способ получения горячей воды из высокоминерализованных вод

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ ИЗ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД, включающий предварительную и основную очистку исходной воды на фильтрах, подачу ее на опреснение с образованием вторичного пара, концентрата, направляемого на регенерацию фильтров, и деминерализованной воды, направляемой на подпитку парогенератора с получением острого пара, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения стоимости процесса, исходную воду предварительно подогревают до 30^оС, а перед опреснением ее подогревают до температуры деаэрации и направляют на термическую деаэрацию, вторичный пар направляют тремя потоками соответственно на подогрев исходной воды, ее термическую деаэрацию и на сжатие в пароструйный компрессор за счет энергии острого пара, острый пар делят на три потока, первый из которых редуцируют до давления 0,6 МПа, а второй подают в пароструйный компрессор, смешивают с первым с получением потока редуцированного пара и подают в процесс опреснения воды, от потока деаэрированной воды отводят часть соответственно в соотношении 1 : 0,05 - 11 и смешивают ее с предварительно отведенной частью деминерализованной воды, смешанный поток подают на предварительный и окончательный нагрев в рекуперативные теплообменники, а концентрат - на нагрев исходной воды, при этом от потока редуцированного пара отводят две части, одну из которых направляют на подогрев воды до температуры деаэрации, а другую часть и третий поток острого пара направляют соответственно на предварительный и окончательный нагрев смешанного потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при очистке воды осуществляют натрий-катионитное умягчение.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед парогенератором деминерализованную воду направляют на дополнительную деаэрацию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке воды, в частности к подготовке горячей воды из высокоминерализованных вод для термического воздействия на нефтяной пласт для повышения нефтеотдачи.

Известен способ получения горячей воды из морской для закачки в нефтяной пласт, включающий нагрев ее в выпарных аппаратах с вынесенной зоной кипения до 100^оС с предотвращением накипеобразования с помощью меловой "затравки" (1).

Недостатками способа являются его нестабильность за счет контактного подогрева воды и повышения ее коррозионной активности.

Известен также способ умягчения воды, используемый для нагрева минерализованных вод перед закачкой в нефтяные пласты с целью повышения нефтеотдачи, включающий подогрев исходной воды до температуры 25-40^оС, смешивание с известью, осаждение бикарбонатов, отделение осадка, магнитную обработку, нагрев и разделение на два потока, один из которых подвергают натрий-катионированию, деаэрации и упариванию, смешивание полученного пара с другим потоком воды и сточными водами натрий-катионитных фильтров, термоумягчение с отделением от осадка умягченной воды и отделение газов, подпитку парогенератора, вырабатывающего пар с давлением на 0,2-0,3 МПа выше, чем давление насыщения в термоумягчителе, продувку парогенератора и регенерацию ею натрий-катионитных фильтров, после предварительного охлаждения в расширителе и теплообменнике подачу нагретой термоумягченной воды в скважину (2).

Недостатками известного способа являются: питание парогенератора хотя и глубокоумягченной, но высокоминерализованной водой, ненадежная работа термоумягчителя, связанная с нарушением гидродинамики двухфазного потока и образованием нерастворимых отложений на стенках термоумягчителя, конструктивная сложность термоумягчителя при повышении температуры воды свыше 180^оС и давления более 0,6 МПа.

Наиболее близким к предложенному является способ подготовки питательной воды из высокоминерализованных вод, включающий механическое осветление исходной воды от взвешенных частиц, ионитную обработку, рекуперативный подогрев воды, испарение с образованием пара и концентрата с продувочной водой, подачу концентрата солей продувочной воды на регенерацию ионита и пара - в нефтяной пласт (3).

Недостатком известного способа является относительно высокая стоимость процесса и низкая надежность.

Сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом позволил установить соответствие первого критерию "новизна".

Изучение других технических решений показало, что предложенный способ соответствует критерию "существенные отличия".

Цель изобретения - повышение надежности и снижение стоимости процесса.

