов, коалесценция глобул пластовой воды, расслоение продукции скважин, сброс выделившейся воды, коалесценция пузырьков попутного газа. При этом используется оборудование 1-2-3-4-5.
Рис.1. Принципиальные схемы совмещённой технологии сброса, сепарации, обезвоживания нефти и очистки пластовых вод.
а – с применением
блочного оборудования установки подготовки
нефти без промежуточных
1 – скважины; 2 – групповые установки; 3 – дозатор реагента; 4 – трубопровод, используемый для разрушения эмульсии; 5 – концевой делитель фаз; 6 – сепаратор – газоочиститель; 7, 11 – каплеобразователи; 8 – узел газосбора; 9 – трёхфазный сепаратор; 10 – нагреватель; 12 – отстойник; 13 – концевая ступень сепарации; 14 – узел измерения объёма продукции; 15 – отстойник с гидрофобным жидкостным фильтром; 16 – ёмкость; 17, 20 – насосы; 18 – очищенная вода; 19 – обезвоженная нефть; 21 – сброс воды; 22 – на УЛФ.
Рис.2. Принципиальные совмещённые технологические схемы обессоливания нефти в интервалах.
а – установка – товарный парк; б – промысловый товарный парк – головные сооружения; в – установка – товарный парк; товарный парк – головные сооружения; головные сооружения – головные сооружения; головные сооружения – НПЗ (методом компаундирования).
I – без использования
воды и реагента; II, III – подачей
пресной воды или реагента; IV –
с использованием воды и
1 – сырая нефть; 2 – обезвоживающая установка; 3, 8 – насосы; 4,7 – сброс воды; 5, 13, 16 – трубопроводы, используемые для обессоливания; 6, 14, 17 – резервуары; 9 - обессоленная нефть; 10 – дозатор реагента; 11 – насос пресной воды; 12 – обезвоженная нефть; 15 – смеситель; 18 – на УЛФ (установки улавливания паров и лёгких фракций нефти).
Рис.3. Совмещённая схема сбора, сепарации газа, подготовки нефти и очистки сточных вод в интервале скважина НПЗ.
1 – скважины; 2 – блочная
групповая замерная установка
(Спутник); 3, 11, 19 – блочный дозатор
реагента; 4 – промысловые системы
сбора, используемые в технолог
Интервал скважины – центральный сборный пункт, узлы I – III. 1) обезвоживание нефти до заданной глубины; 2) очистка сточных вод до заданных кондиций для закачки в систему ППД; 3) отбор попутного газа; 4) осуществление горячей сепарации и предотвращение потерь лёгких фракций; 5) повышение производительности скважин; 6) снижение вязкости продукции скважин в системе сбора; 7) борьба с отложениями парафина; 8) борьба с коррозией оборудования.
При осуществлении упомянутых выше
технологических операций в технологический
цикл включаются следующие оборудования
и объекты: 1 – 10, 13 – 15, 23, 25 – 27, 41. При
этом в отдельных видах оборудования
совмещаются следующие
На блоке 2 с помощью блочного
дозатора 3 совмещается ввод химических
реагентов или веществ, имеющих
необходимый комплекс свойств, включая
деэмульгирующую способность, а
также способность
На блоке 3,4 транспортирование продукции
скважин по системам сбора совмещается
с глубоким разрушением эмульсии,
снижением вязкости системы, предотвращением
парафинизации промысловых
На блоке 5 совмещаются операции
по отбору попутного газа I ступени
сепарации, отделению воды от нефти,
очистке сточных вод в
На блоке 8 совмещаются операции по отбору газа II ступени горячей сепарации с глубоким обезвоживанием нефти в жидкостном гидрофильном фильтре с использованием эффектов вспенивания.
На блоке 9 совмещаются операции по откачке горячего газа II ступени с отбором и возвратом в нефть тяжёлых углеводородов.
