Способ комбинированного обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий Российский патент 2021 года по МПК B01D17/04 B01D17/06 B01J19/10 B01J19/12 C02F1/36 C02F1/48 C10G33/02 

Область техники

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий при промысловой подготовке нефти.

Уровень техники

Известна технология разрушения стойких водонефтяных эмульсий ультразвуковым методом (патент РФ 2698803, кл. МПК C10G 33/06, C10G 33/04, дата публ. 30.08.2019), заключающаяся в том, что водонефтяную эмульсию нагревают, вводят реагент деэмульгатор и воду, и, в зависимости от изменяющегося в процессе разрушения эмульсий размера преобладающего количества капель воды, последовательно изменяют частоту и удельную акустическую мощность ультразвукового воздействия. Недостатком известного способа является то, что для обезвоживания нефти требуется длительное отстаивание водонефтяной эмульсии после ультразвукового воздействия и невозможность обработки промежуточных слоев.

Известен способ разделения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия (патент РФ №2568980, МПК B01D 17/04, C02F 1/36, C10G 33/00, опубл. 20.11.2015), включающий обработку эмульсии ультразвуком, при этом предварительно определяют оптимальные частоты ультразвукового воздействия в зависимости от размера капель воды в эмульсии, позволяющие достичь минимальной доли воды в нефти, а обработку эмульсии проводят с изменением оптимальной частоты ультразвукового воздействия в зависимости от изменения размера капель воды в процессе обработки Недостатком известного способа является недостаточная степень подготовки стойкой водонефтяной эмульсии при длительном отстаивании после воздействия ультразвуком.

Известно устройство для магнитной обработки жидкости (патент РФ №2238910, МПК C02F 1/48, C02F 103/34, опубл. 27.10.2004, содержащее корпус из диамагнитного материала и электромагнит, установленный снаружи корпуса в виде коаксиально размещенных обмоток, подключенных с учетом фаз, блоком питания и управления. Корпус внутри снабжен турбулизатором в виде неподвижных лопастных винтов из диамагнитного материала, которые размещены относительно друг друга в перевернутом положении. Снабжение корпуса турбулизатором создает вращательное движение жидкости внутри корпуса в разных направлениях и позволяет обеспечить эффективную обработку жидкости магнитным полем. Эффективная обработки жидкости может быть достигнута при многократном воздействии импульса переменного магнитного поля при максимально продолжительном воздействии каждого импульса. Недостатком данного способа является то, что для обезвоживания нефти требуется длительное отстаивание водонефтяной эмульсии после воздействия магнитной обработки.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату является способ обработки пластовых флюидов (патент РФ №2272128, кл. МПК Е21В 43/34, B01D 17/00, B01D 19/00, дата публ. 20.03.2006), включающий магнитную обработку потока пластовых флюидов для коалесценции эмульгированных капель воды с последующим разрушением бронирующих оболочек на границе раздела фаз "нефть-вода" для дополнительного слияния капель воды. Магнитную обработку осуществляют в направленном перпендикулярно потоку флюидов пульсирующем неоднородном магнитном поле напряженностью Н=5-20 кА/м и градиентом напряженности магнитного поля dH/dr=2-5⋅106 А/м² путем воздействия однополярно направленных постоянных точечных магнитов, а разрушение бронирующих оболочек осуществляют путем вибрационного воздействия с частотой колебания 10-100 Гц и амплитудой колебания 0,5-10 мм. Недостатком известного способа, принятого за прототип, является отсутствие нагрева обрабатываемой эмульсии и ее перемешивания, что приводит к недостаточной эффективности подготовки стойких водонефтяных эмульсий до товарных кондиций конечных продуктов.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является доведение стойкой водонефтяной эмульсии до требований товарной нефти по ГОСТ Р 51858-2002 с содержанием остаточной воды в нефтяной фазе не более 0,5% и доведение качества пластовой воды до требований ОСТ.

