Таблица 12 .1 — Классификация методов воздействия на нефтяные эмульсии
Характеристика стадии процесса
Разрушение бронирующих оболочек
· Применение электростатических полей и полей промышленной частоты
· Применение высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний
· Применение коалес-цирующих насадок
· Промывка в слое пресной воды
· Применение акустических волн
Основными методами разрушения нефтяных эмульсий типа В/Н в настоящее время являются: гравитационное холодное разделение (отстой без подогрева), внутритрубная деэмульсация, центрифугирование, фильтрация, термохимическое воздействие, электрическое воздействие, а также сочетания этих методов.
Для разрушения нефтяных эмульсий, а также для предотвращения их образования широко применяются деэмульгаторы — поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие гораздо большей активностью, чем эмульгаторы.
Основное назначение деэмульгаторов — вытеснить с поверхностного слоя капель воды эмульгаторы — естественные поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нефти (асфальтены, нафтены, смолы, парафин и мехпримеси) и в воде (соли, кислоты).
Вытеснив с поверхностного слоя капель воды природные эмульгирующие вещества, деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, в результате чего капельки воды при столкновении коалесцируют (сливаются) в более крупные капли и оседают. Чем деэмульгатор эффективнее, тем больше он снижает прочность «бронированного» слоя и способствует более интенсивному разрушению эмульсий.
Для более успешного разрушения эмульсий и прекращения их «старения» деэмульгаторы следует подавать на забой скважин и осуществлять «внутрискважинную» деэмульсацию. При подаче деэмульгаторов на забой скважин обычно происходит инверсия эмульсии, т.е. эмульсия типа В/Н превращается в эмульсию типа Н/В, вязкость которой равна 1 мПа × С, так как внешней ее фазой является вода, что существенно снижает потери давления на трение.
Теоретически деэмульгатор является эффективным только для какой- то одной эмульсии, имеющей определенное соотношение фаз и степень дисперсности, а также количество и состав эмульгатора, образующего адсорбционный слой на каплях воды. Следовательно, теоретически, деэмульгаторы в процессе разработки месторождения должны заменяться по мере изменения состава эмульсий и их физических свойств, что практически осуществляется крайне редко.
Под эффективностью деэмульгатора понимают его деэмульсационную способность, которая характеризуется расходом деэмульгатора, качеством подготовленной нефти, минимальной температурой и продолжительностью отстоя нефти. Эффективность определяется по формуле
, (12.1)
где N — степень обезвоживания, % масс.; Wисх и Wост — содержание воды в исходной эмульсии и остаточное содержание воды в отстоявшейся нефти, % масс. Количество воды в нефти определяют при помощи аппарата Дина — Старка.
Внутритрубная (путевая) деэмульсация получила широкое распространение в связи с появлением высокоэффективных деэмульгаторов и применяется в сочетании с другими методами подготовки нефти. Она предусматривает ввод деэмульгатора дозировочным насосом в поток водонефтяной смеси в затрубное пространство на устье скважины или на ГЗУ в начало сборного коллектора (в количестве 15- 20 г на тонну нефтяной эмульсии). В процессе движения водонефтяной эмульсии в подъемных трубах, в выкидных линиях и в сборных коллекторах происходит интенсивное перемешивание, вызывающее ее разрушение на пути следования до УПН.
Внутритрубная деэмульсация позволяет организовать предварительный сброс воды (на ГЗУ, ДНС), что весьма целесообразно при содержании воды в продукции скважин более 30%.
Гравитационное холодное разделение (холодный отстой) осуществляется, как правило, в сырьевых резервуарах в том случае, когда содержание пластовой воды в нефти достигает примерно 60% , в нефти отсутствуют эмульгаторы и эмульсия не является стойкой. Гравитационный отстой осуществляется за счет разностей плотностей пластовой воды и нефти. Гравитационное разделение может осуществляться как с введением деэмульгаторов, так и без них. Расслоение нефти в резервуарах без подогрева происходит в течение нескольких часов. Эмульсия должна подаваться в резервуары равномерно по всей площади через распределительное устройство, расположенное под уровнем пластовой воды, что увеличивает поверхность эмульсии, контактирующей с водяной подушкой, и интенсифицирует процесс расслоения эмульсии.
