автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Совершенствование технологии подготовки нефтепромысловых сточных вод с применением поверхностностных эффектов и турбулентной микрофлотации

МЗД\ЯШШАЯ 0PW5ÎÏA 0Ш&ШЮ»1 КВОЭДМ И wmih ХРУдСШГО KPAOIICiX) o!LV.Mlîi ДОДЙДО US'jrTtl И ГАУЯ

lu.

Ib upa иг/. рукописи

mm AiLvfO'íiU САшташ«

Щ{ G22,765 :G65.6:62U .513.15

ссшшжтюшш шншсгш подготовка шо- '

Ш'СЙЙДШШ ЛОЧШХ ЙОд G ЩЬЕШШШ ТЮШРХНО-

сгах имшш n гиршватай ¡жъоъшкиЩ

них а глзойих шйхерседе/шй''

A il Т О Р В Ф Е Г Л Т

диоеортацЕй н<; ооиокааив учвяоД otamujj кандют-га 50хн5£чеохах паук

LiOCKse,; 1931 г.

ÜiIBJULwIblíOííl'b 05.I5.C6 - "Резрайотка и эксплуатация ивфга-

Работа выполнена в Татарском государственном научно-исследовательском и проектном института ( ТатНШНнэфть )

Научный руководитель: кандидат технических наук, старшШ

научный сотрудник

А. Д. Да

Официальные оппоненты: доктор технических наук

кандидат технических наук, доцент

И.И.аУНШоШ

Ведущее предприятие; ПО "Татнефть" Зевдта диссертации состоится 1992 г. в

часов в аул. на заседании специализированного со-

вета К.053.27.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук' в Государственной Академии нефти и газа имени И.М.Гуйшна по адресу: 117917, Москва, Ш1-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией ыо:шо ознакомиться в библиотека Государственной Академии нефти и газа имени И.Гуйкшга. Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент

.О.ПШЫ

OKvuI ÍAPAKTEPHCTiKA ?ЛБОI¿¡

Актуальность ирьсзлела. Процесс разработки нефтяных шсто-розденсй :: поддерзанзе высокого уровня дос&чз ке^ти в стране сопровождаются росток обводненности продукции сква:хш, которая и пастоящее ьрекя составляет з среднем по отрасли ооккя объем им-зекземой хз авдр лдастсъоЗ всдо призывает один мвллвард кубачвсхсх метров ь ход. ií пэстояцеиу врзгани каноолее распространенный;; кетсдакс очвотхи а^аксдовыг сточннх вод являются гравЕтадаовноз стстапганне в оудзтех а резервуарах, а так лз очистка воды с при енаем гидрофобииz фильтров. Этл метода дозволяла л течен;::: длительного времена получать высокое качост-во подготовка стсч:зод. Однако, к настоящему времени, вследствие роста объема добываемой вода,вторичного загрязнения пластовой виды ap¿" расслоенном релзиз двизэнвя эмульсии в систэх ссора, жх но suсекс сти практически гсчерпззы. Б связи со значительным превыкеялем объемов пластовых вод, подлезащгс очистке, зад {зощпостьэ очастныг ссору^внлй з ряде мест качество подготовке сточных вод падает. Это полопзние усугубляется тем обстоятельством, что значительная часть загрязнений выеет коллоидные разиеоы, удаление которкх представляет значительные технологв-ческие трудности. "Низкое качество подготовки сточных вод приводит к скижеЯиЛ лриешстостз шгяетагальшд ахвааян, сокращению обменов закачки л невозможности использования в сиетега ШЩ до 17% минерализованных сточных вод. Зри этом, недостающее для осуществления заводнения количество вода компеясгруют закачкой в пласт пресной воды, а промысловые стоки закачивают в поглощающие горизонты. С точки зрения рационального использования водных ресурсов я ограны окрукащей. среды это недопустимо. Другим отрицательным аспектом низкого качества подготовки сточных вод является ее вреднее воздействие на окруяаицую природу, поладашзэ

nps copauaz водоводов в почву и в конечном итоге - в раки s озера большого количества нефти. Кроме этого, требование беш

ГЛубОКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧЯНХ БОЛ. ДЙКТуЭТСЯ НвОбХОДЕаОСТЬЗ: BOBJig1

Е2Я в разработку визкодрошшазмах пластов, сокращения лотарь добытой еэфте, оосспачеы'л бозиоевссти гзвдаченая из сточных данных ьлемэнтоа тапа брош s йода. Поэтому яр облака ргзрзо о: новых и ссверызнствованкя известных технологических схем, аппаратов а процессов, осЗэеазчивзмщ* бола о глубокую очестк;? сгочеых лроьщс.1оеых_ ьед, цря визгах вздаркках производства во сьш актуальна.