На чертеже представлена схема подготовки горячей воды из высокоминерализованных вод для реализации предложенного способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную воду 1 подогревают в водоводяном 2 и пароводяном 3 рекуперативных подогревателях до температуры 30-35^оС и подвергают очистке от механических примесей и органических загрязнителей на предочистке 4 и глубокому умягчению на основной химводоочистке 5. Глубокоумягченную воду 6 подогревают в пароводяных рекуперативных подогревателях 7 и 8 до температуры, требуемой для деаэрации воды, и подают в деаэратор 9. Поток деаэрированной воды 10 после перекачивания насосом 11 разделяют на две части в соотношении 1: 0,05-11. Первую часть 12 направляют на деминерализацию (опреснение) в многокорпусную термоопреснительную установку 13. Деминерализованную воду потоком 14 подают в дополнительный деаэратор 15 контура парогенератора 16. Избыток деминерализованной воды (часть 17) смешивают со второй частью 18 глубокоумягченной воды в смесителе 19 и при помощи насоса 20 смешанный поток прокачивают последовательно через пароводяные рекуперативные подогреватели 21 и 22, в которых ее нагревают до температуры 100-275^оС , и нагнетают в пласт (поток 23).

Для нагрева воды используют пар, получаемый в парогегенераторе 16. Деминерализованную воду из деаэратора 15 при помощи насоса 24 подают в парогенератор 16, а полученный острый пар 25 с давлением до 2 МПа подают тремя потоками соответственно на подогреватель 22, в пароструйный компрессор 33 и на дроссельное устройство 26, смешивают два последних потока с образованием потока 27 редуцированного пара с пониженным до 0,6 МПа давлением, который подают на деаэратор 15, подогреватели 21 и 8 и термоопреснительную установку 13. Конденсат греющего пара из подогревателей 8,21 и 22 и с термоопреснительной установки 13 сбрасывают потоком 28 в деаэратор. Вторичный пар из последней ступени термоопреснительной установки с давлением выше атмосферного разделяют на три потока. Первые два (поток 30) подают на подогреватели 3 и 7 и в деаэратор 9, конденсат 32 из этих аппаратов отводят в смеситель 19, а третий поток 31 сжимают в компрессоре 33 до давления потока редуцированного пара острым паром от парогенератора. Концентрат 34 термоопреснительной установки пропускают через подогреватель 2, в котором его температуру снижают до 30-40^оС, и направляют на регенерацию фильтров химводоочистки 5, а отработанные растворы 35 сбрасывают в дренаж.

П р и м е р осуществления способа при оптимальных параметрах.

На установке для приготовления 150 т/ч горячей воды с температурой 200^оС используют пластовую высокоминерализованную воду следующего состава, мг-экв/кг: Na⁺ = =361; Ca²⁺ = 47; Mg²⁺ = 23; Cl^- = 423; SO₄^2- = =0,7; HCO₃^- = 8,3. Общее солесодержание 19 г/кг. начальная температура 10^оС.

Исходную воду с расходом 202 т/ч подогревают до температуры 30-35^оС для улучшения процессов обработки воды, но не более, из-за опасности накипи на теплообменной поверхности подогревателя. На предочистке воду осветляют, добавляя коагулянт, осветленную воду подвергают глубокому умягчению на натрий-катионитных фильтрах (до остаточной жесткости 0,05 мг-экв/л), затем подогревают до температуры 95-98^оС и с расходом 168 т/ч подают в деаэратор. В деаэраторе атмосферного типа глубокоумягченную воду нагревают до 104^оС и деаэрируют. Затем поток разделяют в соотношении 1:1,2. Часть потока деаэрированной воды с расходом 76,3 т/ч подают на пятиступенчатую установку "мгновенного" вскипания, а остальной поток глубокоумягченной деаэрированной воды смешивают с деминерализованной водой, получаемой с термоопреснительной установки, и конденсатом от теплообменников в количестве 57,6 т/ч. Смешанный поток с общей минерализацией 11-12 г/кг и расходом 150 т/ч подогревают до температуры 147^оС редуцированным паром с температурой 160^оС, затем - до температуры 200^оС острым паром с температурой 208^оС и закачивают в скважину. На подогрев глубокоумягченной воды до температуры, требуемой для ее деаэрации подают до 9 т/ч редуцированного пара с температурой 160^оС, 0,07 т/ч этого пара подают на деаэрацию воды контура парогенератора и 29 т/ч - на термоопреснительную установку. Общий расход пара составляет 70,6 т/ч. Упаренный раствор "мягких" солей с концентрацией ионов натрия до 110 г/кг в количестве 17 т/ч подают на фильтры химводоочистки для регенерации катионита. Отработанный раствор сбрасывают в дренаж.

