Применение процесса тонкослойного разделения жидкостей на нефтепромысле

Керимов Агшин Керем оглу,

соискатель Азербайджанского архитектурно-строительного уиверситета.

Задачей технологической схемы подготовки продукции нефтяных сква­жин на промысле является отделение из общей жидкости нефти и доведение её качества до нормативной кондициии. Разделение сырой нефти и плас­товых вод осуществляется в традиционных аппаратах, принцип действия ко­то­рых основан на процессе гравитационного отстаивания продукции сква­жин. Эффектиность работы таких аппаратов оценивается качеством полу­чен­ной из них нефти и пластовый воды. Чем лучше организован процесс от­стаи­ва­ния ­продукции скважн, тем меньше водо­содержание товарной нефты и загрязненность пластовых вод. Многолетними исследованиями установлены су­щественные недастадки эксплуатируемых сепараторов, конс­трук­ция и эф­фек­тивность работы которых не отвечают современным тре­бованиям, пред­ъявляемым к нефтепромысловой технике и качеству товарной нефти.

Интенсификация процеса отстаивания жидкостей являлась целью мно­гих работ, проведенных в последние дисятилетия [1, 2]. В результате их было устоновлено, что наиболее преспективным способом отставания разно­плот­нос­тных жидкостей является отстаиваиние их в тонком слое. Умень­ше­ние высоты остаивания ведет к сокращению продолжительности разделения фаз, снижает турбулентное перемешивание потока, сокращает объемы и площади сооружений, способствует повышению эффективности их работы.

 Применение тонкослойного отстайника на нефтепромысле дает прици­пи­аль­ную возможность совмещения техноло­гических процессов в одном сооружении, позволит наряду с повышением качества отделившейся нефти сократить число аппаратов на нефте­промыслах, существенно уп­ростить их обслуживание и предупредить высокую загрязнённость пласто­вых вод.

Несмотря на кажущуюся простоту организации процесса тонкос­лой­ного отстаивания в известных конструкциях сооружений не удается в полной мере достичь преимуществ, которые может дать этот перспективный метод [3]. Опыт практического осуществления идей выделения взвешанных ве­ществ из воды в тонком слое, как в нашей стране так и за рубежом показал, что в тон­ко­слойных отстойниках в первую очередъ необхадимо достичь рав­не­мерного распределения жидкости между наклонными паралельными плас­тинами и постоянного сползания по ним выделяющихся осодков.

Известные констуктивные решения вопроса равномерного водорас­пре­де­ления в тонкослойных отстойниках с наклонным движением в них воды не могут считаться лучшими,т.к. приняты произволыно и несогласуются с за­конами гидравлики. На самом деле, для достижения равных скоротей те­че­ния жидкости между всем параллелными пластинами необходимо,чтобы по­ток воды, дви­гаюшийся над ними, равномерно раздавал свой расход по меж­плас­­тинчатым зазором (рис.1). Таким образом, объем 1 над пластинами яв­ляется распре­делительным объемом, а поток воды в немоткрытым потоком с пе­ременной массой. Условие отвода из основного потока переменной массы равных расходов воды требует,чтобы скорость этого потока в точках от­вет­вления была одинаковой. Этот закон нарушается при горизонтальном или наклонном расположении линии кромок пластин, т.к. в распределительном обьме постоян­ного сечения происходит непрерывное уменьшение расхода и ско­рости воды. Для того, чтобы кромки пластин отсекали из потока воды в рас­пределителе равные расходы, необходимо обеспечить соответствие между возвышением каждой кромки пластин над предыдущей со скоростью воды в данном сечении, т.е.возвышение друг над другом смежных пластин по длине распределителя должно быть различным. в таком случае линия кромок плас­тин должна быть криволинйной.

Решаюшим факторам, опеределяюшим степень использования рабо­че­го обьема, является режим движения в распределителе потока воды, фор­ми­рую­щийся в зависимости от конструктивных и гидравлических пара­метров отстой­ника, таких как расход воды в сооружении,глубина и длина распре­дели­теля, угол оттока воды из основного потока в межпластинчатое прос­тран­­ство, скорость течения воды между пластинами. Все указанные пара­мет­ры непосредственно связаны с технологическими расчетами процесса от­ста­иванния и только изменяющаяся глубина распределителя может при­ниматься произвольно,т.к. не участвуеит в этих расчетах. В то же время регулирование ее величины по длине распределителя может оказаться достаточным для достижения равного оттока воды во все межпластинчатые простронства. В этом случае решение данного вопроса сведется к определению очертания линии,образованной в продолыном сечениии сооружения верхними и ниж­ними кромками параллельных пластин.

Рис. 1. а) схема тонкослойного отстойника; б) схема определения элементарной длины dх распределителя.