Цель работа - разреоотка тзхкологг/°еск2к схем, процессов аппаратов глубокой очветка промысловых сточвкх вод га осноеэ совврхностаых эффектов, цикрофдотащш, турбулентной ищрофяо"! циа загрязнений пузырькаии rasa изначально растворенного в в< е ебфте,и i-ase, вводимого в дажущвЗся до трубопроводам потен очвщзедзо£ вода.

Научная погазва

1. Разработан мзтод очветкг паасгошх вод, основаяний не процессе перехода еапальксг аейгЕ а пленочное состояние,, в р£ зудьтата яшалолвгулдрЕых вззекодэйствяй, на границу раздела вода-газ, яра взцрарнвнем обнови tara аовзрхноста очищаемой вода U.c. I34SI82).

2. Раарайота шг способы вэярераввого обновления яовархносз s очЕстта пластовой вода методам свободного взллва потока ш границе с lesoü, вабэхаазя струи воды на горизонтальную поддонку, s ез раскалешш в газовой ерэдз Са.с. 1500047, 1404464 1587003),

3. Разработана ште^агичесная иодэль цроаасса раздел-эиш аряшх бодонз^езенх аафдьсиЗ s тозгик зкоеках, образующихся г

результате радиального растекания потока, при наtíaгании струп зотгостя из сопля на плоскую горизонтальную подлежу, раслсло-заннуи б газовой среде.

4. Разработано направленна очистки нефтепромысловых сточных вод с неяользоваяиэм »¿фзктов млхро<рлот&циа за счет изначально растворенного в пластовой зодз попутного rasa (а.с. 132Э792, 1205323, I3'¿3585, заявки 4IG549/2S, 425СУ32/26).

5. йсслэдован процесс дробления кэгалькой кефта з потоке зоды ярл его атудароваяЕЛ. Показано, что атуцирсваниэ потока прп CIC0CQCT2 < 15 м/сек а перепада давлэштя < 0,3 Г.Ша и хопдан-трзцил зодорастворлиых деэмулзгаторог < 100 г/т не приводит

к дроблению капель зефзз до размеров, грудной задаваемых яра гравитационном отстса.

5. Доказана целзсооорзгзкссть Етуцзрова.'Пгл ясгока зоды с цзлзэ получения газовой эмульсяз пород зходоа в огстсйяна аппараты, а гак se совмещзяпя шгуцнроваппя 2 поБзрхаостного разделения эмульсия, обвепапиващиэ суеоствошоо аонншеяио качества счистки сточных вод (на ,íd-4C%) (а.с. 1502047, 1339585, 1203323 заявка 43G4J6-5).

7. Дредлоханы схемы насшюягя объема динарализозаняой воды пузырьками газа раздкчшхх ступаной сепарадал, обзепачзваюцие осуществление лшкрефяотдцйи загрязнений содержащихся в зодз и очистку газа от капельной нефти (а, с. I423I42, заявки 4783179/23, 4105416/26).

8. Экспериментально доказана внеокая эффективность процесса аэвлечешш из воды капельной: нефти я .»дзханичесяах загрязнений, на основа ах захвата яузырысамя rasa при турбулентном. двгшзваз по трубопроводу. Остаточное содержание загрязнений в водэ а лабораторных услознях составдяат < 3 нг/д. Предлогзны технологические ехэаз реализации турбулентной мзнрофлотавдги.

9. Показано, что процесс турбулентной ыакрофлотаца;: глазел нафтд пузырьками газа в потоке описывается: до частоте столки зепид при вводе б градиентный механизм отношения ..a^spoi, вза. действующих частиц - совокуаносгьа градиентного и ^юхгазоаао механизмов, а по гехалмзыу закрепления капель на пузырьках -к лесцэшшзЗ с флксироианной толщиной растекания слезка кзфтп а доворхыости пузырька.

Повезла разработок задищена 17 авторским.; свидетельствами полог-зтедышма решениями о выдаче агойрвтенла.

Апаосаггая nacioTu. Основные полосенгд работы докладывалась обсу1.'Д2лксь иа Зсесоюзнс^ ¿хслв-саыЕЕаре по коллоидно;* хзюз ta j нефтепродуктов з /фе 1иЬ5 г., научно-твлкяеских кок^вре: ц::я:г j Грозненском нефтяном институте iSbtí г., йерипШане^тв I'Jt¡6 г., КазШШИнафтн 1уъ7 г., ТатВДШаефя: I9b7 г., Z'j'jQ г., ¿ЕШОНЕнефти 1991 г., заседаниях методического совета Свкцпп Ученою совета института ¿ат^Шлефть Iát¿4, 1985, IS&6, I9&7, I9b¿, 1990, 1991 г.г.

