автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Разработка и оптимизация работы напорного флотационного аппарата очистки и подготовки сточных нефтепромысловых вод для системы поддержания пластового давления

р \ 5 с д

На правах рукописи

СУЛЕЙМАНОВ РАИС НАСИЕОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ НАПОРНОГО ФЛОТАЦИОННОГО АППАРАТА ОЧИСТКИ И ПОДГОТОВКИ СТОЧНЫХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ЕОД ДЛЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.04.07 - Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

УФА -1996

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор 1 И.ЛМархасш-г

Официальные оппоненты: доктор технических наук:,

профессор Г.А.Халнков кандидат технических наук, доцент А.А.Ишмурзш1

Ведущее предприятие - БашНИПИнефть

Зашита диссертации состоится " 1996

года в/? часов на заседании диссертационного Совета К063.09.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете, 450062, Уфа -62, ул. Космонавтов, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "^Г" 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат.те:ашчес1шх наук, доцентВ.П. Жулаев

0Ы1ГДЯ ХАР^ГЕРПСПЖКА. РАБОТЫ

АЮУАЛЪНОСТЬ ТЕМЫ. На современном этапе развития нефтяной промышленности страны главной задачей становятся интенсификация производственных процессов с целью уменьшения капиталовложений, вовлечения в разработку низкопрошшаемых пропластков и охраны окружающей среды.

В условиях добычи нефти при помощи поддержания пластового давления заводнением ( до 92 % добычи всей нефти) это означает дальнейший рост темпов закачки воды в продуктивные пласты. Общепризнанным источником воды, согласующимся с требованием развития систем оборотного водоснабжения, является использование в целях ППД сточных нефтепромысловых еод (СНПВ ).

Закачка таких вод требует их предварительной очистки от нефтепродуктов итвердых взвешенных частиц (ТВЧ). Однако существующие для этой цели установки часто не удовжгаюрягот по некоторым требованиям ( например,

степень очистки, кашггалоемкость, дшггельность сооружения, энергозатрата, стоимость очнспсп и т. д.), предъявляемых к ним.

Особо актуальным являются проблемы очистки и подготовки СНПВ для целей системы ППД, связанные с необходимостью вовлечения в разработку нефтяных пластов с низкой проницаемостью (менее 0.350 мкм^ ), и следовательно, увеличения степени очиспш до 0.005...0.015 кг/м3 содержания нефтепродуктов и ТВЧ.

Также выделяется задача повышения степени очиспси СНПВ от. твердых взвешенных частиц, влияние которых на колъматашпо пор призабошюй зоны нагнетательных, сквасит особо велико.

Отставание в сроках сроительства очистных сооружений, а также ряд других причин, приводит к тому, что в системе ППД утилизуется только 90 % СНПВ , оставшаяся часть закачивается в поглощающие горизонты, что является далеко не лучшим выходом с позиций охраны земных недр.

Повышенное содержание загрязнений в закачиваемой

-ч-

воде приводит к быстрому падению приемистости нагнетательных скважин, росту давлений закачки, падению величины межремонтного периода работы скважин системы ППД.

В условиях , когда основным способом очистки и подготовки СНПВ для системы ППД остается гравитационный отстой в резервуарах - отстойниках , - поскольку разработанные новые способы и аппараты очистки СНПВ не нашли по разным причинам такого же широкого распространения,- решение проблем , часть которых приведена выше, не представляется возможным. Разработанные же в последнее время высокоэффективные аппараты так называемой совмещенной подготовки нефти и воды ( например, аппарат АСПНиВ 1 -29-06 института Гипропостокнефть ), имея хорошие показатели по качеству воды (остаточное содержание нефтепродуктов и ТВЧ составляет от 0.005 до 0.015 кг/м3 ), не решают полностью проблему, так как остаточное содержание пластовых вод в предварительно таким образом обезвоженных нефтях составляет 5... 10 % и более. Кроме того, в СНПВ входят как пластовые, так и воды пресные, стоки различных технологических операций на промыслах (обессошшание нефтей, пропарки емкостей и т. д.). Таким образом, для очистки СНПВ после глубокого обезвоживания и обессоливания нефти (очистка таких вод представляется делом крайне сложным из-за смешивания пластовых вод с пресными и привнесения в систему искусственных поверхностно-активных веществ - деэмульгаторов ) не существуют эффективные, экономичные способы и аппараты.

