автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка технологического оборудования для промысловой подготовки аномально высоковязких нефтей

На правах рукописи

ЖОЛУМБАЕВ МАРАТ ТУЛКИБАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ АНОМАЛЬНО ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы»

(Нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2004

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, доцент Бакиев Тагир Ахметович.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор,

Султанов Байрак Закиевич; кандидат физико-математических наук, Хазиев Нагим Нуриевич.

Ведущая организация Государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт по повышению нефтеотдачи пластов» АН РБ.

Защита состоится «19» ноября 2004 года в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу' 450062, Республика Башкортостан, г Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан октября 2004 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Ибрагимов И Г

2005-4 12403

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Добыча нефти в Республике Казахстан в 2003 году составила 45,3 миллионов тонн. Из года в год растут объемы добычи углеводородного сырья. Вводятся в эксплуатацию нефтяные промыслы с высоковязкой и неньютоновской нефтью. К числу таких относится месторождение Сазанжурак.

Месторождение Сазанкурак расположено на территории Атырауской области Республики Казахстан, в 150 км западнее областного центра г. Атырау.

Доразведка месторождения, создание фонда эксплуатационных скражин и работ« по обустройству начаты в 1999 году.

Пробная эксплуатация нефтяных скважин показала, что нефти юрского и мелового горизонтов месторождения являются аномально высоковязкими, с содержанием смол и асфальтенов до 20%.

Опыта промысловой подготовки нефтей с характеристиками по вязкости 560 мПа-с (его) при 20°С и плотностью 0,912 г/см3 на месторождениях Эмбы в Казахстане не было.

Реализация сырой неподготовленной нефти на Атырауский нефтеперерабатывающий завод по низким ценам не обеспечивала рентабельность производства.

Повышение показателей качества подготавливаемой нефти до товарной кондиции, рациональное использование сырьевых и топливно-энергетических ресурсов связано с применением прогрессивных технологических процессов, аппаратуры и оборудования с высокой функциональной эффективностью.

Поэтому комплексные исследования физико-механических свойств эмуль-

сий, нефтей и пластовых вод, разработка и научно обоснованный выбор технологического оборудования с целью создания функциональной блок-схемы установки подготовки нефти месторождения Сазанкурак приобрели особую актуальность.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с государственными научно-техническими программами РБ на 2002-2004 годы «Машиноведение, конструкционные материалы и технологии», «Нефга " ** а»

Цель работы. Промысловая подготовка аномально высоковязкой нефти до высшей группы качества путем научно обоснованного оснащения оборудованием технологической схемы и усовершенствования конструктивных элементов основных аппаратов.

Задачи исследований

1 Исследование физико-химических свойств нефти и определение ее се-парационных свойств.

2. Анализ существующего состояния технологии и техники промысловой подготовки нефти.

3. Расчетно-конструкторские работы по модернизации отстойной аппаратуры установки подготовки нефти.

4. Разработка новой функциональной блок-схемы установки подготовки нефти.

Научная новизна

1. Осуществлен синтез оборудования и аппаратуры, взаимное расположение которых позволяет реализовать на них технологически связанные между собой процессы промысловой подготовки нефти, имеющей аномально высоковязкие свойства.

2 Используя результаты моделирования процессов гравитационного отстоя выполнены конструктивные изменения внутренней начинки напорного горизонтального отстойника нефти путем снабжения его входным устройством и выходными распределительными коллекторами, обеспечивающими эффективное использование объема аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкости

3 Базируясь на теоретические положения использования энергии свободной затопленной струи, выполнен расчет размерных параметров входного торцевого отражателя отстойника нефти, имеющего форму сферического сегмента

4 Определены размерные параметры коалецирующего устройства перед отстойником нефти, интенсифицирующего процесс водоотделения путем гидродинамического воздействия на эмульсию с помощью регулярной прово-

лочной насадки, подтвержденное расчетами для описания коагуляции дисперсных систем.

Практическая ценность

Внедрение выполненных научно-технических и технологических разработок на месторождении Сазанкурак позволили вывести установку подготовки нефти на стабильный режим работы Определены эксплуатационные параметры основного оборудования по давлению, температуре, времени протекания процесса, составлены материальный и тепловой балансы в зависимости от физико-химических и сепарационных свойств эмульсий, нефтей и пластовых вод. Конструктивные изменения отстойника нефти и усовершенствование ряда технологических процессов позволили получать качественную товарную нефть с параметрами, превышающими экспортные требования. При исходной обводнённости нефти 70% и концентрации солей до 162000 мг/л содержание воды в подготовленной нефти снижено до 0,3-0,5%, а хлористых солей - до 25-40 мг/л.

Применение российских технологий и оборудования позволили снизить эксплуатационные затраты и совместить российское и западное оборудование и технологии.

Апробация работы

Результата научных исследований докладывались:

— на П научно-технической конференции «Новые разработки в химическом и нефтяном машиностроении» (Уфа, 2002 г.);

— на IV конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2003 г.);

— на научно-практической конференции «Новое оборудование доя нефтяных и газовых промыслов» (Туймазы, 2003 г.);

— на научной конференции «Вклад науки в реальный сектор экономики» (Уфа, 2003 г.);

_ на республиканской научно-технической конференции «Инновационные проблемы машиностроения в Башкортостане» (Уфа, 2003 г.);

— на 2-й Международной научно-технической конференции «Новоселовские чтения» (Уфа, 2004 г.);

— на Всероссийской научно-практической конференции «Реновация' отходы -технологии - доходы» (Уфа, 2004 г.);

— на научно-практической конференции «Современное состояние процессов переработки нефти» (Уфа, 2004 г.).

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, включает список литературы из 65 наименований Изложена на 100 страницах Основное содержание опубликовано в 7 печатных научных трудах.

Автор выражает глубокую благодарность Аминову О.Н, сотрудникам ООО «Уралтехнострой» за оказанную помощь при проведении совместных исследований, разработок и реализации в промышленность их результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены краткая характеристика полученных результатов диссертационной работы, сведения о научной новизне, практической ценности и апробации работы. Отражен личный вклад автора в теоретические и практические разработки.

Первая глава посвящена установлению научно-технологических предпосылок промысловой подготовки высоковязких нефтей.

По литературным источникам выполнен анализ современных технологий, отечественного и зарубежного опыта подготовки продукции скважин (нефти, газа и воды), в том числе высоковязких и тяжелых нефтей. Обобщены результаты исследований научных подходов подъема, сбора, подготовки нефти, создания аппаратуры и оборудования.

Эксплуатационные параметры аппаратуры и оборудования для промысловой подготовки высоковязких нефтей зависят от реологических и эмульсионных характеристик, физико-химических свойств продукции скважин. Поэтому исследования этих свойств становятся первоочередными задачами

На основании анализа накопленного производственного опыта и имеющихся результатов научно-исследовательских работ сформулированы следующие основные требования к системам промысловой подготовки аномально высоковязких нефтей.

На любой стадии разработки нефтяных месторождений эффективны совмещенные установки подготовки нефти и воды универсального типа.

Основными требованиями к системам промысловой подготовки аномально высоковязких нефтей являются: гибкость, т.е. возможность использования ряда технологических вариантов при минимальном наборе оборудования и аппаратуры; создание комплексных технологических схем эксплуатации скважин, сбора, подготовки и внешнего транспорта нефти.

Выполнены исследования исходного компонентного состава, физико-химических и сепарационных свойств нефтей, необходимых для научно обоснованного выбора технологического оборудования и аппаратуры и назнаиения их эксплуатационных параметров.

Исследовали три пробы нефтей и одну пробу пластовой воды по следующим параметрам: плотность, обводненность, агрегативная устойчивость, вязкость, поверхностная активность, содержание хлористых солей, механических примесей, асфальтосмолистых веществ и парафина; пластовая вода анализировалась на минерализацию, ионный состав, плотность.