Реализация заботы.

1. Результата работы использованы при ^азраоотке 39-0147585-005-Ьб "Инструкция по прлыекениь технолог:::: отделе и очлетки пластовой воды в услизлях rtfiC и с сорных пунктов''.

2. Методы интенсификации очистки промысловых вод, основан ше на использовании шкрофлотации за счет изначально раствор него в воде газа внедрены на 6 объектах ПО Татнефть:в КГдУ "Еавлынефть", НГДУ "Ямашнефгь", НГАУ "даалильнефгь", НГДУ "Аз накаевнефть".

3. Аппараты (АОШЭ), в основу работы которых положен при.ч аоверхностйого разделения эмульсии на обновляющейся границе р дела фаз вода-газ внедрена на ДНС-2с ЕГДУ "Язалзльнвфть" И.О.

"Татнефть".

Экономический эффект от вяедреняя указанных разработок составляет 1.06 млн.руб.

Объам работ. Диссертация лзлокева на 234 страяЕпдх машинописного ТЭКСТЯ И СОСТОИТ 3!3 ЗЕОДВНИЯ, 5 глав, выводов, CHECKS литературы I7S паиизновзняЗ, приложения, содержа г 65 рисунков и 23 тзблшзн.

СОдЕРЖИЕ РАБОТЫ

Введгята. Во взедзагл обоспознвается актуальность теш, конкретизируется научна. новизна яолучзвккх результатов, дается к.ратглл харагстористгка ссдэржания работа.

ГЛАВА, I» АНШЗ О&ЮШШХ ТЗХНОЯОШЧЗСКЕХ СХЕМ, ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ПОДГОТОВКИ НЕФТЕПРОГШСИБЫК-СТОЧНИ ВО«

В глаьа рассмотреян лссзстниэ технологаческле схашг, процесса и оборудование в обдасгл подготовка нефтепромысловая СТОЧКЯХ вод. По физлчэскьм прпяундаы работы эсе иэтсда хязссвфщврогавй в пять основных групп. Из апаляза следует, что зракгическа вса расеаотреянке штсда, за ксклотзнвом гравзтгционяого оюгоя, гидрофобии жздкостннх фильтров ? козлесщгрующах фздьтроэ являются металле- з энергоемкими, в связи с чем яовшеявэ качества очистк; сточшх год традиционная методами нэизбзаяо сопровождается рззкш ростом штэряальннх затрат. При постановка задача исследований отмечается, что на ДНО вдаются условия, позволяй®» ыакоиыальЕь-ы образом снизить затраты, связанные с необходимостью повышения качества подготовки воды. В соответствии с этга избранные направления ЕсслздованлИ предусматривает разработку нет- . рэдщионннх технологических схем, процессов и срэдстэ иптенсвфи-кацяя. очистки пластовых сточных вод, ве использовавшихся ранее

прв эксплуатации - герметизированной напорной систем нзфте-газосбора а сброса вода на ¿Д.) под давлением, а именно: зсполъ зевание в технологических долях изначально растворенного в вод и нефти попутного газа; - осуществление процесса турбулентно;: мнкрошяотвдии; - использование принципа поверхностного разделе пряыыд водокзэтяных зцульсд" на границе раздела фаз вода-газ,

ГдАБЛ П. ПСиПЕдОВ/й11Е ПР013ССЛ. БЗАШО^ЕХТВИЯ

ШЕЛШй! НЗШ С 1РАН5ШДШ РЛЗЕН 4ЛЗ ЬОдд - ГАЗ

В главе раосмотре ни вопросы оцрододензя скорости выноса es дельноа кефтд дз годного объема к гргнида раздала (Jas вода-дес -газ л коадосценция с родственной £азсй на i:ox®asao£ границе.

В нервом параграфе цряводятся «зтодейй определения распре,! даялй капельной нефти по размерам, ссдольсовандиз ь иссдедсьа-нпяд, г так ко оснобянз результата, получзяяне ярд разработке методик. Иссдедсваыпяыд устаязвгено, что с ¿яекивеягам размере частиц диспзрсноп ¿азп и разности плотностей gas, уЕзлдчивге1с несоответствие количества дисперсной фазы, выездной из фикезре ванного объема оиульсиг, с количествен дисперсной еззы, р^ссч1 танвы.м за основе закона Стоксз, из-за наличия в объема зх.:удьи конвективных т-окоб, что накладывает ограничение по размеру час тип, н ах. плоскости на возможность расчета "Стоксовского11 врэьк выхода фракции при проведений седамэнтоглетрического анализа. i целью повышения точности распределений капельной нефти до разг. рам, подучаешх на основе проведения седЕыенюмогтшащзского анализа, на объеы отстаиваемой эмульсии, следует накладывать п: лоавтбДЬЕиЗ вертикальней градиент температуры для подавления конвективного двюгэндя дисперсионной среды.