Отстойники предназначаются для отделения воды от нефти при подаче в них частично или полностью разрушенной эмульсии. Отстойники могут использоваться для предварительного сброса воды при сильно обводненной нефти или для окончательного обезвоживания нефти после нагрева нефтяных эмульсий в блочных или стационарных печах при этом отстойники должны обеспечить на выходе из аппарата содержание воды и солей в пределах, обусловленных стандартами на качество товарной нефти. Последние обычно устанавливаются после каплеобразователей, способствующие эффективному разделению воды и нефти, и увеличивающих тем самым пропускную способность отстойников.
В настоящее время наиболее часто применяют герметизированные отстойники цилиндрической формы непрерывного и полунепрерывного действия. В отстойниках процесс разделения эмульсий совершается либо в условиях статики, либо в условиях ламинарного режима (Re =1 ¸ 2).
Параллельное соединение отстойников на УПН часто приводит к неравномерной их загрузке нефтью и водой, в результате чего нарушается технологический режим работы УПН и снижает эффективность их работы.
Центрифугирование производят в специальных устройствах (центрифугах) используя возникающую в них силу инерции для разделения нефти и воды, как жидкостей, имеющей различные плотности. Разделение водонефтяных эмульсий в центрифугах — исключительно эффективный метод, который пока еще не нашел практического применения.
Фильтрация применяется для расслаивания нестойких эмульсий при пропускании их через фильтрующий (коалесцирующий) слой, выполненный из гравия, битого стекла, древесных и металлических стружек, стекловаты и других материалов.
Деэмульсация нефтей при помощи фильтров основана на принципе селективного (избирательного) смачивания.
Конструктивно фильтры представляют собой колонные аппараты, с коалесцирующим заполнением, размеры которых зависят от объема прокачиваемой эмульсии. Нагретая эмульсия вводится в нижней части колонны, нефть отводится через верх колонны, а вода сбрасывается снизу. Как самостоятельный процесс фильтрация не применяется, а используется в сочетании с теплохимическими методами.
1. Какие существуют способы деэмульгирования нефтей?
2. Охарактеризуйте три основные стадии деэмульсации.
3. Перечислите основные виды деэмульгаторов.
Источник
Добыча нефти и газа
Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!
Основные методы разрушения нефтяных эмульсий
Деэмульгирование нефтяных эмульсий лежит в основе обоих процессов подготовки нефти к переработке — её обезвоживания и обессоливания.
При обезвоживании деэмульгированию подвергают исходную эмульсионную нефть, при обессоливании — искусственную эмульсию, создаваемую при перемешивании нефти с промывной водой. Механизм разрушения нефтяных эмульсий можно разбить на три элементарных стадии: столкновение глобул воды; слияние их в более крупные капли; выпадение капель или выделение в виде сплошной водной фазы. Чтобы обеспечить максимальную возможность столкновения глобул воды, увеличивают скорость их движения в нефти различными способами: перемешиванием в смесителях, мешалках, при помощи подогрева, электрического поля, центробежных сил и др.
Однако для слияния капель воды одного столкновения недостаточно, нужно при помощи деэмульгаторов или другим способом ослабить структурно- механическую прочность слоев, создать наилучшие условия для быстрого и полного отстоя крупных капель воды от нефти. Согласно закону Стокса, скорость движения выпадающих частиц прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности плотностей диспергированных частиц и среды, ускорению силы тяжести и обратно пропорциональна вязкости среды, окружающей частицы. Следовательно, ускорить выпадение капелек воды можно, увеличив их размер, разность воды и нефти и уменьшив вязкость нефти. Разность плотностей можно увеличить, повысив температуру, так как коэффициент расширения воды при температуре примерно до 100°С меньше коэффициента расширения нефти. Вязкость нефти с повышением температуры уменьшается. Способы деэмульгирования нефтяных эмульсий условно можно разделить на следующие группы: • механические -фильтрация, центрифугирование, обработка ультразвуком и др. • термические — подогрев и отстаивание при атмосферном давлении и под избыточном давлением; промывка нефти горячей водой • электрические — обработка в электрическом поле переменного или постоянного тока • химические — обработка эмульсий различными реагентами — деэмульгаторами. В промышленности наибольшее применение нашли комбинированные способы разрушения нефтяных эмульсий.
