Повышение эффективности подготовки дренажной воды к утилизации в пласт на нефтепромыслах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ

ДРЕНАЖНОЙ ВОДЫ К УТИЛИЗАЦИИ В ПЛАСТ НА

НЕФТЕПРОМЫСЛАХ

В.Х. ШАИМАРДАНОВ

Е.П. МАСЛЕННИКОВ А.М. ШАЙХУЛОВ Р.Е. ПЕРУНОВ

Профессор Камского института гуманитарных и инженерных технологий

Зам. ген. директора по производству ОАО «Удмуртнефть» Гл. инженер НГДУ «Киенгоп» ОАО «Удмуртнефть» Гл. технолог НГДУ «Киенгоп» ОАО «Удмуртнефть»

Ижевск

е-таН: [email protected] т.: 8-912-453-43-75

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

вода, очистка, подготовка, ппд, утилизация

В статье даны рекомендации по повышению эффективности очистки дренажной воды от нефтепродуктов очистки до остаточного содержания 10-21 мг/дм3

В завершающей стадии разработки нефтяных месторождений резко возрастает обводненность добываемой нефти (90% и более) при падении ее добычи. В связи с этим первоначально запроектированные технологии предварительного обезвоживания нефти и подготовки дренажных вод к утилизации в пласт оказываются недостаточно эффективными и требуют перераспределения потоков продукции скважин и корректировки объемов оборудования для ведения соответствующих нефтепромысловых процессов.

Аналогичная ситуация на установке предварительного сброса воды (УПСВ) Южно-Киенгопского месторождения ОАО «Удмуртнефть», где подвергается обработке 6000 м3/сут жидкой фазы продукции, содержащей 500 т/сут нефти обводненностью 90% масс.

Существующая технология на УПСВ позволяет сбрасывать 2880 м3/сут воды, остальная часть воды совместно с предварительно обезвоженной нефтью транспортируется на головные сооружения подготовки нефти (ГС) «Киенгоп».

Содержание нефтепродуктов в воде, утилизируемой в пласт (СВ) в среднем равнялось 40 мг/дм3. Поэтому технологические потери нефти с СВ в пласт достигали 2880х40х10-6х365 =42 т/год.

Достигнутое качество СВ является следствием ведения технологических

процессов предварительного обезвоживания и подготовки дренажных вод к утилизации в систему ППД по схеме, оснащенной оборудованием значительных объемов, в частности:

- двух отстойных аппаратов УПС (поз. 1 и 2) объемом по 200 м3 каждая, предназначенных для предварительного обезвоживания и газовой сепарации нефти;

- четырех отстойников марки ОГ-100 (№№ 2, 3, 4 и 5). эксплуатируемые, как буферные емкости насосов перекачки предварительно обезвоженной нефти на головные сооруженияподготовки нефти (ГС) «Киенгоп» ;

- двух отстойных резервуаров - осветлителей СВ марки РВС-2000 (№1 и №2), которые из-за коррозионных явлений часто выходят из строя с последующими большими капитальными затратами на ремонт. В отстойниках типа РВС также наблюдаются самые большие технологические потери нефти за счет ее испарения 0,28-0,32%.

Перечисленное оборудование в действующей технологической схеме УПСВ оказалось на данный момент с значительным резервом по времени ведения соответствующего процесса:

- время пребывания нефти в отстойниках УПС при нагрузке по жидкости 6000 м3/сут составляет более 6 часов;

- объем 4-х «буферных» отстойников

Рис. 1. Схема обезвоживания нефти под действием центробежной силы: 1 - ось вращения; 2 - цилиндр

ОГ-100 позволяет опорожнять их насосами откачки предварительно обезвоженной нефти на ГС «Киенгоп» в течение 3 часов, что показывает возможность работы насосного оборудования и при меньших объемах буферных емкостей. - время осветления СВ только в одном РВС-2000, при условии полного обезвоживания нефти, составляет порядка 8 ч.

Таким образом, проведенный анализ материального баланса показывает необходимость дифференцированного перераспределения поступающей на УПС потоков жидкой фазы и объемов оборудования с целью повышения эффективности очистки дренажной воды от нефтепродуктов.

На Южно-Киенгопской УПСВ эта задача выполнена следующим образом.

1. Осуществлено последовательное включение по дренажной воде УПС №1 и УПС №2. При этом в УПС №1 предусматривается предварительное обезвоживание нефти, а в УПС №2 - грубая очистка дренажной воды от нефтепродуктов методом отстаивания.

