Недостатком известного способа также является то обстоятельство, что при приближении плотности легкой фазы (нефти) к плотности тяжелой фазы (воды), т.е. при уменьшении градиента плотностей между компонентами смеси, эффективность процесса разделения снижается.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности отстоя путем увеличения градиента плотностей разделяемых продуктов.

Указанная задача решается тем, что в способе разделения воды и нефти или нефтепродукта, включающем гравитационный отстой смеси в емкости и отвод разделенных продуктов, согласно изобретению в смесь добавляют раствор соли или сухую соль в количестве, необходимом для создания градиента плотностей воды и нефти или нефтепродукта не менее 20 кг/м3, затем перемешивают и отстаивают.

Необходимое количество соли рассчитывают по формуле

,

где Рс - вес добавляемого крепкого раствора соли или сухая соль, кг;

Рв - вес подслойной воды, содержащейся в емкости обводненной нефти или нефтепродукта, кг;

Скр - концентрация крепкого раствора соли или сухая соль, %;

Сз - заданная концентрация раствора соли в подслойной воде, %.

Целесообразно в качестве соли использовать хлористый натрий. В качестве хлористого натрия может быть использован нейтральный раствор хлористого натрия - отхода производства с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.

Целесообразно крепкий раствор соли готовить в отдельной емкости с использованием слива отстоявшейся воды от предыдущего цикла процесса разделения.

Восстановление первоначальной концентрации раствора соли возможно путем испарения (упаривания) излишков воды от слитой отстоявшейся воды или нейтрального раствора хлористого натрия (отхода производства) с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.

Способ разделения воды и нефти или нефтепродукта гравитационным методом осуществляют следующим образом. После приема обводненного нефтепродукта, например топочного мазута, в емкость-сепаратор отбирают пробу продукта для анализа и контрольного опыта по отделению воды от топочного мазута с определением величины показателей процесса разделения, в частности количества воды (Рв), содержащейся в пробе; требуемой концентрации раствора соли для добавления в обводненный топочный мазут (Сз), в частности, для поваренной соли не менее 3% (3 г на 100 г раствора); с учетом концентрации имеющегося запаса раствора соли - разбавителя (Скр) определяют по вышеприведенной формуле расчетное количество этого раствора (Рс).

С учетом полученных результатов анализа и контрольного опыта проводят соответствующие мероприятия в масштабе полученной партии топочного мазута, т.е. в приемную емкость-сепаратор, имеющую нижнее днище конического типа, закачивают расчетное количество раствора соли, смесь в емкости перемешивают, например, путем ее циркуляции и проводят отстой обводненного топочного мазута. В процессе отстоя через штуцер (пробоотборник) в нижнем коническом днище емкости периодически проводят отбор подслойной воды для определения концентрации (плотности) раствора соли и содержания нефтепродукта. По результатам анализа, при необходимости коррекции показателей, проводят закачку второй порции крепкого раствора соли, ее перемешивание и продолжают процесс отстоя обводненного текущего мазута до получения требуемых показателей по качеству отстоявшейся воды, в частности допустимого содержания нефтепродуктов (?300 мг/л). Для повышения эффективности процесса отстоя повышают концентрацию (плотность) раствора соли в подслойнной воде, а также регулируют температуру, которая не должна превышать температуру вспышки нефтепродукта (80-100°C). По окончании процесса отстоя обводненного топочного мазута проводят последовательно слив через патрубок с нижнего конического днища сначала подслойной воды в промежуточную емкость (бак), а затем нефтепродукта - топочного мазута в емкость готового продукта. Последний по мере необходимости направляют к потребителю.

Ниже приведен конкретный пример реализации предлагаемого способа.

Пример

Получили партию обводненного нефтепродукта - топочного мазута в количестве 50 т. Определили содержание воды в смеси, которое составило 10%. Определили плотность топочного мазута, она составила 1000 кг/м3. Отобранная проба обводненного топочного мазута отстаивается очень медленно, более 72 часов.

