Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ НЕФТИ

Изобретение относится к установкам подготовки нефти и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при подготовке сероводородсодержащей нефти с высоким содержанием сероводорода.

Известна установка подготовки высокосернистой нефти (Р.З.Сахабутдинов и др. Особенности формирования и разрушения водонефтяных эмульсий на поздней стадии разработки нефтяных месторождений. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005, с.226), включающая блок сепарации, блок предварительного обезвоживания нефти в составе теплообменников, резервуаров-отстойников и сырьевых насосов, блок глубокого обезвоживания нефти в составе печей нагрева и отстойников, блок обессоливания нефти в составе отстойников с трубопроводом пресной промывочной воды, блок сбора и хранения товарной нефти в составе насосов и резервуаров, блок сбора дренажной воды и промежуточных слоев в составе резервуаров с очистными сооружениями, блок обработки промежуточных слоев и блок переработки нефтешламов.

Известная установка позволяет обеспечить качество подготовки нефти по концентрации хлористых солей, механическим примесям и воде согласно ГОСТ Р 51858-2002 и дополнительно осуществить обработку промежуточных слоев и переработку нефтешламов. Недостатком данной установки является то, что при подготовке сероводородсодержащей нефти, прошедшей сепарацию при обычной и повышенной температуре, не достигается эффективного удаления сероводорода из нефти и его содержание в подготавливаемой нефти не удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51858-2002, согласно которому массовая доля сероводорода в товарной нефти не должна превышать 20-100 млн^-1 (ppm) в зависимости от вида нефти.

Известна установка подготовки сероводородсодержащей нефти, предназначенная для реализации способа подготовки сероводородсодержащей нефти (пат. РФ №2283856, C10G 19/02, 29/06, опубл. 20.09.2006, Бюл. №26), включающая подводящий нефтепровод, блок сепарации нефти в составе сепараторов и установки сероочистки газа, блок обезвоживания нефти в составе ступени предварительного и глубокого обезвоживания нефти, блок обессоливания нефти, блок физической очистки нефти от сероводорода в составе десорбционной колонны с подводящими и отводящими газопроводами и нефтепроводами, расходомером, установленным на подводящем газопроводе перед колонной, блок химической нейтрализации сероводорода и меркаптанов в составе емкости приема и хранения реагента, насоса-дозатора с напорным трубопроводом, смесительного устройства и буферной емкости, блок сбора и хранения товарной нефти.

Указанная установка позволяет снизить массовую долю сероводорода и метил- и этилмеркаптанов до 20-100 млн^-1 и ниже 40-100 млн^-1 соответственно, т.е. до норм, соответствующих требованиям ГОСТ Р 51858-2002, за счет сочетания физического воздействия на нефть путем отдувки сероводорода газом в десорбционной колонне и химической нейтрализации сероводорода и меркаптанов при введении в нефть реагента-нейтрализатора.

Недостатком установки является ограниченная область ее применения. Для эффективного ее использования требуется наличие источников отдувочного газа, не содержащего сероводород, и системы газосбора с достаточной ее пропускной способностью. Объекты подготовки сероводородсодержащих нефтей зачастую не имеют систем сбора газа и проведение отдувки в десорбционной колонне ведет к значительным потерям углеводородного сырья при подаче газа после колонны на факел. В этих условиях требуется, кроме очистки объема газа, подаваемого в колонну, вложение определенных затрат на утилизацию значительного объема газа после колонны, загрязненного сероводородом. Другим крупным недостатком установки является снижение выхода товарной нефти за счет перехода пропан-бутановых и бензиновых фракций нефти в состав газа отдувки после колонны, которые в общем объеме газа также сжигаются на факеле. Для снижения потерь углеводородов колонна в лучшем случае может выполнять лишь функцию обычного вертикального сепаратора, в котором эффективность очистки нефти от сероводорода крайне низка и составляет не более 30-35%. Поэтому основной процесс очистки нефти от сероводорода и легких меркаптанов осуществляется за счет применения блока химической нейтрализации сероводорода, в качестве которого используется преимущественно известная установка очистки товарной (обезвоженной и обессоленной) нефти от сероводорода (RU 45292 U1, B01D 19/00, опубл. 10.05.2005, Бюл. №13), включающая подводящий трубопровод товарной нефти, буферную емкость, смесительное устройство, установленное в трубопроводе товарной нефти перед буферной емкостью, блок нейтрализации сероводорода, содержащий узел приготовления и хранения реагента, насос-дозатор, напорный трубопровод которого снабжен гасителем пульсаций давления и соединен с форсункой, установленной в трубопроводе товарной нефти перед смесительным устройством.