На блоке 23 совмещаются операции по тонкой очистке сточных вод от нефтепродуктов с помощью гидрофобного фильтра или аппарата АОСВ-2 с отделением механических примесей до кондиций, обеспечивающих закачку сточных вод в систему ППД без дополнительной очистки. При включении в технологическую схему оборудования 34 – 37 обессоливающей ступени IV в интервале скважина – центральный сборный пункт успешно решается и проблема обессоливания нефти. Эту же задачу (а также задачу глубокого обезвоживания и опреснения нефти) можно решить и при совмещении процессов заполнения резервуаров промыслового товарного парка с операциями по сбросу отделившейся от нефти в трубопроводах пластовой воды при её транспортировании в товарный парк, минуя узел IV.
В этом случае для обессоливания нефти подача пресной воды (а при необходимости – реагента – деэмульгатора) осуществляется с помощью оборудования 11, 12.
Интервал скважины – центральный сборный пункт (промысловый товарный парк) – головные сооружения, узлы I – III, V, VI. В этом интервале при максимально возможном совмещении операций и рациональном использовании промыслового оборудования возможно решение следующих задач в области подготовки нефти: 1) глубокое обезвоживание; 2) опреснение; 3) обессоливание до экспортных кондиций. Процесс глубокого обезвоживания нефти в этом интервале совмещается с операцией по прокачке нефти по межпромысловому трубопроводу и товарно-транспортными операциями в резервуарах головных сооружений.
При введении в поток нефти пресной
воды (12) и реагента с ингибитором
коррозии (11) на головных участках трубопровода
(16) при соответствующих
В этом случае совмещаются транспортирование водонефтяной смеси с процессами активного вымывания солей из нефти и операции по заполнению нефтью резервуаров головных сооружений со сбросом дренажной воды. Улучшение качества нефти достигается также и применением методов компаундирования.
Интервал скважины – центральный сборный пункт – головные сооружения – завод. Использование магистральных трубопроводов в технологических целях позволяет: 1)решить проблему глубокого обессоливания на НПЗ, не прибегая к строительству дополнительных установок ни на промыслах, ни на заводах; 2) улучшить гидродинамические характеристики трубопроводов; 3) предотвратить отложения парафина.
Для решения этих задач в магистральный трубопровод на головных его участках (в узел IV вводится ингибитор коррозии и деэмульгатор, гидрофилизующий внутреннюю поверхность трубопровода). Транспортирование обезвоженной нефти совмещается с операциями по многократному разрушению бронирующих оболочек на каплях оставшейся в нефти пластовой воды как в магистральных насосах 21, так и пристенных зонах трубопроводов, а также гидрофилизацией их стенок. Это обеспечивает снижение вязкости эмульсии, предотвращение отложений парафина и возможность глубокого обессоливания нефти на НПЗ без изменения режима работы заводских ЭЛОУ. В отдельных случаях на конечных перекачивающих станциях возможна дозировка в трубопровод необходимого количества пресной промывочной воды, что позволяет получить обессоленную нефть при её прохождении транзитом через резервуары товарных парков ТСБ и обеспечивает условия для переработки нефти на заводах, не имеющих ЭЛОУ или при её остановке.
- Совмещение процессов борьбы с коррозией и отложениями пара
фина деэмульсацией нефти.
