способ подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, включающий очистку вод седиментацией, флотацией в присутствии коагулянта, укрупнение высокодисперсных капель нефти за счет коалесценции на поверхности гидрофобных твердых материалов, извлечение эмульгированной нефти за счет фильтрования в углеводородной среде, отличающийся тем, что пластовые воды последовательно очищают седиментацией от песковых фракций, фильтруют в намагниченном гранулированном ферромагнитном материале, находящемся в магнитном поле, причем ферромагнитный материал образует замкнутую магнитную цепь, дозируют коагулянт, флотируют пузырьками растворенного газа за счет сброса давления, причем флотацию ведут последовательно в нескольких секциях, количество которых выбирают в зависимости от требуемого эффекта очистки по формуле C=C₀/(1+Kt/n) ⁿ, где С и С₀ - текущая и исходная концентрация нефтепродуктов, соответственно, Kt - безразмерный параметр флотации, n - количество секций, растворенные агрессивные газы извлекают вакуумированием, дозируют бактерицидные препараты, при этом магнитный сепаратор периодически промывают обратным током воды при отключенном магнитном поле, а промывную воду и фильтрационный шлам разделяют на нефтепродукты, взвешенные вещества и воду, причем нефтепродукты подают в товарную нефть, воду возвращают в цикл очистки пластовых вод, осадок обезвоживают, а дренажную воду используют повторно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряженность внешнего магнитного поля поддерживают в диапазоне 1...2 КА/м.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарацию газа ведут под давлением 0,001...0,005 МПа.

4. Устройство подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, содержащее флотационный аппарат, реагентное хозяйство, коалесцирующе-гидрофобный фильтр, отстойник, сборник нефтешлама, иловые площадки, насосную станцию, отличающееся тем, что оно содержит последовательно соединенные песколовку, магнитный сепаратор с источником электропитания, вихревой смеситель, напорный многосекционный флотатор с нефтесборным устройством, вакуумный дегазатор с вакуумным насосом, резервуар чистой воды, причем корпус магнитного сепаратора выполнен из трубы круглого сечения в виде двух П-образных элементов, заполненных гранулами ферромагнитного материала, соединенных между собой с образованием кольцевой системы, на линейной части нижнего П-образного элемента размещены электромагнитные катушки, а в верхней и нижней частях кольцевого корпуса расположены патрубки подвода и отвода воды, соответственно, кроме того, флотационный аппарат с помощью перегородок разделен на n секций, сквозь которые последовательно проходит очищаемая вода, в нижней части каждой секции размещено дросселирующее устройство, в которое подается некоторая доля очищаемой воды, насыщенной растворенными газами, причем устройство содержит систему рециркуляции промывных вод, включающую промывной насос, гидрофобно-коалесцирующий фильтр, отстойник, сборник нефтешлама.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в каждую секцию флотатора к дросселирующим устройствам в равных долях подводят 6...9% газонасыщенной пластовой воды.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что количество секций флотационного аппарата равно 3.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в магнитном сепараторе применены гранулы из стали Ст3 или чугуна.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что размер гранул в магнитном сепараторе составляет 2...10 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки нефтесодержащих сточных вод, в частности пластовых, подтоварных и ливневых сточных вод нефтяных месторождений.

Известно устройство для обработки нефтепромысловых вод, содержащее флотационную камеру, диспергатор воздушной смеси, пеносборник, систему рециркуляции газа, газосепаратор /1/. Устройство не дает достаточно высокого эффекта очистки нефтепромысловых вод.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является сооружение очистки подтоварных и ливневых вод линейных перекачивающих газодожимных станций /2/. Сооружение содержит отстойник, флотатор, коалесцирующе-гидрофобный фильтр, электрохимический и сорбционный фильтр, реагентное хозяйство (коагулянт, бактерицидный препарат), сборник нефтешлама, иловые и компостные площадки, насосную станцию.

Известный способ очистки /2/ 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. Очищенная вода сбрасывается в пруд, в котором насыщается кислородом воздуха, затем смешивается с очищенной хозбытовой водой, после чего проходит доочистку в естественных условиях в прудах.

Известный способ и устройство для его осуществления не дают достаточно высокого эффекта очистки воды от нефти, взвешенных веществ, растворенных газов.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения степени очистки воды.

Указанная задача решается тем, что в способе подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, включающем очистку вод седиментацией, флотацией в присутствии коагулянта, укрупнение высокодисперсных капель нефти за счет коалесценции на поверхности гидрофобных твердых материалов, извлечение эмульгированной нефти за счет фильтрования в углеводородной среде, согласно изобретению пластовые воды очищают седиментацией от песковых фракций с последующей фильтрацией в намагниченном гранулированном ферромагнитном материале, образующем замкнутую магнитную цепь и находящемся во внешнем магнитном поле, дозируют коагулянт, флотируют пузырьками растворенного газа за счет сброса давления, причем флотацию ведут последовательно в нескольких секциях, количество которых выбирают в зависимости от требуемого эффекта очистки по формуле C=C₀ /(1+Kt/n)ⁿ, где С и С₀ - текущая и исходная концентрация нефтепродуктов соответственно, Kt - безразмерный параметр флотации, n - количество секций, растворенные агрессивные газы извлекают вакуумированием, дозируют бактерицидные препараты, при этом магнитный сепаратор периодически промывают обратным током воды при отключенном магнитном поле, а промывную воду и фильтрационный шлам разделяют на нефтепродукты, взвешенные вещества и воду, причем нефтепродукты подают в товарную нефть, воду возвращают в цикл очистки пластовых вод, а дренажную воду используют повторно, кроме того сепарацию газа ведут при давлении 0,001...0.005 мПа, напряженность магнитного поля поддерживают в диапазоне 1...2 кА/м.

