Система отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи Российский патент 2024 года по МПК B01D17/04 

Предложенное решение относится к способам фильтрационного разделения водной эмульсии, в частности, к способам очистки воды от нефти, масел, маслонефтепродуктов, жиров (растительного и животного происхождения) и др. органических веществ. Может быть использовано в нефтедобывающей, химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в системах очистки сточных вод и для отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи.

Наиболее близким к предлагаемому решению является система отделения нефти от сопутствующей воды (патент на изобретение RU № 2767886, МПК B01D 17/04, 2022 г.), содержащая отстойник и коалесцер с горизонтальным слоем открытопористого, пропитанного водой гранулированного материала, над слоем которого установлен патрубок подвода эмульсии, а в нижней части коалесцера – патрубок отвода очищенной воды. Наличие отдельного отстойника усложняет систему, повышает ее металло- и материалоемкость. Использование только одного слоя гранулированного материала и отсутствие каналов отвода собранной нефти из слоя и из-под слоя гранулированного материала снижает эффективность отделения нефти от сопутствующей воды.

Технический результат предложенного решения заключается в упрощении системы, уменьшении ее материалоемкости, в повышении эффективности отделения нефти от сопутствующей воды и расширении арсенала технических средств, предназначенных для отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи, включающей, по крайней мере, один отстойник и коалесцер с горизонтальным слоем открытопористого, пропитанного водой гранулированного материала, над которым установлен патрубок подвода эмульсии, а в нижней части коалесцера – патрубок отвода очищенной воды, пространство коалесцера над слоем гранулированного материала выполняет функцию отстойника и снабжено патрубком отвода нефти, расположенным выше патрубка подвода эмульсии, а в качестве гранулированного материала используются гранулы «ОреФильтр». Использование пространства над слоем гранулированного материала в качестве отстойника упрощает систему, снижает ее металло- и материалоемкость.

В предложенном решении коалесцер снабжен опорной решеткой, на которой расположен слой гранулированного материала, через опорную решетку и слой гранулированного материала проходят трубы, снабженные в верхней части обратными клапанами, а нижнее входное отверстие труб расположено непосредственно под слоем гранулированного материала. Наличие каналов отвода собранной нефти (труб с обратными клапанами) из-под слоя гранулированного материала в отстойную зону повышает эффективность отделения нефти от сопутствующей воды, т.к. устраняет противоток очищаемой воды и собранной нефти.

В предложенном решении под слоем гранулированного материала размещен дополнительный фильтрующий слой, состоящий из нанопористых частиц с открытыми порами, которые пропитаны водой и имеют размер меньше, чем размер гранул основного слоя, что повышает эффективность отделения нефти от сопутствующей воды, т.к. позволяет обеспечить более плотное взаимодействие мельчайших частиц нефти между собой и блокирует проникновение в дополнительный фильтрующий слой укрупненных в верхнем слое капель нефти.

На чертеже схематично изображена система отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи. В вертикальном цилиндрическом корпусе 1 коалесцера расположен горизонтальный слой 2 открытопористого, пропитанного водой гранулированного материала, в качестве которого используются гранулы «ОреФильтр». Корпус 1 снабжен патрубком подвода эмульсии 3, размещенным над слоем 2, а в нижней части коалесцера размещен патрубок отвода очищенной воды 4. Пространство в корпусе 1 над слоем 2 выполняет функцию отстойника 5 и снабжено патрубком отвода нефти 6, размещенного выше патрубка подвода эмульсии 3. Корпус 1 снабжен опорной решеткой 7, на которой расположен слой 2, а через опорную решетку 7 и слой 2 проходят трубы 8, снабженные в верхней части обратными клапанами 9. Нижнее входное отверстие труб 8 расположено непосредственно под слоем 2, то есть непосредственно над решеткой 7 (или, как вариант, на выходе из решетки 7, т.е. непосредственно по ней). Под слоем 2 в корпусе 1 размещен дополнительный фильтрующий слой 10. Слой 10 состоит из нанопористых частиц с открытыми порами (например, трепела) или гранул «ОреФильтр», которые пропитаны водой и имеют размер меньше, чем размер гранул основного слоя 2.

Система отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи работает следующим образом.

До начала работы гранулированный материал в слое 2 и частицы (гранулы) частиц дополнительного фильтрующего слоя 10 пропитывают водой. Наличие в гранулах и частицах, обладающих ярко выраженными гидрофильными свойствами, открытых пор нанометрового размера приводит к тому, что при контакте с водой все поровое пространство заполняется водой с одновременным вытеснением воздуха. После этого любое взаимодействие гранул с неполярными и слабополярными нерастворимыми в воде (и не разлагающимися водой) жидкостями становится трудноосуществимым за счет олеофобных свойств воды, окружающей каждую гранулу (частицу).