Бо втором параграфе рассмотрено валяние вертикального гра-двента тенорагурн ш езчзстсо отстоя. Результаты экспзрилшнг

тас.теняы:с расчетов па основе модели дгЖузлмшо-сэднмектзциоя-

зго рзвксзэсяя доказали, что на процесс отстаивания существенно

лняст скорость хеалэсценцла капельной яейст на границе раздела

аз вода-нефть.Пал вксоксй скорости коалзецоццля, да аз при ¿штзн-

лзясн яерег/.зшгванн:; огадаававаой кздкоети (надогвнпи отрзцателъ-ого градпэкга те^шерагурн/ лроцосс разделения идет гф|эк?ивно. тедла очевидна необходимость разработки технологии очистка сточ-

асд, обвеявчигаадк! зысокув скорость ксаласценцлп капельной :а рг:-: с редегззкпо! ллп лно11 фазой.

трэтъем параграф представлены результаты исследований схсо-'остп ксаласцендпа капель нейта па гранпш раздела фаз вода-газ, юда-углезодородная :щцностъ. Установлено, что врег.ш ксалвсцендии гафгяхшх капель- на гранпце вода-газ са порядок ннля чем на грака-13 вода-углеводородная лщдкость (ВШх < 0,3 сек , ВХКср 4 сок) зткудз ьктекает дэлэсообразность замены граншщ разделения эиуль-зая задкость-кддкоать на границу раздала вода-газ. 3 четвертом параграфа рассмотрена эдйактизноегь процесса разделения прямой эмулгьсип при непрерывном обновлении границы раздела фаз водэ-гэз иэтодои лзллва. Ш анализа педучэкяых данных следует, что при неизменном распределении омульгпрованней нефти по размерам, ее остаточное содерзакге в воде (после прохождения сливного цпллидра) сачзано с исходной загрязненностью длеэпЯо, рис, I.

и'ост = А" Суе< , ( I )

Установлено так га: - коэффициент А с увеллчениэм времена пребывания на границе

раздала фаз.вода-газ (при умэныязнии удельного расхода чорзз дериыетр слива а увеличении дяакэтра славного цилиндра) умень-саатся;

- начиная с иакоторого значения времени пребывания капаль нефти на границе раздела фаз, коэффициент А нэ кзкязтея, и равен некоторой постоянной величине, что ыозно связать с выполнением условия ¡¿ел < Т пребывания.

?sc. I. Ьзвзсямость остаточного соде р кля омульгир ова ино ii

от исходного при однократном прохождении noTCi¿ через сливной цилиндр.

ipn использовании мнеге— 5туцэнчазсс£ очаетнз, .коэф-

30

se ío so

------

iBO SCO fXB АЗСО 9

_для цилиндра диаметром 100 см

___для цилиндра диаметром 20 см

2,4,7- удельный расход см3/см-сек

со размерам

к.. «i

л'*-

го

I

с туш ни узе лпчива е т ся. При сра^ненЕд дисперсности ойульсиз до стуаояяи, об-наруглвается постоянный сдвиг распределений з область меньших размеров. Это свидетельствует о той, что при прочих рззпых условиях козфйн^ент А на каэдой сгуяени, характеризуется, а основном, распределением дасяэрсной фазы

( 2 )

где А^ - коэффициент iv ступени;

С^ - касса дисперсной фазы, приходящаяся на фракции

на i" ступени; S¿ - коэффициент пропорциональности для ju фракщщ.

Исследования влияния на процесс поверхностного разделения концентрации деэмульгатора в воде в диапазоне от 0 до 100 г/т показали, что с ростом концентрации даэмульгатора величина коэффициента А уменьшается, что объясняется сниманием скорости растекания пленки нефти по поверхности воды и возыогностьп адсорбции на границе раздела ф&з водз-газ большего количества нефти. Из результатов исследований следует так го, что скорость образования поверхности раздела фаз зеда-газ, г::т удельных расходах воды через периметр слива, изминая с 2 см3/см,евк а гшэ, достаточна для выполнения условия

й<з > ¿у ( 4 .

