способ регулирования глубины обезвоживания водонефтяной эмульсии

Формула изобретения

Способ регулирования глубины обезвоживания водонефтяной эмульсии, включающий сбор, отстаивание водонефтяной эмульсии в емкости, раздельный отбор отделившейся воды и частично обезвоженной нефти, отличающийся тем, что внутрь емкости устанавливают разделительную перегородку из гидрофобных элементов, заполняют одну половину емкости эмульсией с заданным содержанием воды, а вторую - с исходным содержанием, создают перепад давления между половинами емкости и перепускают нефть через гидрофобные элементы перегородки, причем перепад F высот уровней жидкости определяют по формуле

где

L - длина капилляра, м;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

d - диаметр капилляра, м;

H_вода и Н_нефть - глубина проникновения жидкости в капилляр, воды и нефти соответственно, м;

_вода и _нефть - плотность жидкости, воды и нефти соответственно, кг/м³;

_вода и _нефть - сила поверхностного натяжения для воды и нефти соответственно, Н/м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам подготовки и транспортированию продукции нефтяных скважин, и может быть использовано для получения нефти заданного качества.

Известен способ разделения водонефтяной смеси (Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. Казань, ФЭН, 2000, с.215), включающий расслоение потока смеси, его перемешивание для увеличения площади контакта в горизонтальном и наклонном направлениях при движении в ламинарном режиме.

Способ позволяет повысить эффективность разделения высоковязких эмульсий за счет увеличения площади контакта на границе нефти с водой при расслоении потока эмульсии.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности регулирования остаточного содержания воды в нефти.

Это объясняется тем, что процесс разделения осуществляется только в области контакта нефти (эмульсии) с водой. Эффективность разделения водонефтяной эмульсии на нефть и воду за счет гравитационного осаждения капель воды и подъема капель нефти зависит от времени пребывания водонефтяной эмульсии в отстойнике и габаритов отстойника. Снижение содержания остаточной воды в нефти возможно при увеличении времени пребывания эмульсии в отстойнике, что в свою очередь приводит к снижению производительности оборудования.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому является способ разделения водонефтяной эмульсии (см. кн. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1974, с.101), включающий расслоение потока смеси, его перемешивание в горизонтальном и наклонном направлениях и дополнительной фильтрацией через слой древесных стружек с целью увеличения производительности оборудования и снижения количества остаточной воды за счет увеличения площади контакта частиц водонефтяной эмульсии с гидрофобными или гидрофильными поверхностями стружек.

Способ позволяет повысить эффективность разделения высоковязких эмульсий за счет увеличения площади контакта на границе нефти с водой при расслоении потока эмульсии.

Недостатком способа является отсутствие возможности регулирования содержания остаточной воды в нефти из-за случайного характера распределения размеров капилляров и пор в слое стружек, а также быстрый выход из строя фильтра за счет забивания его механическими отложениями. В свою очередь это приводит к необходимости постоянного контроля за параметрами процесса.

Технической задачей предлагаемого способа регулирования глубины обезвоживания водонефтяной эмульсии является получение нефти и воды требуемого качества при разделении водонефтяной эмульсии.

Указанная задача достигается описываемым способом регулирования глубины обезвоживания водонефтяной эмульсии, включающим сбор, отстаивание водонефтяной эмульсии в емкости, раздельный отбор отделившейся воды и частично обезвоженной нефти.

Новым является то, что внутрь емкости устанавливают разделительную перегородку из гидрофобных элементов, заполняют одну половину емкости нефтью с заданным содержанием воды, а вторую - с исходным содержанием, создают перепад давления между половинами емкости и перепускают нефть через гидрофобные элементы перегородки, причем перепад F высот уровней жидкости определяют по формуле

где

L - длина капилляра, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; d - диаметр капилляра, м; Н_вода и Н_нефть - глубина проникновения жидкости в капилляр, воды и нефти соответственно, м; _вода и _нефть - плотность жидкости, воды и нефти соответственно, кг/м³; _вода и _нефть - сила поверхностного натяжения для воды и нефти соответственно, Н/м.