Техническим результатом предлагаемого способа обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий является повышение степени расслоения водонефтяной эмульсии (далее-ВНЭ). Технический результат достигается благодаря тому, что водонефтяную эмульсию направляют в емкость накопления, в которой накопившуюся ВНЭ обрабатывают двумя диаметрально расположенными излучателями ультразвукового комплекса, выбирая частоту ультразвукового воздействия в зависимости от размера капель воды в водонефтяной эмульсии: для размера капель 15-20 мкм необходима частота ультразвукового воздействия 50-44 кГц, для капель размером 30-40 мкм - 32-22 кГц, для капель размером 60-80 мкм - 18-12 кГц, после чего отстоявшуюся в емкости накопления воду направляют в дренажную линию по трубопроводу, а частично обезвоженную ВНЭ направляют на вход теплообменного устройства, перед входом в который в ВНЭ подают деэмульгатор неионогенного типа, после чего нагретую до температуры 90-95°С смесь ВНЭ с деэмульгатором направляют в аппарат магнитной обработки, обрабатывая ее магнитным полем оптимальной частоты 0-50 Гц с шагом 5 Гц, при этом, в случае, если продукция скважин не удовлетворяет требованиям качества сдачи после прохождения магнитной обработки и ультразвукового воздействия, поток ВНЭ турбулизируют с целью повышения однородности потока, после чего турбулизированный поток направляют на повторный цикл комбинированной обработки.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена схема установки комбинированного обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий. На Фиг. 2 представлена схема излучателя ультразвукового комплекса. На Фиг. 3 представлен вид сверху излучателя ультразвукового комплекса. На Фиг. 4 представлена зависимость относительной амплитуды от частоты ультразвукового воздействия. На Фиг. 5 представлена схема аппарата магнитной обработки водонефтяной эмульсии. На Фиг. 6 представлена схема конструкции турбулизатора. На Фиг. 7 представлено поперечное сечение турбулизатора.

Осуществление изобретения

Способ комбинированного обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий (далее-ВНЭ) реализуют с помощью установки (Фиг. 1), включающей ультразвуковой комплекс 1, блок теплоснабжения 2, блок подачи деэмульгатора 3, аппарат магнитной обработки 4 и турбулизатор 5, гидравлически связанные между собой системой трубопроводов.

Система трубопроводов включает трубопровод 6 подвода исходной ВНЭ через фильтр 7, соединенный с входом в емкость 8 накопления ВНЭ, с установленным внутри нее ультразвуковым комплексом 1. Один из выходов емкости 8 накопления ВНЭ связан трубопроводом 9 с дренажной линией сброса воды. Другой выход емкости 8 накопления ВНЭ трубопроводом 10, насосом 11 и трубопроводом 12 связан с входом в теплообменное устройство 13 блока теплоснабжения 2.

Блок теплоснабжения 2, кроме теплообменного устройства 13, включает также гидравлически связанные между собой емкость теплоносителя 14 с электронагревателями и насос 15 подачи теплоносителя в теплообменное устройство 13.

Блок подачи деэмульгатора неионогенного типа 3 включает емкость деэмульгатора 16, которая через дозировочный насос 17 трубопроводом 18 связана с трубопроводом 12 подачи ВНЭ перед входом в теплообменное устройство 13.

Выход нагретой ВНЭ из теплообменного устройства 13 связан трубопроводом 19 с входом в аппарат магнитной обработки 4, выход из которого трубопроводом 20 связан с трубопроводом 21, один из отводов которого, через задвижку 22, связан с трубопроводом отвода готовой продукции на УППН. Другой отвод трубопровода 21 связан с входом турбулизатора 5, выход из которого связан трубопроводом 23 с трубопроводом 6 подвода исходной ВНЭ.

Ультразвуковой комплекс 1 (Фиг. 2, 3) включает два излучателя 24, размещенные диаметрально в емкости 8 накопления ВНЭ. Основными элементами излучателя 24 является электроакустический преобразователь 25 пьезокерамического типа мощностью 1.8… 1.0 кВт, соединенный через согласующую вставку 26 волновой длины с излучающим волноводом мембранного типа 27 диаметром 425 мм. Мембрана имеет широкий спектр собственных резонансных частот в ультразвуковом диапазоне, что позволяет подключать к мембране преобразователи с различной частотой. Установка имеет следующие параметры: мощность 4 кВт, частоты 7…66 кГц, режим работы - импульсный, излучатели - на базе пьезокерамики. Результатом ультразвукового воздействия на ВНЭ является снижение стойкости бронирующих слоев для последующего бустерного воздействия термохимическими процессами (нагрев+подача деэмульгатора). Полученная зависимость относительной амплитуды от частоты ультразвукового воздействия представлена на Фиг. 4.

