Устройство для коалесценции эмульсии Советский патент 1992 года по МПК B01D17/04 C10G33/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для коалесценции эмульсии, в которой нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе, и может быть использовано при подготовке нефти и воды на промыслах.

Известно устройство для коалесценции капель одной жидкости, диспергированной в другой жидкости, представляющее собой блок с входными и выходными сторонами, который заполнен коалесцирующим материалом в виде переплетенных нитей и волокон, образующих в глубине блока множество лабиринтных каналов.

Недостатком устройства является сложность изготовления блоков из переплетенных волокон с различной прочностью и полярными свойствами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для коалесценции эмульсий, содержащее горизонтальную цилиндрическую трубу и расположенные в ней продольно обтекаемые потоком коалесцирующие нити, закрепленные на опорных элементах, разделяющих трубу на секции, при этом опорные элементы выполнены в виде рас- пределительных решеток, а доля заполнения объема секции нитями увеличивается по ходу движения потока и составляет для первой секции 10-15%, для второй 20-25% и для последующих 25-35%.

Устройство просто по конструкции.

Проведенные лабораторные испытания показали, что при прохождении потока эмульсии через устройство укрупнение мелких капель действительно проходит на по- верхности продольных обтекаемых и свободно распологающихся вдоль потока нитях, закрепленных на решетках. Однако при движении потока исходной эмульсии вдоль нитей только часть скоалесцирован- ных частиц нефти способны укрупниться и вследствие поля естественной гравитации выделиться в верхнюю часть устройства. Степень коалесценции частиц нефти при этом составляет 80-90%. Основное же коли- чество нефти (более 200 мг/л) остается в эмульгированном состоянии и потоком эмульсии выводится из устройства, т.е. требует дальнейшей обработки.

Низкие эффективность и степень коа- лесценции эмульсий (нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе) обусловлены тем, что часть потока коалесцируе- мой эмульсии свободно проходит между

гидрофобными нитями, натянутыми в секциях, не соприкасаясь с ними.

Целью изобретения является повышение эффективности коалесценции эмульсий за счет повышения работы коалесцирующих элементов.

В устройстве для коалесценции эмульсий, содержащем горизонтальную цилиндрическую трубу, разделенную распределительными решетками на секции, заполненные коалесцирующим материалом с увеличением объема заполнения секций по ходу движения потока, патрубки для отвода выделившегося газа и уловленной нефти, соедиенные общим трубопроводом, в каждой секции одна из решеток выполнена подвижной относительно продольной оси горизонтальной цилиндрической трубы, устройство снабжено вертикальным цилиндрическим отстойником, верхняя часть которого соединена с общим трубопроводом условленной нефти и газа, а нижняя - с горизонтальной трубой.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для коалесценции эмульсий, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно, установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалесцирующим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 условленной нефти и газа соединен с верхней зоной 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы, образуя перепускное окно 13. Устройство содержит патрубки для вывода уловленной нефти и газа 14 и очищенной воды 15.

Устройство работает следующим образом.

Эмульсия типа нефть в воде поступает по горизонтальной цилиндрической трубе 1 через подвижную решетку 2 в первую по ходу движения потока секцию 5, заполненную на 20-30 об.% коалесцирующим материалом б, представляющим собой смесь гидрофобно-гидрофильных веществ, например полиэтиленовых и древесных стружек. При прохождении эмульсии типа нефть в воде через секцию, заполненную полиэтиленовыми и древесными стружками, гидрофобные частицы (капли нефти) осаждаются на полиэтиленовых стружках, при достижении критической толщины пленка нефти открывается и за счет гравитационного поля поднимается в верхнюю зону устройства. Мелкие же капли воды, входящие в состав нефтяных пленок, при соприкосновении с древесными стружками, смоченными водой (гидрофильный материал), переходят в состав водных пленок на стружках, а при достижении также критической толщины стекают в нижнюю зону.

Процессы коалесценции капель нефти и воды интенсифицируются дополнительно при сжатии гидрофильных и гидрофобных стружек. На поверхности коалесцирующего материала происходят соударение и укрупнение капель нефти и воды. Укрупнение частиц нефти и капель воды, находящихся в каплях нефти, на поверхности коалесцирующего материала происходит за счет тангенциальных составляющих скоростей турбулентного потока и возвратно-поступательного движения коалесцирующего материала под воздействием силы скоростного напора потока и силы упругости пружин, соединяющих подвижные и неподвижные решетки.

Наличие в устройстве подвижных решеток 2, приводящихся в движение энергией скоростного напора и силами упругости пружин 4, позволяет автоматически осуществлять постоянный процесс регенерации (очистки) коалесцирующего материала и интенсифицировать процесс коалесценции эмульсий. Не успевшие коалесцироваться в первой секции частицы нефти и воды поступают через неподвижную 3 и подвижную 2 решетки в следующую секцию 5, доля заполнения объема которой коалесцирующим материалом больше первой секции и составляет 35-45%. Здесь происходит окончательное укрупнение частиц нефти и воды и их переход в верхнюю и нижнюю зоны устройства.

Отвод укрупненных капель нефти и воды с поверхности коалесцирующего материала происходит при его сжатии под действием силы скоростного напора, при этом сила скоростного напора потока больше суммы сил упругости пружин и коалесци- рующего материала. Когда сила скоростного напора потока становится меньше сил суммы сил упругости пружины, происходит разжатие пружин и коалесцирующего материала, способствующее укрупнению последовательно прилипающих на поверхности коалесцирующего материала капель нефти и воды, и отвод их в соответствующие зоны.