Из результатов исследований видно, что нефти данного месторождения относятся к категории тяжелых с плотностью при температуре 18°С от 0,912 до 0,918 г/см3. В пределах обводненности от нуля до 6,40% обладают высокой ьйзко-стью 565-588 мПа-с при температуре 20°С. Содержание солей - 162000,0 мг/л; мехпримесей 0,001-0,002%; смол и асфальтенов до 20%; парафинов 1,40-1,60%.

По изысканию наиболее эффективных деэмульгаторов для процессов предварительного сброса воды, обезвоживания и обессоливания была приготовлена исходная сборная нефть, смешанная в равных долях из трех представленных проб нефтей, из которых готовили искусственную эмульсию с различной обводненностью.

Смесь нефтей анализировали на качественном составе стабилизаторов Состав данного осадка после центрифугирования содержит нефти 89,70%, осадка 2,3%, воды 7,47%. В водной вытяжке были обнаружены в основном ионы СГ, а также ионы Ре** и БО^.

Таким образом, стабилизаторами сборной эмульсии, кроме смол и парафинов, являются неорганические соединения, а именно, №С1 в виде кристаллов, сульфаты и соединения железа. Агрегативная устойчивость (АУ) изучалась на смеси искусственно приготовленных эмульсий нефтей с обводненностью 10, 40 и 60%. За агрегативную устойчивость исследуемой эмульсии принимается разница в процентах к исходной нефти между всей выделившейся водой при втором центрифугировании и процент воды, выделившейся при первом центрифугировании. В результате анализа были получены следующие значения аг-регативной устойчивости для 10% эмульсии - 68%; 40% эмульсии - 85%, а для 60% эмульсии - 89%.

Исследовались физико-химические характеристики пластовой водь;, которая использовалась для приготовления вышеприведенных эмульсий. Пластовая вода имеет плотность 1,132 г/см3, она высокоминерализована, хлористо-кальциевого типа, содержит ионы двух- и трехвалентного железа. Общая минерализация пластовой воды составляет 262 г/л.

Содержание в воде двух- и трехвалентных ионов Бе может привести в случае смешения сероводородом, содержащимся в нефти, к образованию сульфидов железа, которые, как и обнаруженные в нефтяной фазе кристаллы ЫаС1, играют роль сильных стабилизаторов эмульсии.

Получены данные по вязкости нефти при температуре до 80°С.

Установлено, что кроме аномальных значений по плотности и вязкости физико-химические свойства характеризуются высоким содержанием смол и асфальтенов (около 20%), а также неорганических соединений в виде хлористых солей, сульфатов и соединений железа, а также мехпримесей, являющихся природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий.

Высокая минерализация пластовой воды предопределяет трудности в осуществлении процесса обессоливания нефти, связанные с тем, что эмульсия при обессоливании должна подвергаться глубокому обезвоживанию в несколько стадий - до и после промывки пресной водой.

Вторая глава посвящена выбору аппаратуры и оборудования и разработке технологической схемы подготовки нефти на начальных этапах освоения месторождения Сазанкурак. Приведены ее недостатки, обоснована необходимость разработки новой технологической схемы и ее аппаратурного оформления.

Нефти месторождения Сазанкурак кроме их аномальных значений по плотности и вязкости имеют большой сульфатный фон, повышенную концентрацию неорганических соединений, возрастающую обводненность скважин.

При концентрациях воды в нефти более 50% возникают сложные множественные эмульсии с прочной бронирующей оболочкой, распределенные в объеме свободной неэмульгированной воды.

Все эти и другие факторы существенно осложняют промысловую подготовку нефти, предполагают:

- многообразие методов воздействия на эмульсии;

- разработку и применение эффективных технологических схем, оснащение их аппаратурой и оборудованием с учетом специфики сепарационных свойств аномально высоковязких нефтей.

При выборе аппаратуры и оборудования для оснащения технологической схемы подготовки нефти придерживались принципа, сформулированного в первой главе - создание совмещенной схемы с многообразием технологических процессов

В диссертации приведено подробное описание оборудования и аппаратуры в технологиях сбора и транспортировки нефтепродукции скважин, установки подготовки нефти и газа.

Изначально существующее состояние установки подготовки нефти было ориентировано на использование западного оборудования.

Продукция нефтяных скважин (нефть, пластовая вода с остаточным попутным газом) после сепарации при давлении 0,4-0,5 МПа основного количества газа

на АГЗУ, под давлением дожимных винтовых насосов от АГЗУ проходит через теплообменники трех групповых установок, где происходит ее нагрев до 45-50°С, и по внутрипромысловому коллектору диаметром 219 мм откачивается на сборный пункт УПН для подготовки до параметров, соответствующих требованиям, предъявляемым покупателями нефти - местными нефтеперерабатывающим заводами с целью ее компудировалия (смешения подготовленной нефти м/р Сазанку-рак с содержанием солей до 500 мг/л с товарной нефтью, имеющейся на НПЗ).

На УПН нефтегазоводяная смесь поступает с температурой 20-25°С и давлении 0,4-0,5 МПа. При существующей производительности около 900 м3/суг поток эмульсии на входе УПН подогревается, за счет утилизации тепла горячей нефти выходящей из УПН, в теютообменных аппаратах М-15 (ГЖС - подготовленная нефть с содержанием солей 200-500 мг/л) до 40° и далее в теплообменниках (ГЖС -пар) М-10 пластинчатого тага до 95-100°С, затем поступает в трехфазный сепаратор фирмы «Bukom Laval» объемом 12 м3 и далее на центрифугу LEO (фирмы «Alfa Laval»). В трехфазном сепараторе (ССВ) поступившая среда разделяется на три фазы нефть, вода, газ. Межфазовый уровень поддерживается автоматически датчиком уровня, который фиксирует границу раздета фаз и регулирующего клапела на линии выхода воды из трехфазного сепаратора. Имеется датчик для замера уровня границы раздела фаз «нефть-газ». Нефть автоматически отводится из сепаратора через регулирующий клапан на трубопроводе выхода нефти, который связан с датчиком уровня нефти на границе раздела фаз с газом. Давление в трехфазном сепараторе фирмы «Bukom Laval» поддерживается в пределах 2-4 атмосфер, и выделившийся газ проходит далее через вертикальный сепаратор для отбивки капельной жидкости, после чего отводится на факел высокого давления. Процесс глубокой сепарации не происходит, так как трехфазный сепаратор работаегг под давлением и для его снижения необходимо установить дополнительно газосепаратор с факелом низкого давления на 0,5 атм. Пластовая вода из трехфазного сепаратора направляется в резервуар пластовой воды РВС-300, для отстоя и закачки в нагнетательные скважины. Из-за несоответствия параметров пластовой воды требованиям ГОСТа при ее закачке происходили загрязнение призабойной зоны нагнетальных скважин

и рост устьевых давлений с 60 атм до 100 am, что приводило к частым остановкам насосов ППД и переполнению резервуара пластовой воды.

Перед центрифугой эмульсия проходит через смеситель (Mixer), где в нее впрыскивается пресная вода, расход которой регулируется и составляет значительный процент от объема водонефтяной эмульсии. Остаточная обводненность после трехфазного сепаратора составляет от 3 до 12%.

Высокое водосодержание эмульсии после трехфазного сепаратора (ССБ) ► предопределено его малым объемом и, соответственно, недостаточным време-

нем динамического отстоя (порядка 10-12 минут).

Из центрифуги выходит нефть с остаточным содержанием воды 0,5% и со-лесодержанием - более 200-500 мг/л, превышающим в среднем требуемый норматив 100 мг/л. При повышенных нагрузках обводненность нефти после трехфазного сепаратора может стабильно повышаться с 3% до 10-12%, что увеличивает содержание хлористых солей в нефти после центрифуги на один порядок Далее нефть с температурой 90-95°С через промежуточный теплообменник М-15, где происходит ее охлаждение до 40°С за счет передачи тепла входящей на УПН эмульсии, поступает в товарные резервуары РВС-2000, для дополнительного отстоя в течение суток и отгрузки железнодорожным транспортом.

