Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ ПРОППАНТОВ ОТ НЕФТИ

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть применено при регенерации нефтезагрязненного проппанта после гидравлического разрыва пласта и последующем его использовании в качестве расклинивающего агента.

С целью интенсификации добычи нефти из скважин производят гидравлический разрыв пласта (ГРП) с использованием в качестве расклинивающего агента проппанта - алюмосиликатного материала в виде сферических шариков диаметром 1,0-2,0 мм. После ГРП загрязненный нефтью проппант не может быть повторно использован и, как правило, складируется в специально отведенных местах, представляя экологическую опасность для окружающей среды. Так ежегодно только в Ханты-Мансийском автономном округе образуется более 100 тыс.тонн отходов ГРП, которые содержат большое количество отработанных проппантов, загрязненных нефтью.

Известен способ утилизации нефтезагрязненного проппанта (патент РФ №2344006, опубл. 20.01.2009) на существующем оборудовании, включающий пропаривание проппанта при температуре не ниже 100°C для отделения его от нефтепродуктов, отмывку в моющем растворе с использованием поверхностно-активных веществ при вращательном перемешивании до полного очищения от нефтепродуктов, сушку при температуре 50-300°C. Полученный очищенный от нефти проппант может быть использован в качестве заполнителя в смеси для приготовления кирпича или бетонной смеси для заливки полов при производстве шлакоблоков.

Недостатком способа является невозможность дальнейшего использования очищенного проппанта в качестве расклинивающего агента при ГРП, так как не достигается достаточно полного удаления нефтепродуктов с поверхности проппанта.

Известен способ утилизации нефтезагрязненного проппанта (патент РФ №2353642, опубл. 27.04.2009), включающий отмывку проппанта в моющем растворе с использованием поверхностно-активных веществ при вращательном перемешивании до полного очищения от нефтепродуктов, сушку при температуре 100-300°C, нанесение на прогретые до температуры 120-180°C гранулы проппанта покрытия фенолформальдегидной смолы - новолачной с последующим остыванием, отверждением, фракционированием и использование полученного проппанта при гидравлическом разрыве пласта.

Недостатками данного изобретения являются сложность процесса регенерации загрязненного проппанта и его высокая стоимость, обусловленные необходимостью применения дорогостоящего специального производственного оборудования и химических реагентов, применение химических реагентов также может привести к изменению химического состава проппантов.

Наиболее близким по технической сущности является «Способ обработки нефтешламов» (патент РФ №2154515, опубл. 20.08.2000), включающий нагрев нефтешлама и смешивание его с 0,05-0,5%-ным водным раствором композиции, содержащей 20-50% деэмульгатора и 80-50% диспергирующиего агента, представляющего собой смесь поверхностно-активных веществ: оксифоса и дипроксамина, при ультразвуковом воздействии с частотой 15-35 кГц в течение 3-5 мин, при поддержании соотношения нефтешлама к водной среде 1:3.

Применение указанной совокупности операций известного способа для очистки проппантов от нефти имеет следующие недостатки:

- не достигается глубокая степень очистки, что не позволяет повторно использовать проппант в качестве расклинивающего агента при ГРП и получать дополнительные нефтепродукты для последующего использования;

- применение значительного количества химических реагентов (деэмульгатора и диспергатора) 2-4 килограмма на тонну удорожает и усложняет процесс, приводит к загрязнению поверхности проппанта этими веществами, что также не позволит повторно использовать проппант в качестве расклинивающего агента при ГРП.

Техническим результатом заявляемого изобретения является глубокая очистка проппантов от нефти с целью повторного использования очищенных проппантов в процессах гидравлического разрыва пласта и получение в качестве продуктов очистки дополнительных нефтепродуктов для последующего использования.

Указанный результат достигается тем, что в способе очистки отработанных проппантов от нефти, включающем подготовку пульпы смешением загрязненных нефтью проппантов с водной средой и ультразвуковую обработку полученной пульпы, согласно изобретению указанные проппанты смешивают с водой в соотношении П:В 1:3,5-5,0, обработку осуществляют в центробежном поле, образованном вращательным движением пульпы при подаче ее под давлением 1,5-3,0 атм по касательной к внутренней цилиндрической части разделительного аппарата. При этом указанную обработку осуществляют с использованием излучателей, установленных в нижней торцевой части разделительного аппарата и указанную обработку осуществляют двукратно.