Аппарат магнитной обработки 4, выполненный в виде импульсной магнитной установки для обработки жидкости (ИМУ-1, производство ООО «Импульс», г. Санкт-Петербург) (Фиг. 5), включает выпрямитель сети 28, накопительную емкость 29, зарядно-разрядный модуль 30 с емкостными накопителями энергии, активный реактор 31 и систему управления модулем 32. Выпрямленное напряжение от выпрямителя сети 28 подают на накопительную емкость 29, выполняющую также функцию фильтрующей емкости, после чего энергия поступает на зарядно-разрядный модуль 30 с емкостными накопителями энергии. Управляющие сигналы направляют с системы управления модулем 32 на зарядно-разрядный модуль 30, где формируются импульсы различной частоты следования, подаваемые далее на активный реактор 31. Технические характеристики предлагаемого аппарата магнитной обработки ВНЭ представлены в Таблице 1.

Применение аппарата магнитной обработки также носит усиливающий характер основного седиментационного режима согласно закону Стокса, механизм которого основан на разнице плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Турбулизатор 5 (Фиг. 6, 7) включает цилиндрический корпус 34 с раструбами 32 на обоих торцах, к которым концентрично приварены фланцы 35. Во внутреннем канале корпуса 34, вдоль его центральной оси, размещен длинномерный металлический короб 36, внутри которого крест-накрест установлены металлические плоские перегородки 37, предназначенные для создания местных сопротивлений и изменения траектории движения жидкости с целью интенсивного перемешивания проходящей через него ВНЭ.

Способ комбинированного обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий с использованием описанной выше установки реализуют следующим образом. Водонефтяную эмульсию (далее - ВНЭ) с плотностью порядка 930-970 кг/м3, вязкостью 25 мПа*с (при температуре 20С), с объемной долей воды 70-80%, содержанием солей порядка 57000-64000 мг/дм3, массовой долей мехпримесей порядка 1,5-1,9%, массовой концентрацией сульфида железа в нефтяной фазе 3900-7900 мг/дм3, направляют по трубопроводу 6 через фильтр 7 в емкость 8 накопления ВНЭ, в котором накопившуюся ВНЭ обрабатывают двумя диаметрально расположенными излучателями ультразвукового комплекса 1. Частоту ультразвукового воздействия выбирают в зависимости от размера капель воды в водонефтяной эмульсии. Опытным путем получено, что для капель воды 15-20 мкм в водонефтяной эмульсии необходима частота ультразвукового воздействия 50-44 кГц, для капель 30-40 мкм - 32-22 кГц, для капель размером 60-80 мкм - 18-12 кГц, с интенсивностью не более 3 Вт/см². Усредненные значения 18,22 и 44 кГц (Фиг. 4). Обработку ультразвуковым комплексом 1 проводят в течение 5-60 минут.

После обработки ультразвуковым комплексом 1, отстоявшуюся в емкости накопления 8 воду направляют в дренажную линию по трубопроводу 9. Частично обезвоженную ВНЭ, по трубопроводу 10 через насос 11 направляют по трубопроводу 12 на вход теплообменного устройства 13. Перед входом в теплообменное устройство 13, в трубопровод 12 с ВНЭ, по трубопроводу 18 насосом 17 из емкости 16 подают деэмульгатор неиногенного типа с наилучшей эффективностью, подобранный по результатам лабораторных исследований. В теплообменном устройстве 13 производят нагрев смеси ВНЭ с деэмульгатором до температуры 90-95°С, направляя теплоноситель в теплообменное устройство 13 из емкости 14 насосом 15. Нагретую смесь по трубопроводу 19 направляют на вход аппарата магнитной обработки 4, обрабатывая ее магнитным полем оптимальной частоты (частота определяется опытным путем, значения 0-50 Гц с шагом 5 Гц).

