Устройство для очистки сточной воды от нефти Российский патент 2024 года по МПК C02F1/40 B01D17/38 E21B43/34 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности в области сбора и подготовки скважинной продукции, в частности, к установкам по доочистке сточной воды, используемой для системы поддержания пластового давления нефтяного месторождения.

Процесс разделения нефти и воды на промыслах происходит в горизонтальных емкостях типа ОГ-200 объемом 200 м³, в резервуарах вертикальных стальных различного объема: РВС-2000, 3000, в трехфазных сепараторах типа Хитер-Тритер и в отстойниках различных конструкций.

После разделения скважинной продукции в виде нефти и сточной воды необходимо для системы поддержания пластового давления (ППД) воду доподготовить, то есть удалить из нее значительную часть остаточной нефти и механических примесей. С тем чтобы приемистость нагнетательных скважин системы ППД поддерживалась на начальном уровне длительное время необходимо, чтобы качество воды соответствовало нормируемым требованиям. Во многих компаниях для нефтяных пластов со средней и выше проницаемостью содержание нефти в сточной воде не должно превышать величину 30-50 мг/л.

Известна конструкция фильтрующего отстойника марки ФЖ-2973 (Зейгман Ю.В. Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений: учеб. пособие - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007, на с. 152), служащего для доочистки сточной нефтепромысловой воды. Частички нефти из воды в отстойнике удаляются с помощью полиэтиленовых гранул, имеющих гидрофобную поверхность. Недостаток устройства заключается в том, что пространство между гранулами быстро засоряется адгезированной нефтью и для эффективной работы фильтрующих кассет необходимо их периодически промывать органическим растворителем.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих вод (АС СССР №1699935, опубл. 23.12.91, бюл. №47), по которому разделение потока воды и частиц нефти происходит за счет двух процессов:

- благодаря диспергатору на входе в гидроциклонную часть устройства частицы нефти хаотично ударяются друг с другом, их бронирующие оболочки разрушаются и частички нефти коалесцируют, укрупняются в размерах;

- в циклонной части укрупненные частицы нефти собираются вокруг оси входного патрубка в сепарационную емкость - отстойник.

Описанные процессы способствуют быстрому всплытию частиц нефти из объема воды в отстойнике. Недостатком устройства является то, что диспергирующее устройство со временем будет сужаться из-за адгезии частиц нефти благодаря высокому содержанию в такой остаточной нефти веществ с промежуточной полярностью (асфальтены, смолы и мехпримеси). При определенно малом диаметре сужающего диспергатора может начаться обратный процесс дробления частиц нефти на более мелкие элементы.

Прототипом заявляемого устройства является гидроциклон для очистки нефтесодержащих сточных вод (патент РФ на изобретение №2019305, опубл. 15.09.1994). Гидроциклон состоит из цилиндрического корпуса, в который сточная вода заводится через тангенциально расположенный патрубок. Благодаря этому на поток воды действует центробежная сила, относительно тяжелая вода выносится на периферию движения, то есть к стенкам корпуса. Частицы нефти собираются в центральной части циклона и отбираются наружу с помощью патрубка, в котором организовано пониженное давление.

Недостатком технического решения является организация внутри гидроциклона лишь одного процесса - движения сточной воды по окружности и воздействия на частицы нефти и воды центробежной силы. Эта сила сепарирует нефть и воду в горизонтальной плоскости устройства из-за их плотностной разницы, но слабо стимулирует частицы нефти к слиянию друг с другом из-за организации движения частиц нефти лишь в одном направлении. Такое движение не провоцирует взаимных столкновений частиц нефти, необходимых для коалесценции и укрупнения.

Анализ содержания технических решений (стр. 328 и 322 монографии: Тронов В.П., Тронов А.В. Очистка вод различных типов для использования в системе ППД. - Казань: «Фэн, 2001. - 560 с.) показывает то, что успешность удаления частиц нефти из сточной воды базируется на использовании центробежной силы и коалесценции частиц нефти с последующим ускоренным всплытием из водной среды по формуле Д.Г. Стокса.