П р и м е р ы осуществления способа при крайних значениях параметров:

для высокоминерализованной воды следующего состава, мг-экв/л:

Na⁺ = 170; Ca²⁺ = 53; Mg²⁺ = 27; Cl^- = 241; SO₄^2- = 0,5; HCO₃^-= 8,5 и общим солесодержанием 10 г/кг расход исходной воды составляет 200 т/ч. После предварительной обработки, аналогично ранее приведенному примеру, поток деаэрированной воды, имеющий общий расход 168,5 т/ч. разделяют на два потока в соотношении 1:0,05. Первый поток с расходом 159,3 т/ч подают на термоопреснительную установку, а остальной поток глубокоумягченной деаэрированной воды смешивают с деминерализованной водой и конденсатом. Смешанный поток с расходом 150 т/ч общей минерализацией 0,6-0,8 г/кг подогревают последовательно сначала паром с давлением до 0,6 МПа, а затем острым паром до температуры 200^оС и закачивают в скважины. Общий расход пара - 70,6 т/ч. Расход продувочной воды термоопреснительной установки, используемой в качестве регенерационного раствора на химводоочистке, составляет 16 т/ч с концентрацией 110 г/кг.

Для высокоминерализованной воды состава, мг-экв/л: Na⁺ = 680; Ca²⁺ = 13; Mg²⁺ = =7; Cl^- = 690; SO₄^2- = 2,8; HCO₃^- = 7,2, и общим солесодержанием 30 г/кг расход исходной воды составляет 185.3 т/ч. После подогрева, фильтрации, умягчения и деаэрации. поток с расходом 156 т/ч разделяют на две части в соотношении 1:11. Первый поток с расходом 13,2 т/ч подают на термоопреснительную установку, а остальной поток глубокоумягченной деаэрированной воды смешивают с опресненной водой. Смешанный поток с расходом 150 т/ч и общей минерализацией 28-29 г/кг подогревают последовательно дросселированным до 0,6 МПА, а затем острым паром до температуры 200^оС и закачивают в скважину. Общий расход пара составляет 70,6 т/ч. Расход продувочной воды термоопреснительной установки, используемой в качестве регенерационного раствора на химводоочистке, составляет 3,69 т/ч с концентрацией 110 г/кг.

Изобретение позволяет получать горячую воду с температурой 100-275^оС из минерализованных вод с солесодержанием до 30 г/кг.

Экономичная работа блока химводоочистки обеспечивается тем, что для регенерации катионита используется продувка термоопреснительной установки и не требуется затрат на привозную соль.

Требуемая глубина умягчения воды (до остаточной жесткости 0,05 мг-экв/кг) обусловлена ступенчато-противоточным натрий-катионированием при шестикратном избытке регенерационного раствора.

Производительность термоопреснительной установки определяется потребностью блока химводоочистки в регенерационном растворе (концентрате), которая будет зависеть от относительной жесткости минерализованной воды, т.е. от отношения концентрации ионов кальция и магния к концентрации ионов натрия.

Часть опресненной воды, вырабатываемой термоопреснительной установкой, используют для подпитки парогенератора, обеспечивая тем самым безнакипный режим его работы.

Смешивание избытка деминерализованной (опресненной) воды с глубокоумягченной водой позволяет снизить общую минерализацию воды.

Последовательный нагрев в рекуперативных пароводяных подогревателях сначала редуцированным до 0,6 МПа, а затем острым паром позволяет снизить капитальные затраты, т.к. предварительный нагрев при пониженных параметрах пара позволяет снизить металлоемкость подогревателей.

Дросселирование пара до давления 0,6 МПа обусловлено тем, что при таком давлении приведенные затраты по термоопреснению минимальны.

Давление пара последней ступени термоопреснительной установки устанавливают выше атмосферного и теплоту этого пара используют для подогрева исходной воды, чтобы предотвратить сброс тепла в окружающую среду и исключить необходимость применения вакуумных аппаратов термоопреснительной установки.