СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПЛАСТОВЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФЛОТАТОР

Изобретение относится к физико-химической очистке промышленных сточных вод во флотаторах, которые могут применяться как в схемах обработки общего стока в пожароопасных местах промышленных предприятий, так и для очистки локальных сточных вод, в том числе от огнеопасных технологических процессов, в разных отраслях промышленности: нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, нефтехимической и др.

Известно сооружение очистки подтоварных и ливневых вод линейных перекачивающих станций /1/. Сооружение содержит отстойник, флотатор, реагентное хозяйство, сборник нефтешлама. Такое сооружение не является безопасным при работе в пожароопасных местах. Известный способ очистки /1/ подтоварных и ливневых вод включает очистку сточных вод седиментацией в присутствии коагулянта, укрупнение высокодисперсных капель нефти за счет коалесценции на поверхности гидрофобных твердых материалов, извлечение эмульгированной нефти за счет фильтрации в углеводородной среде. Такое сооружение не является безопасным при работе в пожароопасных местах. Известный способ и устройство для его осуществления не дают достаточно высокого эффекта очистки воды от нефти, взвешенных веществ и растворенных газов, для получения очищенной воды, необходимой для закачки в нефтескважину.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, включающий очистку вод седиментацией и флотацией в воздушной среде, многостадийную флотацию пузырьками растворенного газа за счет сброса давления, извлечение растворенных агрессивных газов вакуумированием и установку подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, содержащую флотационный узел, узел приема растворов реагентов и подачи газовой смеси, узел отстаивания, шламосборник и камеру приема очищенной воды /2/. В известной установке использован напорный флотатор, имеющий открытую водную поверхность, что является причиной, с одной стороны, значительной загазованности атмосферы окружающей среды, а с другой, источниками возгорания различных углеводородных смесей в кислороде воздуха при повышенной температуре и давлении этих смесей, например при очистке нефтесодержащих стоков в процессе добычи нефти. Установка не является безопасной при работе на нефтепромыслах, т.к. перед закачкой в скважину пластовая вода не освобождается от растворенного кислорода воздуха, а используемый напорный флотатор имеет свободную водную поверхность, на которой накапливается нефтяная флотопена, содержащая горючие газы, что может привести к их воспламенению.

Задачей данного изобретения является повышение эксплуатационной безопасности, а также повышение качества очистки воды и производительности сооружения без снижения его надежности.

Для решения поставленной задачи в способе подготовки пластовых вод системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений осуществляют очистку пластовых вод многостадийной флотацией пузырьками растворенного газа, седиментацию в узле отстаивания, извлечение пенопродуктов путем использования пеносборников, извлечение растворенных газов и получение на выходе узла отстаивания нефтешлама и очищенной пластовой воды, которую закачивают в нефтескважину, при этом пластовую воду предварительно обрабатывают реагентами в аванкамере, многостадийную флотацию пузырьками растворенного газа осуществляют в инертной газовой среде с использованием герметичных модулей флотокамер с импеллерными диспергаторами с обеспечением рециркуляции инертной газовой смеси, извлечение растворенных инертных газов осуществляют путем подачи пластовой воды из герметичных модулей флотокамер в узел отстаивания; герметичные модули флотокамер и пеносборники образуют замкнутую систему рециркуляции инертной газовой смеси для экономного использования инертных газов в установке и регулирования заданного давления смеси газов; пенопродукты из герметичных модулей флотокамер транспортируют за счет образования разности давления инертной газовой смеси, выделяющейся при разрушении пузырьков пены; в пеносборниках производят сбор и гашение пены путем принудительного отвода газа на рециркуляцию. Установка для подготовки пластовых вод системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений содержит узел флотации, узел сбора пенопродуктов, узел отстаивания, нефтешламосборник и камеру приема очищенной воды и снабжена аванкамерой, соединенной со входом узла флотации и узлом отстаивания, и устройством распределения инертной газовой и газоводной смеси, соединенным с выходом узла флотации и входом узла отстаивания, при этом узел отстаивания выполнен в виде герметичных модулей тонкослойных отстойников, а узел флотации - в виде системы герметичных модулей флотокамер с импеллерными диспергаторами, а узел сбора пенопродуктов снабжен устройством подачи инертного газа и соединен с выходом узла флотации, с входом узла отстаивания "и с устройством распределения инертной газовой и газоводной смеси с возможностью образования замкнутой системы рециркуляции.