Технической задачей по изобретению является создание устройства для очистки сточной воды от нефти, в котором эти два необходимых физических процесса будут протекать в одном корпусе при минимальной металлоемкости устройства. Устройство должно иметь длительный срок безаварийной и режимной эксплуатации при минимальном контроле со стороны персонала нефтегазодобывающего предприятия.

Поставленная задача выполняется в устройстве для очистки сточной воды от нефти, состоящем из корпуса, патрубка для ввода в корпус сточной воды, патрубка для вывода очищенной воды в нижней части корпуса и патрубка для вывода нефти с водой в верхней части корпуса, согласно изобретению корпус выполнен в форме параллелепипеда с квадратным сечением по горизонтальной плоскости, к патрубку для ввода в корпус сточной воды примыкает конструкция, состоящая из четырех равных по сечению и длине трубок, соединенных с верхней частью граней корпуса с одной стороны, правой или левой, таким образом, чтобы внутри корпуса было создано круговое движение входящей в корпус сточной воды по направлению движения часовой стрелки или в обратном направлении.

Корпус устройства имеет четыре одинаковых прямоугольных граней, сточная вода вводится через эти грани, выводится из нижней части корпуса, а нефть с водой отводится с верхней части корпуса.

На фиг. 1 приведен вид устройства со стороны одной из граней, на фиг. 2 приведен вид сверху, на фиг. 3 показан разрез устройства по плоскости А-А в зоне четырех входных трубок для подачи сточной воды.

Устройство для очистки сточной воды от нефти состоит из корпуса 1, патрубка 2 для ввода в корпус сточной воды с задвижкой 3, патрубка 4 для вывода нефти с водой с задвижкой 5, патрубка 6 для вывода очищенной воды, четырех трубок 7 для ввода сточной воды в корпус 1.

На фиг. 3 стрелками показано направление движения сточной воды внутри корпуса 1.

Устройство для очистки сточной воды от нефти эксплуатируется следующим образом.

1. Сточная вода с остаточным содержанием нефти поступает на патрубок 2 через задвижку 3 и распределяется равномерно по объемному расходу на четыре части по трубкам 7.

2. В корпус 1 сточная вода заходит с одинаковыми расходами с четырех сторон через грани, причем через крайние стороны граней, только через правые части во всех гранях или только через левые части. Такое расположение входов обеспечивает протекание двух процессов внутри корпуса 1:

- закручивание потока сточной воды в одном из направлений: по часовой стрелке или наоборот; это обеспечивает разделение воды и частиц нефти центробежной силой благодаря плотностной разнице между флюидами;

- поток воды будет идти параллельно грани корпуса устройства и ударяться перпендикулярно об аналогичный поток, идущий вдоль другой грани корпуса устройства; частички нефти будут сталкиваться и коалесцировать, расти в размерах.

3. На осевой линии устройства будет находиться вода с высоким содержанием нефти, на периферии и ниже уровня ввода сточной воды с четырех граней корпуса будет находиться вода с минимальным содержанием нефти. Очищенная вода свободно выводится из нижней части корпуса 1 через патрубок 6.

4. Вода с повышенным содержанием нефти выводится из осевой части корпуса через патрубок 4 благодаря снижению давления среды после задвижки 5. Объемный расход жидкости через патрубок 4 регулируется задвижкой 5. Оптимальный расход воды и нефти по патрубку 4 достигается путем постепенного открытия задвижки 5 и периодического отбора проб воды и замера содержания нефти в сточной воде на входе в устройство (патрубок 2) и в очищенной воде на выходе из устройства (патрубок 6).

При достижении необходимого качества сточной воды по содержанию остаточной нефти по пробам из патрубка 6 определяется необходимое положение прикрытия задвижки 5 и вывода нефти с водой из устройства.