Основным современным способом деэмульгирования и обезвоживания нефти на промыслах является термохимический отстой под давлением до 15 ат с применением эффективных реагентов — деэмульгаторов. Для обессоливания нефти, главным образом на нефтеперабатывающих заводах, применяют способ, сочетающий термохимический отстой под избыточным давлением с обработкой эмульсии в электрическом поле высокой напряженности. Широко применяется на промыслах электрический способ обезвоживания и обессоливания. Электрический способ обессоливания включает две операции: 1) введение в частично обезвоженную нефть горячей воды для растворения солей и превращения нефти в эмульсию (расход воды на промывку эмульсии 10-15% от объёма нефти); 2) разрушение образовавшейся эмульсии в электрическом поле. При этом вода, выделяющаяся из эмульсии, уносит с собой соли. Обычно при использовании этого способа остаточное содержание воды в нефти 0-2,5%; количество удаляемых из неё солей — 95% и более. Выделение воды из эмульсии подчиняется закону Стокса. Однако основную роль в разрушении эмульсии играет не скорость выпадающих капель диспергированной фазы, а разрушение защитных плёнок глобул и соединение их в крупные капли, которые выпадают с линейной скоростью, определяемой законом Стокса. На этом основании электрический метод — разрушение эмульсии в электрическом силовом поле между электродами. Гидрофобные эмульсии, состоящие из глобул воды в нефтяной среде, разлагаются электрическим током достаточно эффективно. Это обусловлено значительно более высокой электрической проводимостью воды (да ещё содержащей соли) по сравнению с проводимостью нефти (проводимость чистой воды 4*10-8, проводимость нефти 3*10-13). В электрическом поле постоянного напряжения все глобулы эмульсии стремятся расположиться воль силовых линий поля, так как вода имеет большую диэлектрическую постоянную, чем нефть (для нефти она равна примерно 2, для воды — около 80). Элементарные глобулы образуют между электродами водяные нити-цепочки, что вызывает увеличение проводимости эмульсии и увеличение протекающего через неё тока. Между цепочками глобул возникают свои электрические поля, ведущие к пробою и разрыву оболочек и к слиянию глобул в капли, которые начинают быстрее оседать.
При помещении эмульсии в электрическое поле, созданное переменным током, скорость слияния глобул и расслоения эмульсии в 5 раз больше. Это объясняется большей вероятностью столкновения глобул при наличии переменного тока. При этом разрыв оболочек адсорбированного на глобулах эмульгатора облегчается возникающим в них натяжением и перенапряжением. Для обезвоживания малоустойчивых нефтяных эмульсий на нефтепромыслах применяют обычный способ отстаивания воды в резервуарах после смешения с деэмульгатором без подогрева или при подогреве до 30-50°С. Большой эффект даёт также в сочетании с отстаиванием промывка нефтяной эмульсии пластовой водой с деэмульгатором. В зависимости от устойчивости эмульсии опытным путём устанавливается технологический режим (температура, время отстаивания, расход деэмульгатора и др.) обработки полученных на промыслах нефтяных эмульсий. Более быстрое разделение фаз нефтяной эмульсии достигается центрифугированием, при котором силы гравитационного поля заменены в десятки тысяч раз большими центробежными силами. Основным недостатком центрифугирования является относительно низкая производительность сложного аппарата, требующего высококвалифицированного обслуживания.
Источник
Добыча нефти и газа
Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!
Основные методы разрушения нефтяных эмульсий
Деэмульгирование нефтяных эмульсий лежит в основе обоих процессов подготовки нефти к переработке — её обезвоживания и обессоливания.
При обезвоживании деэмульгированию подвергают исходную эмульсионную нефть, при обессоливании — искусственную эмульсию, создаваемую при перемешивании нефти с промывной водой. Механизм разрушения нефтяных эмульсий можно разбить на три элементарных стадии: столкновение глобул воды; слияние их в более крупные капли; выпадение капель или выделение в виде сплошной водной фазы. Чтобы обеспечить максимальную возможность столкновения глобул воды, увеличивают скорость их движения в нефти различными способами: перемешиванием в смесителях, мешалках, при помощи подогрева, электрического поля, центробежных сил и др.