Вода после трехфазного сепаратора и центрифуги сбрасывается в РВС-300 объемом 300 м3 и в 4 буллита каждый объемом 50 м3 для отстоя и последующей утилизации в нагнетательные скважины.

В целом существующая технология и набор технологического оборудования не обеспечивают стабильной работы УПН. Центрифуга LEO с проектной

I *

производительностью 70-100 м /час фактически обеспечивает, при существующей нагрузке по жидкости 900 м3/сут, выход подготовленной к реализации нефти в объеме 550-600 м3/сут, с содержанием солей 200-500 мг/л. Нестабильная работа центрифуги вызвана неудовлетворительной работой трехфазного сепаратора и отсутствием резервного агрегата (2-й центрифуги), что исключает своевременный профилактический осмотр и обслуживание центрифуги и приводит к частым ее ремонтам, увеличению эксплуатационных затрат.

Проведенные расчеты по применению центрифуг на стадии обессоливания без добавления пресной воды также не гарантируют требуемого качества нефти.

Емкостная отстойная аппаратура для подобного типа нефтей более предпочтительна, так как в отличие от сложных механических агрегатов она не требует ремонта и оснащается простыми приборами для управления и контроля и поставляется традиционными российскими изготовителями.

Третья глава посвящена модернизации узла емкостного отстойника нефти на основании теоретических расчетов по моделированию процессов гидравлического отстоя, использованию энергии свободной (затопленной) струи и описанию коагуляции дисперсных систем.

Переход к отстойникам емкостного типа предопределил необходимость в упрощении внутренних устройств без ухудшения показателей функционального назначения аппаратов.

Моделирование условий седиментации (осаждения или всплытия) частиц из потока возможно провести, если воспользоваться принципом равенства градиентов горизонтальной скорости по сечению потока (частная производная горизонтальной скорости по вертикальной) в натурном (У„) и модельном (Ум) объектах:

Из рис. 1 видно, что процесс седиментации в идеализированном потоке полностью определяется условиями перехода из одного слоя в другой

Тогда из условия (1), применяя обычную оценку, получаем для среднего

значения такого градиента , где О - диаметр отстойной части.

Принимая соотношение между вязкостью модельной и натурной жидкости

(8гааУ)п=(8гааУ),

'м •

0)

м

Ум = Ун • , после преобразований получаем:

УнРнум

-0,5

Н.м 1.6

1.г

о. а

0.4

о

-0.4 -0.8 -1,г -1.6

Рис. 1. Профиль скоростей потока в отстойнике: 1 - газ, 2 - вода, 3 - нефть

Последние соотношения (для диаметра Б и расхода <3) позволяют значительно уменьшить затраты на построение моделей и проведение оптимизационных экспериментов.

Изложенные представления применимы при условии соблюдения лами-нарности потока в аппаратах, отсутствия или незначительности влияния устройств ввода и вывода на ламинарность потоков в отстойной части аппаратов

На основе анализа формул для определения производительности горизонтальных аппаратов цилиндрической формы установлено, что для улучшения работы отстойников необходимо:

- осуществлять предварительное укрупнение капель эмульсии до их введения в зону отстоя или расслоение эмульсии;

- обеспечивать торцевой равномерный ввод жидкости по сечению аппарата, а также равномерный отбор жидкости;

- поддерживать низкий уровень водяной подушки или практически исключать ее;

1 1

6- ~3

О. 01 О. ог о. 03 0, * о. ОВ 1с 06

9- — 3

I г

исключать из отстойной зоны аппарата сепарацию промывки эмульсии через слой дренажной воды.

С учетом этих требований выполнены конструктивные изменения внутренних устройств горизонтального отстойника нефти ОН - основного в технологической схеме подготовки нефти.

Обычно на практике используются серийные отстойники типа ОГ, ОБН, т.е. отстойники с горизонтальным движением потока и распределителями внутри отстойника в виде перфорированных труб. Внутренняя начинка их сложная, громоздкая, в процессе эксплуатации вследствие коррозии, зарастания кристаллами солей, засорения механическими примесями быстро приходят в негодность, нарушаются гидродинамические характеристики аппаратов

Для сазанкуракской нефти с высокой минерализацией пластовой воды применение этих отстойников без модернизации внутренней начинки становится невозможным.

Сущность модернизации заключалась в изменении конструктивного исполнения входных и выходных устройств и упрощении внутренней начинки аппарата

Ранее существующие внутренние распределительные устройства удалены без ухудшения показателей назначения и надежности отстойника. Оставлена внутри усовершенствованная система размыва осадка мехпримесей

Особую новизну представляет то, что отстойник снабжен входными и выходными распределительными коллекторами оригинальной конструкции, обеспечивающие эффективное использование объема аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей и по сечению и длине отстойника.

Входной коллектор отстойника выполнен в виде отражателя, имеющего форму сферического сегмента, установленного напротив входного патрубка отстойника. Входной патрубок размещен на торце по горизонтальной оси отстойника (рис. 2). Такая конструкция входного коллектора позволяет распределить входящий в отстойник поток жидкости по поперечному сечению отстойника При этом уже за отражателем резко падает скорость потока за счет распределения потока жидкости по всему сечению отстойника, сводятся к минимуму возмущения

отстоявшейся эмульсии в отстойнике. Размерные параметры входного отражателя рассчитаны по теории использования энергии свободной затопленной струи

Рис. 2. Модернизированный отстойник нефти

03400 мм, V = 2000 м3, Р,* = 1,0 МПа.

П - вход продукта, Н - выход нефти; В - выход воды - входной патрубок, 2 - отражатель, 3 - устройство для размыва остатков мехпримесей

В результате исследований получена зависимость изменения безразмерной осевой скорости в виде

И,

ж _ .

0,96

Ио '

(3)

где Иж - скорость в центре данного сечения струи, м/с; Ио - скорость в начальном сечении струи, м/с; Б - расстояние от отражателя до начального сечения струи, м; Яо - радиус начального сечения, м; а - экспериментальная константа, зависящая от структуры потока в начальном сечении.

Используя эту зависимость, определены параметры отражателя на входном патрубке отстойника.

Из литературного источника известно, что а =0,08. Для нашего случая = 0,1 м считаем, что отражатель необходимо устанавливать до расширения струи, т.е. при Иж = Ио. При таких условиях по формуле (4) можно найти Б - расстояние до отражателя:

0,96

1 =

(4)

Отсюда Б = 0,875 м. При этом диаметр отражателя должен быть не менее диаметра входного патрубка. Но с учетом искривления входящей струи принимаем диаметр отражателя в два раза больше, чем диаметр входного патрубка, т.е. не меньше 400 мм.

Выходные коллекторы для отвода нефти и воды выполнены так, чтобы нефть поступала в коллектор только с' горизонтального слоя на уровне размещения коллектора для отвода нефти, а коллектор для отвода воды обеспечивает забор и отвод воды с нижнего горизонтального слоя без вовлечения воды с других слоев с целью сохранения заданных условий забора воды.

Теоретически подтвержденные размерные параметры входного отражателя и выходных коллекторов позволили следующее- резко снизить скорость внутри отстойника (более чем в 300 раз);

- сократить протяженность возмущенного потока после отражателя;

- совместная работа входных и выходных коллекторов, отсутствие внутренних перегородок обеспечивают горизонтальное движение потока в ламинарном режиме, что позволяет эффективно использовать объем аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкостной части аппарата.

На установку подготовки аномально вязких и тяжелых нефтей, как правило, поступает эмульсия, размеры капель пластовой воды в которой составляют всего несколько микрометров. Такие капли невозможно осадить за технологически приемлемый отрезок времени ведения процесса подготовки нефти

Поэтому перед отстаиванием необходимо осуществление специального процесса укрупнения капель воды в эмульсии (коалесценции) до размеров, обеспечивающих требуемую скорость расслоения эмульсии.