Следует отметить механизм закручивания четырех потоков в определенном направлении. Рассмотрим механизм с позиции уравнения Бернулли, характерный для сужений в трубопроводе. Известно, что в зоне сужения трубопровода скорость движения жидкости возрастает, а давление снижается. На основании этого явления действует целый ряд эжекторов и других дроссельных устройств.

На месте входа сточной воды в корпус скорость потока υ_i еще значительна, а давление равно P₁ (фиг. 3, трубка вверху с правой стороны). В этот поток ударяется поток со стороны другой - перпендикулярной грани. Поток уже расширился, так как преодолел расстояние, почти равное длине грани корпуса, и увеличилась площадь движения потока. При этом скорость его движения υ₂ стала ниже, чем начальная скорость υ₁, а давление Р₂ выше, чем давление P₁. Сточная вода одного потока вовлекается в среду и движение другого потока. Такая картина повторяется 4 раза, обеспечивая круговое движение жидкости внутри корпуса 1.

Горизонтальное сечение корпуса имеет квадратную форму для того чтобы внутри устройства организовать равномерное круговое движение воды и направить укрупнившиеся частицы нефти к осевой и вертикальной линии устройства. Скорость подъема частиц нефти определенного средневзвешенного диаметра определяется универсальной формулой Д.Г. Стокса, поэтому скорость движения потока воды вниз должна быть меньшей, чем скорость подъема частиц нефти. Это обеспечивается в реальных условиях задвижками 3 и 5.

В заявляемое устройство подается сточная вода с определенным расходом, например, 500 м³/сут при закрытой задвижке 5 патрубка 4 для вывода нефти. Далее задвижка 5 плавно открывается для отбора частиц нефти, которые собрались на осевой линии устройства и всплыли вверх из-за плотностной разницы нефти и воды.

Устройство имеет небольшие габариты и может также служить как входная часть в стандартные горизонтальные отстойники типа ОГ-200 или резервуара типа РВС-2000 и РВС-3000.

В устройстве реализован необходимый процесс - внутри параллелепипеда с квадратным сечением происходит круговое движение потока сточной воды и одновременное столкновение частиц воды и нефти за счет формы корпуса устройства, за счет прямых углов и одинаковых граней корпуса.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности в области сбора и подготовки скважинной продукции, в частности к установкам по доочистке сточной воды, используемой для системы поддержания пластового давления нефтяного месторождения. Устройство состоит из корпуса, патрубка для ввода в корпус сточной воды, патрубка для вывода очищенной воды в нижней части корпуса и патрубка для вывода нефти с водой в верхней части корпуса. Корпус выполнен в форме параллелепипеда с квадратным сечением по горизонтальной плоскости. К патрубку для ввода в корпус сточной воды примыкает конструкция, состоящая из четырех равных по сечению и длине трубок, соединенных с верхней частью граней корпуса с одной стороны, левой или правой. Такой ввод сточной воды, одинаковый со стороны четырех граней корпуса, обеспечивает организацию кругового движения воды внутри корпуса по часовой стрелке или наоборот. Технический результат: разделение частиц нефти и воды. 3 ил.

Устройство для очистки сточной воды от нефти, состоящее из корпуса, патрубка для ввода в корпус сточной воды, патрубка для вывода очищенной воды в нижней части корпуса и патрубка для вывода нефти с водой в верхней части корпуса, отличающееся тем, что корпус выполнен в форме параллелепипеда с квадратным сечением по горизонтальной плоскости, к патрубку для ввода в корпус сточной воды примыкает конструкция, состоящая из четырех равных по сечению и длине трубок, соединенных с верхней частью граней корпуса с одной стороны, правой или левой, таким образом, чтобы внутри корпуса было создано круговое движение входящей в корпус сточной воды по направлению движения часовой стрелки или в обратном направлении.