Сбор нефти на месторождениях нередко осложняется отложениями парафина на стеках труб и их коррозией (для сернистых нефтей). Эффективное решение проблемы борьбы с этими процессами в большом числе случаев достигается за счёт использования гидродинамических эффектов, возникающих при транспорте по трубопроводам эмульсий, обработанных специальными деэмульгаторами, которые содержат ингибирующие компоненты и гидрофобизируют стенки трубопроводов. К числу таких реагентов относится, в частности, сепароль-25 и ингибитором III и ряд других продуктов. При гидрофилизации труб на их поверхности возникает тонкая плёнка воды, и в связи с этим обеспечиваются благоприятные условия для разрушения бронирующих оболочек на каплях воды при их контакте с водной плёнкой. Это же приводит к нивелированию микронеровностей металла и обеспечивает низкий уровень адгезии промыслового парафина к ней. Поэтому трубопроводы могут работать в режиме самоочищения (аналогично режиму работы трубопроводов с защитными покрытиями) с соблюдением следующей последовательности процессов: накопление отложений парафина до критической толщины слоя; отслаивание их от поверхности труб; срыв, дробление и последующее транспортирование парафинистой массы в виде тонкодисперсной взвеси потоком нефти. С увеличением степени гидрофильности стенок сопротивляемость их запарафиниванию I, при всех прочих равных условиях возрастает по закону цепной функции
где I – интенсивность запарафинивания поверхности, смоченной водной плёнкой, при уровне энергии связи воды и парафина 27,6 эрг/см2.
Формула справедлива при значениях угла смачивания от 0 до 105°.
Ингибитор коррозии, вводимый в нефть в составе реагента – деэмульгатора, автоматически нейтрализует агрессивное воздействие пластовых вод на стенки промыслового оборудования на всём пути движения продукции скважин, вплоть до закачки воды в продуктивные пласты или поглощающие горизонты.
Все эти процессы органически совместимы, так как для своего эффективного осуществления требуют движения потока в чётко выраженном турбулентном режиме и протекают практически во всём диапазоне температур, складывающихся на практике как в присутствии газовой фазы, так и без неё. Таким образом, одной технологической операцией – введением в промысловые системы сбора реагента – деэмульгатора с ингибитором коррозии – решается проблема деэмульсации нефти, депарафинизации оборудования и защиты его от коррозии. При этом упомянутые процессы оказываются совмещёнными во времени и осуществляются на всём пути движения нефти практически без вмешательства обслуживающего персонала.
Совмещение процессов
1.4.Совмещение процессов
транспортирования и
Наиболее экономичное и
Обезвоженная и обессоленная на
термохимических установках нефть
транспортным управлениям на промысловых
или собственных товарных парках.
После этого она
Целесообразность совмещения процессов транспортирования эмульсии по трубопроводам с её деэмульсацией связана с разработкой и проверкой в широких промышленных масштабах новых, отличающихся от сложившихся ранее представлений об оптимальных условиях разрушения водонефтяных эмульсий. Исследования, выполненные в ТатНИИ (Тронов в. п.) в течение 1964 – 1966гг., показали, что механизм процессов, обусловливающих эффективное разрушение эмульсий под воздействием тепла реагентов и других факторов, более сложен, чем это представлялось ранее, и требует для своего осуществления разработки новых технологических схем, учитывающих эти особенности.
1.5.Обезвоживание продукции скважин на промыслах.
Обезвоживание нефти на месторождениях в настоящее время в зависимости от ряда факторов осуществляется [1]:
- в оборудовании промысловых
систем сбора, включая
- на автономных обезвоживающих термохимических установках;
- в блочных деэмульсаторах и электродегидраторах;
- на автономных обезвоживающих установках, деэмульсаторах и электродегидраторах, работающих в блоке с промысловыми системами сбора или каплеобразователями;
- при перекачке нефти в интервалах: а) между промысловыми товарными парками; б) между промысловыми товарными парками и головными сооружениями магистральных нефтепроводов; в) между головными сооружениями и товарно-сырьевыми базами нефтеперерабатывающих заводов.
1.5.1.Технологические схемы
Обезвоживание нефти в оборудовании промысловой системы сбора осуществляется в тех случаях, когда в связи с особенностями применяемой системы сбора и транспортирования нефть неизбежно попадает в резервуары (сбор продукции скважин, замер, учёт, ожидание откачки и т.д.). Строительство стационарной установки для обезвоживания нефти между промысловой системой сбора и товарным парком в таких случаях нецелесообразно и служит примером излишних затрат государственных средств. Разрушение эмульсии с достаточной степенью эффективности достигается в промысловых системах сбора (табл.1), а расслоение потока осуществляется в концевом делителе фаз или специальной секции трубопровода, проложенной между концевой ступенью сепарации и резервуарами товарного парка. Сброс воды при этом осуществляется в процессе заполнения резервуаров или в ожидании откачки (рис.4).
