АО Инженерный центр «Баренц-Регион» разрабатывает технологии по подготовке пластовой воды для закачки её в пласт. Специалисты компании анализируют пробы пластовой воды на месте производства и подготавливают для её очистки индивидуальные решения. Такая водоподготовка позволяет значительно продлевать срок работы производственного оборудования и вторично использовать воду для закачки в пласт.
Установка подготовки пластовой воды с последующим использованием для заводнения нефтяных пластов
В соответствии с ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству».
Исходные данные, требования к пластовой воде:
- Производительность установки: не лимитируется, оптимально введение отдельными линиями (цепочками) производительностью 50–400 м³/час
- Состав исходной пластовой воды:
- Нефтепродукты – до 3000 мг/л (плотность нефти ρ = 820 – 950 кг/м³);
- Взвешенные вещества – до 500 мг/л.
- Требования к качеству очищенной воды (максимальные требования по ОСТ 39-225-88 при проницаемости пористой среды коллектора 0,1мкм² включительно):
- Нефтепродукты – до 5 мг/л;
- Взвешенные вещества – до 3 мг/л;
- Размер частиц – менее 1 мкм;
- Содержание кислорода – менее 0,5 мг/л;
- Сероводород – отсутствие;
- Сульфатвосстанавливающие бактерии – отсутствие.
Характеристика исходной воды:
Поступающие пластовые воды поступают в резервуары сепарации нефти. В этих резервуарах нефть отделяется за счет действия силы тяжести и вода подается для дальнейшей об- работки. В зависимости от характеристик нефти и химических продуктов, используемых в процессе добычи и транспортировки нефти (эмульгаторы, ингибиторы коррозии, . . .), нефтеносная вода может содержать от 150 до 300 мг/л тонко эмульгированной нефти и мелких нефтяных капель, остающихся в воде в виде суспензии. Эти эмульгированные капли имеют сильный отрицательный электростатический заряд, который сохраняет их устойчивость к образованию агломераций.
Некоторые возможные сложности реализации:
- Высокое солесодержание исходных сточных вод, высокая концентрация хлоридов – более 10000 мг/л, (в некоторых случаях концентрация хлоридов достигает 150–200 г/л); высокая температура стоков – более 50°С -> среда очень коррозионноактивная, требуется тщательный подбор материала оборудования и антикоррозионных покрытий, подбор материала мембран стойкого при высоких температурах.
- Плотность нефти высокая – 920–950 г/дм³, что даёт весьма медленную скорость всплытия в процессе простого гравитационного разделения (например в нефтеловушках) нефтяной эмульсии, которой фактически является сточная вода.
Формула Стокса для скорости всплытия капелек нефти, из данной формулы видно, что скорость всплытия прямо пропорциональна разности плотностей нефти и воды.
- Размер частиц взвеси и эмульгированных нефтепродуктов менее 1–2 мкм (особенно стабилизированных ПАВ, в редких случаях).
Пути решения:
- Тщательный подбор материалов оборудования и антикоррозионных покрытий стойких в условиях данной среды. Выбор материалов фильтрующих сред стойких при высоких температурах.
- В случае плотности нефти более 920 кг/м³ - отказ от нефтеловушек и любых других способов гравитационного разделения в пользу 2-х ступенчатой напорной флотации. В процессе напорной флотации образуется комплекс: {частица загрязнений – пузырьки воздуха}, плотность данного флотокомплекса существенно меньше плотности воды, а ∆ρ = ρводы - ρфлотокомплекс, существенно больше, что способствует интенсификации отделения нефти.
- При значительном содержании частиц взвешенных веществ и капель нефтепродуктов (особенно стабилизированных поверхностно-активными веществами различной при- роды) крупностью менее 1–2 мкм проведение экспериментальных работ с тщательным подбором реагентов (коагулянтов и флокулянтов) и режимов работы отделительных аппаратов (отстойники, флотаторы). Альтернатива – использование микрофильтрацион- ных мембран с размером пор 0,45–0,8 мкм.
Принципиальная технологическая схема УППВ 1 и 2 ступени очистки.
Вариант при плотности нефти более 920 кг/м³
1 этап очистки пластовой воды
Этап фактически представляет собой предварительную очистку пластовой воды.
- Исходный сток поступает на 1 ступень напорной флотации (при плотности нефти более 900 кг/м³) .
Особенность данного этапа – безреагентная очистка стока. Отделяются частицы размером более 100-150 мкм. Предполагаемая эффективность процесса – 65–85% по нефтепродуктам.
- В качестве альтернативы напорной флотации при плотности нефти менее 900 кг/м³ возможно использование нефтеловушек с коалесцентными фильтрами и тонкослойными блоками для интенсификации выделения нефти.
Обозначения на схеме:
НЦ1 – рециркуляционный насос 1 ступени напорной флотации;
КП – компрессор.