Недостатком установки с учетом ограничения области ее эффективного применения является то, что она требует дозирования в поток нефти повышенных объемов реагента-нейтрализатора сероводорода, что ведет к загрязнению уже очищенной (обезвоженной и обессоленной) товарной нефти продуктами реакции сероводорода с компонентами реагента, которое выражается в повышении содержания водной фазы и негативном влиянии на результаты анализов по определению концентрации хлористых солей по ГОСТ 51858-2002, которое проявляется в виде увеличения их содержания в нефти.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка подготовки сероводородсодержащей нефти (Р.З.Сахабутдинов и др. Исследование эффективности нейтрализации сероводорода в нефти химическими реагентами. Нефтяное хозяйство. 2009. №7, с.66-69), включающая подводящий нефтепровод, блоки сепарации, предварительного и глубокого обезвоживания, обессоливания нефти, блок химической нейтрализации сероводорода и меркаптанов с напорным трубопроводом дозированного реагента, преимущественно состоящий из узла приема и хранения реагента с насосом-дозатором и напорным трубопроводом, блоки сбора и хранения товарной нефти и пластовой воды.

Известная установка позволяет обеспечить качество подготовки нефти по концентрации хлористых солей, механических примесей, массовой доле воды, сероводорода и меркаптанов согласно ГОСТ Р 51858-2002 за счет последовательности проведения технологических операций по нейтрализации сероводорода, промывки, обессоливания и отстоя нефти при подаче реагента в товарную или обводненную нефть.

Недостатком установки при подаче реагента-нейтрализатора в товарную нефть с массовой долей сероводорода более 150-200 млн^-1 является необходимость ее доподготовки - осуществление дополнительных операций по обезвоживанию и обессоливанию нефти с продолжительным отстаиванием для удаления из нее продуктов реакции сероводорода с реагентом и привносимой с ним воды, поскольку реагенты, используемые для нейтрализации сероводорода, являются водными растворами, способствующими увеличению общего содержания водной фазы в объеме нефти, а полученные продукты реакции негативно влияют на результаты анализа концентрации хлористых солей. Поэтому для обеспечения необходимого качества нефти требуется использование дополнительного отстойного оборудования и дополнительных объемов пресной промывочной воды, что ведет к излишним энергетическим затратам. Кроме того, в этих условиях не обеспечивается необходимое время для нейтрализации сероводорода после подачи реагента, которое для наиболее эффективных реагентов на основе аминоформальдегидных смесей при их оптимальных нормах дозировки в нефть составляет 3-4 часа, а в указанной установке это время ограничено точками подачи реагента и пресной промывочной воды в одном трубопроводе при проведении дополнительной операции по обессоливанию нефти, что создает условия для быстрого вымывания части еще не прореагировавшего с сероводородом реагента и ведет к необходимости увеличивать его дозировку выше оптимального значения.

Подача реагента-нейтрализатора в частично обезвоженную нефть с обводненностью 3-5% (эмульсию) после ступени предварительного обезвоживания требует значительного его расхода, так как в этом случае реагент-нейтрализатор расходуется дополнительно и для нейтрализации сероводорода, находящегося в пластовой воде. Учитывая, что реагенты-нейтрализаторы являются водными растворами, дозирование их в обводненную нефть ведет к снижению их реакционной способности из-за частичного разбавления их с пластовой водой. В результате в эмульсию подают реагент с повышенным расходом, обеспечивая определенный запас, позволяющий сохранить его реакционную способность, что ведет к еще большему загрязнению нефти продуктами реакции и требует повышенных расходов пресной воды для отмывки от них нефти. В этих условиях общая нагрузка по жидкости на элементы установки (нагреватели нефти, отстойники и др.) существенно возрастает, что может приводить к нарушению технологических режимов ее работы и ухудшению качества товарной нефти по всем ее показателям, особенно в условиях колебания расходов эмульсии и нефти и, при необходимости, доведения ее показателей по массовой доле сероводорода до уровня ниже 20 млн^-1 (ppm). При этом не обеспечивается стабильности получаемых показателей качества нефти при изначальных оптимальных параметрах процесса очистки нефти, определяемых расходом нефти (эмульсии) и реагента-нейтрализатора. Это объясняется тем, что расход подготавливаемой на установках нефти не является постоянным и меняется в широких пределах из-за периодичности откачки нефти с дожимных насосных станций (ДНС) и неравномерного поступления с них жидкости. В связи с этим для получения стабильного качества нефти по значению массовой доли сероводорода и меркаптанов в нефть (эмульсию) подается некоторое избыточное количество дорогостоящего реагента из расчета на максимальный объем (или близкий к нему) поступающей жидкости. В результате могут быть получены даже ниже требуемых по ГОСТ Р 51858-2002 значения концентрации сероводорода и меркаптанов, но при этом недопустимо увеличивается на конкретный объем товарной нефти количество водной фазы или хлористых солей, а это требует дополнительных затрат на подготовку нефти.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются повышение эффективности подготовки нефти при минимальных материальных затратах за счет совмещения операций по ее очистке от сернистых соединений (сероводорода и легких меркаптанов) и обессоливанию в едином технологическом цикле, стабилизации качества нефти за счет оптимизации процесса и точки дозирования реагента, исключения возможности отрицательного влияния продуктов реакции реагентов с сероводородом и легкими меркаптанами при определении концентрации хлористых солей в нефти.