Узел сбора пенопродуктов с устройством подачи инертного газа снабжен устройством сбора, транспортировки и удаления пенопродуктов; устройство сбора, транспортировки и удаления пенопродуктов выполнено в виде пеноприемного сборника, соединенного через пеноподающие патрубки с флотокамерами и пеносборными приспособлениями, расположенными в герметичных модулях тонкослойных отстойников и соединенными с пеноприемным сборником, и газоотводящего сборника, соединенного через газоподводящие патрубки с камерами импеллерных диспергаторов, при этом пеноприемный и газотводящий сборники объединены единым пено-газосборником; устройство распределения инертной газовой и газоводной смеси выполнено в виде сатуратора, соединенного с выходом узла флотации, с входом узла отстаивания через водогазовый распределитель и источником подачи инертного газа, соединенного через редуктор с пено-газосборником; каждая флотокамера выполнена цилиндрической формы с коническим перекрытием, в центре которого размещен импеллерный диспергатор.

Каждое пеносборное приспособление выполнено в виде продольно размещенного в верхней части герметичного модуля тонкослойного отстойника скребка и соединенного с ним червячно-винтового привода с редуктором и с автоматической системой реверса; каждое пеносборное приспособление выполнено в виде поперечно размещенной в верхней части модуля тонкослойного отстаивания системы лотка и лопастного скребка с приводом и автоматическим устройством регулирования пеносливной кромки лотка по уровню воды; каждое пеносборное приспособление выполнено в виде продольно размещенных в верхней части герметичного модуля тонкослойного отстойника скребков и соединенного с ними зубчато-линейного привода с редуктором и автоматической системой реверса; герметичные модули флотокамер соединены между собой посредством фланцев, имеющих перфорированные перегородки; герметичные модули флотокамер соединены между собой последовательно; герметичные модули флотокамер соединены между собой параллельно; нефтешламосборник размещен в нижней части каждого герметичного модуля тонкослойного отстойника; флотокамеры снабжены дополнительным циркулирующим устройством для подсоса инертного газа; сборная камера очищенной воды имеет вертикально установленную в ней, с возможностью вертикального перемещения, приемную трубу, для регулирования уровня воды, соединенную верхним концом с воронкой, а нижним - с выходящим трубопроводом из тонкослойного отстойника, при этом трубопровод соединен с перфорированными трубами, установленными в нижней части тонкослойного отстойника над шламосборником.

Использование аванкамеры с ограничителем скорости приема пластовых вод позволяет производить предварительную обработку воды реагентами, что повышает качество очистки воды. Использование импеллерных флотаторов дает возможность проводить флотацию в герметичном объеме.