В частности, разработанные для этих целей флотационные аппараты различных конструкций, страдают рядом недостатков, объясняющихся как неразвитостью теоретических представлений флотационной очистки СНПВ, так и невозможностью проведения полномасштабных лабораторных оптимизационных исследований, сдерживаемых также отсутствием теоретических сооотношений, связывающих адекватные параметры лабораторных «моделей и промышленных установок.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. На основе теоретических и • лабораторных исследований получить надежно проверенные

соотношения, моделирующие процессы гравитационного отстоя, провести теоретической рассмотрение процесса флотационного захвата частиц всплывающим пузырьком и оптимизационные работы на моделях аппаратов с целью разработки нового аппарата для очистки и подготовки СНПВ для целей системы ППД с оптимальными технико-экономическими показателями и соблюдением требовании охраны окружающей среды.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поиск и разработка соотношений, описывающих потенциальное направление течения процесса флотационного захвата частиц пузырьком в сточных нефтепромысловых водах и проверка их. Разработка и проверка критериев моделирования аппаратов гравитационного отстоя. Разработка нового высокоэффективного аппарата напорной флотационной очистки СНПВ. Разработка принципов кавитационного инициирования ( в скоростном потоке ) зародышеобразования пузырьков с целыо регулирования их размеров. Оптимизация параметров очистки СНПВ на пилотных установках напорной флотации с кавитационным инициированием зародышеобразования пузырьков и предварительной магнитной подготовкой ( КФУМП). Проверка условий переноса параметров полученных оггшмумов на различных моделях (пилотных установках) и натурные объектах с проведением опытно-промышленных испытаний.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В приближении сохранения сферичности пузырька и образования трехфазного периметра смачивания во флотационном акте захвата частицы пузырьком . установлен принципиальный предел дисперсности флотационных пузырьков в зависимости от дисперсности загрязняющих г,оду частиц.

Разработан и апробирован новый критерий моделирования процессов гравитационного отстоя в аппаратах горизонтального типа. На основе этого критерия,- q)eднeгo градиента горизонтальной скорости потока по вертикали {з^1/ г получены инварианты перехода при моделировании объектов.

На основе анализа данных экономических исследований, проведенных на большом промысловом опыте закачки СНПВ, получен новый комплексный технологический

параметр оптимизации работы очистных сооружений, учитывающий разную степень елияния содержания нефтепродуктов и твердых взвешенных частиц е закачиваемой Еоде на процесс (эффективность ) поддержана пластового давления.

Разработан и апробирован в промысловых условиях аппарат очистки и подготовки СНПВ для целей системы ППД, реализующий напорный флотационный способ с кавитационным инициированием зародышеобразования пузырьков с предварительной магнитной подготовкой, на который получено решение Госкомитета по делам изобретений и открытий о выдаче авторского свидетельства (А. С. N 1393796).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработана методика моделирования процессов гравитационного отстоя в очистных аппаратах с горизонтальной организацией потоков. Методика позволяет проводить ускоренную экспериментальную и опытно-промышленную отработку технологий и аппаратов независимо от их назначения.

Установлен верхний предел дисперсности флотирующих пузырьков в зависимости от дисперсности загрязнений, позволяющий надежно подбирать оптимальные размеры пузырьков при различных схемах, флотационного извлечения дисперсных частиц из жидкости.

Предложен способ регулирования размеров образующихся при напорной флотации пузырьков.