Указанная задача решается также тем, что устройство подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, содержащее флотационный аппарат, реагентное хозяйство, коалесцирующе-гидрофобный фильтр, отстойник, сборник нефтешлама, иловые площадки, насосную станцию, согласно изобретению, содержит последовательно соединенные песколовку, магнитный сепаратор с источником электропитания, вихревой смеситель, напорный многосекционный флотатор с нефтесборным устройством, вакуумный дегазатор с вакуумным насосом, резервуар чистой воды, причем корпус магнитного сепаратора выполнен из грубы круглого сечения в виде двух П-образных элементов, заполненных гранулами ферромагнитного материала, соединенных между собой с образованием кольцевой системы, на линейной части нижнего П-образного элемента размещены электромагнитные катушки, а в верхней и нижней части кольцевого корпуса расположены патрубки подвода и отвода воды соответственно, кроме того флотационный аппарат с помощью перегородок разделен на n-секций, сквозь которые последовательно проходит очищаемая вода, в нижней части каждой секции размещено дросселирующее устройство, в которое подается некоторая доля очищаемой воды, насыщенной растворенными газами, причем устройство содержит систему рециркуляции промывных вод, включающую промывной насос, гидрофобно-коалесцирующий фильтр, отстойник, сборник нефтешлама.

На фиг.1 представлена технологическая схема очистки пластовых вод. На фиг.2 представлен магнитный сепаратор.

Технологическая схема включает последовательно соединенные песколовку 1, магнитный сепаратор 2 с источником питания 3, вихревой смеситель 4, напорный флотационный аппарат 5, вакуумный дегазатор 6, резервуар чистой воды 7, насосную станцию 8. Реагентное хозяйство 9 предусмотрено для подачи коагулянта, реагентное хозяйство 10 - для подачи бактерицидного препарата.

Система промывной воды включает насос промывной воды 11, гидрофобно-коалесцирующий фильтр 12, сборник нефтешлама 13 и отстойник 14. Отстойные зоны песколовки 1 и отстойника 14 соединены с иловой площадкой 15.

Магнитный сепаратор 2 представляет собой кольцеобразный аппарат, заполненный гранулированным ферромагнитным материалом 16, образующим замкнутую магнитную цепь. На корпусе аппарата находятся электромагнитные катушки 17.

Сооружение работает следующим образом. Пластовую воду в смеси с подтоварной, ливневой водой и промстоком подают на песколовку 1, в которой отделяются крупные взвешенные вещества. Далее вода подается в магнитный сепаратор 2, в котором происходит извлечение основного количества взвешенных веществ под действием магнитного поля. Магнитный сепаратор является фильтром, загруженным ферромагнитными частицами, например сталь или чугун. В качестве загрузки могут быть использованы железные шарики, стружка или частицы неправильной формы. Размер частиц составляет 2...10 мм. При пропускании тока от источника 3 по обмотке электромагнитных катушек 17 в корпусе сепаратора создается магнитное поле напряженностью 1...2 кА/м, силовые линии которого равномерно распределены по сечению аппарата. За счет кольцеобразной конструкции магнитного сепаратора магнитное сопротивление цепи сведено к минимуму и ликвидированы токи рассеяния. Это внешнее магнитное поле намагничивает ферромагнитные частицы, при этом между частицами возникает внутреннее магнитное поле, напряженность которого во много раз больше напряженности внешнего поля. Загрязняющие вещества, диспергированные в воде, относятся либо к парамагнитным либо к ферромагнитным веществам. Под действием внутреннего магнитного поля на извлекаемые частицы действуют магнитные силы, которые на несколько порядков больше молекулярных сил, действующих в стандартных зернистых фильтрах, что приводит к увеличению гидравлической нагрузки на сепаратор при том же эффекте очистки воды.

Корпус магнитного сепаратора выполнен из трубы круглого сечения в виде двух П-образных элементов, заполненных гранулами ферромагнитного материала (шарики, стружка, дробленые частицы), соединенных между собой так, что образуют кольцевую систему, на линейной части нижнего П-образного элемента размещены электромагнитные катушки, а в верхней и нижней части корпуса расположены патрубки подвода и отвода воды соответственно. Верхний П-образный элемент снабжен загрузочными люками, используемыми в процессе загрузки аппарата ферромагнитными гранулами.