Поставленная техническая задача решается описываемой установкой подготовки сероводородсодержащей нефти, включающей соединенные нефтепроводами блоки сепарации, предварительного и глубокого обезвоживания, обессоливания нефти, химической нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов с напорным трубопроводом дозированного реагента из узла приема и хранения в нефтепровод, сбора и хранения товарной нефти, блок сбора и хранения пластовой воды, соединенный водоводом с блоком предварительного обезвоживания нефти.

Новым является то, что для повышения эффективности подготовки нефти за счет совмещения операций по ее очистке от сероводорода и легких меркаптанов и обессоливанию в едином технологическом цикле, обеспечения стабильности получаемых результатов по массовой доле сероводорода, легких меркаптанов, воды и концентрации хлористых солей блок химической нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов дополнительно оснащен установленными последовательно на нефтепроводе между блоками обезвоживания и обессоливания нефти расходомером и дополнительным отстойником, между которыми в нефтепроводе размещен выход напорного трубопровода, причем расходомер функционально связан с блоком химической нейтрализации для обеспечения постоянного соотношения расходов реагента и нефти, а дополнительный отстойник соединен дренажным трубопроводом с блоком предварительного обезвоживания нефти.

Новым является также то, что для повышения эффективности очистки нефти от сероводорода за счет улучшения диспергирования и равномерного распределения реагента в объеме нефти напорный трубопровод в месте стыковки с нефтепроводом снабжен форсункой, установленной в нефтепроводе перпендикулярно направлению движения потока и выполненной в виде трубки с отверстиями, расположенными по центральной оси потока навстречу направлению его движения и обеспечивающими перепад давления на форсунке не менее 0,1 МПа.

Новым является также то, что для улучшения функциональных возможностей установки и расширения диапазона ее эффективного использования нефтепровод после расходомера снабжен завихрителем потока и охватывающей его байпасной линией с установленным на ней насосом, а выход напорного трубопровода соединен с приемом насоса.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемой установки подготовки сероводородсодержащей нефти.

На фиг.2 и фиг.3 представлены варианты подключения напорного трубопровода дозирования реагента к нефтепроводу, обеспечивающие эффективное диспергирование и распределение реагента в объеме нефти.

Установка (фиг.1) содержит подводящий нефтепровод 1, блок сепарации I, состоящий, например, из сепаратора 2 с газопроводом 3, блок II предварительного обезвоживания нефти, содержащий, например, резервуары-отстойники 4 и сырьевые насосы 5, блок глубокого обезвоживания нефти III, содержащий, например, нагреватели сырой нефти 6 и 7, отстойники 8 и трубопровод 9 балластной воды, блок нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов IV, содержащий расходомер 10, установленный на нефтепроводе 11, узел 12 приема и хранения реагента с насосом-дозатором 13, снабженным частотным регулятором 14, функционально соединенным с расходомером 10, и напорным трубопроводом 15, который через форсунку 16 (фиг.2) подключен к нефтепроводу 11 (фиг.1) или к приему насоса 17 (фиг.3), установленного на байпасной линии 18, охватывающей завихритель 19, размещенный на нефтепроводе 11 (фиг.1), смеситель 20, дополнительные отстойники 21 с дренажным трубопроводом 22, соединенным с приемом сырьевых насосов 5 или резервуаров-отстойников 4 блока предварительного обезвоживания нефти II, блок обессоливания нефти V, включающий, например, отстойники-электродегидраторы 23 и трубопровод 24 пресной промывочной воды, блок сбора и хранения товарной нефти VI, содержащий, например, нефтепровод 25 товарной нефти, буферную емкость 26 с газопроводом 27 и резервуары 28 товарной нефти, блок сбора и хранения пластовой воды VII, включающий, например, водяные резервуары 29 с водоводом 30.