В случае если прошедшая обработку ультразвуком и магнитным полем смесь ВНЭ с деэмульгатором удовлетворяет критериям качества (объемная доля воды в нефти менее 0,5%), ее направляют по трубопроводу 20 и задвижку 22 в отстойник установки промысловой подготовки нефти (УППН). Если обработанная смесь ВНЭ с деэмульгатором не удовлетворяет требованиям качества сдачи продукции скважин, по трубопроводу 21 ее направляют в турбулизатор 5, в котором производят дополнительное перемешивание, после чего по трубопроводу 23 направляют обратно в трубопровод 6 входа в установку, после чего процесс комбинированного обезвоживания водонефтяной эмульсии повторяют.

Предложен способ комбинированного обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий, включающий ультразвуковое воздействие на водонефтяную эмульсию, где частоту ультразвукового воздействия выбирают в зависимости от размера капель воды в водонефтяной эмульсии: для капель, которые попадают в диапазон размером 15-20 мкм – 50-44 кГц; для капель, которые попадают в диапазон размером 30-40 мкм – 32-22 кГц; для капель, которые попадают в диапазон размером 60-80 мкм – 18-12 кГц, после чего частично обезвоженную водонефтяную эмульсию направляют на вход теплообменного устройства, перед входом в который в водонефтяную эмульсию подают реагент-деэмульгатор, где способ содержит магнитную обработку в направленном перпендикулярно потоку водонефтяной эмульсии пульсирующем неоднородном магнитном поле для разрушения бронирующих оболочек, при которой нагретую до температуры 90-95°С смесь водонефтяной эмульсии с деэмульгатором неионогенного типа направляют в аппарат магнитной обработки, обрабатывая ее магнитным полем оптимальной частоты 0-50 Гц с шагом 5 Гц, при этом, в случае, если прошедшая обработку ультразвуком и магнитным полем смесь ВНЭ с деэмульгатором удовлетворяет критериям качества, объемная доля воды в нефти менее 0,5%, ее направляют в отстойник установки промысловой подготовки нефти (УППН), при этом, если обработанная смесь ВНЭ с деэмульгатором не удовлетворяет требованиям качества сдачи продукции скважин, ее направляют в турбулизатор, в котором производят дополнительное перемешивание, после чего ее направляют обратно в трубопровод входа в установку, после чего процесс комбинированного обезвоживания водонефтяной эмульсии повторяют. Технический результат - повышение степени расслоения водонефтяной эмульсии. 1 табл., 1 пр., 7 ил.

Способ комбинированного обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий, включающий ультразвуковое воздействие на водонефтяную эмульсию, где частоту ультразвукового воздействия выбирают в зависимости от размера капель воды в водонефтяной эмульсии: для капель, которые попадают в диапазон размером 15-20 мкм – 50-44 кГц; для капель, которые попадают в диапазон размером 30-40 мкм – 32-22 кГц; для капель, которые попадают в диапазон размером 60-80 мкм – 18-12 кГц, после чего частично обезвоженную водонефтяную эмульсию направляют на вход теплообменного устройства, перед входом в который в водонефтяную эмульсию подают реагент-деэмульгатор, отличающийся тем, что содержит магнитную обработку в направленном перпендикулярно потоку водонефтяной эмульсии пульсирующем неоднородном магнитном поле для разрушения бронирующих оболочек, при которой нагретую до температуры 90-95°С смесь водонефтяной эмульсии с деэмульгатором неионогенного типа направляют в аппарат магнитной обработки, обрабатывая ее магнитным полем оптимальной частоты 0-50 Гц с шагом 5 Гц, при этом, в случае, если прошедшая обработку ультразвуком и магнитным полем смесь ВНЭ с деэмульгатором удовлетворяет критериям качества, объемная доля воды в нефти менее 0,5%, ее направляют в отстойник установки промысловой подготовки нефти (УППН), при этом, если обработанная смесь ВНЭ с деэмульгатором не удовлетворяет требованиям качества сдачи продукции скважин, ее направляют в турбулизатор, в котором производят дополнительное перемешивание, после чего ее направляют обратно в трубопровод входа в установку, после чего процесс комбинированного обезвоживания водонефтяной эмульсии повторяют.