Разработан и апробирован в промысловых условиях аппарат для очистки и подготовки СНПВ для системы поддержания пластового давления. Испытания показали высокую эффективность аппарата с получением требуемых для закачки в нефтяные пласты кондиций очищенной воды ( по нефтепродуктам и ТВЧ).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доклгщывались на республиканских и всесоюзных конференциях:

1. XIX, XX научно-технические конференции ТатНИПИнефтъ.- Бухульма, 1985, 1987 г.

2. Республиканская научно-техническая конференция "Вузовская наука - научно-техническому прогрессу".- Уфа, 1986 г.

3. Всесоюзная научно-техническая конференция "Вопросы обеспечения охраны окружающей среды ...".Ленинград, 1986 г.

4. Всесоюзный семинар по коллоидно-физическим аспектам глубокой очистки сточных вод.- Уфа, 1936 г.

5. ХХХУП научно-техническая конференция студентов, аспиралтов и молодь к ученых Башкирии.- Уфа, 1986г.

6. Всероссийская научно-техническая конференция "Проблемы нефтегазового комплекса России". - Уфа, 1995г.

Основные результаты промысловых работ обсуждались на техсоветах НГДУ "Туймазанефтъ" и "Уфанефть" ПО "Башнефть" и научно-технических советах института ВНИИГИС -г. Октябрьский.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Теоретические положения работы проверялись и оптимизационные работы проводились на пилотной установке в НГДУ 'Уфанефть" ПО "Башнефть" на реальных сточных нефтепромысловых водах Сергиевского нефтяного месторождения (нефтесборный парк N 3) в 1935-1987 гг.

Опытно-промысловые работы, проведенные в НГДУ "Туймазанефтъ" ПО "Башнефть", показали удовлетворительные результаты. Экономический эффект при замене двух резервуаров-отстойников типа РВС-5000 производительностью 1.8 млн. куб. метров в год только по капитальным и эксплуатационным затратам составляет более 17 тыс. руб. в год (в ценах 1937 года ).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ Диссертационная работа состоит из введения, 5 гнав, выводов, заключения и списка литературы. Она изложена на 142 страницах, включая 22 рисунка,23 таблицы и 162 наименований литературы. В диссертации имеется 7 приложений на 24 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ приведен обзор и анализ требований к качеству сточных нефтепромысловых вод, предназначенных для закачки в продуктивные пласш нефтяных месторождений в целях поддержания пластового давления. Значительный вклад в обоснование и разработку таковых требований внесли И.Э. Апелыдин, Г. А. Бабалян, У. М. Байков, И. Л. Мархасин, В. Г. Перевалов, Г. Н- Позднышев, Г. Ф.Требин, В. П. Тронов и другие исследователи. Рассмотрены принципиальные положения связи качества закачиваемых в нефтяные пласты вод с параметрами, характеризующими коллекторские свойства пластов. Указывается на рост требований к степени очистки СНПВ от нефтепродуктов и ТВЧ в связи с растущей необходимостью вовлечения в разработку низкопроницаемых пропластков и пластов.

В этой главе приведен анализ требований к качеству СНПВ, подготовленных для заводнения, с позиций охраны окружающей среды. Приводятся данные о коррозионной активности вод и связанные с этим и с ростом давлений в водоводах и закачки в целом данные о порывах водоводов и нарушениях целостности изоляции пластов в нагнетательных сзсЕажинах ( заколонная циркуляция).

Здесь же рассмотрены существующие технологии и аппараты очистки и подготовки СНПВ для системы ППД. Показано, что таковые технологии либо не обеспечивают требуемых кондиций по качеству подготовленных для заводнения вод, либо обладают высокой металлоемкостью и еысокой себестоимостью очистки и подготовки воды.

Эффективность работы существующих напорных флотационных устройств существенно снижается отсутствием надежных методов регулирования дисперсности флотирующих пузырьков, неограниченный (ео флотационных масштабах) рост ограниченного числа которых не способствует как надежному захвату частиц пузырьком, так и сохранности флотационного агрегата "пузырек-частица" до выноса в пену в целом.

