СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ Российский патент 1997 года по МПК B01D17/04 

Изобретение относится к способам обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии и может применяться при комплексной подготовке нефти в промысловых условиях и на нефтеперерабатывающих заводах.

Известен способ обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии, включающий подачу потока, разделение его на струйки и электрообработку с последующим отстоем [1]
Недостаток известного способа длительность процесса обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии.

При осуществлении известного способа электрическое поле применяют с целью интенсификации процесса укрупнения мелких капель воды в нефти с тем, чтобы они быстрее оседали под воздействием сил гравитации на границу раздела фаз нефть вода водосборной емкости. Однако укрупнение мелких водяных капель в водонефтяной эмульсии под воздействием электрических сил с течением времени замедляется, ибо при этом увеличивается расстояние между каплями [2] Поэтому, если расстояние между удаляемыми из водонефтяной эмульсии мелкими каплями воды оказывается значительно больше их диаметра (что характерно для водонефтяных эмульсий), процесс обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии с применением электрического поля будет длительным.

Известен способ обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии, включающий пропускание водонефтяной эмульсии по вертикальным каналам с последующим отстоем [3]
Недостаток известного способа длительность процесса обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии.

Водонефтяную эмульсию пропускают через каналы с целью интенсификации процесса укрупнения водных капель в пристенном слое потока.

Однако вследствие перемещения мелких капель в центральную область потока под воздействием сил Бернулли вероятность их столкновения в пристенном слое, а следовательно и их укрупнения в этой области, низка. Вследствие чего поток после пропуска через каналы содержит большое количество мелких, неукрупнившихся капель. Поэтому обезвоживание и обессоливание водонефтяной эмульсии на этапе гравитационного отстоя будет длительным.

Предлагаемый способ обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии путем пропускания нефти через каналы с последующим гравитационным отстоем отличается тем, что водонефтяную эмульсию подвергают гидродинамическому возмущению, пропуская ее через гидрофобные каналы с разделением ее при этом на чередующиеся вдоль каналов слои. В случае, если на поток водонефтяной эмульсии дополнительно воздействуют электрическим полем, изобретение отличается так же тем, что гидрофобные каналы выполняются из диэлектрика.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа; на фиг. 2 - канал (увеличено).

Осуществление заявляемого технического решения предполагает, например, использование каналов 1 с диаметром, при котором в каналах 1 происходит разделение водонефтяной эмульсии на участки (слои), последовательно чередующиеся вдоль каналов 1 с участками воды, которыми служат крупные капли воды в водонефтяной эмульсии, так, как это изображено на фиг. 2, где 1 - каналы; 2 участки воды (это деформированные каналами 1 крупные капли воды в водонефтяной эмульсии), 3 участки (слои) водонефтяной эмульсии, последовательно чередующиеся вдоль каналов 1 с участками воды 2; 4 - пристенный слой водонефтяной эмульсии между стенками (образующая 00) каналов 1 и участками воды 2.

Перепад давления вдоль каналов 1 на крупных каплях воды 2 вызывает деформацию капель воды 2 происходит их сжатие вдоль каналов 1 и разделение ими потока водонефтяной эмульсии на чередующиеся вдоль каналов 1 слои 3. Гидрофобность каналов 1 способствует такому разделению потока водонефтяной эмульсии ибо гидрофобные стенки каналов 1 препятствуют растеканию в пристенном слое крупных капель воды 2. Разделение водонефтяной эмульсии в гидрофобных каналах 1 крупными каплями воды 2 на чередующиеся вдоль каналов 1 слои 3 изменяет ламинарный или структурно-ламинарный режим движения потока в каналах 1 в слоях водонефтяной эмульсии 3, вследствие неодинакового коэффициента трения водонефтяной эмульсии вдоль стенок каналов 1 и вдоль поверхности 5 капель воды 2 возникают симметричные относительно центральной оси симметрии AA каналов 1 кольцевые (циркуляционно-вихревые) токи жидкости 6 (фиг. 2). При этом скорость циркуляции токов 6 между соседними каплями воды 2 оказывается сравнимой со скоростью перемещения потока вдоль каналов 1.

