СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НЕФТИ, СОДЕРЖАЩЕЙ МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИМЕСИ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам обезвоживания нефти, содержащей механические примеси, и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Нефть, добытая с обводненных месторождений, содержит в значительных количествах пластовую воду и представляет собой стабилизированную гетерогенную систему (эмульсия «вода в масле» плюс твердые частицы песка, глины, илов). Перед транспортировкой и переработкой нефть должна быть освобождена от пластовой воды и механических примесей.

Известен способ обезвоживания углеводородных сред путем коалесцирующей фильтрации через композицию материалов, состоящую из пористо-ячеистых металлов и (или) сплавов и пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой [Патент РФ №2105583, МПК B01D 17/04, опубл. 27.02.1998]. Способ обеспечивает обезвоживание светлых нефтепродуктов до 0,10-0,15 об.% при содержании воды в исходных эмульсиях от 0,5 до 70 об.% и водонефтяной эмульсии до 0,10-0,12 об.% при содержании воды в исходных водонефтяных эмульсиях от 32,0 до 43,6 об.%. Очистка от твердых механических примесей не предусмотрена.

Известен способ обезвоживания и обессоливания нефти, описанный в патенте РФ №2146549, МПК B01D 17/00, опубл. 20.03.2000, согласно которому осуществляют фильтрацию нагретой до 30-70°C водонефтяной эмульсии через фильтрующе-коалесцирующую композицию из пористо-ячеистых металлов, и (или) сплавов, и (или) пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой, при этом происходит деэмульгирование, отделение пластовой воды и механических примесей от нефти.

Регенерация фильтрующего материала может быть осуществлена путем промывки обратным ходом продукта или продувки воздухом или пропариванием. Способ выбран за прототип. Способом уменьшали содержание воды в нефти от 19,0 до 0,04 об.%, от 18,0 до 0,03 об.% и от 31,3 до 0,28 об.%.

Мелкие частицы механических примесей (песок, частицы глины) увлекаются потоком нефти вглубь пористо-ячеистого слоя, что приводит как к потере способности слоя к принудительной коалесценции эмульсии, так и к возрастанию сопротивления слоя вплоть до полной его забивки. Регенерация фильтрующе-коалесцирующего слоя из пористо-ячеистых металлов, то есть удаление из слоя твердых частиц и восстановление его эксплуатационных характеристик, оказалась невозможной [Гарифуллин А.Р. Опыт борьбы с мехпримесями в ООО «РН-Юганскнефтегаз» // Инженерная практика, 2010, №2. С. 22], а использование таких слоев в виде одноразовых картриджей - экономически и экологически неприемлемым.

Задача, на решение которой направлены заявляемые способ и устройство, состоит в повышении качества очистки нефти от воды и механических примесей, стабилизации показателей очистки, снижении затрат на проведение процесса очистки.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе обезвоживания нефти, содержащей механические примеси, включающем пропускание предварительно нагретой водонефтяной эмульсии через фильтрующий материал, очищаемый при забивке механическими примесями промывкой, предусмотрены следующие отличия: в качестве фильтрующего материала используют металлосферический порошок с частицами разного размера, расположенными по высоте в порядке уменьшения скорости их седиментации в пластовой воде снизу вверх, и очищаемыми от механических примесей пластовой водой, подаваемой в направлении снизу вверх с обеспечением псевдоожижения порошка, при этом водонефтяную эмульсию пропускают через металлосферический порошок в направлении уменьшения размера частиц порошка под избыточным давлением, а после расслоения профильтрованной эмульсии на обезвоженную нефть и пластовую воду их отделяют».

В частном варианте водонефтяную эмульсию пропускают через фильтрующий материал из разноплотных и разноразмерных металлосферических порошков с выводом двухфазного потока на расслаивание со стороны слоя металлосферических порошков большей плотности с частицами меньшего размера.

В другом частном варианте водонефтяную эмульсию пропускают через фильтрующий материал из равноплотных и разноразмерных металлосферических порошков с выводом двухфазного потока на расслаивание со стороны слоя металлосферических порошков с частицами меньшего размера.

В другом частном варианте водонефтяную эмульсию предварительно нагревают до температуры 50±2°C и затем пропускают через фильтрующий материал из металлосферических порошков.

В другом частном варианте расположение частиц металлосферического порошка по высоте в порядке уменьшения скорости их седиментации снизу вверх осуществляют путем пропускания потока пластовой воды, подаваемой в направлении снизу вверх с обеспечением псевдоожижения металлосферического порошка и последующей седиментации.