Так, по результатам литературных источников были определены перспективные требования к качеству вод,

подготовленных для целей системы ППД (см. табл. 1), а также сформулирована задача разработки напорного флотационного устройства с регулированием дисперсности образующихся при депрессии давления пузырьков в зависимости от размера загрязнений.

Таблица I.

Требовании к качеству вод, подготовленных для использования в системе ППД

Год ! Требуемое содержание , 0.001 кг/м3

! нефтепродукты ! ТВЧ ! железо

1947 0.5 1.0 -

1961 0 2.0 2.0

1977* 10...15 10...15 -

1931 15 15 -

1983 15...20 10...15 -

1935" 10 10

Примечание. Знаком "*" отмечены предлагаемые нормы.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена анализу факторов, влиящих на процесс флотационной очистки сточных вод. Проведен обзор работ по флотационной очистке сточных вод. Рассмотрены основные реологические и физические характеристики сточных вод и загрязнений, по-разному влияющих' на кинетику и результат процесса флотационной очистки сточных нефтепромысловых вод. Выбраны основные параметры для

теоретического и лабораторного исследований.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена рассмотрению вопроса о влиянии размеров пузырьков на процесс флотационного захвата частиц определенного размера. В модели сохранения сферичности пузырька и образования трехфазного периметра смачивания в агрегате "пузырек-частица" (рис. 1) расчетами на ЭВМ в рамках энергетического рассмотрения показано существование принципиального предела размеров флотируемых частиц пузырьками определенного размера . На рис. 2 приведен расчетный график межфазной поверхностной энергии

и/=

V/- ш ч 4

где относительная и суммарная энергии,

- межфазные поверхности и энергии на соответствующих границах; нижние индексы ¡., ] относятся соответственно к фазам: газ -1, жидкость - 2, твердое тело (частица) - 3, верхний индекс "о" означает параметры до образования трехфазного периметра смачивания.

Существование/^ крит, что следует из характера кривой 4 (рис.2), означает необходимость поставить задачу получения сверхмалых размеров пузырьков во

флотационной пульпе. Это актуально, так как при наличии поверхностно-активных Ееществ(ПАВ) в очищаемых водах размеры частиц нефтепродуктов весьма малы (порядка 5 мкм). Трудность извлечения таких частиц каким-либо способом общеизвестна.

Для регулирования размеров образующихся при депрессии давления (напорная флотация) пузырьков газа, выделяющихся из растворенного состояния, в зависимости от размеров частиц загрязнений, нами разработана конструкция кавитирующего диспергатора, устанавливаемого на входе во флотоотстоиник. Здесь происходит первоначальное снижение давления (за счет резкого возрастания скорости потока в трубках малого сечения), и регулирование размеров пузырьков во флотоотстойншсе заключается в подборе определенных размеров ( длин и диаметров) трубок малого

а) б)

Рпс.1. Частаиа (3) и пузырек (1) в жидкости (2)

до (а) и после (б) образования трехфазного периметра смачивания.

Рис. 2. Зависимость безразмерной межфазной энергии от угла смачивания для разных значений К.0 (кривая 1- 0.01, 2- 0.1, 3- 1.0, 4- 10).

сечения. Приводится полуэмпирическая формула, связывающая длину трубок с LT размерами образующихся пузырьков Rn

I a(Rn-R^.n) D А

S-D-П, Р4 (2)

me Q - расход жидкости, м3 /с,

S - площадь сечения кавитационной трубки, м , Pz, Pi - давление на входе и в кавитационной трубке, МПа, D - коэффициент диффузии газа в жидкости, м2/с, Q - газовый фактор (объемный ) на входе м3/м3, К3- экспериментальный коэффициент, 0.266...0.960, Rmin-минимальный радиус "жизнеспособного" (несхло-пьтающегося) при кавитации пузырька, м.

Последний определяется по формуле Френкеля

D = 6^,2

i^miA р - р

где - поверхностное натяжение на дранице "вода-газ", Н/'м.

