АО Инженерный центр «Баренц-Регион» разрабатывает технологии подготовки пластовых и подтоварных вод для закачки её в пласт. Специалисты компании анализируют пробы пластовой воды на месте производства и подготавливают для очистки очистки пластовых и подтоварных вод индивидуальные решения. Установка очистки пластовых и подтоварных вод позволяет значительно продлевать срок работы производственного оборудования и вторично использовать воду для закачки в пласт.
Установка подготовки пластовых и подтоварных вод 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 и подтоварной воде:
- Производительность установки очистки пластовых и подтоварных вод: не лимитируется, оптимально введение отдельными линиями (цепочками) производительностью 50–400 м³/час
- Состав исходной пластовой и подтоварной 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 0,1 мкм² 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 пластовой и подтоварной воды:
Пластовые и подтоварные воды поступают в резервуары сепарации нефти. В этих резервуарах нефть отделяется за счет действия силы тяжести и вода подается для дальнейшей очистки на установку подготовки пластовых и подтоварных вод. 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 подготовки пластовых и подтоварных вод:
- Высокое солесодержание исходных пластовых и подтоварных вод, высокая концентрация хлоридов – более 10000 мг/л, (в некоторых случаях концентрация хлоридов достигает 150–200 г/л); высокая температура пластовых и подтварных вод – более 50°С -> среда очень коррозионноактивная, требуется тщательный подбор материала и антикоррозионных покрытий установки очистки пластовых и подтоварных вод, 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 пластовая и подтоварная 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 возможных сложностей очистки пластовых и подтоварных вод:
- Тщательный подбор материалов оборудования и антикоррозионных покрытий установки подготовки пластовых и подтоварных вод 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 в процессе очистки пластовых и подтоварных вод.
- При значительном содержании взвешенных веществ и капель нефтепродуктов (особенно стабилизированных поверхностно-активными веществами различной природы) крупностью менее 1–2 мкм проведение экспериментальных работ с тщательным подбором реагентов (коагулянтов и флокулянтов) и режимов работы отделительных аппаратов (отстойники, флотаторы).
Принципиальная технологическая схема установки очистки пластовых и подтоварных вод 1-ой и 2-ой ступени очистки.
Вариант при плотности нефти более 920 кг/м³
1 этап подготовки пластовой и подтоварной воды
Этап фактически представляет собой предварительную очистку пластовых и подтоварных вод.
- Исходная пластовая и подтоварная вода поступает на 1-ую ступень напорной флотации (при плотности нефти более 900 кг/м³) .
Особенность 1-го этапа – безреагентная очистка пластовых и подтоварных вод. Отделяются частицы размером более 100-150 мкм. Предполагаемая эффективность процесса – 65–85% по нефтепродуктам.
Обозначения на схеме:
НЦ1 – рециркуляционный насос 1-ой ступени напорной флотации;
КП – компрессор.
2-ой этап подготовки пластовых и подтоварных вод
Исходная пластовая и подтоварная вода поступает на реагентную обработку.
- Перед 2-ой ступенью напорной флотации происходит реагентная обработка исходной пластовой и подтоварной 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 очистки пластовых и подтоварных вод 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.
Исходные пластовые и подтоварные воды самотёком поступает на 2-ую ступень напорной флотации.
Здесь происходит доочистка пластовых и подтоварных вод от нефтепродуктов и взвешенных частиц, которые предварительно сорбированы на хлопьях коагулянта.
Обозначения на схеме:
НЦ2 – рециркуляционный насос 1-ой ступени напорной флотации;
КП – компрессор.
Внешний вид напорных флотаторов
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 установки подготовки пластовых и подтоварных вод 3-я ступень очистки
Керамическая ультрафильтрация
3-ий этап очистки пластовых и подтоварных вод
Этап фактически представляет собой финишную подготовку пластовых и подтоварных вод с применением керамической микрофильтрации.
- Предварительно подготовленная вода с процесса напорной флотации поступает на параллельные циркуляционные контуры установки микрофильтрации.