Математическая модель процесса коалесценции капель пластовой воды в турбулентном потоке нефти подобна модели для описания коагуляции дисперсных систем и имеет вид

от ?+}=! е-\

с начальными условиями: п = щ; п, = 0 (1 # 1) при 1 = 0.

Здесь п - число частиц в единице объема; А - диаметр частицы; 1 - время; Отурб - коэффициент турбулентной диффузии; £ - характерная длина турбулентного потока.

Это уравнение описывает изменение п, - числа частиц диаметром 4 с течением времени в результате слияния более мелких частиц диаметром <3^ и А] в частицу диаметром 4 и слияние частиц диаметром 4 с частицами диаметром , ведущего к появлению более крупных частиц.

Решение этого уравнения позволяет получить связь числа частиц диаметром (1, и время коалесценции и имеет вид

Х^я^^-с^-п^, (6)

где % - безразмерное время коалесценции; п, - число исходных частиц; (1, - диаметр исходных частиц.

Это решение имеет место в узком интервале времени при х <' •

Поэтому уравнение (6) может быть успешно использовано в нашем случае для оценки скорости процессов коалесценции в коротких трубопроводах -каплеобразователях или аппаратах - укрупнителях.

Основываясь на данном теоретическом положении, перед горизонтальным емкостным отстойником нефти ОН установлено коалесцирующее устройство с внутренней начинкой в виде регулярной металлической проволочной насадки. Обвязка коалесцеров выполнена так, чтобы обеспечить возможность их использования при последовательном и параллельном режимах их подключения для обеспечения обезвоживания нефти в отстойнике до необходимой степени.

Четвертая глава посвящена разработке модернизированной технологической схемы промысловой подготовки нефти и компоновке ее оборудованием и аппаратурой на основе выполненных технологических, теплотехнических и механических расчетов.

Блок-схема установки подготовки нефти приведена на рис 3 и работает по двум вариантам подготовки товарной нефти.

По первому варианту основная технологическая линия УПН с использованием российского емкостного оборудования самостоятельно подготавливает нефть высшей категории при обводненности продукции 70% и объеме поступающей водонефтегазовой эмульсии - 2385 м3/сут.

При работе блок-схемы по второму варианту подготовки нефти российское оборудование может совместно эксплуатироваться с вспомогательной технологической линией с применением оборудования западного производства -трехфазный сепаратор (ССВ), поз. 10, миксер (М), поз. 11 и центрифуга LEO, поз. 12 с производительностью до 900 м3/сут по жидкости.

Работа модернизированной блок-схемы по первому (основному) варианту Продукция скважин газожидкостная смесь (ГЖС) поступает на установку подготовки нефти. На входе в установку перед концевым делителем фаз (КДФ) из блока подачи реагента БР, поз. 1 подается ингибитор коррозии, затем ГЖС поступает в концевой делитель фаз КДФ, где происходит предварительный сброс воды в количестве 40-50%, перед ТО-1, поз. 2 и ТО-2, поз. 2а из блока подачи реагента БР, поз. 1 подается деэмульгатор, далее ГЖС через теплообменники предварительного нагрева ТО-1 и ТО-2 с температурой 80°С поступает в дестабилизатор потока и затем во входной сепаратор С-1, поз. 3, расположенный на постаменте высотой 14 метров для обеспечения слива нефти в два технологических резервуара РВС, поз. 4.

В сепараторе С-1, поз. 3 объемом 50 м3 поддерживается давление 0,005 МПа. При заполнении аппарата на 0,5 диаметра время пребывания жидкости в нем при загрузке 2385 м3/сут составит 25 минут. Уровень жидкости контролируется датчиком уровня с выдачей сигнала на компьютер оператора и поддерживается за счет конструктивного исполнения выходного патрубка. Выделившийся в сепараторе газ отводится на факел низкого давления.

Водонефтяная эмульсия из выходного сепаратора поступает в технологические резервуары РВС-1 и РВС-2, поз. 4, где происходит ее отстой до остаточного водосодержания 5%. Эффективная работа резервуаров обеспечивается распределительными трубными устройствами на входе эмульсии, выходе нефти и

воды и поддержанием заданных уровней нефти, воды и межфазного уровня «нефть-вода» с помощью насосов НН-1, поз. 5 и НВ-4, поз. 6.

Из резервуаров частично обезвоженная нефть подается винтовыми насосами НН-1 в аппараты, непосредственно входящие в установку обезвоживания нефти (УОН):

- теплообменники (эмульсия-пар) ТО-3, поз. 26, в которых происходит нагрев нефти до температуры 90-95°С;

- отстойник нефти горизонтальный ОН, поз. 8 модернизированный, с входным коалесцирующим устройством К-1, поз. 7;

- смесительное устройство К-2, поз. 11а дня вспрыскивания и перемешивания пресной воды в потоке водонефтяной эмульсии.

Работа УОН с набором перечисленного оборудования осуществляется следующим образом.

Нефть с остаточной водой до 5% в виде эмульсии насосами НН-1, поз 5 после нагрева до 95°С в теплообменнике ТО-3, поз. 26 поступает в отстойник ОН, поз. 8. Для интенсификации процесса водоотделения отстойник снабжен входным устройством в виде трубных секций с гидродинамическим воздействием.

Гидродинамическое воздействие на эмульсию осуществляется в коалесцере регулярной проволочной насадкой (РПН). Для оптимизации воздействия конструкция коалесцера позволяет изменять скорость и длительность движения жидкости через нее за счет параллельно последовательного соединения секций РПН.

Отстойник напорный ОН, поз. 8 - аппарат объемом 200 м3 (диаметром 3400 мм, длиной корпуса около 22 м) с горизонтальным движением жидкости. Расчетное давление аппарата 1,6 МПа. Время отстоя жидкости при нагрузке 1255 м3 (при обводненности до 5%) составляет 230 минут. Аппарат снабжен входными и выходными распределительными коллекторами, что обеспечивает эффективное использование объема аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкости.

Отстойник ОН работает в режиме полного заполнения без выделения газа, для чего в нем поддерживается давление выше давления насыщенных паров,

при котором начинается разгазирование нефти. Содержание хлористых солей в нефти на выходе из отстойника колеблется в пределах 80-120 мг/л

После отстойника нефть с остаточным содержанием воды 0,5-0,8% и хлористых солей 80-120 мг/л подается для дальнейшего обессоливания в электро-дегидратор ЭГ, поз. 9. Перед электродегидратором в нефтяной поток с помощью смесительного устройства К-2, поз. 11а вводится подогретая до 90°С пресная вода в количестве 9,9% от объема нефти с запасом от расчетного объема, необходимого для достижения предельного солесодержания 40 мг/л при остаточном содержании воды в нефти до 0,5%, мехпримесям 0,05%.

В качестве смесительного устройства используется смеситель конструкции ВНИИнефтемаш, поставляемый в комплекте с электродегидратором.

Одним из условий работы смесителя является предотвращение раннего вскипания в нем воды, вследствие чего в каплях воды может произойти образование твердых кристаллов солей, удаление которых потребует вторичной промывки нефти пресной водой

Время отстоя нефти в элекгродегидраторе ЭГ (при воздействии электрического поля) составляет 2 часа. Удаление отстоявшейся воды из ЭГ осуществляется при минимальной высоте водного слоя (аналогично предыдущей ступени водоотделения)

Представленная схема подготовки нефти является автономной по отношению к существующей установке с использованием центрифуги LEO и не исключает ее работу в качестве параллельной или вспомогательной линии

Поток воды, сбрасываемый из ОН, поз 8 поступает в С-1, поз 3, вода, сбрасываемая с ЭГ, поз 9 возвращается на прием насосов НН-1, поз 5, а из насосов вода подается на вход в теплообменники ТО-1, поз. 2 и ТО-2, поз. 2а. После теплообменников подогретая вода проходит через УПВ и поступает в С-1, поз 3 и далее в РВС-1,2, поз. 4. Из технических резервуаров РВС-1,2 вода поступает на прием насосов НВ-4, поз. 6 Сбор всех сбросов воды в один поток облегчает ее очистку и контроль за сс утилизацией Загрязненность воды, сбрасываемой из технических резервуаров, как правило, нестабильна и составляет в среднем 100 мг/л по нефтепродуктам и мехпримесям

Для дальнейшей очистки воды используется отстойник воды ОВ, поз. 14 объемом 100 м3. Ожидаемая степень очистки воды на выходе отстойника до 20 мг/л по нефти и мехпримесям.