2. Один из 4-х отстойников ОГ-100, в частности, отстойник № 5, переведен по конструкции в гидрофобный фильтр [1], т.е. фильтр тонкой очистки дренажной воды от нефтепродуктов.

По данным [2] гидрофобные фильтры наиболее эффективны при толщине гидрофобного слоя равной 3 м, а в остойни-ке ОГ-100, диаметр которого 3 м, толщина гидрофобного слоя достигает всего 0,5 м, поэтому

3. С целью повышения эффективности работы гидрофобного фильтра на базе отстойника ОГ-100 №5, в линии транспорта дренажной воды от УПС №2 до гидрофобного фильтра ОГ-100 №5, включен центробежный делитель фаз (гидроциклон), обладающий повышенной интенсивностью разделения водо-нефтяных эмульсий на составляющие фазы.

Доказательством сказанного является расчет гидроциклона по следующей методике.

При вращении дренажной воды, загрязненной нефтепродуктами, вокруг оси, помимо силы тяжести Рт, возникает центробежная сила Р , см. рис. 1. ►

50 ДОБЫЧА

3/Н (09) июнь 2010 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ

где:

РТ - сила тяжести

■ = ' - вращающаяся масса;

и - окружная скорость вращения; г - средний радиус вращения.

Очевидно, что центробежная сила

(Р ) в раз больше силы тяжести. При

Ч £!■

этом величина

яг

является фактором

отделения нефтепродуктов от водной фазы.

Пусть окружная скорость будет равна 10 м/с, а средний радиус вращения 0,25 м, тогда

Это означает, что скорость очистки дренажной воды от нефтепродуктов методом центрифугирования может в данном случае превысить скорость очистки отстаиванием в 40,8 раз!

Усовершенствованная технологическая схема и успешно прошедшая промысловые испытания Южно-Киенгопской УПСВ представлена на рис. 2.

Согласно рис. 2 продукции нефтяных скважин поступают в аппарат УПС №1 (поз.1), где осуществляются процессы сепарации газа и обезвоживания нефти под давлением 0,14 МПа. При этом из нефти выделяется водная фаза (дренажная вода) в количестве 2880 м3/сут, в которой содержание нефтепродуктов достигает 120-570 мг/дм3. Затем дренажная вода направляется на стадию грубой очистки от нефтепродуктов в УПС №2 (поз.2), где, в результате отстаивания под действием силы тяжести, протекает процесс грубой очистки ее от

нефтепродуктов и содержание последних в ней снижается до 92-249 мг/дм3. Прошедшая грубую очистку дренажная вода направляется в гидроциклон (поз.3) диаметром 250 мм и длиной 1600 мм. Здесь она, под действием центробежных сил, подвергается разделению на водную и нефтяную фазы, т.е. готовится к эффективной гидрофобной фильтрации. При этом часть гидро-циклонированной воды объемом порядка 30-50 м3/сут, обогащенная нефтепродуктами до 1000-1500 мг/дм3, отбирается непосредственно из гидроциклона в подземную емкость (поз.4) и далее подается в буферные отстойники (поз.5) предварительно обезвоженной нефти, откачиваемой насосами (поз.6) марки ЦНС-180 на ГС «Киенгоп».

Работа гидроциклона считается в нормальном технологическом режиме, если его гидравлической сопротивление составляет не менее 0,04 МПа, что фиксируется по показаниям манометров (поз.7 и 8), установленными на приеме и выкиде его.

Очищенная вода в гидроциклоне направляется на стадию тонкой очистки от нефтепродуктов в отстойник №5, (поз.9), включенный в схему для осуществления процесса гидрофобной фильтрации воды от нефтепродуктов с получением СВ высокого качества. Далее подготовленная СВ, минуя РВС-2000 №2 (он на основе получения высокого качества СВ в гидрофобном фильтре (поз.9) был выведен в ремонт уже в период проведения испытаний) направляется на прием насосов (поз.10) кустовой насосной станции (КНС) системы ППД.

Предварительно обезвоженная нефть в УПС №1 совместно с обогащенной нефтепродуктами водой гидроциклона (поз.3), насосами (поз.6) откачивается через буферные отстойники (поз.5) на ГС «Киенгоп».

Газ, выделенный из жидкой фазы в аппаратах УПС 1 и 2, отстойниках (поз.5) и гидрофобном фильтре (поз.9), подвергается осушке в отстойнике №1 марки 0Г-100 (поз.11) и направляется на сжигание открытым пламенем на факельной свече (поз.12).