Особенность данного этапа – безреагентная очистка пластовых и подтоварных вод. Отделяются частицы раз- мером более 0,8–1,0 мкм. Предполагаемая эффективность процесса – более 99% по взвешенным веществам и нефтепродуктам.
- Фильтрация осуществляется в режиме cross-flow, насос Н1 создаёт необходимое давление в контуре ультрафильтрации (1,0–2,0 bar), циркуляционные насосы НЦ необходимы 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 пластовых и подтоварных вод на керамические мембраны;
Е – необходимое емкостное оборудование;
ЕМ – ёмкость химической мойки;
Н3 – насос химической мойки.
Для обращения в АО "Инженерный центр "Баренц-Регион" достаточно связаться со специалистами по контактным данным обозначенным на сайте.
Технология очистки пластовых и подтоварных вод
Производительность установки очистки пластовых и подтоварных вод не ограничена.
Перспективная и современная схема эффективной подготовки пластовых и подтоварных вод, составленной с учётом последних достижений технологии и техники.
Преимущества установки подготовки пластовых и подтоварных вод АО «Инженерный центр «Баренц-регион»:
- Компактность и малые занимаемые площади при высочайшем качестве очистки пластовых и подтоварных вод;
- Простота монтажа (установка очистки пластовых и подтоварных вод поставляется крупными блоками заводской готовности);
- Малая площадь сбора нефтесодержащего флотошлама в процессе подготовки пластовых и подтоварных вод при возможности подачи сильнозагрязненных пластовых, подтоварных вод и прямоугольная геометрия основной части высоты установки подготовки пластовых и подтоварных вод позволяют размещать установки на улице;
- Возможность закрытого исполнения с вращающимися крышками с патрубком для отбора газов в процессе очистки пластовых и подтоварных вод;
- Возможность установки очистки пластовых и подтоварных вод работать в среде азота;
- Отсутствие необходимости возведения отдельного здания взрывоопасной и пожароопасной категорий со сложными инженерными системами, что позволяет значительно сэкономить на реализации проекта подготовки пластовых и подтоварных вод в целом;
- Максимально возможное использование существующих коммуникаций, сетей, сооружений для установки подготовки пластовых и подтоварных вод;
- Внедрение новых установок подготовки пластовых и подтоварных вод и реконструкция старых сооружений без остановки процесса очистки пластовых и подтоварных вод, сокращения их производительности или временного ухудшения существующего уровня очистки на период подготовки, монтажа и пуска;
- Максимально возможное использование гидравлического профиля существующих сооружений, т.е. по возможности исключение новых дополнительных перекачек для новой установки очистки пластовых и подтоварных вод;
- Сокращение затрат электроэнергии за счет использования современного инновационного высокоэффективного оборудования установки подготовки пластовых и подтоварных вод, средств контроля и регулирования;
- Сокращение капитальных затрат на подготовке пластовых и подтоварных вод, отказ от строительства новых зданий;
- Сокращение капитальных затрат за счет применения продуманных технологических решений и использования инновационного, запатентованного оборудования для очистки пластовых и подтоварных вод;
- Возможность адаптации установки очистки пластовых и подтоварных вод под размеры существующих каналов, резервуаров и сооружений;
- Сокращение сроков монтажа за счет применения оборудования подготовки пластовых и подтоварных вод поставляемого в собранном или блочном виде.
Для достижения заданных требований к качеству воды предлагается использовать установку очистки пластовых и подтоварных вод основанной на методе напорной флотации.