Подготовленная вода подается для закачки в нагнетательные скважины.

Внедренная технологическая нитка на месторождении Сазанкурак рассчитана на производительность 2385 м3/сут и на варианты обводненности 52 и 70% воды. Обеспечивает промысловую подготовку нефти до высшей группы качества с показателями по хлористым солям до 25-40 мг/л; по воде - 0,5%; мехпримесям - 0,05%.

Основные выводы и результаты

1. Первоначально принятая технология с использованием западного оборудования не обеспечивает проектную производительность и заданное качество из-за физико-химических свойств нефти месторождения Сазанкурак. Определена необходимость использования емкостной отстойной аппаратуры.

2. Разработана и внедрена в производство модернизированная функциональная блок-схема установки подготовки нефти, в состав которой входят: концевой делитель фаз, сепаратор нефтегазовый, насосная для перекачки нефти, отстойник нефти горизонтальный, комплект трубной обвязки с запорной предохранительной арматурой, средствами автоматизации, контроля и регулирования; электродегидратор с устройством размыва осадков мехпримесей; блок подготовки пластовой воды, автоматизированная система управления Для перечисленных элементов характерна технологическая взаимосвязанность осуществляемых на них процессов.

3. Выполнена модернизация внутренних устройств горизонтального емкостного отстойника нефти. Оснащение его входным торцевым отражателем, имеющим форму сферического сегмента, позволило:

- резко снизить скорость потока внутри отстойника (более чем в 300 раз);

- сократить протяженность возмущенного потока после отражателя;

- совместная работа входных и выходных коллекторов, отсутствие внутренних перегородок обеспечивают горизонтальное движение потока в ламинарном режиме, что позволяет эффективно использовать объем аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкостной части отстойника.

4. Исходя из теоретических положений для описания коагуляции дисперсных систем, перед горизонтальным емкостным отстойником нефти установлено коалесцирующее устройство с внутренней начинкой в виде регулярной металлической насадки, интенсифицирующей процесс водоотделения путем гидродинамического воздействия на эмульсию. Обвязка коалесцеров позволяет обеспечить возможность их использования при последовательном и параллельном режимах их подключения для обезвоживания нефти в отстойнике до необходимой степени.

5 Внедрение выполненных научно-технических и технологических разработок на месторождении Сазанкурак позволили вывести установку подготовки нефти на стабильный режим работы Использование коалесцеров и конструктивные изменения отстойника нефти, усовершенствование ряда технологических процессов позволили получать качественную товарную нефть с параметрами, превышающими экспортные требования. При исходной обводненности нефти 70% и концентрации солей до 162000 мг/л содержание воды в подготовленной нефти снижено до 0,3-0,5%, хлористых солей - до 25-40 мг/л, а мехпримесей - 0,05%.

Улучшено качество подготовленной до требований ГОСТа подтоварной воды, закачиваемой при минимальных давлениях 0,6 МПа в нагнетательные скважины.

Уменьшено количество остаточного растворенного газа в нефти, что позволило продлить эксплуатацию технологических и товарных резервуаров.

Применение российских технологий и оборудования позволило снизить эксплуатационные затраты и совместить эксплуатацию российского и западного оборудования для подготовки товарной нефти высшей категории.

»19420

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Жолумбаев М.Т., Бакиев Т.А., Жолумбаев А.М. Физико-химические свойства аномально высоковязких нефтей // Роль науки в развитии нефтегазовой отрасли Республики Башкортостан: Сборник докладов научно-практической конференции «Вклад науки Республики Башкортостан в реальный сектор экономики». - Уфа: Транстэк, 2003. - С. 44-47.

2. Жолумбаев М.Т., Бакиев Т.А. Технологическое оборудование для подготовки высоковязкой нефти на месторождении Сазанкурак // Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сборник научных трудов. - Уфа: Гилем, 2003 - С. 140-149

3. Жолумбаев М.Т., Жолумбаев A.M. Технологическая схема промысловой подготовки аномально высоковязкой нефти // Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сборник научных трудов -Уфа: Гилем, 2003. - С. 162-166.

4. Сулейманов Р.Н., Жолумбаев М.Т. Моделирование процессов гравитационного отстоя // Новоселовские чтения: Материалы 2-й Международной научно-технической конференции. - Уфа: УГНТУ, 2004. - С. 61-62.

5. Бакиев Т.А., Жолумбаев М.Т. Модернизированный емкостный отстойник нефти // Реновация: отходы - технологии - доходы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2004. - С. 31-33.

6 Жолумбаев М.Т., Бакиев А.Ф. Расчеты процесса осаждения капель воды для выбора коалесцирукяцего устройства // Реновация: отходы - технологии - доходы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2004. - С. 35-38.

7. Жолумбаев М.Т. Аппаратура и оборудование для промысловой подготовки высоковязкой нефти // Современное состояние процессов переработки нефти: Материалы научно-практической конференции. - Уфа: Изд-во ГУЛ ИНХП, 2004. - С. 288-291.

РНБ Русский фонд

12403

Подписано в печать 8.10.2004. Бумага офсетная. Формат 60x841/16. Печать трафаретная. Печ. л. 1. Тираж 90 экз. Заказ 250.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета. Адрес типографии: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

ВВЕДЕНИЕ.

1 НАУЧНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ.

1.1 Краткий анализ современных технологий подготовки нефти на промыслах

1.2 Исследование физико-химических свойств нефтей, эмульсий и пластовых вод месторождения Сазанкурак.

1.3 Моделирование процессов сепарации газа.

1.4 Подбор оптимального расхода реагентов.

1.5 Моделирование процесса глубокого обезвоживания.

1.6 Моделирование процесса обессоливания.

1.7 Выводы.

2 ВЫБОР АППАРАТУРЫ И ОБОРУДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ.

2.1 Результаты расчетно-теоретических обоснований выбора технологического оборудования по основным параметрам процессов подготовки

2.2 Аппаратура и оборудование для оснащения технологической схемы подготовки нефти.

2.3 Описание технологии сбора и транспортировки нефтепродукции скважин.

2.4 Нефтесборный коллектор.

2.5 Установка подготовки нефти с использованием западного оборудования

2.6 Выводы.

3 МОДЕРНИЗАЦИЯ УЗЛА ОТСТОЙНИКА НЕФТИ.

3.1 Теоретические основы отстоя.

3.2 Восстановление качества нефтепродуктов отстаиванием.

3.3 Моделирование процессов гравитационного отстоя.

3.4 Об отстойных емкостных аппаратах.

3.5 Модернизация горизонтального отстойника нефти.

3.6 Расчеты по выбору коалесцирующего устройства.

3.7 Устройство и режим работы коалесцера.

3.8 Выводы.

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОМЫСЛОВОЙ

ПОДГОТОВКИ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕМКОСТНОЙ

ОТСТОЙНОЙ АППАРАТУРЫ.

4.1 Технологическая нитка установки подготовки нефти.

4.2 Комбинированная схема работы.

4.3 Выводы.

Современное состояние и развитие нефтяной промышленности во многих странах мира, в том числе СНГ характерно прогрессирующим ростом объемов добычи застывающих, тяжелых и высоковязких нефтей. Повышенный интерес в мире к таким нефтям вызван открытием и вводом в разработку месторождений с геологическими запасами сырья, исчисляемыми десятками млрд. тонн. В этой связи нефтедобывающие отрасли многих стран в ближайшее время и, в особенности, в перспективе будут в значительной мере ориентированы на промышленную разработку залежей таких аномальных нефтей.