При движении водонефтяной эмульсии, разделенной на чередующиеся вдоль каналов 1 слои 3, увеличивается скорость в пристенном слое потока 4, ибо капли воды 2 (скорость движения которых вдоль каналов 1 больше скорости перемещения пристенного слоя каналов 1), соприкасаясь с пристенным слоем 4 по участку поверхности 7 капель 2, увлекают за собой пристенный слой 4 водонефтяной эмульсии за собой.

Такое изменение режима движения водонефтяной эмульсии в каналах 1 способствует быстрому ее обезвоживанию (и обессоливанию): мелкие капли воды в слоях 3 водонефтяной эмульсии быстро переносятся циркуляционными токами 6 к водной поверхности 5 крупных капель воды 2; под воздействием сил Бернулли мелкие капли водонефтяной эмульсии в пристенном слое 4 также быстро перемещаются к участку поверхности 7 крупных водных капель 2. В результате ускоряется столкновение в водонефтяной эмульсии мелких капель воды с крупными каплями воды 2, с последующим их слиянием. Средний размер водных капель в водонефтяной эмульсии быстро увеличивается. Благодаря этому гравитационный отстой водонефтяной эмульсии, пропущенной через каналы с разделением на чередующиеся слои 3, характеризуется быстрым выпадением укрупнившихся капель воды на горизонтальную границу раздела фаз нефть-вода в водосборном устройстве. Поэтому обезвоживание и обессоливание водонефтяной эмульсии по заявляемому способу протекает гораздо быстрее и эффективнее, нежели по способу-прототипу.

Процесс укрупнения капель водонефтяной эмульсии в каналах 1, а следовательно и процесс обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии по заявляемому способу, интенсифицируется при воздействии на поток электрическим полом. Применение при этом каналов 1, выполненных из диэлектрика, способствует равномерному воздействию электрического поля на обрабатываемый в каналах 1 поток.

Следует отметить, что в предположении пропуска потока через каналы 1 с абсолютно гладкой поверхностью стенок ускорения процесса обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии по заявляемому способу не наблюдалось бы
в этом случае циркуляционные токи 6 в слоях 3 водонефтяной эмульсии будут отсутствовать, так же как не будет и перемещения мелких капель воды в пристенном слое 4 потока под воздействием сил Бернулли. Это говорит о том, что разделение потока водонефтяной эмульсии на чередующиеся вдоль каналов 1 слои 3 является недостаточным для ускорения процесса обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии по заявляемому способу. Таким образом, гидродинамическое возмущение потока путем его пропуска через каналы и разделение его при этом на чередующиеся вдоль каналов слои существенный признак в заявляемом способе обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии.

Перечисленные операции заявляемого способа обеспечивают ускорением процесса обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии по сравнению с известными.

Способ обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии может применяться при подготовке нефти, например, на нефтяных месторождениях на этапах предварительного сброса воды или глубокого обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии.

Способ обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии осуществляется следующим образом.

Поток водонефтяной эмульсии пропускают через гидрофобные каналы с параметрами, при которых происходит изменение режима движения жидкости (гидродинамическое возмущение потока), сопровождающееся разделением потока на чередующиеся вдоль каналов слои водонефтяной эмульсии и воды примеры (параметры каналов и расходы потока) приведены в таблице. Для интенсификации процесса укрупнения капель воды на поток в каналах воздействуют электрическим полем. После обработки его выводят на гравитационный отстой для окончательного отделения от нефти воды и растворенных в воде солей.

Осуществление предлагаемого способа поясняется с помощью устройства, представленного на фиг. 1.

Устройство включает вертикальный цилиндрический корпус 8, выполненный из гидрофобного диэлектрического материала; электроды 9 и 10, которые установлены соответственно в верхнем и нижнем основании корпуса 8; гидрофобную диэлектрическую перегородку 11 с вертикальными каналами 1; патрубок 12 ввода и патрубок 13 вывода обработанной водонефтяной эмульсии с устройства.

Подаваемая по патрубку 12 на устройство водонефтяная эмульсия в каналах 1 гидрофобной диэлектрической перегородки подвергается разделению на чередующиеся вдоль каналов 1 слои 3. Протекающий при этом процесс укрупнения капель воды в каналах 1 интенсифицируется при подаче электрического напряжения на электроды 9 и 10. По патрубку 13 обработанный на устройстве поток выводится на гравитационный отстой для окончательного отделения от водонефтяной эмульсии воды и растворенных в ней солей.