В прибшскениитечения квазигомогенной смеси выведена формула дня определения диаметра кавитационных трубок D г

(4)

где Т)^- диаметр подводящей трубы, м, - плотность смеси , кг/м3, Л - показатель степени, равен -0.25.

В этой же главе приводятся результаты исследования влияния магнитного поля на коэффициент поверхностного натяжения на границе "сточная вода-поверхность частицы" . На основе анализа литературных источников выбран критерий для оценки влияния магнитной обработки (МО),- так называемый критерий Ю.В.МяпсоЕа, равный

Мм= ß 'LM= consi (5)

где 8 - средняя индукция магнитного поля в зазоре магнита, 7л

1_м- длина, проходимая водой в магнитном поле со скоростью за время С . Результаты лабораторных опытов свшетельствуют о возмо;кности увеличения на 5...10% 0 23 . В экспериментах использовались воды девонских горизонтов Туймазинского нефтяного месторождения с повышенным содержанием железа. Величина 623 измерялась на границе "сточная вода - керосин ". Последний выбран как наиболее стабильный по своим поверхностно-активным свойствам. Схема установки для магнитной обработки воды приведена на рис. 3, где показаны различные схемы обработки (сочетание электромагнита с пульсирующим током и постоянного магнита ).

По результатам лабораторных исследований влияния магнитного поля на коэффициент 61Ъ сделан вывод о возможности использования магнитной обработки в целях интенсификации процессов флотационной очистки сточных нефтепромысловых вод для целей системы ППД. Это вытекает из того факта, что рост В2Ъ ведет к увеличению гидрофобности поверхности частицы (см. рис. 4). Последнее с необходимостью ведет к увеличению вероятности прилипания частицы к пузырьку Рв

Рв~ехр(-б;^-со зВ)/кТ) (б)

-23

где К - постоянная Больцмана. 1.38*10 Д:к/ К, У - температура,°К.

Для контроля были проведены замеры упта смачивания 6 до и после магнитной обработки. Изменения б13 находились в пределах точности измерений ( 2.5 % ).

В ГЛАВЕ 4 для решения вопросов построения моделей флогоотстойников , адекватно отражающих условия седиментации флотокомплексов шпа "пузырек-частица", специально разработан новый критерий моделирования процессов отстоя в аппарата:! горизонтального типа. Полученные на основе этого критерия, - среднего градиента горизонтальной скорости потока по вертикали ,-

ЛИо

5 //' ё

77Щ//,

'/А

'Ш

АМО

/v б /v ' ^ ¿с

¿сГ

5 /У 5

/1/

'б*

... ...

1 ъ.

'4

■2л

МО

Рис. 3. Схема магнитной обработки СНПВ. 1 - светоза-щпщенная емкость с СНПВ, 2- устройство дня МО: 2а- набор постоянных магнитов,26- аппарат дня обработки воды АМО-25-У4,2с - комбинация из 2а и 26,3- мензурка.

Рис. 4. Изменение параметров межфазного натяжения и угла смачивания б после МО. Верхний , индекс "о" означает параметры до магнитной обработки.

-15Г-

соотношепия, связывающие линейные размеры и параметры потока (расход 0 , число Рейнольдса потока Ре и др.), позволяют осуществить переход от модели (м) к натурному объекту (н).

/ ¿Ух \ - / Э Ух \

\ ау Л л^/м (?) 0Н=0„А" ^Н=М< 2000

^н Л)м ин-им

(8)

гаеД , I- - диаметр и длины объектов,

Ц. - гадравлическая крупность сегментирующих частиц или флотокомплексов,

X - параметр моделирования, равен отношению линейных размеров натурного и модельного объектов,

^ - кинематическая вязкость объемной фазы (жидкости), ^чХзс времена седиментации частицы и горизонтального движения в потоке, зависит от гидравлической крупности частиц.