Следует отметить, что существенным требованием для закачиваемой в пласт воды является отсутствие растворенных газов (кислород, сероводород). Кислород не только является коррозионноактивным агентом, но и в пластовых условиях образует гидроксид Fe(ОН) ₃, приводящий к кольматации пласта. При взаимодействии растворенного в воде кислорода с гранулированным железом в магнитном сепараторе происходит его окисление, в результате чего из воды извлекается кислород.

В предварительно очищенную воду дозируют коагулянт с помощью реагентного хозяйства 9, реагент перемешивают с водой в вихревом смесителе 4, смесь подают в напорный трехсекционный флотатор 5. Флотирующим агентом является углеводородный газ и сероводород, которые выделяются из воды при сбросе давления от 0,3...0,5 МПа до 0,1 МПа.

Очищаемую газонасыщенную воду через дросселирующее устройство подают на вход аппарата, причем 6...9% этой воды подводят к дросселирующим устройствам, расположенным в нижней части в каждой из трех секций в равных долях. Такое решение позволяет увеличить количество газовых пузырьков во второй и третьей секции аппарата по сравнению со стандартным флотатором, имеющим одно дросселирующее устройство на входе.

Сравним эффект очистки пластовых вод флотатором из одной секции и с тремя секциями при одинаковых габаритах аппарата и прочих равных условиях. Эффект очистки такими аппаратами определится соответственно:

C₁=C₀/(1+Kt); С₃=C₀/(1+Kt/3) ³; C_n=C₀/(1+Kt/n) ⁿ,

где С₁, С ₂, С_n - остаточное содержание загрязнений после односекционного, трехсекционного и многосекционного флотатора соответственно;

С₀ - исходное содержание загрязнений;

Kt - безразмерный параметр флотации, экспериментально определено значение Kt=6,6;

n - количество секций.

Отсюда следует, что C₁/С ₃=4,3, т.е. трехсекционный флотатор эффективней в 4,3 раза. С увеличением количества секций будет увеличиваться эффект очистки.

В процессе флотации эмульгированная нефть и оставшиеся в воде мелкие взвешенные вещества флотируются на поверхность, извлекаются пеносборным устройством и отводятся для разделения на нефть и воду в гидрофобно-коалесцирующий фильтр 12.

Извлечение остаточных растворенных газов (кислорода и водорода) происходит в вакуумном дегазаторе 6 с вакуумным насосом. При поддержании давления в аппарате 0,001...0,005 МПа в воде остаются следовые концентрации растворенных газов, соответствующие отраслевым стандартам (0,5 мг/л).

После введения в воду бактерицидного препарата, с помощью реагентного хозяйства 10 вода подается в резервуар чистой воды 7, откуда насосной станцией 8 подается в систему поддержания пластового давления.

Промывка магнитного сепаратора 2 осуществляется промывным насосом 11 при выключенном источнике питания 3. Промывная вода совместно с флотационным шламом подается в гидрофобно-коалесцирующий фильтр 12, в котором происходит отделение нефти от воды. Нефть удаляется в сборник нефтешлама 13, вода - в отстойник 14. Осадок из песколовки 1 и отстойника 14 удаляется на иловые площадки для обезвоживания и утилизации, дренажная вода с иловых площадок возвращается в голову сооружения.

Результаты технико-экономического сравнения вариантов приведены в таблице.

Загрязняющие вещества	Остаточное содержание загрязняющих веществ, мг/л
	По прототипу	По изобретению
Нефтепродукты	0,05	0,1
Взвешенные вещества	2	1
Кислород	20	0,5
Сероводород	100	0,5

Из приведенных данных следует, что в прототипе достигнут более высокий эффект очистки нефтесодержащих сточных вод от нефтепродуктов, который получен благодаря применению сорбционного фильтра. В случае использования очищенных пластовых вод для закачки в пласт такой высокой степени очистки воды не требуется, следовательно, нет смысла применять дорогостоящие сорбенты.

В случае прототипа для очистки основного потока воды применены коалесцирующе-гидрофобный и электрохимический фильтры, расчетная скорость протока воды в которых составляет 5...10 м/ч. В предлагаемом изобретении основной поток воды проходит очистку в магнитном сепараторе, расчетная скорость потока воды в котором составляет 90...110 м/ч, что существенно уменьшает капитальные затраты на изготовление оборудования.

В предлагаемом изобретении уменьшено количество промывных вод за счет того, что в магнитном сепараторе загрязнения задерживаются за счет действия магнитных сил. Загрязнения легко вымываются обратным током воды при выключенном источнике питания, когда магнитное поле отсутствует. Время промывки магнитного сепаратора 1...2 мин, в то время как время промывки зернистых фильтров (в том числе электрохимических) 5...6 мин (п.6.110 /3/).

Литература

1. А.с. №1393796, C02F 1/24. Установка для обработки нефтепромысловых вод. /Нурутдинов Р.Г, Мархасин И.Л., Назаров В.Д. и др./ Б.И. 17, 1988.

2. 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.

3. СниП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения: М., Госстрой России, 2004.