Устройство работает следующим образом. По патрубку 12 подают поток водонефтяной эмульсии, который далее проходит через каналы 1 в гидрофобной диэлектрической перегородке 11. В каналах 1 происходит изменение режима движения водонефтяной эмульсии вследствие разделения потока крупными каплями поды 2 на чередующиеся вдоль каналов 1 слои 3 и выбора диаметра каналов 1 соразмерным диаметру крупных капель воды 2 в водонефтяной эмульсии - гидрофобность каналов 1 при этом способствует такому разделению потока в каналах 3 (ибо препятствует растеканию крупных капель воды 2). Изменение режима движения водонефтяной эмульсии в каналах 1 происходит вследствие не одинакового коэффициента трения по стенке каналов 1 и по поверхности 5 крупных капель воды 2 и возникающего при этом циркуляционного движения водонефтяной эмульсии 6 в слоях 3. В результате происходит быстрое перемещение мелких капель воды эмульсии к поверхности 5 крупных капель 2 (ибо скорость токов жидкости 6 оказывается сравнимой со скоростью потока в каналах 1). Также увеличивается скорость перемещения мелких капель воды пристенного слоя 4 водонефтяной эмульсии к поверхности 7 крупных капель воды 2 под действием сил Бернулли, так как увеличивается и скорость движения водонефтяной эмульсии в пристенном слое 4. В результате увеличивается вероятность столкновения мелких капель воды с крупными 2, а следовательно и их укрупнения путем слияния. Описанный процесс укрупнения капель воды водонефтяной эмульсии в каналах 1 интенсифицируется при воздействии на поток электрическим полем путем подачи напряжения на электроды 9 и 10. После пропуска водонефтяного потока через каналы 1 он выводится на гравитационный отстой для окончательного отделения от нефти воды и растворенных в воде солей.

Параметры описанного устройства, при проведении экспериментов были следующими:
Внутренний диаметр цилиндра 8 1,5 см;
Диаметр электродов 9 и 10 1,3 см;
Длина каналов 1 (толщина перегородки 11) 10 см;
Удаление электродов 9 и 10 от перегородки 11 1 см;
Диаметр патрубков 12 и 13 0,5 см.

Количество каналов 1, их диаметр в каждой серии экспериментов изменялись данные приведены в таблице (при этом количество каналов 1 и их диаметр определялись расчетным путем из условия, чтобы от эксперимента к эксперименту сохранялись суммарная площадь проходного сучения каналов 1 и средняя скорость движения потока в каналах 1 при неизменном расходе водонефтяной эмульсия на патрубке 12).

В экспериментах поток водонефтяной эмульсии характеризовался следующими параметрами: кинематическая вязкость безводной нефти при 20^oC составляла 4 сП. Температура обрабатываемого потока составляла 18^oC. Остаточное содержание воды в нефти определяли на аппарате Дина-Старка, солей методом титрования.

По данным лабораторных испытаний, сведенных в таблицу, следует, что обезвоживание и обессоливание водонефтяной эмульсии по заявляемому способу протекает гораздо быстрее и эффективнее, нежели по способу-прототипу. При этом, чем больше диаметр каналов 1 находится в соответствии с диаметром крупных капель воды в водонефтяной эмульсии, тем более эффективнее и быстрее протекает этот процесс по сравнению со способом-прототипом.

Заявляемая технология обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии промышленно применима в виду простоты изготовления устройства для ее реализации и использования при этом материалов, выпускаемых отечественной промышленностью.

Изобретение может найти применение при обезвоживании и обессоливании нефти на нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих предприятиях. Нефтяную эмульсию подвергают гидродинамическому возмущению, пропуская ее через гидрофобные каналы с разделением ее при этом на чередующиеся вдоль каналов слои. При этом при электрообработке эмульсии используют гидрофобные диэлектрические каналы. После обработки эмульсию отстаивают. Применение изобретения в нефтяном хозяйстве позволит сократить время подготовки нефти при ее обезвоживании и обессоливании без ухудшения качества технологического процесса подготовки нефти. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии путем пропускания водонефтяной эмульсии через каналы с последующим гравитационным отстоем, отличающийся тем, что водонефтяную эмульсию подвергают гидродинамическому возмущению, пропуская ее через гидрофобные каналы с разделением ее при этом на чередующиеся вдоль каналов слои. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае электрообработки водонефтяной эмульсии ее пропускают через гидрофобные каналы, выполненные из диэлектрика.