Так как цикл сжатия и разжатия коалесцирующего материала и пружин осуществляется непрерывно, то и процесс укрупнения и отвода укрупненных капель

нефти и воды с поверхности коалесцирующего материала происходит непрерывно.

Уловленная нефть из верхней зоны горизонтальной трубы по общему трубопроводу 9 уловленной нефти и газа через

0 выходной конец 8 поступает в верхнюю зону отстойника 10, откуда через патрубок 14 вы-, водится на установку подготовки нефти. Выделившаяся вода из нижней зоны горизонтальной трубы через перепускное

5 окно 13, образованное при соединении выходного конца 12 горизонтальной трубы 1 с вертикальным отстойником 7, поступает в нижнюю зону 11 отстойника 7, откуда через патрубок 15 вывода очищенной воды с со0 держанием нефти до 15 мг/л отводится потребителю, в частности в систему поддержания пластового давления (ППД).

В нижней зоне 11 отстойника 7 происходит дополнительный отстой воды, посту5 пающей через перепускное окно 13, а в верхней зоне 10 - накопление нефти, поступающей по общему трубопроводу 9. Накопленная в верхней зоне 10 нефть работает как гидрофобный фильтр для очистки воды

0 от нефти и наоборот. Накопленная нефть из верхней зоны 10 непрерывно отводится через патрубок 14.

Таким образом, верхняя и нижняя зоны отстойника 7 работают соответственно как

5 гидрофобный фильтр и отстойная камера, что дополнительно улучшает процесс коалесценции капель нефти и воды в эмульсии. Пример. Нефтесодержащая вода (эмульсия типа нефть в воде) плотностью

0 1,06 г/см3 с содержанием нефтепродуктов 2437 мг/л и размерами капель нефти 30-190 мкм по горизонтальной цилиндрической трубе 1 поступает через подвижную решетку 2 в первую секцию 5, в которой располо5 жен коалесцирующий материал 6. В качестве коалесцирующего материала используют полиэтиленовые и древесные стружки. Соотношение объемов полиэтиленовых и древесных стружек составляет 4:3. Оптимальное соотно0 шение (4:3) подбирают экспериментальным путем. Доля заполнения объема первой секции коалесцирующим материалом составляет 20-30% и подбирается также экспериментальным путем.

5Загрязненная нефтепродуктами вода,

контактируя в первой секции с коалесцирующим материалом, заполняющим объем между подвижными и неподвижными решетками, равномерно распределяется в ней. При этом часть нефтепродуктов с размерами капель 50-190 мкм укрупняется и отводится в верхнюю зону первой секции, а вода с остатками нефтепродуктов порядка 100-110 мг/л через неподвижную решетку 3 и подвижную решетку 2 поступает в следующую секцию 5, где происходит окончательное укрупнение капель нефти и их выделение в верхнюю зону устройства. Доля заполнения объема второй секции коа- лесцирующий материалом составляет 35-45% и также подбирается экспериментальным путем.

Уловленная нефть из верхней зоны устройства поступает по общему трубопроводу 9 в верхнюю зону 10 отстойника 7, откуда через патрубок 14 направляется на установку подготовки нефти. Выделившаяся вода из нижней части горизонтальной трубы через перепускное окно 13 поступает в ниж- нюю зону отстойника с содержанием нефтепродуктов 15-20 мг/л, где происходит дополнительный отстой, откуда с содержанием нефтепродуктов 12-15 мг/л направляется в систему ППД. Удельная производительность устройства составляет 60 м3/мЛ

Результаты, полученные при испытании предлагаемого и известного устройств для коалесценции эмульсий, приведены в таб- лице.

Как видно из приведенных в таблице данных, при использовании для коалесцен0

5 0 5

0

ции эмульсий предлагаемого устройства количество нефтепродуктов, оставшихся в воде, отделившейся в процессе коалесценции, равно 15 мг/л, а при использовании известного - 260 мг/л, т.е. количество нефтепродуктов в воде снизилось более чем в 17 раз.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для коалесценции эмульсий состоит в том, что при использовании его повышается степень коалесценции (очистки) до 99,4% по сравнению с 89% в известном.

Формула изобретения Устройство для коалесценции эмульсий, содержащее горизонтальную цилиндрическую трубу, разделенную распределительными решетками на секции, заполненные коалесцирующим материалом с увеличением объема заполнения секций по ходу движения потока, патрубки для отвода выделившегося газа и уловленной нефти, соединенные общим трубопроводом, отл и- чающееся тем, что, с целью повышения эффективности коалесценции, в каждой секции одна из решеток выполнена подвижной относительно продольной оси горизонтальной цилиндрической трубы, устройство снабжено вертикальным цилиндрическим отстойником, верхняя часть которого соединена с общим трубопроводом уловленной нефти и газа, а нижняя - с горизонтальной трубой.

Вид А

изобретение относится к области нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для коалес- ценции эмульсии, в которой нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе, и может быть использовано при подготовке нефти и воды на промыслах. Целью изобретения является повышение эффективности коалесценции эмульсии за счет повышения эффективности работы коалесци- рующих элементов. Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно, установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалёсцирую- щим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 уловленной нефти и газа соединен с верхней частью 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы, образуя перепускное окно 13. Устройство содержит патрубки 14 и 15 для вывода уловленной нефти и газа и очищенной воды соответственно. 2 ил., 1 табл. (Л С

Фиг.2