Рассматривая поток воды по длине Л распределительного объема как поток с равномерно убывающим расходом Г вдоль пути, воспользуемся уравнением теории гидравлики переменной массы и указанныами схемами, получим уравнение движения потока жидкости в распределителе при ширине В. Проинтегрируем это уровнение,где переменной вдоль распре­делителя является глубина щ потока т.е. удаление верхних кромок пластин от зеркала воды. Произведя упрощения решим уравнение относително щ

щ=,

где q – проекция скорости отделения расходов воды на направление скорости основново потока.

Полученное уравнение дает возможность получить единстенно верное очертание кривай обеспечивающей равномерный отток жидкости во все меж­платиначатые пространства отстойника.

Продукция нефятнных скважин представляет собой химически слож­ную, термодинамически неустойчивую систему и отличается высоким со­дер­жанием минеральных примесей, выносимых из пластов (10-20 гр/л) [5, 6]. В условиях протока такой жидкости сквозь узкие межпластинчатые пространства отстойника его живое сечение в той или иной степени сократится осевшими на пластинах вязкими системами.В результате может нарушится гидрав­лический режим течения жидкости в сооружении, а в итоге и основной процесе-отстаоивание.

Слой осадков выпавших на пластины представляет собой много­ком­по­нентную и полидисперсную систему, состо­ящую из частичек кварца, глины, раз­личных минералов, окалины, парафина, церезина, асфаль­тенов, солей , неф­ти и прочее, имеющих самые разнообразные формы, размеры и коли­чес­твенное соотношение.

К выбору расчетных параметров отстойника в этом случае следует подходить с учетом физико–механических свойств осевших на пластинах слоя, характера его движения. В настоящее время установленно, что реологическое поведение большинства дисперсных систем, в том числе и выпавших осадков, может быть описано известным уравнением деформации вязко-пластического тела Шведова-Бингама [7]. Из физических характерис­тик осадков решающие значение при течении их по наклонный поверхности имеют структурная вязкость и динамическое спротивление свигу.

Течение слоя осадков, выпавших на пластину рассмотрим как частный случай безнапорного движения визко –пластической жидкости в наклонном ка­нале. Процесы накопления и уплотнения на пластинах осадков, движение их с постоянно изменяющимися физико – механичискими параметрами про­те­кают одновременно и являются через­вычайно сложными. Поэтому при вы­ведении аналитичской зависи­мости, описываюшей характер движения слоя осадков по пластинам, были приняты некоторые допущения. По известным реологическим свойствам осадков, их количеству и углу наклона пластин данной зависимостью можно определить толщину текущего слоя. Однако,как показали результаты многочисленных экспери­ментальных иссле­дований полученная зависимость дает несколько занижен­ные результаты, особенно при высоких значениях реологических параметров осадков. Про­мыс­ловые экспериментальные исследования убедительно показали, что решающими факторами, влияющими на высоту накоплений в межиластин­чатом зазаре , являются угола a наклона пластин и структурная вязкость. Полученная по результатам исседованиий эмперическая зависимость

Щ=

позволяет достаточно точно опредилить толщину слоя осадков.

На основаннии аналитических и натурных экспериментальныых иссле­дований разработана действенная канструкция тонкослойного отстойника, в которой подготовка сырой нефти и пластовой воды осуществлены как единый технологический процесс с централизованным отводом разделив­шихся фракций. При этом качество нефти и пластовых вод в несколько раз выше качества, получаемых в настоящее время на нефтепромыслых (обводненость нефти 3-6% против 10-25%, нефтесодержание в пластовой воде 70-80 мг/л против 150-300 мг/л). Совмещение двух процессов в одном сооружении позволяет резко сократить его габариты и строительные пло­ща­ди всего комплекса, что особенно важно при добыче нефти в открытом море.

Литература

1. Карабельников В.М Исследавание процеса осаждения взвеси в тонкослойных отстойниках. Сб. научных трудов. АКХ ОНТИ -М.1976, 143с.

2. Демура М. В. Проективание тонкослойных отстойников, Киев «Буди­вельник»,- 1981, 186 с.

3. Симонов Ю.С ,Павлов М.С и др. Лабораторные испытания полочного отстойника. Известия ВУЗов. Строительство и архитектура.-1975, №3,с.71-72.

4. Петров Г.А. Гидравлика переменной массы. Изд. Харьковского университета им. Горького. Харьков.-1984 с.33-40.

5. Шафизаде Ю.Г., Абилов Ф.А., Беленький Р.Б. Интенсификация и контроль процессов очистки нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий г. Баку1990.с.12-19.

6. Лобков А.М. Сбор. и обработка нефти и газа на промысле «Недра» М,1968.

7. Шищенко Р.И., Есьман Б.И. Практическая гидравлика в бурении «Недра»1966с 125-128.

8. огибалов П.М., Мирзаджанзаде А.Х. Нестационарное двежение взяко- пластических сред. Изд. МГУ. М.:1970,с 130.

Поступила в редакцию 20.07.2009 г.