Нефтеловушки с коалесцентными фильтрами
Принцип работы коалесцентного фильтра заключается в отделении капель нефти из воды путем коалесценции на гидрофобных, горизонтальных гофрированных пластинах. При пересечении специального пакета гоф- рированных пластин, нефтяные капельки удерживаются и концентрируются в верх- ней части волн, где они могут объединяться в большие капли. Эти крупные капли могут быть отделены за счет всплытия под дей- ствием силы тяжести. Большие капли нефти, отделенные в корпусе гофрированных пла- стин накапливаются на поверхности воды образуя нефтяную пленку. Эта пленка пери- одически удаляется.
Возможно получение остаточной концентра- ции нефти и нефтепродуктов до 30-80 мг/л. Взвешенные вещества могут забивать фильтр, для предотвращения этого требует- ся периодическая промывка коалесцентных блоков.
2 этап очистки пластовой воды
Исходный сток поступает на реагентную обработку.
- Перед 2 ступенью напорной флотации происходит реагентная обработка исходной пластовой воды.
- Последовательно вводятся коагулянт и затем флокулянт.
- В камере хлопьеобразования КХ создаются условия для формирования крупных и устойчивых хлопьев, а также сорбции загрязнений на свежеобразованных хлопьях коагулянта.
- Укрупнение и увеличение механической устойчивости хлопьев способствует ввод флокулянта.
- На данном этапе важен подбор марок реагентов и определение их оптимальных дозировок от этого в существенной мере зависит эффективность очистки
Обозначения на схеме:
Ераств1, Ераств2 – ёмкости приготовления коагулянта и флокулянта, с мешалками;
НДк, НДф – насосы-дозаторы коагулянта и флокулянта;
Нк, Нф – насосы перекачки готового реагента из растворных в расходные ёмкости;
Ерасх1, Ерасх2 – ёмкости расходные коагулянта и флокулянта, с мешалками.
Исходный сток самотёком поступает на 2 ступень напорной флотации.
Здесь происходит доочистка стока от нефтепродуктов и взвешенных частиц, которые
предварительно сорбированы на хлопьях коагулянта.
Обозначения на схеме:
НЦ2 – рециркуляционный насос 1 ступени напорной флотации;
КП – компрессор.
Микрофильтрация на керамических или полимерных мембранах
Виды используемых мембранных микрофильтрационных элементов:
Трубчатые полимерные мембраны с каналами диаметром от 5 до 14,4 мм
Отечественной промышленностью производятся мембраны типа БТУ 0,5/2 по ТУ 6-05-2010-86:
- длина мембранного элемента – 2000 мм;
- площадь фильтрации – 0,5 м²;
- материал мембран – гидрофилизированный фторопласт;
- размер пор мембраны – 0,2-0,6 мкм;
- проницаемость по воде при p=0,2 МПа, t=25°С –
250–600 л/м²*час;
- рабочий диапазон температур – 0–60°С;
- рабочий диапазон рН – 1–12.
Микрофильтрация на керамических или полимерных мембранах
Виды используемых мембранных микрофильтрационных элементов:
Трубчатые керамические мембраны с каналами диаметром от 1,6 до 8,0 мм
Преимущества в сравнении с полимерными мембранами:
- Высокая химическая устойчивость pH:
0–14 (кислотно-щелочная стерилизация);
- Высокая термическая устойчивость до 350° C;
- Высокая механическая устойчивость > 90 bar;
- Длительный срок эксплуатации до 10 лет;
- Компактность модулей с большой поверхностью фильтрации: до 112,2 м²;
- Более широкий диапазон размера пор мембран: 0,45-0,8-1,4 мкм.
Принципиальная технологическая схема УППВ 3 ступень очистки.
Керамическая ультрафильтрация
3 этап очистки пластовой воды
Этап фактически представляет собой финишную очистку пластовой воды с применением керамической микрофильтрации
- Предварительно подготовленная вода с процесса напорной флотации поступает на параллельные циркуляционные контуры установки микрофильтрации.
Особенность данного этапа – безреагентная очистка стока. Отделяются частицы раз- мером более 0,8–1,0 мкм. Предполагаемая эффективность процесса – более 99% по взве- шенным веществам и нефтепродуктам.
- Фильтрация осуществляется в режиме cross-flow, насос Н1 создаёт необходимое давле- ние в контуре ультрафильтрации (1,0–2,0 bar), циркуляционные насосы НЦ необходи- мы для создания необходимой скорости потока над поверхностью мембраны (3–5 м/с). Высокая скорость позволяет создать развитый турбулентный режим для минимизации концентрационной поляризации.
Обозначения на схеме:
НЦ – циркуляционные насосы;
А – аппараты мембранные;
Н1 – насос подачи пластовой воды на керамические мембраны;
Е – необходимое емкостное оборудование;
ЕМ – ёмкость химической мойки;
Н3 – насос химической мойки.
Для обращения в компанию АО ИЦ «Баренц-Регион» достаточно связаться со специалистами по контактным данным обозначенным на сайте.