УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ОСТАТОЧНОЙ НЕФТИ Российский патент 2022 года по МПК C02F1/40 B01D17/25 

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.

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.

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.

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.

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.

Установка имеет следующие недостатки:

- наличие механических мешалок требует повышенного внимания и затрат на их обслуживание;

- значительные объемные расходы дорогостоящего толуола относительно объемов очищаемой сточной воды, пропорция объемов воды к толуолу равна 30-36 к 1;

- 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;

- 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.

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.

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.

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.

Установка по очистке сточной воды на основе РВС объемом 3000 м³ или 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:

1. Содержание нефти не превышает допустимой величины. Для многих компаний для месторождений с высокой проницаемостью продуктивного пласта это величина равна 50 мг/л.

2. Сточная вода не пригодна для закачки в пласт, так как нефтепродукты в воде превышают лимитированную величину.

Исходя из результатов анализа, установка эксплуатируется в одном из двух режимов подачи воды в РВС.

Режим 1 - сточная вода не требует дополнительной очистки, но вода направляется в установку на основе РВС с двойной целью:

- создать буферный запас воды для бесперебойной работы центробежных насосов станции системы ППД;

- дочистить воду от механических примесей и нефтепродуктов, ведь качественная вода лучше, чем хорошая.

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.

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.

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.

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.

В отличие от известных устройств очистки сточной воды и рассмотренного в заявке прототипа предложенная установка имеет следующие технические новшества с положительным результатом:

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.

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.

3. В отличие от прототипа диспергирование растворителя в потоке воды происходит без вращающихся элементов, обеспечивается благодаря стационарным устройствам различных конструкций.

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.

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.

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. Изобретение касается установки для очистки сточной воды от остаточной нефти, содержащей емкость с функцией отстойника воды и устройство для перемешивания обрабатываемой воды с органическим растворителем. В качестве емкости с функцией отстойника установка содержит резервуар вертикальный стальной (РВС), который имеет два патрубка на разных высотах резервуара для подачи сточной воды в резервуар: 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 в качестве устройства перемешивания 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 пробоотборником. Технический результат - доочистка сточной воды от остаточной нефти путем повышения плотностной разницы между водой и нефтью при обеспечении умеренного расхода органического растворителя, возможность выборочного использования одного из технологических процессов очистки воды от остаточной нефти в зависимости от исходной концентрации нефти в сточной воде. 1 ил.

Установка по очистке сточной воды от остаточной нефти, содержащая емкость с функцией отстойника воды и устройство для перемешивания обрабатываемой воды с органическим растворителем, отличающаяся тем, что в качестве емкости с функцией отстойника установка содержит резервуар вертикальный стальной (РВС), который имеет два патрубка на разных высотах резервуара для подачи сточной воды в резервуар: 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 в качестве устройства перемешивания 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 пробоотборником.