Однако для слияния капель воды одного столкновения недостаточно, нужно при помощи деэмульгаторов или другим способом ослабить структурно- механическую прочность слоев, создать наилучшие условия для быстрого и полного отстоя крупных капель воды от нефти. Согласно закону Стокса, скорость движения выпадающих частиц прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности плотностей диспергированных частиц и среды, ускорению силы тяжести и обратно пропорциональна вязкости среды, окружающей частицы. Следовательно, ускорить выпадение капелек воды можно, увеличив их размер, разность воды и нефти и уменьшив вязкость нефти. Разность плотностей можно увеличить, повысив температуру, так как коэффициент расширения воды при температуре примерно до 100°С меньше коэффициента расширения нефти. Вязкость нефти с повышением температуры уменьшается. Способы деэмульгирования нефтяных эмульсий условно можно разделить на следующие группы: • механические -фильтрация, центрифугирование, обработка ультразвуком и др. • термические — подогрев и отстаивание при атмосферном давлении и под избыточном давлением; промывка нефти горячей водой • электрические — обработка в электрическом поле переменного или постоянного тока • химические — обработка эмульсий различными реагентами — деэмульгаторами. В промышленности наибольшее применение нашли комбинированные способы разрушения нефтяных эмульсий.
Основным современным способом деэмульгирования и обезвоживания нефти на промыслах является термохимический отстой под давлением до 15 ат с применением эффективных реагентов — деэмульгаторов. Для обессоливания нефти, главным образом на нефтеперабатывающих заводах, применяют способ, сочетающий термохимический отстой под избыточным давлением с обработкой эмульсии в электрическом поле высокой напряженности. Широко применяется на промыслах электрический способ обезвоживания и обессоливания. Электрический способ обессоливания включает две операции: 1) введение в частично обезвоженную нефть горячей воды для растворения солей и превращения нефти в эмульсию (расход воды на промывку эмульсии 10-15% от объёма нефти); 2) разрушение образовавшейся эмульсии в электрическом поле. При этом вода, выделяющаяся из эмульсии, уносит с собой соли. Обычно при использовании этого способа остаточное содержание воды в нефти 0-2,5%; количество удаляемых из неё солей — 95% и более. Выделение воды из эмульсии подчиняется закону Стокса. Однако основную роль в разрушении эмульсии играет не скорость выпадающих капель диспергированной фазы, а разрушение защитных плёнок глобул и соединение их в крупные капли, которые выпадают с линейной скоростью, определяемой законом Стокса. На этом основании электрический метод — разрушение эмульсии в электрическом силовом поле между электродами. Гидрофобные эмульсии, состоящие из глобул воды в нефтяной среде, разлагаются электрическим током достаточно эффективно. Это обусловлено значительно более высокой электрической проводимостью воды (да ещё содержащей соли) по сравнению с проводимостью нефти (проводимость чистой воды 4*10-8, проводимость нефти 3*10-13). В электрическом поле постоянного напряжения все глобулы эмульсии стремятся расположиться воль силовых линий поля, так как вода имеет большую диэлектрическую постоянную, чем нефть (для нефти она равна примерно 2, для воды — около 80). Элементарные глобулы образуют между электродами водяные нити-цепочки, что вызывает увеличение проводимости эмульсии и увеличение протекающего через неё тока. Между цепочками глобул возникают свои электрические поля, ведущие к пробою и разрыву оболочек и к слиянию глобул в капли, которые начинают быстрее оседать.
При помещении эмульсии в электрическое поле, созданное переменным током, скорость слияния глобул и расслоения эмульсии в 5 раз больше. Это объясняется большей вероятностью столкновения глобул при наличии переменного тока. При этом разрыв оболочек адсорбированного на глобулах эмульгатора облегчается возникающим в них натяжением и перенапряжением. Для обезвоживания малоустойчивых нефтяных эмульсий на нефтепромыслах применяют обычный способ отстаивания воды в резервуарах после смешения с деэмульгатором без подогрева или при подогреве до 30-50°С. Большой эффект даёт также в сочетании с отстаиванием промывка нефтяной эмульсии пластовой водой с деэмульгатором. В зависимости от устойчивости эмульсии опытным путём устанавливается технологический режим (температура, время отстаивания, расход деэмульгатора и др.) обработки полученных на промыслах нефтяных эмульсий. Более быстрое разделение фаз нефтяной эмульсии достигается центрифугированием, при котором силы гравитационного поля заменены в десятки тысяч раз большими центробежными силами. Основным недостатком центрифугирования является относительно низкая производительность сложного аппарата, требующего высококвалифицированного обслуживания.
Источник