Промысловые испытания усовершенствованной технологии Южно-Киен-гопской УПСВ свелись к двум этапам: предварительным с 1.06.09 по 30.06.09

и приемочным с 1.07.09 по 10.07.09.

За первый период испытаний было обработано 92257 м3 жидкой фазы продукции скважин. При этом среднее содержание нефтепродуктов в воде, поступающей:

- с УПС-2 в гидроциклон, составило 329 мг/дм3;

- на выкиде гидроциклона 106 мг/дм3;

- в подготовленной воде 49 мг/дм3.

Эффективность подготовки СВ к утилизации в пласт в динамике очистки дренажной воды от нефтепродуктов в УПС №2, гидроциклоне (поз.3) и гидрофобном фильтре (поз.9) при предварительных испытаниях показаны на рис. 3, из которой видно, что содержание нефтепродуктов в очищаемой воде периодически колебалось, особенно в дренажной воде УПС, в достаточно широких пределах, что объясняется тем, что в период адаптации технологии к условиям работы Южно-Киен-гопской УПСВ возникали многочисленные осложнения. В частности, процесс контроля объема и периодичности своевременного отбора нефтяной шапки из аппаратов УПС №2, регулирование расхода воды в гидроциклон и его и гидравлического сопротивления, контроль объема и уровней гидрофобной нефти и уловленной фильтре (поз.9), перепад давлений в системах УПС №1 - УПС №2 - гидрофобный фильтр

- буферные емкости - газоосушитель, отключение от системы РВС-2000 №2, повышение производительности КНС при переходе со старой насосной на новую и т.д.

Из рис. 3 видно, что все пики содержания нефтепродуктов в дренажной воде УПС №2 сглаживались в гидроциклоне (поз.3), что доказательно подтверждает эффективность его работы.

На рис. 4 показаны результаты работы в период приемочных испытаний с 1 по 10 июля 2009 года. За этот период было обработано обработано - 33763 м3 продукции скважин. При этом среднее содержание нефтепродуктов с выкида гидроциклона составила 53 мг/дм3, а с гидрофобного фильтра 21 мг/дм3.

Таким образом, разработанная и представленная к промысловым испытаниям технология подготовки СВ оказалась ►

1 - УПС №1;

2 - УПС № 2;

3 - гидроциклон;

4 - подземная емкость V = 45м3;

5 - буферные емкости предварительно обезвоженной нефти на базе отстойников марки ОГ-100;

6 - насос марки ЦНС-180 откачки пред-

варительно обезвоженной нефти на ГС «Киенгоп» ;

7,8 - манометры;

9 - отстойник марки 0Г-100, выполняющий функции гидрофобного фильтра;

10 - насос марки ЦНС-180 утилизации воды в пласт;

11 - сепаратор газа на базе отстойника 0Г-100;

12 - факельная свеча;

13,14 - буферные РВС -2000 для дренажной воды.

Рис.2. Усовершенствованная технологическая схема Южно-Киенгопской УПСВ

с 4500

2

О 4000

О 3500

01

01 л 3000

к-

1 2500

п

Й! 2000

§ 1500

а

1000

£ 500

11

и

1 0

и

Вшкцд УПС N92 ]

ф Выкид гидроциклона

1 \

\Выкцд гидрофобного фильтра |

\ ч / \ 1

1.. . А ••-л--'!__Ь

ю

15

20

25

30

35

Дни неденин пдоммслОных шльпйний Рис. 3 Динамика очистки воды от нефтепродуктов на Южно-Киенгопской УПСВ в период предварительных испытаний

2 Р 140

120

<п 100

(В

1 80

'Г во

е

&

1 40

¥

X ГЭ 20

■а 0

О

Выпи,", гндпоцжпоня

Выкид гндрофоАгкко фигьтра .

\ У

/Л >«—/\х>У

V

9

11

13

15

Номера опыгтое

Рис. 4 Динамика очистки воды от нефтепродуктов на Южно-Киенгопской УПСВ

высокоэффективной. Содержание нефтепродуктов в подготовленной СВ снижается вплоть до 10 мг/дм3 и ниже (см. рис. 4)

Одновременно с внедрением разработанной технологии появилась возможность работы Южно-Киенгопской УПСВ без РВС-2000 №2. А это мероприятие приносит не только экономию капитальных затрат, но и снижает технологические потери нефти за счет снижения эффекта испарения нефтепродуктов в РВС-2000. ■

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Тронов В.П. «Промысловая подготовка нефти» - Казань: ФЭН,2000.

2. Шаймарданов В.Х. «Проблемы сточных вод на нефтепромыслах» - Ижевск: КИГИТ, 2007.