Для решения поставленной задачи устройство для обезвоживания нефти, содержащей механические примеси, имеет вертикальный корпус, в нижней части цилиндра которого расположен дренажно-распределительный узел, поддерживающий фильтрующий материал в виде металлосферического порошка с частицами разного размера и выполненный с возможностью подачи через него водонефтяной эмульсии или пластовой воды, при этом над фильтрующим материалом расположена верхняя часть корпуса, закрытая крышкой со штуцером/штуцерами и выполненная в виде расширяющегося вверх конуса с высотой конусной части и углом конуса, удовлетворяющими условию Vж·Vтв, где Vж - линейная скорость восходящего потока пластовой воды в расширенной части корпуса и Vтв - минимальная скорость седиментации частиц металлосферического порошка, причем оно выполнено с возможностью ввода водонефтяной эмульсии в корпус и вывода профильтрованной эмульсии в сборник для расслаивания на обезвоженную нефть и пластовую воду.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где схематически представлен вертикальный разрез устройства.

Устройство для обезвоживания нефти, содержащей механические примеси, выполнено в виде вертикального цилиндра 1, в нижней части которого расположен дренажно-распределительный узел 2, поддерживающий фильтрующий материал из металлосферического порошка с частицами разного размера 3, и выполненный с возможностью подачи через него потока пластовой воды, при этом над фильтрующим материалов расположена верхняя часть корпуса 4, закрытая крышкой 5 со штуцером/штуцерами 6 и выполненная в виде расширяющегося вверх конуса 4 с высотой конусной части и углом конуса, удовлетворяющими условию Vж≤Vтв, где Vж - линейная скорость восходящего потока пластовой воды в расширенной части корпуса и Vтв - минимальная скорость седиментации частиц металлосферического порошка, причем оно выполнено с возможностью ввода водонефтяной эмульсии в корпус и вывода профильтрованной эмульсии в сборник для расслаивания на обезвоженную нефть и пластовую воду и их отделения как через упомянутый дренажно-рапределительный узел 2, так и через штуцер на крышке корпуса 6.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Устройство через загрузочный штуцер 6 заполняют фильтрующим материалом из металлосферического порошка (МСП) с частицами разного размера 3. Далее, через дренажно-распределительный узел 2 в устройство подают поток пластовой воды с расходом, обеспечивающим в цилиндрической части корпуса линейную скорость, превышающую максимальную скорость седиментации частиц МСП, а в расширенной части 4, - равную или меньшую минимальной скорости седиментации частиц МСП. Далее подачу прекращают и после седиментации частиц МСП с формированием требуемой структуры фильтрующей загрузки в устройство подают водонефтяную эмульсию, содержащую механические примеси. Подачу водонефтяной эмульсии осуществляют:

- при формировании фильтрующего материала из разноплотных и разноразмерных МСП - через штуцер 6 с выводом водонефтяной эмульсии на расслаивание через дренажно-распределительный узел;

- при формировании фильтрующего материала из равноплотных, но разноразмерных МСП - через дренажно-распределительный узел 2 с выводом водонефтяной эмульсии на расслаивание через штуцер 6.

По завершении стадии фильтрования осуществляют регенерацию фильтрующего материала подачей пластовой воды в условиях, идентичных условиям формирования структуры фильтрующего материала.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Фильтр заполнили двумя слоями МСП, отличающимися размером частиц и насыпной плотностью. Фракции МСП размещали по высоте в порядке уменьшения в направлении снизу вверх скорости седиментации частиц в воде. Предварительно оценивали (сравнивали) скорость седиментации фракций порошка, наблюдая за их осаждением в воде. Верхний слой состоял их частиц размером 0,6-1,0 мм, изготовленных из металлического титана (плотность титана 4,5 г/см³ и меньше скорость седиментации). Нижний слой состоял их частиц размером 0,25-0,4 мм, изготовленных из стали 12Х18Н10Т (плотность стали 7,96 г/см³ и больше скорость седиментации).

Водонефтяную эмульсию нагрели до температуры 50±2°С. Эмульсию подавали на фильтр сверху вниз, т.е. в направлении от больших частиц к меньшим - в направлении уменьшения размера частиц, под избыточным давлением 0,1 МПа. Профильтрованную водонефтяную эмульсию выводили из фильтра и направляли в сборник фильтрата, в котором в течение нескольких часов проходило ее расслаивание на две фазы: пластовую воду и обезвоженную нефть. Обезвоженную нефть отделяли от пластовой воды и анализировали на содержание воды и механических примесей.

После снижения объемной скорости фильтрации с ~4,5 м³/(м²·ч) до 0,5 м³/(м²·ч) МСП промывали от механических примесей потоком пластовой воды, подаваемой в направлении снизу вверх, т.е. в данном примере обратным током пластовой воды, и фильтрацию водонефтяной эмульсии возобновляли. Поток промывной воды подавали с расходом, обеспечивающим псевдоожижение частиц порошка. Потоком воды без подъема частиц металлосферического порошка (без псевдоожижения) отмыть фильтр от механических примесей невозможно. Отмывка происходит только в том случае, если расстояние между металлическими частицами увеличивается настолько, что более легкие частицы механических примесей начинают свободно перемещаться между металлическими частицами и выносятся из их слоя с водой.