Для повышения эффективности отстоя необходимо повысить плотность подслойной воды за счет прибавления крепкого раствора соли до величины не менее 1020 кг/м3 (1020-1000=20), что, например, для хлористого натрия соответствует 3%-ному раствору (Справочник химика, т.3, М.-Л.: Химия, 1964 г., стр.541).

Контрольный опыт отстоя пробы обводненного топочного мазута за счет повышения концентрации (плотности) поваренной соли в подслойной воде до 3% (1020 кг/см3) путем добавления в нее 26%-ного (1197 кг/м3) крепкого раствора соли, сопровождается образованием в верхней части делительной воронки слоя (пятна) нефтепродукта в течение 60 минут, с четкой границей раздела фаз: нефтепродукт - вода. Полученные положительные результаты анализа и контрольного опыта позволяют перейти на расчеты показателей процесса отстоя в масштабе поступившей партии (50 т) обводненного нефтепродукта -топочного мазута.

Определяем необходимое количество крепкого раствора поваренной соли, которое необходимо добавить в обводненный топочный мазут, для получения 3%-ного раствора соли в подслойной воде по вышеприведенной формуле:

Ркр=5000·3/26-575 кг,

где Ркр - вес крепкого раствора соли в кг или (575/1197=0,480 м3 или 480 литров)в л;

Рв=5000 кг - вес подслойной воды, содержащейся в обводненном топочном мазуте (50000·10/100=5000 кг);

Сз=3%-ная заданная концентрация раствора соли в подслойной воде;

Скр=26%-ная концентрация крепкого раствора (разбавителя) соли, имеющегося в емкости на данный момент.

После отстоя в течение 24 часов определили содержание нефтепродукта в подслойной воде, которое составило 270 мг/л.

Таким образом, увеличение градиента плотностей между водой и нефтепродуктом - топочным мазутом за счет добавления крепкого раствора соли позволяет повысить эффективность процесса отстоя несмешивающихся жидкостей.

1. Способ разделения воды и нефти или нефтепродукта, включающий гравитационный отстой смеси в емкости и отвод разделенных продуктов, отличающийся тем, что в смесь добавляют раствор соли или сухую соль в количестве, необходимом для создания градиента плотностей воды и нефти или нефтепродукта не менее 20 кг/м3, затем перемешивают и отстаивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимое количество соли определяют по формуле:

Рс=Рв·Сз/Скр,

где Рс - вес добавляемого крепкого раствора соли или сухая соль, кг;Рв - вес подслойной воды, кг;Скр - концентрация крепкого раствора соли или сухая соль, %;Сз - заданная концентрация раствора соли в подслойной воде, %.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли используют хлористый натрий.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве хлористого натрия используют нейтральный раствор хлористого натрия - отход производства с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.

Способ и устройство для разделения нефти и воды при их добыче из подземных или морских месторождений

Рис. 16

Изобретение относится к области эксплуатации месторождений и, в частности, к разделению текучей среды - нефти, газа и воды в связи с их добычей из месторождений, находящихся под поверхностью земли или морским дном. Обеспечивает повышение эффективности разделения текучей среды. По изобретению смесь нефти и воды транспортируют по подводящему трубопроводу или транспортному трубопроводу к сепаратору с трубчатым корпусом в виде резервуара для гравитационного разделения. Разделенные компоненты - нефть и воду отводят из сепаратора раздельно через отводящие трубопроводы. При этом смесь нефти и воды выше по ее потоку от сепаратора подвергают воздействию сдвиговых усилий с созданием в этой смеси касательных напряжений, причем таких, чтобы капли в смеси дробились до настолько малых размеров, что изменялась бы и поверхность раздела нефти и воды. Это производят таким образом, чтобы упомянутая поверхность раздела не "загрязнялась" поверхностно-активными веществами. Для этого выше по потоку от сепаратора в транспортном трубопроводе устанавливают вентиль, имеющий острые кромки и обеспечивающий необходимый перепад давлений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для разделения текучей среды, например для разделения нефти и воды в связи с добычей текучей среды такого состава из месторождений, находящихся под поверхностью земли или морского дна, в частности к устройству, содержащему сепаратор с трубчатым корпусом, напорный резервуар или тому подобное средство.