Подача подготовленной пульпы с загрязненными нефтью проппантами под давлением 1,5-3,0 атм. по касательной к внутренней цилиндрической части разделительного аппарата обеспечивает ее вращательное движение и нефть, не закрепленная на поверхности проппантов, перемещается к оси вращения и удаляется с восходящим потоком воды. Проппанты с нефтяной оболочкой концентрируются в периферической зоне у стенки цилиндрической части разделительного аппарата и при своем движении к выходному отверстию проходят операцию оттирки части нефтяной оболочки с поверхности проппантов за счет стесненного движения проппантов во вращающемся потоке пульпы. Поддержание соотношения отработанных проппантов к воде 1:3,5-5,0 обеспечивает более энергичное протекание поверхностных реакций и более интенсивную оттирку нефтяной оболочки с поверхности проппантов. Нефть, снятая с поверхности проппантов за счет эффекта оттирки, также перемещается к оси вращения и удаляется из разделительного аппарата с восходящим потоком. Совместное воздействие центробежного поля и ультразвуковой обработки усиливает воздействующие факторы на эффективность и скорость удаления нефти с поверхности проппантов при их стесненном движении в потоке, что позволяет провести глубокую очистку поверхности проппантов от тонких пленок нефти. В связи с разнонаправленным движением нефти и проппантов в центробежном поле резко снижается вероятность вторичного загрязнения проппантов нефтью ранее удаленной с их поверхности.

Заявляемый способ обработки загрязненных нефтью проппантов позволяет путем кратковременного совместного воздействия центробежного поля и ультразвуковой обработки снизить содержание нефти в отработанных проппантах до 0,1% и сохранить форму и первичные размеры проппантов. Это позволяет использовать очищенные от нефти проппанты для повторного применения в технологии гидравлического разрыва пластов.

Кроме того, при обработке не используются химические реагенты и нагрев пульпы.

Пример 1

Навеска загрязненных нефтью проппантов (П) в количестве 10 кг с содержанием нефти 10% смешивалась с оборотной водой (В) в количестве 50 литров в емкости с мешалкой (П:В=1:5). Полученная пульпа подавалась насосом через верхний патрубок разделительного аппарата по касательной в цилиндрическую его часть под давлением 1,5 атм. Нефть, удаляемая с поверхности проппантов, за счет центробежного ускорения и разницы в плотностях воды и нефтепродуктов перемещается к центру вращения пульпы и восходящим потоком выносится из аппарата через верхний центральный патрубок. Ультразвуковая обработка проппантов, движущихся в стесненных условиях по спиральной траектории у стенок цилиндрической части разделительного аппарата от верхнего патрубка ввода пульпы к нижнему патрубку вывода, проводится ультразвуковыми излучателями, установленными в нижней торцевой части цилиндрической разделительной камеры с частотой ультразвукового воздействия 20,0 кГц. Время обработки пульпы в разделительном аппарате составляло 20 секунд. Очищенные от нефти проппанты, выведенные через нижний патрубок, установленный по касательной к цилиндрическому корпусу разделительного аппарата, высушивались и подвергались анализу на остаточное содержание нефтепродуктов. Содержание нефтепродуктов в очищенных от нефти проппантах составляло 1,1%, степень очистки 89%. Достаточно глубокая очистка проппанта достигнута без использования химических реагентов.

Пример 2

Для более глубокого удаления нефти очищенные проппанты с содержанием нефтепродуктов 1,1% подвергались повторной очистке обработкой ультразвуком в центробежном поле, создаваемым вращением пульпы в цилиндрической части разделительного аппарата. Принципиальная схема очистки проппантов приведена на рисунке. Частота ультразвукового воздействия 20,0 кГц. Время воздействия соответствует времени пребывания в центробежном поле двухступенчатого разделительного аппарата. Форма и размеры пропаннтов, очищенных ультразвуком в центробежном поле, не меняются, что подтверждалось данными гранулометрического анализа и исследованиями фактора формы первичных и очищенных проппантов.

Содержание нефтепродуктов в очищенных от нефти проппантах после двукратной ультразвуковой обработки в центробежном поле составило 0,1%, а эффективность очистки - 99%.

Результаты очистки проппантов известным и предлагаемым способами приведены в таблице.

Очищенные проппанты можно вновь использовать в качестве добавки к расклинивающему агенту при ГРП, а также в строительной индустрии, производстве стройматериалов и в качестве дорожного покрытия. Но последнее экономически гораздо менее привлекательно, так как проппанты стоят 1000 долларов за тонну.

Способ очистки отработанных проппантов от нефти