Таблица 1
Температура, °C |
Остаточное | ||
Вид обработки |
Начальная |
При отстое |
содержание воды, % |
Кратковременное смешение с реагентом и последующий отстой (холодная деэмульсация) Кратковременное смешение с реагентом, нагрев и последующий отстой нагретой эмульсии (термохимический метод) Разрушение эмульсии в трубопроводах в процессе движения (трубная деэмульсация) Разрушение нагретой и охлаждающейся в процессе движения по трубопроводам эмульсии (трубная деэмульсация с путевым нагревом) |
17
17
17
40 |
17
40
17
17 |
21,5
8
3,0
1,0 |
Рис.4. Принципиальные совмещённые
технологические схемы
а – в оборудовании промысловой системы сбора; б – то же, с путевым подогревом после второй ступени сепарации; в – те же, с путевым подогревом до второй ступени сепарации; г – то же, с использованием встроенных печей и отстойных аппаратов; д – то же, без использования в технологических целях резервуаров.
1 – скважины; 2 – групповая установка; 3 – дозатор деэмульгатора; 4 – сборный трубопровод, используемый для разрушения эмульсии; 5 – трубчатый концевой делитель фаз; 6 – сепаратор первой ступени; 7 – газопровод; 8 – трубопровод для дренажной воды; 9 – сепаратор второй ступени; 10 – коммуникационный трубопровод – каплеобразователь; 11 – сепаратор; 12 – технологический резервуар; 13 – сброс дренажной воды; 14 – насос; 15 – трубопровод для товарной нефти; 16 – нагреватель; 17 – встроенный трубчатый каплеобразователь; 18 – водоотделитель; 19 – резервуар товарной нефти; 20 – УЛФ.
Если обрабатывается эмульсия повышенной стойкости, а также в зимний период применяют путевой подогрев (рис.4 б, в). При этом необходимая температура нагрева не превышает 25 – 30 °C, что исключает потери лёгких фракций из резервуаров (сырьевые, товарные, технологические), которые должны быть герметизированы и снабжены системой отбора лёгких фракций.
Схема обезвоживания нефти, показанная на рис.4 а, применяется во многих районах страны. Остаточное содержание воды в нефти, обезвоживаемой по этой схеме, в летний период нередко составляет 0,5 %. Деэмульгатор вводится на приём насосов дожимных насосных станций. Поступление сырья, сброс выделившейся воды и отбор обезвоженной нефти проводятся непрерывно.
По схеме рис.4 в система эксплуатировалась в зимний период с производительностью 14 000 м3/сут при низкой себестоимости. По схеме на рис.4 б осуществлялась подготовка смеси эмульсий угленосной и девонской нефтей. Остаточное содержание воды в нефти после обезвоживания как в зимний, так и в летний периоды не превышало 0,3 – 0,5 %.
1.5.2 Обезвоживание нефти на
На промыслах продолжают эксплуатировать большое число обезвоживающих установок, представляющих собой автономные объекты и имеющих в своём составе резервуарные парки. Большинство из этих установок рассчитано на обезвоживание нефти до остаточного содержания воды в ней не более 2 %. Установлено, что содержание балласта в обезвоженной нефти на этих же объектах без их расширения, повышения температуры нагрева, расхода деэмульгатора, а также без снижения производительности может быть снижено в 10 раз. Для этого установки переводят на режим работы в блоке с промысловой системой сбора и товарным парком. Кроме того, применяются встроенные секционные каплеобразователи. В наиболее общем виде такая схема представлена на рис. 4 г. Применяя отдельные элементы этой схемы или весь комплекс, можно получить глубоко обезвоженную нефть при низких эксплуатационных затратах.