Уровень техники

В заявке на выдачу патента Норвегии 20016216 от 202003, поданной заявителем, описаны известные из уровня техники сепараторы для разделения нефти, воды и/или газа, поступающих из скважин, на дне моря или на поверхности, на платформе или тому подобных сооружениях для извлечения текучей среды, где используют различные технические решения, относящиеся к установкам, включающим комбинированные устройства, трубчатые сепараторы и другое оборудование для разделения фаз, которые способствуют успешному развитию технологии разделения текучих сред, в особенности разделения нефти и воды.

В процессе испытаний, проводимых в связи с практической реализацией вышеупомянутых патентуемых технических решений, установлено в том числе (как более подробно будет объяснено ниже), что в определенных случаях можно улучшить разделение нефти и воды путем добавления воды в текучую среду, состоящую из нефти и воды, перед их разделением. Более того, выясняется, что за счет действия на текучую среду усилий сдвига (касательных напряжений), перед ее разделением на фазы, можно достигнуть более быстрого инвертирования фаз, т.е. более быстрого перехода от исходного состояния текучей среды, представляющей собой смесь, образованную из воды, диспергированной в нефтяной фазе, к раздельно текущим слоям воды и нефти.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением предложен способ разделения нефти и воды при их добыче из подземных или морских месторождений, в соответствии с которым смесь нефти и воды транспортируют по подводящему трубопроводу или транспортному трубопроводу к сепаратору с трубчатым корпусом в виде резервуара для гравитационного разделения, а разделенные компоненты - нефть и воду отводят из сепаратора раздельно через отводящие трубопроводы, при этом смесь нефти и воды выше по ее потоку от сепаратора подвергают воздействию сдвиговых усилий с созданием в этой смеси касательных напряжений, причем таких, чтобы капли в смеси дробились до настолько малых размеров, что изменялась бы и поверхность раздела нефти и воды, причем таким образом, чтобы она не "загрязнялась" поверхностно-активными веществами, для чего выше по потоку от сепаратора в транспортном трубопроводе устанавливают вентиль, имеющий острые кромки и обеспечивающий необходимый перепад давлений.

Предпочтительно выше вентиля по потоку смеси нефти и воды добавляют в упомянутую смесь воду через подводящий трубопровод.

Целесообразно до или после вентиля в смесь нефти и воды добавлять деэмульгатор для предотвращения повторного инвертирования фаз смеси с переходом ранее инвертированной смеси вновь к течению со сплошной нефтяной фазой.

Согласно изобретению устройство для разделения нефти и воды при их добыче из подземных или морских месторождений включает сепаратор, выполненный с трубчатым корпусом в виде резервуара для гравитационного разделения нефти и воды, транспортный трубопровод, подведенный к сепаратору, и трубопроводы для отведения от сепаратора разделенных компонентов - воды и нефти, при этом выше по потоку смеси нефти и воды от сепаратора в транспортном трубопроводе установлен вентиль, имеющий острые кромки и обеспечивающий перепад давлений, а смесь нефти и воды подвергают воздействию сдвиговых усилий с созданием в смеси касательных напряжений, причем таких, чтобы капли в смеси дробились до настолько малых размеров, что изменялась бы и поверхность раздела фаз смеси, причем таким образом, чтобы она не "загрязнялась" поверхностно-активными веществами.

Выше вентиля по потоку смеси нефти и воды может быть подсоединен трубопровод для добавления в упомянутую смесь воды.

Краткое описание чертежей

Более подробно настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем описании с помощью примеров и со ссылкой на чертежи.

Фиг.1 - упрощенная схема оборудования, установленного вместе с трубопроводами для нефти и воды, которые объединяются с образованием одного-единственного трубопровода для текучей среды, где нефть смешивается с водой. Трубопроводы для текучей среды соединены с гравитационным сепаратором.