Полученные соотношения проверены на б типах моделей с А = 5, 10,25, 50, 100, 200 ( см. рис. 5). Показано, что эффективность очистки при прочих равных условиях (эксперименты проводились на реальных СНПВ Сергиевского нефтяного месторождения) практически не зависит от при широких изменениях удельной нагрузки на аппарат (в 14 раз)

Рис. 5. Принципиальная схема модели отстойной части КФУМП. 1- вход СНПБ, 2- зона успокоения потока, 3-зона отстоя, 4 - выход осажденных частиц, 5- выход очищенной воды, 6- н;и-сопи-тель-сепаратор уловленной нефти, 7- сброс избыточного газа, 8- выход уловленной нефти на ТХУ.

Э . А -

V.

£0

¿0

20 0

- • ' \

- / г ф

■ ' ' 'з

-

Рис. б. Результаты экспериментов по проверке работоспособности критериев моделирования условий седиментации частиц. Линии 1, 2, 3 соответствуют разным расходам на натурном объекте ( 0.0058,0. 023, 0.157 м3/с).

а \ / о

игвгЛ и [КР'А

/м

Результаты опытов приведены на рис. б. Обработка

данных методом наименьших квадратов дала следующие

зависимости эффекта очистки Эн от нефтепродуктов от А

Эн=Эно+Г^ (10)

гае П различны для разных режимов, но практически не зависят от . При этом величина П мала и составляет от 0.015 до 0.073.

Таким образом, делается вывод о применимости инвариантов перехода (см. ф. (3)) для моделирования условии седиментации частиц в горизонтальном потоке.

В этой главе описана также методика проведения экспериментов по оптимизации процесса напорной флотационной очистки сточных нефтепромысловых вод на моделях (пилотных установках) напорной флотации . с кавитационным инициированием зародышеобразования пузырьков и предварительной магнитной подготовкой (КФУМП).

Укрупненно методика выглядит следующим образом:

1. Нахождение оптимума на 1 модели методом крутого восхождения Бокса-Уилсона.

2. Переход по ф. (8) к модели 2 в точке оптимума, проверка оптимума методом "раскачки". Выявление закономерностей перехода

* 3. Повторение п. 2 для всех наличествующих моделей.

4. Прогнозирование режима . работы натурного объекта.

Здесь показано, что параметром оптимизации удобно выбрать следующую комбинацию эффектов очистки от нефтепродуктов и твердых взвешенных частиц в виде.

Э0=Эн+рЭт (П)

пк Э0 > Эн , Эт - эффекты очистки: обобщенный, от нефтепродуктов и ТВЧ,

1,2-¿"15 02)

- ранг приоритета Зт перед Эн .

Смысл введения заключается в большей "ценности" очистки закачиваемой воды от ТВЧ, нежели от нефтепродуктов, то есть р всегда больше 1. Это с большой убедительностью показано в работах Э. А. Крайновой с сотрудниками. "Ценность" заключается в большей зависимости от конечного содержания ТВЧ таких технико-экономических параметров системы ППД, как межремонтный период нагнетательных скважин, темп падения закачки, рост удельных затрат по восстановлению приемистости и удельно-переменных затрат по закачке воды в пласт и др. По этим данным, значения ^ колеблются в пределах 1.2...1 5. Для наших целей наиболее общим показателем являются удельно-переменные затраты ( р ~ 1.67) по закачке воды в пласт, поэтому выбран средний коэффициент (по двум месторождениям) именно по этому параметру, рагный 1.5.

Здесь же приводится описание основных параметров, выбранных для экспериментального исследования ( см. рис. 7): Им - магнитный модуль 10. В. Мягкова, М у - модуль места входа жидкости в аппарат,

- модуль места выхода жидкости из аппарата,

- давление на входе в аппарат, -соотношение расходов Оц.:'• 0в ,где индексы

означают место измерения расхода согласно рис. 5.