К основным регионам, в которых открыты крупные промышленные запасы высоковязких нефтей и битумов в СНГ, относятся Башкортостан, Татарстан, Удмуртия, Республика Коми, Казахстан и др.

Согласно классификации предложенной в [7, 62] высоковязкие нефти подразделены на три группы. Первую группу составляют нефти с вязкостью 30100 мПа-с, вторую 100-500 мПа-с и третью выше 500 мПа-с. При этом интервалы изменений плотности нефтей по названным группам соответствуют 834-929, 882-955 и выше 934 кг/м3.

Среди стран мира доля Казахстана по запасам нефти в 1998 году составила 2,1%. Имеющиеся запасы нефти, при условии сохранения уровня производства и потребления 1998 года, Казахстану хватит на 115 лет. По этому показателю Казахстан занимает одно из первых мест в мире [46].

Добыча нефти в республике Казахстан в 2003 году составила 45,3 миллионов тонн. Из года в год растут объемы добычи углеводородного сырья. Вводятся в эксплуатацию нефтяные промысла с высоковязкой и неньютоновской нефтью. В числе таких месторождений является Сазанкурак.

Месторождение Сазанкурак расположено на территории Атырауской области Республики Казахстан, в 150 км западнее областного центра г. Атырау.

Доразведка месторождения, создание фонда эксплуатационных скважин и работы по обустройству начаты в 1999 году.

Пробная эксплуатация нефтяных скважин показала, что нефти юрского и мелового горизонтов месторождения являются аномально высоковязкими, с содержание смол и асфальтенов до 20%.

Опыта промысловой подготовки нефтей с характеристиками по вязкости л

560 мПа-с при 20°С и плотностью 0,912 г/см на месторождениях Эмбы в Казахстане не было.

Высоковязкие нефти на месторождениях Казахстана в основном подвергались подготовке к транспортировке по трубопроводу на нефтеперерабатывающие заводы [29, 36, 37, 59, 60,64, 65].

Реализация сырой неподготовленной нефти на Атырауский нефтеперерабатывающий завод по низким ценам не обеспечивала самодостаточность производства.

Повышение показателей качества подготавливаемой нефти до товарной кондиции, рациональное использование сырьевых и топливно-энергетических ресурсов связано с применением прогрессивных технологических процессов, аппаратуры и оборудования с высокой функциональной эффективностью.

Поэтому комплексные исследования физико-механических свойств эмульсий, нефтей и пластовых вод, разработка и научно-обоснованный выбор технологического оборудования с целью создания функциональной блок-схемы установки подготовки нефти месторождения Сазанкурак приобрели особую актуальность.

Успешное решение поставленных задач возможно лишь на основе использования достижений науки и техники в областях подъема, сбора и промысловой подготовки нефти, газа и воды; конструирования и технологии изготовления аппаратуры и оборудования; осуществления физико-химических технологических процессов, направленных на получение продукции высоких товарных кондиций.

Весомый вклад в этих областях внесли ученые отраслевых институтов г. Москвы, республик Татарстан, Башкортостан, Казахстан; лабораторий и кафедр ВУЗов (Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.

Губкина, Уфимского государственного нефтяного технического университета) и других научных центров России и СНГ.

Результаты теоретических, экспериментальных, опытно-промышленных и проектно-конструкторских работ в вышеназванных отраслях науки отражены в трудах Тронова В.П., Лутошкина Г.С., Каспарьянца К.С., Лобкова Л.М, Максутова Р.А., Маринина Н.С., Гумерова А.Г., Кузмака Е.М., Никифорова А.Д., Бакиева А.В., Султанова Б.З., Ишмурзина А.А. и др.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с государственными научно-техническими программами на 2002-2004 годы «Машиноведение, конструкционные материалы и технологии», «Нефтегазовый комплекс Башкортостана».

Цель работы,. Промысловая подготовка нефти до высшей группы качества путем научно-обоснованного оснащения оборудованием технологической схемы и усовершенствования конструктивных элементов основных аппаратов.

Задачи исследований.

1. Исследование физико-химических свойств нефти и определение ее се-парационных свойств.

2. Анализ существующего состояния технологии и техники промысловой подготовки нефти.

3. Расчетно-конструкторские работы по модернизации отстойной аппаратуры установки подготовки нефти.

4. Разработка новой функциональной блок-схемы установки подготовки нефти.

Для реализации поставленной цели и решения сформулированных актуальных задач выполнены следующие виды работ.

Исследованы исходные компонентные составы, физико-химические и се-парационные свойства нефтей, необходимых для научно-обоснованного выбора технологического оборудования и аппаратуры и назначения их оптимальных эксплуатационных параметров. Этому предшествовал литературный обзор, посвященный данной проблеме.

Выполнен анализ научных работ и технологий, посвященных промысловой подготовке нефтей вообще, аномально высоковязких в частности.

Описана существующая технологическая схема подготовки нефти, смонтированная на промысле Сазанкурак, приведены ее недостатки, обоснована необходимость разработки новой технологической схемы и ее аппаратурного оформления.

Разработана модернизированная технологическая схема промысловой подготовки нефти и ее компоновка оборудованием и аппаратурой на основе выполненных технологических, теплотехнических и механических расчетов.

Сформулированы следующие основные выводы и результаты.

Нефти месторождения Сазанкурак юрского и меловых горизонтов являются аномально высоковязкими. Физико-химические свойства нефти характеризуются высоким содержанием смол и асфальтенов, а также неорганических соединений в виде хлористых солей, сульфатов и соединений железа, мехпри-месей, являющихся природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий. Высокая минерализация пластовой воды предопределяет, что эмульсия при обессоливании должна подвергаться глубокому обезвоживанию в несколько стадий - до и после промывки пресной водой.

Первоначально принятая технология, ориентированная на использование западного оборудования не обеспечивала стабильной работы установки подготовки нефти. Центрифуга LEO не обеспечивает проектную производительность по выходу товарной нефти и не гарантирует заданного качества нефти. Основное оборудование отличается дороговизной, требует частых ремонтов. Более предпочтительной для нефтей подобного типа является емкостная отстойная аппаратура.

Разработана и внедрена в производство модернизированная функциональная блок-схема установки подготовки нефти, в состав которой входят: концевой делитель фаз, сепаратор нефтегазовый, насосная для перекачки нефти, отстойник нефти горизонтальный, комплект трубной обвязки с запорной предохранительной арматурой, средствами автоматизации, контроля и регулирования; электродегидратор с устройством размыва осадков мехпримесей; блок подготовки пластовой воды, автоматизированная система управления. Для перечисленных элементов характерна технологическая взаимосвязанность осуществляемых на них процессов.

Личное участие автора в получении результатов диссертации.

Путем обобщения литературных источников по промысловой подготовке продукции скважин с ньютоновскими свойствами, а также имеющихся сведений сбора и подготовки высоковязких нефтей сформулировал цели и задачи диссертационной работы.

Для исследований комплекса физико-механических свойств нефтей месторождения Сазанкурак подготовил образцы, анализировал и обобщил результаты экспериментов для разработки принципиальной технологической схемы подготовки нефти, а также перечня основного технологического оборудования и аппаратуры.

Выполнил теплотехнические, гидравлические расчеты по выбору технологического оборудования, активно участвовал в монтаже, пуско-наладке, изучении показателей качества товарной нефти, доведении их до требований высшей группы качества.

Оснастил узел отстойника коалесцирующим устройством.

Внес предложение и реализовал в натуре отбойное устройство нового типа в емкостном отстойнике нефти. Упростил внутренние конструкции серийных отстойников ОБН, ОГ-200П, ОГ-200С без ухудшения функциональных характеристик и улучшения свойств ремонтопригодности.

Научная новизна.

1. Осуществлен синтез оборудования и аппаратуры, взаимное расположение которых в пространстве позволяет реализовать на них технологически связанные между собой процессы промысловой подготовки нефти, имеющей аномально высоковязкие свойства.

2. Используя результаты моделирования процессов гравитационного отстоя выполнены конструктивные изменения внутренней начинки напорного горизонтального отстойника нефти путем снабжения его входным устройством и выходными распределительными коллекторами, обеспечивающими эффективное использование объема аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкости.