Водогазовая смесь в установке производится благодаря подсосу воздуха из объема, расположенного над поверхностью воды в пено-газосборнике в вакуумную воронку, образующуюся при вращении лопастей ротора внутри цилиндрического статора, имеющего перфорацию в виде щелей или круглых отверстий, через которые в камеру флотации выходит водогазовая смесь с пузырьками газа. Кроме того, в системе самостоятельных герметичных импеллерных флотаторов происходит постоянная рециркуляция бескислородной газовой смеси, что позволяет практически использовать первоначальный объем газовой смеси и, тем самым, поддерживать постоянное давление в системе и массовый баланс при очень малых затратах подпитывающего объема инертной газовой смеси. Это повышает безопасность эксплуатации установки. Для обеспечения такого режима в установке осуществлена система рециркуляции бескислородной газовой смеси, в которую входят камеры диспергации каждого флотатора, отстойник и пеносборная емкость, соединенные между собой патрубками, всасывающие патрубки на корпусах статоров импеллерных диспергаторов и сборника пенопродукта в отстойнике. Система рециркуляции газовой смеси одновременно используется также в качестве пневмотранспортной системы для транспортирования пены из камеры флотации в пеносборную емкость. Пневмотранспортировка газовой смеси и пенопродукта происходит под действием разности давления в камере диспергации и пеносборной емкости, которая образуется за счет создаваемого диспергатором избыточного давления газа в камере диспергации и отрицательного давления во всасывающем патрубке статора и пеносборной емкости. На вход этого патрубка поступает, освобождающийся при разрушении пенопродукта газ, который всасывается диспергатором в зону приготовления водогазовой смеси. Его объем меньше, чем объем газа, диспергированного в воде, т.к. часть газа находится в пузырьках пены. Таким образом, в пеносборной емкости и всасывающем патрубке возникает разряжение, способствующее разрушению пузырей пены, а освободившаяся бескислородная газовая смесь поступает на всасывание диспергатора. Отвод погашенной пены (флотошлам) производится из пеносборной емкости по выходному патрубку через гидрозатвор, который предотвращает попадание в систему атмосферного воздуха. Часть инертного газа в виде мелкодисперсных пузырьков поступает в зону отстаивания, которая располагается за зоной импеллерной флотации и предназначена для удаления мелкодисперсных пузырей, которые не смогли выделиться в камере флотации. Флотопена из зоны отстаивания также отводится в пеносборную емкость, поэтому выделенный из мелкодисперсной пены газ также участвует в процессе рециркуляции. В связи с вынужденными потерями из замкнутой системы газовой смеси с удаляемой пеной предусматривается ее подпитка свежим инертным газом от генератора газа или баллонов через дозирующее устройство на всасывание диспергатора.

В системе флотаторов и тонкослойного отстойника найдены конструктивные решения систем пеноудаления из зон диспергации и отстаивания различными устройствами, которые позволяют качественно осуществлять очистку воды. Так для удаления пены из зоны диспергации используется система самотечного транспортирования в герметичную пеносборную емкость, а для удаления пены из зоны отстаивания предлагаются три варианта в зависимости от размеров отстойной камеры. По первому варианту удаление пены производится в боковой, продольно размещенный в верхней части тонкослойного отстойника герметичный лоток скребковым механизмом, где движение скребка обеспечивается червячно-винтовым приводом с кареткой, на которой закреплен скребок. По второму варианту удаление пены производится в поперечный лоток, сблокированный с поперечным, вращающимся на валу лопастным скребком. При этом положение скребка с пеносборной кромкой лотка может меняться в зависимости от уровня воды в отстойнике. Изменение происходит автоматически от поплавка поворотом сблокированной конструкции по отношению к валу привода, установленного вне отстойника на его боковой стенке. По третьему варианту удаление пены производится в боковой, продольно размещенный в верхней части тонкослойного отстойника герметичный лоток скребковым механизмом, где движение скребка обеспечивается зубчато-линейным приводом.

Очистное устройство представляет собой последовательное или параллельное соединение между собой флотокамер с импеллерными диспергаторами, тонкослойный отстойник и сборную камеру, из которой с заданной производительностью отводится очищенная вода. Удаление пенопродуктов производится через пеноотводящие патрубки диспергаторов в боковых стенках. В рассматриваемом изобретении процесс импеллерной флотации выполняется в нескольких (по расчету) самостоятельных герметичных цилиндрических флотокамерах с импеллерными диспергаторами, соединенных между собой патрубками с фланцами, между которыми располагается перегородка с расчетной перфорацией, обеспечивающая равномерное распределение потока воды в следующей зоне. Отвод пенопродуктов из флотокамер производится самотеком из патрубков, расположенных в верхней части перекрытия, имеющего конусную форму.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена установка из трех последовательно соединенных импеллерных флотаторов и тонкослойного отстойника с односкребковым пеносборником, на фиг.2 изображен отдельный импеллерный флотатор, на фиг.3 изображена сверху очистная система из параллельно соединенных двух ветвей с последовательно соединенными флотаторами, на фиг.4 изображена очистная система сбоку из трех последовательно соединенных флотаторов и тонкослойного отстойника с поперечным лотком, сблокированным с скребком.

