СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к области подготовки нефти, и может быть использовано на нефтеперерабатывающих предприятиях при подготовке нефти к переработке. На пунктах подготовки нефти широкое применение находят различные резервуары в виде отстойников, где отстой производится в динамическом режиме, т.е. при непрерывной подаче эмульсии в отстойник и непрерывном отводе разделенных нефти и воды. В процессе отстоя между слоями нефти и воды накапливается неразрушенная часть эмульсии, образуется промежуточный эмульсионный слой, который приводит к нарушению нормального технологического процесса отстоя.

Для разрушения эмульсии промежуточного слоя и разделения ее на нефть и воду с удалением поляризованных и магнитных частиц используют различные методы химического и механического воздействия, а также электрических и магнитных полей.

Известен, например, способ термохимического обезвоживания и обессоливания нефти за счет нагрева нефтяной эмульсии и химического воздействия на нее деэмульгаторов. При нагреве эмульсии ее вязкость снижается, что облегчает отделение воды (Ивановский В.Н. и др. Нефтегазопромысловое оборудование. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006. С. 648).

Известный способ недостаточно эффективен, требует использования дорогостоящих деэмульгаторов и дополнительного обезвоживания с применением других методов.

Известно устройство для переработки нефтесодержащих отходов, которое содержит дезинтегратор, обеспечивающий механическое воздействие на нефтесодержащие отходы, смеситель, резервуар готового продукта и вихревой насос. Смеситель подключен к всасывающему патрубку вихревого насоса, резервуар готового продукта подключен к напорному патрубку вихревого насоса. Вихревой насос снабжен линией обводного регулирования подачи, включающей струйный кавитационный аппарат и дросселирующие устройства. Технический результат заключается в повышении степени дробления отходов на мелкие фракции, что позволяет использовать нефтесодержащие отходы в качестве топлива (Патент 2512450, МПК F23G 5/033, B02C 19/06, опубл. 10.04.2014).

Недостатком известного решения является невозможность его использования при обезвоживании нефтяных эмульсий.

Известен также способ воздействия на эмульсии, содержащие ферромагнитные включения, постоянным неоднородным магнитным полем со стороны спиралеобразного источника намагничивания, расположенного внутри осадительного элемента, на поверхности которого ферромагнитные частицы оседают и счищаются направляющей за счет его проворачивания вокруг своей оси (патент РФ 2263548, МПК 7 B03C 1/00, опубл. 11.10.2005).

Известный способ является недостаточно эффективным из-за невозможности контролирования качества магнитного воздействия, т.к. спиралевидный намагничивающий элемент имеет законченную конфигурацию и не может изменять магнитную напряженность, а ферромагнитный материал имеет остаточную намагниченность и не может быть полностью удален с поверхности осадительных элементов.

Известен способ электромагнитной обработки нефтяных эмульсий с помощью индуктора, который состоит из магнитопровода, изготовленного из трансформаторного железа, между полюсами которого помещена труба из нержавеющей стали. Внутри трубы размещена вставка из трансформаторного железа - магнитный сердечник. Для возбуждения магнитного поля на полюса надеты катушки из провода диаметром 1,2 мм по 400 витков. Блок управления состоит из генератора гармонических колебаний с фиксированными частотами, усилителя мощности и батареи конденсаторов. Модификации установки позволяют получить разные формы изменения напряженности магнитного поля при магнитной обработке. Анализировались эмульсии с обводненностью 68%. Лабораторные испытания проводились без магнитной обработки и при обработке магнитным полем, напряженность во времени изменялась знакопеременно по закону треугольника, прямоугольника, синусоидально, импульсно. Дозировка деэмульгатора 40 мг/л. Испытывались марки деэмульгаторов ХПД-005, СТХ-2, СТХ-5, Союз-А. Результаты испытаний показали, что наилучшие результаты по разрушению стойких эмульсий достигаются при совместном использовании магнитной обработки импульсной, синусоидальной и треугольной форм напряженности и деэмульгатора Союз-А (риск применения 0). (Аппараты для воздействия на водонефтяные эмульсии магнитным полем. Авторы: д.т.н. Шайдаков В.В., Инжиниринговая компания "Инкомп-нефть", к.т.н. Каштанова Л.Е., Инжиниринговая компания "Инкомп-нефть", Емельянов А.В., Уфимский государственный нефтяной технический университет).