3. Выполнен расчет размерных параметров входного торцевого отражателя отстойника нефти, имеющего форму сферического сегмента, базируясь на теоретические положения использования энергии свободной затопленной струи.

4. Определены размерные параметры коалесцирующего устройства перед отстойником нефти, интенсифицирующего процесс водоотделения путем гидродинамического воздействия на эмульсию с помощью регулярной проволочной насадки, подтвержденное расчетами для описания коагуляции дисперсных систем.

Практическая ценность.

Внедрение выполненных научно-технических и технологических разработок на месторождений Сазанкурак позволили вывести установку подготовки нефти на стабильный режим работы. Определены эксплуатационные параметры основного оборудования по давлению, температуре, времени протекания процесса, составлены материальный и тепловой балансы в зависимости от физико-химических и сепарационных свойств эмульсий, нефтей и пластовых вод. Использование коалесцеров и конструктивные изменения отстойника нефти, усовершенствование ряда технологических процессов позволили получать качественную товарную нефть с параметрами превышающими экспертные требования. При исходной обводненности нефти 70% и концентрации солей 120000162000 мг/литр содержание воды в подготовленной нефти снижено до 0,3-0,5%, хлористых солей - до 25-40 мг/литр, а мехпримесей - 0,05%.

Применение российских технологий и оборудования позволили снизить эксплуатационные затраты и предотвратить резкий переход на западные технологии.

Апробация работы.

Результаты научных исследований докладывались на: второй научно-технической конференции «Новые разработки в химическом и нефтяном машиностроении» (Уфа, 2002 г.);

IV конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2003 г.); научно-практической конференции «Новое оборудование для нефтяных и газовых промыслов» (Туймазы, 2003 г.); научной конференции «Вклад науки в реальный сектор экономики» (Уфа, 2003 г.); республиканской научно-технической конференции «Инновационные проблемы машиностроения в Башкортостане» (Уфа, 2003 г.);

2-ой Международной научно-технической конференции «Новоселовские чтения» (Уфа, 2004 г.);

Всероссийской научно-практической конференции «Реновация: отходы -технологии - доходы» (Уфа, 2004 г.);

Научно-практической конференции «Современное состояние процессов переработки нефти» (Уфа, 2004 г.).

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, включает список литературы из 66 наименований. Изложена на 103 страницах. Основное содержание опубликовано в семи печатных научных трудах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Нефти месторождения Сазанкурак юрского и меловых горизонтов являются аномально высоковязкими. Физико-химические свойства нефти характеризуются высоким содержанием смол и асфальтенов, а также неорганических соединений в виде хлористых солей, сульфатов и соединений железа, мехпримесей, являющихся природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий. Высокая минерализация пластовой воды предопределяет, что эмульсия при обессоливании должна подвергаться глубокому обезвоживанию в несколько стадий - до и после промывки пресной водой.

2. Первоначально принятая технология, ориентированная на использование западного оборудования не обеспечивала стабильной работы установки подготовки нефти. Центрифуга LEO не обеспечивает проектную производительность по выходу товарной нефти и не гарантирует заданного качества нефти. Основное оборудование отличается дороговизной, требует частых ремонтов. Более предпочтительной для нефтей подобного типа является емкостная отстойная аппаратура.

3. Разработана и внедрена в производство модернизированная функциональная блок-схема установки подготовки нефти, в состав которой входят: концевой делитель фаз, сепаратор нефтегазовый, насосная для перекачки нефти, отстойник нефти горизонтальный, комплект трубной обвязки с запорной предохранительной арматурой, средствами автоматизации, контроля и регулирования; электродегидратор с устройством размыва осадков мехпримесей; блок подготовки пластовой воды, автоматизированная система управления. Для перечисленных элементов характерна технологическая взаимосвязанность осуществляемых на них процессов.

4. Выполнена модернизация внутренних устройств горизонтального емкостного отстойника нефти. Оснащение его входным торцевым отражателем, имеющего форму сферического сегмента позволили:

- резко снизить скорость потока внутри отстойника (более чем в 300 раз);

- сократить протяженность возмущенного потока после отражателя;

- совместная работа входных и выходных коллекторов, отсутствие внутренних перегородок обеспечивают горизонтальное движение потока в ламинарном режиме, что позволяет эффективное использование объема аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкостной части отстойника.

5. Базируясь на теоретические положения для описания коагуляции дисперсных систем, перед горизонтальным емкостным отстойником нефти установлено коалесцирующее устройство с внутренней начинкой в виде регулярной металлической насадки, интенсифицирующей процесс водоотделения путем гидродинамического воздействия на эмульсию. Обвязка коалесцеров позволяет обеспечить возможность их использования при последовательном и параллельном режимах их подключения для обезвоживания нефти в отстойнике до необходимой степени.

6. Внедрение выполненных научно-технических и технологических разработок на месторождении Сазанкурак позволили вывести установку подготовки нефти на стабильный режим работы. Использование коалесцеров и конструктивные изменения отстойника нефти, усовершенствование ряда технологических процессов позволили получать качественную товарную нефть с параметрами превышающими экспортные требования. При исходной обводненности нефти 70% и концентрации солей 120000-162000мг/литр содержание воды в подготовленной нефти снижено до 0,3-0,5%, хлористых солей до 25-40 мг/литр, а мехпримесей - 0,05%.

Улучшено качество подготовленной до требований ГОСТ подтоварной воды, закачиваемой при минимальных давлениях бОатм. в нагнетательные скважины.

Уменьшено количество остаточного растворенного газа в нефти, что позволило продлить эксплуатацию технологических и товарных резервуаров.

Применение российских технологий и оборудования позволили снизить эксплуатационные затраты и совместить эксплуатацию российского и западного оборудования для подготовки товарной нефти высшей категории.

Заключение

1. Обессоливание исходной нефти достигается при добавлении пресной воды не менее 10% от исходного обрабатываемого объема.

2. При обработке промежуточного слоя через магнитную установку результат процесса обессоливания улучшается (содержание хлористых солей до 10 мг/л).

3. Наиболее эффективными реагентами являются Реапон 4В и Дауфакс ДВ-02.

32

1. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов. М.: Энергоиздат, 1948. - 174 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Е.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 283 с.

3. Бабекин М.Н., Есенгалиев Б.Е. Промысловые исследования по определению оптимального режима подготовки нефти на месторождении Кенкияк. // Труды ВНИПИтермнефть. М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - С. 88-92.

4. Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1981. - 312 с.

5. Бакиев А.В. Технология аппаратостроения. Уфа: УГНТУ, 1995. - 297 с.

6. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. -Л.: Недра, 1974.-320 с.

7. Веревкин К.И., Дияшев Р.Н. Классификация углеводородов при выборе методов их добычи. // Нефтяное хозяйство, 1982, №3. С. 31-34.

8. Владимиров А.А., Берников М.В., Пунегов В.В. Обезвоживание высоковязкой нефти при шахтной добыче. // Труды ПечорНИПИнефть. М.: ВНИИОЭНГ, 1979, вып. 7. - С. 93-98.

9. ВНТ11 3-85. Нормы технологического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений. -ГИПРОвостокнефть. Самара, 1985. - 217 с.

10. Добыча, сбор и подготовка нефти в осложненных условиях эксплуатации месторождений. // Сборник научных трудов БашНИПИнефть, Башнефть. / Отв. ред. М.Д. Валеев. Уфа: БашНИПИнефть, 2001.-192 с.

11. Добыча, сбор и подготовка нефти и газа на месторождениях Западной Сибири. // Труды Сибирского научно-исследовательского института нефтяной промышленности. Тюмень, 1978. - 164 с.

12. Жолумбаев М.Т., Бакиев Т.А. Технологическое оборудование для подготовки высоковязкой нефти на месторождении Сазанкурак // Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сборник научных трудов. Уфа: Гилем, 2003. - С. 140-149.