Блоки сепарации I, предварительного обезвоживания нефти II, глубокого обезвоживания нефти III, обессоливания нефти V, сбора и хранения товарной нефти VI, сбора и хранения пластовой воды VII могут содержать и другие типовые элементы, составляющие их в различной взаимосвязи друг с другом.

Установка подготовки сероводородсодержащей нефти работает следующим образом. Сырую сероводородсодержащую нефть по подводящему нефтепроводу 1 подают в сепараторы 2 блока сепарации I, откуда газ по газопроводу 3 поступает в систему газосбора либо на факел. Частично дегазированную обводненную нефть после сепаратора 2 подают в резервуар 4 блока предварительного обезвоживания нефти II, откуда сырьевыми насосами 5 через нагреватели 6 и 7 блока глубокого обезвоживания III направляют с температурой 40-60°С в отстойники 8, из которых отстоявшуюся балластную воду сбрасывают по трубопроводу 9 в резервуары-отстойники 4. Обезвоженную нефть с массовой долей воды не более 1,0% подают через расходомер 10 блока химической нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов IV в нефтепровод 11, в который с узла 12 приема и хранения реагента насосом-дозатором 13 дозируют заданное количество реагента в зависимости от показаний расходомера 10, который фиксирует объем поступающей нефти. Расходомер нефти 10 функционально связан с частотным регулятором 14, позволяющим изменять подачу насоса-дозатора 13, за счет чего при увеличении или уменьшении расхода обезвоженной нефти изменяется объем подаваемого в нее реагента, что позволяет поддерживать постоянным заданное соотношение расходов «нефть-реагент» и исключить возможность передозировки реагента, а следовательно, и уменьшить негативное влияние его использования на качество нефти.

Реагент в нефтепровод 11 подают по напорному трубопроводу 15 через форсунку 16 (фиг.2), которая установлена в нефтепроводе перпендикулярно направлению движения потока и выполнена в виде трубки с отверстием, расположенным по центральной оси потока навстречу направлению его движения. В зависимости от исходной массовой доли сероводорода в нефти и расхода реагента количество отверстий в форсунке может быть любым - от одной до нескольких. Важным условием эффективного протекания процесса нейтрализации сероводорода в нефти является интенсивное диспергирование и равномерное распределение реагента в объеме нефти. Поэтому отверстия в трубке должны быть такого диаметра, чтобы при подаче реагента обеспечивался перепад давления на форсунке не менее 0,1 МПа. Промысловые испытания показывают, что при перепаде давления с меньшим значением ввод реагента в поток осуществляется без необходимого дробления струи реагента на капли, что не обеспечивает эффективного распределения реагента в объеме нефти. В то же время отверстия в форсунке должны иметь диаметр, исключающий их забивание мельчайшими частицами механических примесей, которые могут находиться в реагенте. Как показывают промысловые исследования, в большинстве случаев достаточно одного отверстия диаметром 0,8-1,5 мм при исходной массовой доле сероводорода в нефти в интервале 250-650 млн^-1, которое расположено в центре и направлено навстречу нефтяного потока, что позволяет дозировать реагент в область потока нефти, где скорость его наибольшая для обеспечения равномерного перераспределения реагента в объеме нефти.