Установка подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, содержащая аванкамеру 7 с ограничителем скорости приема пластовых вод, соединенный с ней на выходе узел флотации, узел сбора пенопродуктов и подачи газовой смеси, узел распределения газоводной смеси и подвода инертного газа, узел отстаивания, шламосборник и камера приема очищенной воды.

Узел флотации состоит из системы герметичных отдельных флотокамер 1 с импеллерными диспергаторами 2, флотокамеры соединяются между собой через патрубки с фланцами 3 (фиг.3), внутри которых между фланцами установлены перфорированные перегородки 4 с шаговой перфорацией, при которой скорость водяного потока, выходящего через отверстия, не превышает 0,2 м/с. Флотокамеры (фиг.2) имеют форму вертикального цилиндра с коническим перекрытием 5, в котором в верхней части расположен патрубок с фланцем 6, на котором во флотокамеру устанавливаются и крепятся на фланцах импеллерные диспергаторы 2 с герметичным уплотнением вала 23. В стенках корпуса флотокамеры 1, в нижней ее части, расположены патрубки с фланцами 3, с помощью которых к первой флотокамере с одной стороны подсоединяется аванкамера 7, принимающая исходную воду и растворы реагентов, а с другой стороны присоединяется другая флотокамера. Такое соединение позволяет на основе показателей анализа сточных вод установить необходимое количество флотокамер. В верхней части флотокамеры к патрубку с фланцем 6 присоединен трубопровод 8 для отвода пенопродукта из флотокамеры, а также имеется патрубок 9 для подвода циркулирующей газовой смеси.

Узел сбора пенопродуктов и подачи газовой смеси имеет устройства сбора, транспортировки и удаления пенопродуктов и устройство подачи газопродуктов. Устройство сбора, транспортировки и удаления пенопродуктов выполнено в виде пено-газосборника 10, соединенного через трубопровод 8 с флотокамерами и через пеноотводящий патрубок 22 - с лотком 20 пеносборных приспособлений. Устройство подачи газопродуктов выполнено в виде пено-газосборника 10, соединенного через газоподводящие патрубки 9 с флотокамерами 1 с импеллерными диспергаторами 2.

Узел отстаивания выполнен в виде герметичных модулей тонкослойного отстаивания 12, имеющих прямоугольную форму с шламосборниками в виде пирамидальных приямков 13, расположенных по его длине. В каждом модуле размещен занимающий весь его объем тонкослойный блок 14, под которым располагаются объединенные одним трубопроводом две или более перфорированные трубы 15, через которые вода удаляется из модуля тонкослойного отстаивания в сборную камеру 16. В модуле отстаивания 12 над тонкослойным блоком 14 имеется пеносборное приспособление для удаления пенопродуктов в пено-газосборник 10.

Пеносборное приспособление по варианту 1 выполнено в виде продольно размещенных в верхней части модуля тонкослойного отстаивания бокового лотка 20 и скребка 21, закрепленного в каретке 24 и движущегося при помощи червячно-винтового привода 25 с редуктором 26 с автоматической системой реверса, расположенного на боковой стенке отстойника с внешней стороны. Отвод пенопродуктов отстойника из лотка осуществляется самотеком через патрубок 22, соединенный с пено-газосборником 10.

По второму варианту пеносборное приспособление выполнено в виде поперечно размещенной в верхней части модуля тонкослойного отстаивания системы лотка 20 в блоке с лопастным скребком 28, приводом и автоматическим устройством регулирования пеносливной кромки лотка по уровню воды. Отвод пенопродуктов отстойника из лотка осуществляется самотеком через патрубок 22, соединенный с пено-газосборником 10 (на рисунке не показан).

По третьему варианту пеносборное приспособление выполнено в виде продольно размещенных в верхней части модуля тонкослойного отстаивания лотка и скребков, соединенных с зубчато-линейным приводом с редуктором и автоматической системой реверса. Отвод пенопродуктов отстойника из лотка осуществляется самотеком через патрубок 22, соединенный с пено-газосборником 10.