13. Жолумбаев М.Т., Жолумбаев A.M. Технологическая схема промысловой подготовки аномально высоковязкой нефти // Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сборник научных трудов. -Уфа: Гилем, 2003. С. 162-166.

14. Ишмурзин А.А. Машины и оборудование системы сбора и подготовки нефти, газа и воды. Уфа, 1981.-91 с.

15. Ишмурзин А.А. Процессы и оборудование системы сбора и подготовки нефти, газа и воды. // Учебное пособие. / А.А. Ишмурзин, Р.А. Храмов. -Уфа: УГНТУ, 2003. 145 с.

16. Кабиров М.И. Сбор и подготовка нефти, газа и воды на промыслах. Уфа, 1981.-77 с.

17. Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977. - 254 с.

18. Каспарьянц К.С. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа. М.: Недра, 1977. - 254 с.

19. Каспарьянц К.С., Кузин В.И., Григорян Л.Г. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа. М.: Недра, 1977. - 254 с.

20. Кесельман Г.С., Махмудбеков Э.А. Защита окружающей среды при добыче, транспортировке и хранении нефти и газа. М.: Недра, 1981. - 256 с.

21. Кузмак Е.М. Основы технологии аппаратостроения. М.: Недра, 1967. - 468 с.

22. Кулаков П.И. и др. Способ подготовки тяжелых высоковязких нефтей на промыслах. А.с. № 707952, 15.08.1981.

23. Лобков Л.М. Сбор и обработка нефти и газа на промыслах. М.: Недра, 1968.-284 с.

24. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1972. - 254 с.

25. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. // Изд-во 3-е пере-раб. и доп. М.: Недра, 1983. - 224 с.

26. Лутошкин Г.С. Технология добычи, сбора и подготовки нефти, газа и воды на поздней стадии разработки месторождений // Нефтяное хозяйство, 1987. -№6.-С. 41-43.

27. Максимович Г.К. Процессы подготовки нефти на зарубежных промыслах. // Опыт сбора и подготовки нефти и газа на промыслах. М.: ЦНИИТЭ-нефтегаз, 1965. - С. 65-109.

28. Мамонов Ф.А. Внутрипромысловый транспорт высоковязких и парафини-стых нефтей. Уфа: 1999. - 108 с.

29. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. // Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 2001. - 568 с.

30. Маринин Н.С., Савватеев Ю.Н. Разгазирование и предварительное обезвоживание нефти в системах сбора. М.: Недра, 1982. - 171 с.

31. Маринин Н.С., Тарасов М.Ю., Савватеев Ю.Н., Максутов Р.А. Подготовка высоковязких нефтей на месторождениях Крайнего Севера. // Обзорная информация ВНИИОЭНТ, сер. Нефтепромысловое дело, 1983. 41 с.

32. Медведев В.Ф. Сбор и подготовка нефти и воды. М.: Недра, 1986. - 221 с.

33. Опыт подготовки нефти на промыслах Башкирии. / М. Мавлютова, Ю. Толкачев, К. Хазиев и др. Уфа: Башкнигоиздат, 1966. - 166 с.

34. Персиянцев М.А. Совершенствование процессов сепарации нефти от газа в промысловых условиях. М.: Недра, 1999. - 283 с.

35. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. // Сборник научных трудов. Уфа: ИПТЭР, 1995. - 150 с.

36. Промысловый сбор и подготовка аномальных нефтей. // Сборник научных трудов. / Отв. ред. А.Г. Гумеров. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986. - 136 с.

37. Разработка нефтяных месторождений в 4-х томах. Т. 3 Сбор и подготовка промысловой продукции. // С.В. Муравленко, В.Н. Артемьев, Н.И. Хиса-мутдинов и др. М.: ВНИИОЭНТ, 1994. - 149 с.

38. РД 08-200-98. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. Госгортехнадзор РФ. - М., 1998. - 161 с.

39. РД 26-02-63-87. ВНИИнефтемаш. М., 1987. - 25 с.

40. РД 39-0004-90. Руководство по проектированию и эксплуатации сепараци-онных узлов нефтяных месторождений, выбору и компоновке сепарацион-ного оборудования. ВНИИСПТнефть. - Уфа, 1990. - 68 с.

41. РД 39-0148311-605-86. Унифицированные технологические схемы сбора, транспорта и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов. -ГИПРОвостокнефть, ВНИИСПТнефть, СибНИИНП. Самара, 1987. - 49 с.

42. Сбор и подготовка нефти на промыслах США. // Нефтедобывающая промышленность США. М.: ВНИИОЭНГ, 1966. - С. 17-56.

43. Сбор нефти и газа, подготовка нефти и воды Канады. // Нефтяная и газовая промышленность Канады. М.: Недра, 1968. - С. 8-47.

44. Седов Л.И Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1967. -428 с.

45. Сейдалы А.С. Современное состояние и перспективное развитие нефтегазодобывающей отрасли за рубежом и в Казахстане, аналитический обзор. -Алматы, 2001.- 118 с.

46. Сидорин В.И. Комбинированная установка ЛК-бу. М.: Химия, 1985. - 80 с.

47. Спектор Ш.Ш. Использование энергии свободной (затопленной) струи для компаундирования нефтепродуктов. Баку: Азернефтнешр, 1960. - 89 с.

48. Султанов Б.З. Развитие функциональных назначений поверхностнопри-водных винтовых насосных установок //Сборник докладов научно-технической конференции «Нефть и газ на старте XXI века». М.: Химия, 2001.-С. 273-280.

49. Технология и техника добычи природных углеводородов. // Учебное пособие. / А.В. Герасимов, В.И. Павлюченко и др. Уфа: УГНТУ, 2000. - 299 с.

50. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977. - 271 с.

51. Тронов В.П., Ширеев А.И., Гуфранов Ф.Г. и др. О перспективности направлениях в технологии предварительного сброса воды из нефти высокой вязкости при вязких температурах // Труды ТатНИПИнефти, вып. XI. Бу-гульма, 1979. - С. 69-74.

52. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти за рубежом. М.: Недра, 1983. - 224 с.

53. Тронов В.П., Гуфранов Ф.Г., Ли А.Д., Ширеев А.И. Устройство для коа-лесценции эмульсий А.С. №1724307. Б.И. №13, 1992.

54. Тронов В.П. Прогрессивные технологические процессы в добыче нефти. Сепарация газа, сокращение потерь. Казахстан: ФЭН, 2001. - 560 с.

55. Тронов В.П., Тронов А.В. Очистка вод различных типов для использования в системе ППД. Казань: ФЭН, 2001. - 560 с.

56. Тронов В.П., Сахабутдинов Р.З., Ширеев А.И., Мухаметгалеев P.P. Эффективные технологии в области подготовки продукции скважин. // Роль региональной отраслевой науки в развитии нефтедобывающей отрасли. -Уфа, 2002.-С. 140-142.

57. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Под общ. ред. В.А. Юфина. -М.: Недра, 1978.-407 с.

58. Улучшение свойств нефти и эмульсий Русского месторождения для транспортировки / В.Н. Антипьев, Г.А. Атанов, Л.М. Зарембо и др. Нефтепромысловой дело, 1975. - №9. - С. 43-44.

59. Фигуровский Н.А. Седиментрометрический анализ. М.-Л.: Издательство АН СССР, 1968.-332 с.

60. Халимов Э.М., Климушин И.М., Фердман Л.И. Геология месторождений высоковязких нефтей. // Справочное пособие. М.: Недра, 1987. - 174 с.

61. Чуракаев A.M. Переработка нефтяных газов. М.: Недра, 1983. - 279 с.

62. Fredric Roon A.G. A model for the Thixtropy of Suspension A.J.Ch.E / Journal 16,3, 1970.

63. Peterfi T. Gelled Slurry. Wilhelm Ronkarch. Enlwicklungswech Organ №2,660,1927.

64. Shyder R. Big Wells Sun's example of modern field development. «World oil», January 1975, vol. 180, №1, p. 75-78.