В начальной точке, выбранной на основе предварительных экспериментов, проведен опыт по схеме дробной реплики 2 . Для функции ( 11) в вше

3

Рис. 7. Принципиальная схема пилотной установки напорного флотатора с кавнтационным инициированием зародышеобразования пузырьков и предварительной магнитной подготовкой. 1-вход СНПВ на очистку, 2-буферная емкость, 3- емкость с нефтью, 4буфер-смеаггелъ, 5- манометр, .6- пробоотборник, 7- устройство для магнитной обработки, 3- кавптацпонный зародышеоб-разбватель пузырьков, 9- фл ото отстойник (согласно схеме отстойной части на рис. 5).

З'ЕАЛ (13)

1=0 4 '

получены коэффициенты корреляции А;, для параметров оптимизации (перечисленных выше ). Получен градиент функции (13) в виде

6

gW3 = X/4; О4)

После проверки адекватности линейной модели (13) и значимости коэффициентов , в направлении градиента (14) определены приращения параметров оптимизации и проведен эксперимент - подъем по градиенту. Получен оптимум, определяемый координатами тотем в факторном пространстве

D 0 = (ЭЛ)

(15)

Далее при помощи инвариантов (8) совершен переход ico всем 6 моделям с разными А. В целом, получены результаты, совпадающие с ф. ( 10 ).

Таким образом, получено: I. Удовлетворительное совпадение результатов на различных моделях при разных А . Тем самым доказана возможность моделирования при помощи инвариантов ( 8 ).

2. Получены удовлетворительные результаты очистки реальных сточных нефтепромысловых вод от нефтепродуктов и ТВ Г1 до остаточного содержания 0.005...0.010 и 0.010...0.015 кг/м5 соответственно.

3. Получена удовлетворительная работоспособность принципа кавитационного инициирования зародышеобразования пузырьков в напорном флотационном аппарате.

В этой же главе описан переход от моделей пилотных установок с А = 5, 10, 25,50, 100,200 к натурному объекту с А = 1. Описаны параметры оптимального ре-

жима его работы, прогнозируемый эффект очистки и конечное содержание загрязнений в сравнении с промысловыми испытаниями опытно-промышленного образца..

В ГЛАВЕ 5 описаны результаты опьпно-промышленного внедрения установки напорной флотационной очистки СНПВ с кавитационным инициированием зародышеобразования пузырьков и предварительной магнитной подготовкой, проведенного на сточных годах УКПЫ N 3 НГДУ 'Туймазанефть" (хлоркальциевые .воды девонских пластов ). Результаты проведеных работ на опытно-промышленной установке произЕодительностьк) 500 м3 /суг представлены в табл. 2. Получено значительное увеличение степени очистки от твердых взвешенных частиц, труднодоспскимое на существующих объектах очистки воды.

Описана технологическая схема очистки СНПВ для целей системы ППД с применением установки КФУМП. Приводится расчет экономического эффекта от замены 2 отсгойниковРВС-5000 производительностью 1.3 млнжуб. метров в год установкой КФУМП , составляющий 17.2 тыс. руб/год (в ценах 1937 года).

Таблица 2.

Результаты промысловых испытаний аппарата КФУМП (опытно-промышленного образца)

Расход, ! Содержание , 0.001 кг/м3 0.001 м3/с! нефтепродуктов ! ТВЧ

! на входе ! на выходе ! на входе ! на выходе

5.6 72 22 74 26

5.2 145 13 113 23

4.16 336 10 63 24

выводы

i .Расчетами межфазной поверхностной энергии на ЭВМ установлен принципиальный предел размеров флотирующих пузырьков в зависимости от размеров частиц загрязнений: Riepит. = 5...10 размеров чаешц загрязнений в зависимости от межфазной поверхностной энергии пузырьков и частиц.

2. Разработаны новый способ и устройство дня регулирования размеров пузырьков при напорной флотации при помощи кавитационного инициирования зародышеобразования, защищенный авторским свидетельством (A.C. N> 1393796/СССР/), причем длины трубок кавитационного диспергатора определяются в зависимости от требуемых размеров пузырьков полуэмпирической формулой

¿ = КД-1Г --&-.Р .