Известный способ недостаточно эффективен, так как требует дополнительного применения деэмульгаторов, что удорожает процесс обработки водонефтяных эмульсий.

Известен способ разрушения промежуточного эмульсионного слоя, включающий подачу эмульсии в резервуар, удаление эмульсии из промежуточного эмульсионного слоя, обработку эмульсии и ее подачу снова в резервуар, отличающийся тем, что уровень промежуточного эмульсионного слоя поддерживают на постоянной высоте с помощью гидрозатвора, размещенного на линии забора воды, при этом удаление эмульсии из промежуточного эмульсионного слоя осуществляют с помощью заборного устройства, размещенного на высоте промежуточного эмульсионного слоя, а обработку ведут в импульсном магнитном поле (Патент РФ 2154089, C10G 33/02, B01D 17/06, опубл. 10.08.2000).

Недостатком известного способа является низкая эффективность обезвоживания нефтяной эмульсии промежуточного слоя в импульсном магнитном поле.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству по технической сущности и достигаемому результату является способ разрушения нефтяных эмульсий при пропускании их через вращающееся и неоднородное магнитное поле, создаваемое статорными обмотками асинхронного электродвигателя и дополнительным положительно заряженным электродом, при этом цилиндрическая емкость магнитного аппарата выполнена из немагнитного материала (Установка обработки эмульсий вращающимся магнитным и неоднородным электрическим полем. Интернет-ресурс toe-kgeu.ru/spe/429-spe).

Известный способ является недостаточно эффективным при обезвоживании нефтяных эмульсий, а дополнительный электрод усложняет конструкцию устройства для магнитной обработки.

Задачей изобретения является создание эффективного способа и простого в исполнении устройства для обезвоживания нефтяных эмульсий промежуточного слоя, а также любых водомасляных составов и вязких нефтей.

Технический результат от использования изобретения заключается в эффективном обезвоживании стойких нефтяных эмульсий при отсутствии затрат на деэмульгирование, дополнительном увеличении товарной нефти и ликвидации источника нефтешламовых отходов.

Указанный результат достигается в способе обезвоживания нефтяных эмульсий, включающий подогрев нефтяной эмульсии и магнитную обработку вращающимся магнитным полем, за счет того, что ограниченный объем нефтяной эмульсии, например, из промежуточного слоя отстойного резервуара, подают в оборотную емкость, при необходимости нагревают, циркулируют по замкнутому кругу через магнитный аппарат или статично выдерживают в магнитном аппарате, в том и другом случаях обрабатывают вращающимся магнитным полем, напряженность которого и время циркуляции или выдержки в аппарате устанавливают экспериментально по принципу достижения наилучшего или требуемого результата, обработанный объем направляют внутрь коалесцирующего элемента, встроенного в разделительный отстойник, получают обезвоженную нефть и направляют ее на окончательную подготовку, а отделенную воду - на поддержание пластового давления

Указанный результат достигается в способе обезвоживания нефтяных эмульсий, включающий подогрев нефтяной эмульсии, дезинтегрирование и магнитную обработку вращающимся магнитным полем за счет того, что ограниченный объем нефтяной эмульсии, например, из промежуточного слоя отстойного резервуара, подают в оборотную емкость, при необходимости нагревают, циркулируют по замкнутому кругу, при этом последовательно дезинтегрируют и обрабатывают вращающимся магнитным полем, напряженность которого и время циркуляции через дезинтегратор и магнитный аппарат устанавливают экспериментально по принципу достижения наилучшего или требуемого результата, обработанный объем размещают в разделительном отстойнике, получают обезвоженную нефть и направляют ее на окончательную подготовку, а отделенную воду - на поддержание пластового давления.

Указанный результат достигается также в способе обезвоживания нефтяных эмульсий за счет того, что, с целью повышения эффективности разделения фаз, ограниченный объем нефтяной эмульсии размещают и последовательно выдерживают в оборотной емкости, магнитном аппарате и разделительном отстойнике, при этом в оборотной емкости нефтяную эмульсию при необходимости нагревают, в магнитном аппарате обрабатывают вращающимся магнитным полем, в разделительном отстойнике получают обезвоженную нефть и направляют на окончательную подготовку, а отделенную воду - на поддержание пластового давления, причем перед размещением в магнитном аппарате нефтяную эмульсию предварительно дезинтегрируют путем круговой циркуляции через дезинтегратор, а время обработки при дезинтегрировании, в магнитном аппарате и разделительном отстойнике устанавливают экспериментально по принципу достижения требуемого результата.