Метод напорной флотации для установок очистки пластовых и подтоварных вод - один из наиболее универсальных, компактных и непродолжительных по времени способов кондиционирования воды и уплотнения осадка. Напорная флотация обеспечивает высокую степень очистки от взвешенных веществ разной природы, БПК, нефтепродуктов, СПАВ, жиров и других нежелательных примесей, высокую концентрацию флотошлама в процессе подготовки пластовых и подтоварных вод. Установка подготовки пластовых и подтоварных вод, основанная на методе напорной флотации во многих случаях является фундаментом создания систем замкнутого водопользования. Ядром очистки пластовых и подтоварных вод основанной на методе напорной флотации служит насыщение воздухом части осветленной воды при давлении 4-6 атм. и ее смешении с очищаемой водой во флотационной установке. Последующая декомпрессия, непосредственно в корпусе флотатора, приводит к образованию микропузырьков воздуха (размером 20-50 мкм), которые прилипают к частицам загрязнений и всплывают на поверхность установки подготовки пластовых и подтоварных вод, образуя флотошлам. Флотошлам с установки очистки пластовых и подтоварных вод собирается со всей поверхности в центр флотатора специальным сборником. Растворение газа в воде при процессе подготовки пластовых и подтоварных вод происходит в установках насыщения воды воздухом. В процессе очистки пластовых и подтоварных вод часть осветленной на флотаторе воды отбирается рециркуляционным насосом и подается в установки насыщения воды воздухом под давлением ~5,5 атм. Специальная конструкция установок насыщения воды воздухом позволяет достигать в установке очистки пластовых и подтоварных вод эффективного растворения газа в воде. После установок насыщения воды воздухом, насыщенная газом (сатурированная) вода проходит через редукционный клапан, на котором происходит потеря давления с 5,5 атм. до давления в подающем трубопроводе установки подготовки пластовых и подтоварных вод. При этом происходит выделение из сатурированной воды огромного количества микропузырьков для подготовки пластовых и подтоварных вод. В очищаемую воду подается водовоздушная смесь от сатуратора для очистки пластовых и подтоварных вод. Эта вода поступает в центральную часть установки очистки пластовых и подтоварных вод. Из центральной распределительной колонны смесь распределяется по всему объему установки подготовки пластовых и подтоварных вод. В процессе подготовки пластовых и подтоварных вод происходит интенсивное разделение загрязнений. Загрязняющие вещества, увлекаемые пузырьками воздуха, поднимаются на поверхность воды и образуют устойчивый слой флотошлама после очистки пластовых и подтоварных вод. По рельсу цилиндрической части установки очистки пластовых и подтоварных вод вращается каретка, на которой установлен спиральный сборник. Вращаясь, спиральный сборник зачерпывает флотошлам и сбрасывает его в центральную трубу для вывода из установки подготовки пластовых и подтоварных вод. Флотошлам после подготовки пластовых и подтоварных вод выходит из флотатора самотеком. Вода без загрязнений собирается в кольцевом канале установки подготовки пластовых и подтоварных вод, закрепленном на внутренней поверхности в средней части цилиндрического корпуса. После очистки пластовых и подтоварных вод, вода выходит из флотатора самотеком через регулируемый перелив, установленный на наружной стенке флотатора. Осевшие загрязнения выводятся из установки очистки пластовых и подтоварных вод под действием гидростатического давления с помощью пережимных клапанов в нижней части флотатора. Установка имеет очень надежную и легко настраиваемую систему удаления флотошлама в процессе подготовки пластовых и подтоварных вод. Уровень воды в ванне установки подготовки пластовых и подтоварных вод регулируется. Флотатор имеет спиральный сборник флотошлама для удаления максимального количества шлама в процессе очистки пластовых и подтоварных вод. Скорость сборника установки очистки пластовых и подтоварных вод регулируется через частотный преобразователь двигателя в зависимости от количества флотошлама. Это позволяет поддерживать высокую концентрацию выводимого флотошлама из установки подготовки пластовых и подтоварных вод.
Этапы очистки пластовых и подтоварных вод:
1.
Исходная пластовая и подтоварная вода самотёком поступает на установку очистки пластовых и подтоварных вод. Данный этап очистки, позволяющий достичь заданных концентраций в очищенной воде в 1 ступень.
Обозначения на схеме:
НЦ – рециркуляционный насос установки подготовки пластовых и подтоварных вод
КП – компрессор установки очистки пластовых и подтоварных вод