После прекращения подачи воды на фильтр происходило фракционирование МСП: на дренажно-распределительный узел сначала опускались мелкие частицы из нержавеющей стали, имеющие большую плотность, а затем крупные частицы из более легкого титана, т.е. фракции МСП размещались по высоте в порядке уменьшения в направлении снизу вверх скорости седиментации частиц в воде. Таким образом, каждый раз после промывки формировалась первоначальная двухслойная структура фильтрующего материала, в которой слои располагались в порядке уменьшения в направлении снизу вверх скорости седиментации частиц в воде.

Было проведено 7 циклов «фильтрация-промывка». Результаты анализа обезвоженной нефти на содержание механических примесей и остаточной воды и грязеемкость фильтра приведены в таблице 1.

Пример 2.

Фильтр последовательно заполнили тремя фракциями металлосферического порошка из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с размером частиц, мм: 0,6-1,0; 0,4-0,6 и 0,25-0,4. При заполнении фильтра фракции МСП поместили на дренажно-распределительный узел в порядке уменьшения скорости седиментации МСП и размера фракций в направлении снизу вверх.

Предварительно удостоверились в том, что скорость седиментации фракций порошка в пластовой воде увеличивается с ростом размера частиц МСП. Нижний слой состоял из частиц размером 0,6-1,0 мм, средний слой состоял из частиц размером 0,4-0,6 мм, верхний слой состоял из частиц размером 0,25-0,4 мм.

Водонефтяную эмульсию предварительно нагрели до температуры 50±2°С. Водонефтяную эмульсию подавали на фильтр снизу вверх, т.е. в направлении уменьшения размера частиц, под избыточным давлением 0,08 МПа. Профильтрованная водонефтяная эмульсия выводилась из фильтра и поступала в сборник фильтрата, в котором проходило расслаивание на две фазы: пластовую воду и обезвоженную нефть. Обезвоженную нефть отделяли от пластовой воды.

После снижения объемной скорости фильтрации с ~3,1 м³/(м²·ч) до 0,5 м³/(м²·ч) МСП промывали пропусканием пластовой воды снизу вверх (т.е. прямым током воды, совпадающим с направлением потока водонефтяной эмульсии, в отличие от примера 1) с расходом, обеспечивающим псевдоожижение порошка. После прекращения подачи воды металлосферический порошок опускался на дренажно-распределительный узел, формируя фильтрационный слой с непрерывно уменьшающейся скоростью седиментации порошка в направлении снизу вверх: более крупные (более тяжелые) частицы оказывались снизу слоя, мелкие - сверху. Таким образом, каждый раз после промывки формировалась первоначальная трехслойная структура фильтрующего материала, в которой слои располагались в порядке уменьшения скорости седиментации частиц в воде в направлении снизу вверх.

Далее фильтрацию водонефтяной эмульсии возобновляли.

Было проведено 7 циклов фильтрация-промывка. Результаты анализа обезвоженной нефти на содержание механических примесей и остаточной воды приведены в таблице 2.

Как видно из примеров, пропускание водонефтяной эмульсии через структурированный слой МСП в направлении уменьшения размера частиц увеличило эффективность очистки нефти от пластовой воды (при фильтрации водонефтяной эмульсии через МСП содержание воды в эмульсии падает с 30 об.% до 0,02 об.%, тогда как в прототипе в прототипе содержание воды в нефти уменьшали с 31,3 об.% до 0,28 об.%).

Применение структурированного слоя МСП обеспечило высокое качество очистки нефти от механических примесей и большую грязеемкость фильтра за счет фракционирования твердых частиц механических примесей в фильтрующем слое МСП с уменьшающимся размером пор по направлению движения эмульсии.

Использование для обезвоживания нефти, загрязненной механическими примесями, МСП с частицами разного размера, расположенными по высоте в порядке уменьшения снизу вверх скорости седиментации, с возвращаемой после промывки в режиме псевдоожижения частиц структурой слоя, обеспечивает градиент по размерам частиц, и, следовательно, наиболее эффективное фильтрование (фильтрование в направлении уменьшения размера частиц) при многократном пропускании больших порций водонефтяной эмульсии (около 200 м³ и более на 1 м³ МСП) с восстановлением фильтрующего слоя - все это увеличивает эффективность процесса.

В примерах осуществления способа приведены результаты разделения водонефтяной эмульсии, предварительно нагретой до близкой к оптимальной температуры 50±2°С. Достижение более высокого качества очистки нефти от пластовой воды и механических примесей с регенерацией фильтрующего материала обеспечивается во всем интервале температур прототипа благодаря применению в качестве фильтрующего материала МСП с частицами разного размера и структурированию его слоя.

Предлагаемое устройство обеспечивает проведение обеих стадий процесса - разделения водонефтяной эмульсии с очисткой (сепарацией) нефти от механических загрязнений и регенерации фильтрующего материала - в условиях, исключающих вынос фильтрующего материала (или его части) из внутреннего объема устройства.

Таким образом, использование в качестве фильтрующего материала МСП позволяет повысить качество очистки нефти от воды, обеспечить очистку нефти от механических примесей, полностью регенерировать фильтрующий материал от механических примесей и тем самым стабилизировать показатели очистки и снизить затраты на проведение процесса очистки.