Фиг.2 - схема, в основном подобная изображенной на фиг.1, но отличающаяся тем, что выше по потоку от сепаратора установлено средство, создающее в текучей среде усилия сдвига, например подходящий вентиль или тому подобное средство.

Фиг.3 - диаграмма, характеризующая влияние рециркуляции воды.

Фиг.4 - диаграмма, характеризующая влияние рециркуляции воды при наличии стабилизатора инвертирования фаз, размещенного выше по потоку, и в отсутствие стабилизатора.

Осуществление изобретения

На указанной выше фиг.1 представлена упрощенная схема опытной установки, в которой нефть и воду пропускают через трубопроводы 2, 3, смешивают в смесителе 4 (которым может быть дроссельный вентиль или смесительная труба) и транспортируют далее, как единую текучую среду, к сепаратору 1, представляющему собой известный гравитационный сепаратор, выполненный в виде цилиндрического резервуара. Выше по потоку от сепаратора 1 подсоединен трубопровод для подвода воды.

Таким образом, в принципе можно улучшить разделение нефти и воды, содержащихся в текучей среде, путем добавления воды и увеличения тем самым водяной фракции, например, до 70-75%, и в соответствии с таким решением текучая среда должна содержать непрерывную (сплошную) водяную фазу.

Когда добавляемую воду вводили непосредственно в текучую среду, как это показано на чертеже, эксперименты показали, что достигаемый эффект был нестабильным и ненадежным, и в итоге положительный результат не всегда достигался.

Диаграмма (фиг.3) иллюстрирует влияние рециркуляции воды путем сравнения водяной фракции (объемной доли воды), содержащейся в нефти (в %) вне сепаратора, с водяной фракцией, содержащейся в нефти (в %) в сепараторе, до подмешивания воды, осуществляемого вплоть до достижения 75% водяной фракции.

Диаграмма показывает, что если исходный поток представляет собой поток с непрерывной нефтяной фазой (<=60% WC (WC=водяная фракция)), значительного разделения не достигается даже в том случае, когда воду добавляют до общей фракции воды, равной 75%. Если первоначальный поток является потоком со сплошной водяной фазой (WC>60%), разделение происходит быстро и эффективно, как это ожидается для систем, содержащих непрерывную водяную фазу. При первоначальной величине водяной фракции, составляющей 75%, текучая среда разделяется со снижением водяной фракции в выходящем потоке приблизительно до 2%. Все точки на диаграмме относятся к общей величине водяной фракции после добавления "рециркулирующей воды", равной 75%.

Когда транспортный трубопровод 4 выше по потоку от сепаратора 1 был снабжен средством (называемым в дальнейшем стабилизатором фазового инвертирования) в виде вентиля или тому подобного средства 6, как показано на фиг.2, которое создает в текучей среде сдвиговые усилия, эффект рециркулирующей воды на разделение нефти и воды, как оказалось, получается стабильным и надежным. Диаграмма 2 (фиг.4) отражает влияние рециркуляции воды путем сопоставления величины водяной фракции в нефти (в %) вне сепаратора, с величиной водяной фракции в нефти (в %) в сепараторе, при наличии и отсутствии стабилизатора 6 инвертирования жидкой фазы. Как показано на диаграмме, величина водяной фракции за пределами сепаратора, составляющая менее чем приблизительно 5%, была достигнута во всем интервале величин водяной фракции (в сепараторе), начиная от исходной текучей среды (от 15 до 75% WC).

Стабилизатор инвертирования фаз представляет собой средство, которое создает в текучей среде сдвиговые усилия. Наиболее важные критерии и функции этого средства следующие:

1. Усилия сдвига должны быть достаточно высокими для обеспечения дробления капель в подводимом потоке с образованием (мелких) капель, которые настолько малы, что поверхность раздела фаз существенным образом изменяется и при этом не "загрязняется" поверхностно-активными веществами, которые всегда имеются в системах с сырой нефтью. Измененная поверхность раздела фаз весьма нестабильна, и будет происходить усиленный, интенсивный процесс объединения капель, который приведет к инвертированию фаз.