Указанный результат, кроме того, достигается в устройстве для обезвоживания нефтяных эмульсий, включающем дезинтегратор и магнитный аппарат с диамагнитной камерой, отличающийся тем, что оно дополнительно снабжено оборотной емкостью и статическим или динамическим разделительным отстойником, при этом оборотная емкость оснащена термостатирующим элементом и линиями подачи нефтяной эмульсии в дезинтегратор, магнитный аппарат и разделительный отстойник, линии подачи выполнены в виде замкнутой и линейной коммуникационной цепи, диамагнитная камера оборудована электромагнитной обмоткой трехфазного тока, разделительная емкость содержит коалесцирующий элемент, например, волокнисто-поровый материал, и линию ввода обработанной жидкости внутрь этого элемента, а также линию отвода обезвоженной нефти на окончательную подготовку и линию сброса отделенной воды на поддержание пластового давления.

На фиг. 1 показана схема устройства для обезвоживания нефтяных эмульсий. Устройство содержит оборотную емкость 1, дезинтегратор 2, магнитный аппарат 3, разделительный отстойник статического или динамического принципа действия 4, коалесцирующий элемент 5, диамагнитную камеру 6, электромагнитные обмотки трехфазного тока 7, термостатирующий элемент 8, линию для приема нефтяной эмульсии 9, линии подачи 10 нефтяной эмульсии в дезинтегратор, магнитный аппарат и разделительный отстойник, линии возврата 11 из дезинтегратора и магнитного аппарата, линию подачи 12 обработанной эмульсии в разделительный отстойник, линию подачи 13 обезвоженной нефти на окончательную подготовку и линию 14 для освобождения от воды.

Устройство работает следующим образом.

Ограниченный объем нефтяной эмульсии, например, из промежуточного слоя отстойного резервуара, направляется по линии 9 в оборотную емкость 1. При необходимости нефтяную эмульсию здесь подогревают при помощи термостатирующего элемента 8 до заданной температуры для ускорения процесса обезвоживания и циркулируют по замкнутому кругу по линиям 10 и 11 напрямую через магнитный аппарат 3 или для повышения эффективности разделения фаз циркулируют последовательно через дезинтегратор 2 и магнитный аппарат 3, а после завершения обработки поток направляют по линии 12 в разделительный в отстойник 4 через коалесцирующий элемент 5, что ускоряет, как известно, процесс разделения обработанной эмульсии на обезвоженную нефть и воду. Время обработки эмульсии в дезинтеграторе и магнитном аппарате, а также время отстоя в разделительном отстойнике определяется экспериментально по принципу достижения наилучшего или требуемого результата.

Для повышения глубины обезвоживания процесс дезинтегрирования нефтяной эмульсии и магнитной обработки вращающимся магнитным полем проводят раздельно, причем обработку магнитным полем проводят в статическом режиме. С этой целью ограниченный объем нефтяной эмульсии, например, из промежуточного слоя отстойного резервуара, по линии 9 подают в оборотную емкость 8, при необходимости нагревают и циркулируют по линиям 10 и 11 через дезинтегратор 2 заданное время; подвергнутую механическому воздействию с помощью дезинтегратора нефтяную эмульсию помещают в диамагнитную камеру 6 магнитного аппарата 3 и обрабатывают ее в статике также заданное время вращающимся магнитным полем путем включения электромагнитных трехфазных обмоток 7. Обработанную магнитным полем нефтяную эмульсию перемещают из диамагнитной камеры 6 магнитного аппарата 3 в разделительный отстойник 4, выдерживают там заданное время и получают обезвоженную нефть, которую направляют на окончательную подготовку, а отделенную воду - на поддержание пластового давления. Время обработки при дезинтегрировании, пребывания в магнитном аппарате и разделительном отстойнике устанавливают экспериментально по принципу достижения наилучшего или требуемого результата.

Пример осуществления способа

На фиг. 2 представлена схема опытно-лабораторного стенда для обезвоживания нефтяных эмульсий. Стенд содержит оборотную емкость 1, дезинтегратор 2, магнитный аппарат 3, разделительный отстойник статического принципа действия 4, коалесцирующий элемент 5, диамагнитную камеру 6, электромагнитные обмотки трехфазного тока 7, термостатирующий элемент 8, линии гидравлических коммуникаций 9 для перекачки нефтяной эмульсии, центробежный насос 10, запорные шаровые краны для управления линиями коммуникаций K1…K8.