Патрубок 29 соединяет насос 37 подачи воды, прошедшей флотокамеры, с сатуратором 30, который соединен патрубком 31 с водогазовым распределителем 32, находящимся в модуле тонкослойного отстаивания 12, а другим патрубком 33 со станцией газового снабжения 34, которая также питает инертным газом через патрубок 35 и редуктор 36 систему пено-газосборника 10.

Между узлами флотации и отстаивания расположено устройство распределения газоводной смеси и подвода инертного газа, выполненное в виде сатуратора 30, соединенного патрубком 29 через насос 37 подачи воды после флотокамер в сатуратор 30, который соединен патрубком 31 с водогазовым распределителем 32, находящимся в модуле тонкослойного отстаивания 12, а другим патрубком 33 со станцией газового снабжения 34, которая также питает инертным газом через патрубок 35 и редуктор 36 систему пено-газосборника 10.

Узел сбора пенопродуктов и подачи газовой смеси, устройство распределения газоводной смеси и подвода инертного газа, соединенные с узлом флотации и с узлом отстаивания, образуют замкнутую систему рециркуляции бескислородной газовой смеси.

Установка работает следующим образом:

Исходная вода по трубопроводу подается в аванкамеру 7, из которой через патрубок с фланцем 3, в котором установлена перфорированная перегородка 4, поступает в первую флотокамеру 1, где располагается импеллерный диспергатор 2 (с возможной установкой второго диспергатора), установленный на патрубке с фланцем 6.

Выделенная пена поднимается вверх, транспортируется по внутренней конической поверхности 5 цилиндрического корпуса флотокамеры к патрубку забора пенопродуктов 8, по которому пена отводится в пено-газосборник 10, а освободившийся газ после гашения пены через патрубок 9 поступает обратно во флотокамеру. Вода, освободившаяся после гашения пены при накоплении заданного объема, автоматически отводится через патрубок 11 с гидрозатвором (рис.2). Частично очищенная вода из первой флотокамеры через патрубок с фланцем 3 через перфорированную перегородку 4 поступает во вторую флотокамеру, затем в следующую, если по характеристике воды требуется три или более флотокамеры. Из последней флотокамеры также через патрубок с фланцем 3 вода, содержащая мелкодисперсные пузырьки воздуха с адсорбированными загрязнениями, поступает в герметичный модуль тонкослойного отстаивания 12 с тонкослойным блоком 14. Выделенные пенопродукты под действием потока жидкости перемещаются в противоположный конец модуля тонкослойного отстаивания 12, где с помощью скребка 21 направляются в лоток 20, а потом через патрубок 22 самотеком отводятся в пено-газосборник 10. Очищенная от загрязнений, которые выпадают в осадок в пирамидальные прямики 13, вода собирается перфорированными трубами 15, расположенными под блоком 14, и через трубопровод 17 направляется в сборную емкость 16 через вертикальную воронку 18, которая позволяет регулировать наполнение водой отстойный блок и флотокамеры. Очищенная вода отводится из емкости 16 через отводящий патрубок 19 при помощи насоса 27.

Изобретение обеспечивает не только повышение степени очистки воды, поскольку при использовании инертного газа образуются более мелкие пузырьки, но и повышение безопасности использования такой установки в пожароопасных местах, таких как места добычи нефти, рядом с нефтескважиной, где также, возможно, необходимо производить очистку пластовой воды. Применяемый в этом случае импеллерный флотатор может быть использован как очистное устройство для работы в пожароопасных условиях, т.к. его герметичность позволяет работать этому типу флотатора в бескислородной среде. Для регулирования необходимой величины производительности или качества очистки можно создать очистную установку в виде флотокамеры с определенной величиной производительности и качества продукта.

Применение инертных газов позволило получить более мелкие пузырьки газов в водогазовой смеси и повысить эффект флотационной очистки. При этом был осуществлен самотечный отвод пенопродуктов.

Литература

1. Назаров В.Д., Русакович А.А., Вадулина Н.В. Сооружения очистки подтоварных и ливневых вод ЛПДС/Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - №7, 2004. - С.24-26.

2. Патент №2325330. Назаров В.Д., Назаров М.В. Способ подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений и устройство для его осуществления. 2006 г.