Эмульсия (загрязненная нефтью вода) подается в корпус 1 через патрубок подвода эмульсии 3 и движется сверху-вниз через гранулы «ОреФильтр» слоя 2, а затем и через частицы дополнительного фильтрующего слоя 10. Разделение двух жидких несмешивающихся фаз (воды и нефти) в процессе фильтрации происходит благодаря совокупности нескольких сопутствующих эффектов. На первоначальной стадии фильтрации, поступающие мелкие капли эмульсии статистически задерживаются в межгранульном пространстве в застойных местах, где скорость потока замедлена. В дальнейшем происходит коалесценция нескольких совместно удержанных капель. Вначале это сопровождается увеличением размера капель нефти, а затем заполнением межгранульного пространства нефтяной фазой. При достижении определенного количества удержанных фильтром маслонефтепродуктов эффективность фильтра возрастает. Это связано с образованием протяженной структуры, образованной уловленной нефтью и названной «нефтяной сетью».

В силу несмачиваемости нефтью гранул (частиц), образующих слои 2 и 10, между гранулами и «нефтяной сетью» остаются каналы, размер которых сопоставим с размером капель входящей эмульсии, что существенно повышает качество очистки воды. В процессе фильтрации накопление нефти в фильтре приводит к расширению «нефтяной сети» и «проскоку» сформировавшихся крупных капель и частей «нефтяной сети», как выше фильтра, в пространство, выполняющее функцию отстойника 5, так и под фильтр. Из отстойника 5 собранная нефть отводится через патрубок отвода нефти 6.

Скоалесцированные в слое 2 капли нефти могут «пробиваться» в отстойник 5 противотоком к движению эмульсии, «затормаживая» процесс. Чтобы снизить это сопротивление и повысить эффективность процесса коалесцер оборудован опорной решеткой 7 с закрепленными на ней вертикальными трубами 8. Проходящие через слой 2 трубы 8 снабжены в верхней части обратными клапанами 9, а в нижней – входным отверстием, которое расположено непосредственно под слоем 2, и служит для входа скоалесцированной нефти. Накопившаяся в трубе 8 скоалесцированная нефть, преодолев сопротивление обратного клапана 9, поднимается в отстойник 5. Возможно также кратковременное периодическое принудительное открытие обратных клапанов 9 с одновременным снижением давления подаваемой эмульсии.

Дополнительный фильтрующий слой 10 служит для более тонкой очистки эмульсии от нефти, и, кроме того, блокирует проникновение в слой 10 укрупненных в слое 2 капель нефти.

Таким образом, предлагаемая система отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи позволяет упростить систему, уменьшить ее материалоемкость, повысить эффективность отделения нефти от сопутствующей воды и расширить арсенал технических средств, предназначенных для отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи.

Изобретение относится к фильтрационному разделению водной эмульсии. Изобретение касается системы отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи, включающей коалесцер с горизонтальным слоем открытопористого, пропитанного водой гранулированного материала, над которым установлен патрубок подвода эмульсии, а в нижней части коалесцера – патрубок отвода очищенной воды. Пространство коалесцера над слоем гранулированного материала выполняет функцию отстойника и снабжено патрубком отвода нефти, расположенным выше патрубка подвода эмульсии, а в качестве гранулированного материала используются гранулы «ОреФильтр». Технический результат – упрощение конструкции, уменьшении ее материалоемкости, в повышении эффективности отделения нефти от сопутствующей воды и расширении арсенала технических средств, предназначенных для отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система отделения нефти от сопутствующей воды в процессе нефтедобычи, включающая коалесцер с горизонтальным слоем открытопористого, пропитанного водой гранулированного материала, над которым установлен патрубок подвода эмульсии, а в нижней части коалесцера – патрубок отвода очищенной воды, отличающаяся тем, что пространство коалесцера над слоем гранулированного материала выполняет функцию отстойника и снабжено патрубком отвода нефти, расположенным выше патрубка подвода эмульсии, а в качестве гранулированного материала используются гранулы «ОреФильтр».

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что коалесцер снабжен опорной решеткой, на которой расположен слой гранулированного материала, через опорную решетку и слой гранулированного материала проходят трубы, снабженные в верхней части обратными клапанами, а нижнее входное отверстие труб расположено непосредственно под слоем гранулированного материала.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что под слоем гранулированного материала размещен дополнительный фильтрующий слой, состоящий из нанопористых частиц с открытыми порами, которые пропитаны водой и имеют размер меньше, чем размер гранул основного слоя.