Э Df< Pi Кт'п

З.Экспериме1ггально на широком спектре модельных установок (с параметрами моделирования 5...200 ) доказано возмо;кностъ проведения моделирования процессов седиме1пации частиц в аппаратах с горизонтальной организацией потоков при помощи полученных инвариантов перехода на основе нового критерия -градиента горизонтальной скорости потока по вертикали: {^у^ ~ "(^T"

4. Экспериментально доказана зозмо:киость применения М ^ н обработки сточных нефтепромысловых вод девонских горизонтов (хлоркальциеЕые воды) в постоянных магнитных полях для интенсификации процессов флотации; при этом установлено, что повышение коэффициента поверхностного натяжения на границе "сточная вода-поверхность частицы" составляет 5...8%.

5. Разработан и оптимизирован экспериментами на широком спектре модельных установок новый аппарат очистки сточных нефтепромысловых вод для системы ППД - установка напорной флотационной очистки с кавитационным инициированием зародышеобразования пузырьков и предварительной магнитной подготовкой (КФУМП ).

6. Составлена технологическая схема очистки сточных еод нефтепро- • мыслов для целей системы ППД с применением аппарата КФУМП.

7. Ожидаемый экономический эффект от внедрения опытно-промышленной установки КФУМП при очистке 1.8 млн. куб. метров

в год составляет 17.2 тыс. руб. в год ( по результатам испытании в цехе ППД НГДУ "Туймазанефтъ" ПО "Башнефть" ),-в ценах 1937 года.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих публикациях:

1.Сулейманов Р. Н. К вопросу о влиянии обработки сточных нефтепромысловых вод в постоянные магнитных полях на процесс напорной флотационной очистки.- В сб.: Тезисы докладов XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов института ТатНЙПИнефть.- Бугульма, 1985 г.

2. Сулейманов Р. Н., Нурутдинов Р. Г., Ибрагимов

Ф. И. К вопросу о моделировании отстойных аппаратов.- В сб.: Тезисы докладов межвузовской научно-технической конференции.-Уфа, 1986 г., с. 22-23.

3. Сулейманов Р. Н., Борисов Е. В., Пестряез В.

В. Выбор и регулирование оптимального размера пузырьков в зависимости от размера загрязнений при флотации.- В сб.: Молодела и научно-технический прогресс,- Уфа: Изд-во УфНИ, 1936 г., с. 26.

4. Сулейманов Р. Н. К вопросу подбора размеров пузырьков газа при флотационной очистке стачных нефтесодержащих еод,- В сб.: Вопросы охраны окружающем среды...".-Ленинград-Николаев: ЛХТИП, 1936 г., с. 43.

5. Назаров В. Д., Крайнова Э. А., Макарова Л. П., Сулейманов Р. Н. Комплексный технико-экономический подход к проблеме рационального использования водных ресурсов в нефтяной промышленности.- М.: ВНИИОЭНГ, 1937 г., 40 с.

6. Мархасин И. Л., Назаров В. Д., Нурутдинов Р. Г., Ибрагимов Ф. И., Сулейманов Р. Н. Способ очистки и подготовки сточных нефтепромысловых вод и устройство для его осуществления. А. С. N 1393796 (СССР), опубл. в БИ N 17 за 1933 г.

7. Нурутдинов Р. Г., Сулейманов Р. Н., Ибрагимов

Ф. И. Влияние обработки сточных нефтепромысловых вод в постоянных магнитных полях на процесс флотационной очистки.- Депонировано в ВИНИТИ,' 1987.- N 9 (191).

8. Сулейманов Р. Н. Критериальные соотношения при

исследовании процессов отстоя на лабораторных, моделях.- В сб.: Творческие еозмо:кности молодых нефтяников.- Бугульма: ТатНИПИнефть, 1937 г., с. 122-123.

Подписано к печати 26.02 96. Формат бумаги 60*84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Печатных листов 1.0. Тираж 100 экз. Заказ №.

Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Ротапринт Уфимского государственного нефтяного

технического университета.

Адрес университета и полиграфпредпршгшя:

450062, Уфа, Космонавтов, 1.