В случае невозможности выполнения указанных условий, например, при небольшом значении массовой доли сероводорода в нефти на уровне 150 млн^-1 и малом расходе нефти, реагент подают на прием насоса 17 (фиг.3) невысокой производительности, расположенном на байпасной линии 18, охватывающей завихритель 19, размещенный на нефтепроводе 11 (фиг.1) и обеспечивающий интенсивное перемешивание жидкости с образованием закручивающего потока. В насосе 17 (фиг.3) за счет подачи реагента только в часть нефтяного потока происходит интенсивное его диспергирование и равномерное распределение в объеме нефти с получением концентрированной эмульсии реагента в нефти, которую подают по байпасной линии 18 на смешение с закрученным основным потоком нефти непосредственно после завихрителя 19, где осуществляется повторное перемешивание реагента в эмульсии с необработанной реагентом нефтью. Поскольку предварительно реагент-нейтрализатор уже равномерно перемешался с частью нефтяного потока в насосе 17, введение реагента в составе концентрированной эмульсии, количество которой превышает количество реагента, позволяет равномерно распределить эмульсию, а следовательно, и реагент в массе основного потока нефти при их перемешивании. В качестве завихрителя 19 возможно использование устройства любой конструкции, обеспечивающей получение вихревого или закрученного потока.

Дополнительное перемешивание капель реагента с нефтью осуществляется при прохождении потока через смеситель 20 (фиг.1). При транспортировании реагента с нефтью по нефтепроводу 11 происходит нейтрализация сероводорода с образованием нетоксичных сернистых продуктов реакции, которые при анализе концентрации хлористых солей по ГОСТ 51858-2002 (метод А-титрование водного экстракта) проявляют себя как мнимые хлористые соли, так как реагенты, применяемые для очистки нефтей от сероводорода, изначально не содержат каких-либо солей. Учитывая, что реагенты являются водными растворами, полученными с использованием пресной воды, перемешивание реагента с обезвоженной нефтью, содержащей соленую пластовую воду (до 1,0%), позволяет одновременно с нейтрализацией сероводорода осуществлять ее отмывку от истинных солей, находящихся в пластовой воде, при смешении ее с пресной водой раствора реагента. Очищенная от сероводорода нефть с возросшим объемом водной фазы и концентрацией хлористых солей (за счет мнимых солей) поступает в дополнительные отстойники 21, где осуществляется завершение реакций нейтрализации сероводорода. Одновременно в этих отстойниках происходит отстой нефти со сбросом балластной водяной смеси с продуктами реакции и частью не прореагировавшего реагента по дренажному трубопроводу 22 на прием сырьевых насосов 5 блока предварительного обезвоживания нефти II, что позволяет перемешать эту часть реагента с эмульсией и частично снизить в ней массовую долю сероводорода перед блоком глубокой подготовки нефти III. При значительных объемах балластной воды для исключения чрезмерной нагрузки на насосы и последующее за ними оборудование воду сбрасывают на прием резервуаров-отстойников 4. Частично обессоленная нефть после отстойников 21, в которых фактически завершаются процессы нейтрализации сероводорода и предварительного обессоливания нефти, поступает в отстойники-электродегидраторы 23 блока глубокого обессоливания нефти V. Для промывки нефти от остаточных солей (как истинных так и мнимых) перед отстойниками-электродегидраторами 23 по трубопроводу 24 вводят необходимое количество пресной воды, в результате чего происходит вымывание хлористых солей из нефти, и после отстоя и сброса воды по трубопроводу 9 нефть (обезвоженная и обессоленная) по трубопроводу 25 блока сбора и хранения товарной нефти VI поступает в буферную емкость 26, откуда остаточный газ поступает в газопровод 27, а нефть направляется в товарные резервуары 28. Пластовая вода из резервуара-отстойника 4 блока предварительного обезвоживания нефти II поступает по водоводу 30 в водяные резервуары 29 блока сбора и хранения пластовой воды VII и далее - на очистку.

Предлагаемая установка позволяет осуществить подготовку нефти до требований ГОСТ Р 51858-2002 и по сравнению с известными имеет следующие преимущества:

- повышается эффективность подготовки нефти за счет совмещения операций по ее очистке от сероводорода и легких меркаптанов и обессоливанию в едином технологическом цикле;

- повышается эффективность очистки нефти от сероводорода за счет интенсификации диспергирования реагента и улучшения его распределения в нефтяном потоке;

- повышается качество товарной нефти за счет стабилизации подачи реагента;

- снижаются материальные затраты на подготовку нефти за счет исключения необходимости ее доподготовки.

Предлагаемая установка подготовки сероводородсодержащей нефти технологична и проста в исполнении, исключает необходимость дополнительной доподготовки нефти, легко реализуема на действующих объектах подготовки сероводородсодержащей нефти и позволяет получать нефть в соответствии с ГОСТ Р 51858-2002.