Краны K1…K8 по умолчанию закрыты. Для реализации того или иного варианта обработки необходимые краны открываются.

Методика проведения работ. Оборотную емкость 1, размещенную в среде термостатирующей жидкости, заполняли нефтяной эмульсией, отобранной из промежуточного слоя отстойного резервуара УПН «Баган» ООО «РН-Северная нефть». Состав нефтяной фазы по данным лабораторных исследований составляет, % масс.: асфальтены - 1.19; смолы селикагелевые - 16.99; парафин - 1,90; масла - 60,67; бензин - 19,25. Водосодержание эмульсии - 66 % масс., содержание мехпримесей - 1,73 % масс. Эксперименты проводились с подогревом обрабатываемой нефтяной эмульсии до 60°C. Температуру подогрева обеспечивал термостатирующий элемент 8. Время эксперимента каждого цикла обработки составляло 600, 900 и 1200 с. Величина магнитной индукции в каждом цикле обработки изменялась в диапазоне примерно от 30 до 125 мТл в пятишаговом режиме. Программа предусматривала проведение следующих экспериментов:

а) обработка нефтяной эмульсии в течение заданного времени во вращающемся магнитном поле при круговой циркуляции обрабатываемого объема через диамагнитную емкость магнитного аппарата (в динамике) и при размещении обрабатываемого объема внутри диамагнитной камеры магнитного аппарата на период обработки вращающимся магнитным полем также в течение заданного времени (в статике);

б) обработка нефтяной эмульсии в течение заданного времени последовательно в дезинтеграторе и вращающемся магнитном поле при круговой циркуляции через диамагнитную камеру магнитного аппарата (в динамике) и обработка нефтяной эмульсии при круговой циркуляции через дезинтегратор в течение заданного времени (в динамике) с последующим размещением этой эмульсии в диамагнитной камере магнитного аппарата для ее обработки вращающимся магнитным полем в неподвижном состоянии в течение также заданного времени (в статике).

Результаты исследований приведены на фиг. 3. На фиг. 3, а представлены результаты обработки нефтяной эмульсии вращающимся магнитным полем (ВМП) в динамике (верхняя часть графика) и в статике (нижняя часть графика); на графиках указаны величины магнитной индукции в мТл, при которых проводилась обработка (40, 80, 120 мТл), а также остаточное водосодержание нефтяных эмульсий после соответствующего цикла обработки в % масс. (62, 59…0,39, 0,18 и т.п.). На фиг. 3, б представлены результаты обработки нефтяной эмульсии последовательно дезинтегрированием (Д) и вращающимся магнитным полем как в динамике потока (верхняя часть графика), так и в статике (нижняя часть графика); остальные обозначения - те же.

Анализ графиков позволяет определить оптимальное время обработки и наилучший результат, достигнутый при заданных режимах обработки на экспериментальной установке принятой конфигурации. Наилучшие результаты здесь достигаются при обработке нагретого до 60°C объема нефтяной эмульсии в течение 900 с при величине магнитной индукции 120 мТл. При этом водосодержание нефтяной эмульсии, обработанной вращающимся магнитным полем в динамике, уменьшилось с 66 до 8,2% масс., или в 8 раз; та же операция в статике дала снижение водосодержания обработанной нефтяной эмульсии до 0,18% масс., или в 366,7 раза (фиг. 3,а). При обработке нефтяной эмульсии дополнительно дезинтегрированием в процессе прокачки обрабатываемого потока через магнитный аппарат (в динамике) снижает водосодержание до 6 % масс., или в 11 раз, а дезинтегрирование со статической обработкой магнитным полем уменьшает содержание воды до 0,08 % масс., или в 825 раз (фиг. 3, б). Таким образом, операция дезинтегрирования повышает эффективность магнитной обработки вращающимся магнитным полем в динамическом режиме в 1,375 раза, или на 37.5%, а в режиме статики в 2,25 раза, или на 125%.

Определения содержания воды в нефти выполнены по ГОСТ 2477-65 в Лаборатории физико-химических исследований ООО «РН-Северная нефть».