2. При разрыве большой капли на небольшие капельки площадь поверхности раздела между нефтью и водой будет увеличиваться. Если такое дробление происходит по величине только до трети от первоначального диаметра, новые капли будут нестабильны и будет действовать "стабилизатор инвертирования фаз".

3. Типичные рабочие параметры потока будут приводить к дроблению первоначальных капель до размеров, составляющих примерно менее 10% от первоначального диаметра капель. Это стабилизирует процесс инвертирования фаз.

Самой простой практичной конструкцией "стабилизатора инвертирования фаз" является вентиль с острыми кромками (шаровой вентиль или тому подобное средство). Если средний размер капли в транспортном трубопроводе выше по потоку от "стабилизатора инвертирования фаз" составляет около 1000 мкм, существующий перепад давления на вентиле, составляющий примерно от 1 до 1,5 бар, будет более чем достаточным для стабильного инвертирования фаз.

Настоящее изобретение, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, не ограничено примерами, иллюстрируемыми на чертежах и описанными выше. Некоторые виды сырой нефти могут протекать, например, с непрерывной нефтяной фазой при содержании водяной фракции, составляющей 70-80% в процессе транспортирования сырой нефти по трубопроводам. Такие потоки могут быть также организованы с непрерывной водяной фазой с помощью "стабилизатора инвертирования фаз". Задача заключается в том, чтобы фракция воды в нефти было достаточно большой для того, чтобы при проведении инвертирования фаз текучая система оставалась со сплошной водяной фазой. Добавление деэмульгатора может предотвратить повторное инвертирование фаз с переходом ранее инвертированной текучей среды вновь к течению со сплошной нефтяной фазой.

1. Способ разделения нефти и воды при их добыче из подземных или морских месторождений, в соответствии с которым смесь нефти и воды транспортируют по подводящему трубопроводу или транспортному трубопроводу к сепаратору с трубчатым корпусом в виде резервуара для гравитационного разделения, а разделенные компоненты - нефть и воду отводят из сепаратора раздельно через отводящие трубопроводы, отличающийся тем, что смесь нефти и воды вышепо ее потоку от сепаратора подвергают воздействию сдвиговых усилий с созданием в этой смеси касательных напряжений, причем таких, чтобы капли в смеси дробились до настолько малых размеров, что изменялась бы и поверхность раздела нефти и воды, причем таким образом, чтобы она не "загрязнялась" поверхностно-активными веществами, для чего выше по потоку от сепаратора в транспортном трубопроводе устанавливают вентиль, имеющий острые кромки и обеспечивающий необходимый перепад давлений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выше вентиля, по потоку смеси нефти и воды, добавляют в упомянутую смесь воду через подводящий трубопровод.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что до или после вентиля в смесь нефти и воды добавляют деэмульгатор для предотвращения повторного инвертирования фаз смеси с переходом ранее инвертированной смеси вновь к течению со сплошной нефтяной фазой.

4. Устройство для разделения нефти и воды при их добыче из подземных или морских месторождений, включающее сепаратор, выполненный с трубчатым корпусом в виде резервуара для гравитационного разделения нефти и воды, транспортный трубопровод, подведенный к сепаратору, и трубопроводы для отведения от сепаратора разделенных компонентов - воды и нефти, отличающееся тем, что выше по потоку смеси нефти и воды от сепаратора в транспортном трубопроводе установлен вентиль, имеющий острые кромки и обеспечивающий перепад давлений и воздействие сдвиговых усилий на смесь нефти и воды с созданием в смеси касательных напряжений, причем таких, чтобы капли в смеси дробились до настолько малых размеров, что изменялась бы и поверхность раздела фаз смеси, причем таким образом, чтобы она не "загрязнялась" поверхностно-активными веществами.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выше вентиля, по потоку смеси нефти и воды, подсоединен трубопровод для добавления в упомянутую смесь воды.

Размещено на Allbest.ru