Из доступных источников патентной и научно-технической литературы нам не известна заявленная совокупность отличительных признаков. Следовательно, предлагаемый способ регулирования глубины обезвоживания водонефтяной эмульсии отвечает критерию “существенные отличия”.

На чертеже представлена схема установки для реализации предлагаемого способа и расчетная схема для формулы, приведенной в описании к способу.

Способ осуществляется в следующей последовательности (совместно с примером конкретного выполнения). Задают физические и конструктивные параметры. Рассчитывают по приведенным выше зависимостям условия осуществления способа.

Пример:

Диаметр отверстия капилляра 0,0025 (м)

Длина капилляра От 0,01 (м) до 0,1(м)

с шагом 0,01(м)

Плотность воды 1000 (кг/м³)

Плотность нефти 900 (кг/м³)

Поверхностное натяжение воды 0,072 (Н/м)

Поверхностное натяжение нефти

(среднее для нефтей Татарии) 0,03 (Н/м)

Ускорение свободного падения 9,81 (м/с²)

Диаметр отверстия капилляра 0,0025 (м)

Глубина проникания воды в капилляр 0,01 (м)

Площадь сечения капилляра 4,909·10^-6 (м²)

Тогда перепад высот уровней жидкостей в рассчитываемой емкости, необходимый для вытеснения воды из капилляра, составит от 0,12 до 1,198 м (см. таблицу).

Общую емкость 1 с установленной в ней фильтрующей стенкой 2, состоящей из капиллярных трубок 3 расчетной длины и диаметра, предварительно заполняют обезвоженной нефтью.

Поступающий поток водонефтяной смеси направляют в первую половину емкости - “отстойник” 4. Вторая половина - “накопитель” 5 предназначена для сбора обезвоженной нефти. Водонефтяная эмульсия, по мере накопления, взаимодействует с поверхностями капиллярных трубок, вытесняя обезвоженную нефть из капилляров до момента наступления равновесия между гидравлическими и капиллярными давлениями с обеих сторон фильтрующей перегородки (см. чертеж). Водонефтяную эмульсию отстаивают. Часть обезвоженной нефти из “накопителя” сливают для создания перепада высот с обеих сторон фильтрующей перегородки. Равенство давлений на концах капилляров нарушается, и обезвоженная нефть из отстойника по капиллярным трубам перетекает в “накопитель”. Процесс продолжается до тех пор, пока в капилляры не попадает водонефтяная эмульсия выше заданной концентрации. При попадании в капилляры водонефтяной эмульсии выше заданной концентрации перепад давлений на концах капиллярных трубок изменяется в связи с изменением сил поверхностного натяжения. Давление в капиллярах со стороны обезвоженной нефти в “накопителе” становится больше, что препятствует проникновению высокообводненной эмульсии внутрь капиллярных трубок. Затем отстоявшуюся эмульсию сливают из “отстойника”. В этом случае обезвоженная до требуемой концентрации водонефтяная эмульсия по капиллярам перетекает обратно в “отстойник” и одновременно вытесняет высокообводненную эмульсию. Операции повторяются.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа регулирования глубины обезвоживания водонефтяной эмульсии складывается из повышения эффективности разделения поступающей водонефтяной эмульсии и получения нефти требуемого качества, упрощения конструкции аппарата, а также повышения надежности его работы, т.е. предлагаемая установка осуществления способа сравнительно несложна, надежна и удобна в эксплуатации. При этом значительно сокращается время технологической операции и снижается трудоемкость при проведении данного технологического процесса, повышается безопасность труда обслуживающего персонала и снижаются материальные затраты. Благодаря положению гидрофобных капиллярных трубок независимо от уровня жидкости в емкости пропускается в одном направлении нефть и исключается возможность попадания в нее воды и эмульсии различных процентных составов.