где 6 ~ величина кгзфэзяого катяаанпя, а индексами 1.2,3

соответственно обозначена: водный раствор ПАВ, нефть, газ. Пря этом процесс поверхностного разделения еыульевв в области концентраций вадорэстзоршзх даэ-мульгатороа < 100 г/т не подавляется.

В ялтои параграфа приводятся результаты сравнения эффективноета процесса очистка вода при формировании границы раздела фаз вода-газ набеганием струи вода на плоскую горизонтальнув подложку расположенную в газовой среде, з катодом излива (рве. 2). Исследованиями установлено, применение метода набегания струи на подлог-су более эффективно. Из серии экспериментов с различные плотностями дисперсной фазн сделан вывод о том, что процессом гравитационного разделения эмульсии (всплытия) при поверхностной разделения, кояно пренебречь.

В шестом параграфе рассмотрена зависимость иевду изменением концентрации эмульгированной нефти с такими параметрами, опреде-

12.

Рве.2. Отаьга образования граница раздала фзз вода-газ________

х>

№ |я

Л_к.

/К

тс.

а) излиз из цилиндра;

б) набегание из сопла на подложку.

•дявщдаш процесс очистке как расход, геоштрическяв характеристики потека, распределение капельной нефти по размерам.

При разовом прохождении эаулъся через сопло и подложу (очищающий элемент) изменение концентрации опи-снвается следующей совокупность» уравнений:

С 5 )

иэс, - концентрация после црохаздения очищающего здашнта; С;ипг- исходная концентрация, приходящаяся на

фракции

разшра г ; Ь! - коэйакиенг выхода фравдии.

„ кгр-г)] [ ехр[-<±:4? ^

С б )

где

ЗЛ - !П

С 7 )

Н » <3

61 ♦

С 6 }

Р - радиус сопла; 0. - расход жидкости через сопло; - радиус подасшш; г - разиер фракции, о и б - параметра распр<

деления времени коалесцзнциа.

На основе численного анализа экспериментальных. данных установлено, что при использовании для образования границы раздела фаз вода-газ, слпзннх цилиндров, изменение концентрации по фракциям ыонно определять при подстановке значения- Й = 10 мы по уравнениям 5-8.

В седьмом параграфе приведены результаты оценки влияния на ВКК разности плотностей фаз, вязкости воды и температуры лроцес- ■ са. Из экспериментальных данных по оценке времени хоалесценции газовых пузырьков дпа:.;огроы ~ 200 {.тал на плоской границе раздела фаз вода-газ, следует, что врекк козлесцеяцки находится в пределах 0.014-0,025 сек. Эти результата исследовании хорошо согласуются с звллчияаьи 31л нефти, подтверждая тем самим вывод о той, что при разности плотностей раз, начиная со значения с* 100 кг/м3 и ваше ее влияние« на ВЕК полото пренебречь. Отсюда так г.е слздузг, что параметры распределения си £ в ( 5 } для граница раздела ¿¡аз вода-газ при условии отсутствия на'яей стабилизирующей пленка ПАВ являются константам. При исследовании влияния на ЗйК тежоратура в пределах 15-40°С какого-либо существенного его изменения, выходящего за пределы погрешности экспериментов, оснаругено не было. Считая, что влияние температура на ВНК происходит опосредованно, через изменение вязкости, влиянием иьыевензя аязкости водн в атом температурном интерзале на ВЕК мохяо пренебречь.

ГЛАВД Ш. ИСПОЛЬЗОВАИЕ РАСТВОРЕННОГО 3 ПЛАСТОВОЙ ВОДЗ гдза ДгШ ПОВЫШЕНИЯ ШЧВСТШ ЕЕ ОЧИСТКИ В первом параграфе приваде ни результатыисследований ло оценка дробления капель нефти в водном потоке пра штудировании. Пока-

зано, что экспериментальные данные хорошо согласуются с зависимостью А.Н.долмогорова, связывающей устойчивый размер капель дисперсно! аазы с величиной диссипации энергии потока.

, О л3/5 У?

^«(7-) VI = сдай ( а }

-а'

где Ъ^а, - максимальный размер капель; р - плотность нефти ;

Ь - величина ш:щазного натязения на границе вода-нефть V/ - величина диссипации энергил. При дроблении капель в потоке за штуцером, величину диссипации с точностью, достаточной для практических расчетов, ыоано оценить по формуле

/ V

^-С^'О. бГ • С10)

где ]> - диаметр трубопровода за штуцером; й - диаметр штуцера; £ - коэффициент сжатия струи. При расчате устойчивых размеров капель, возникажщих'в результате дробления на штуцере, следует осуществлять расчет величины

V непосредственно на штуцере и за ним, а затем рассчитывать Ь|ти* Я®* максимального значения V/ . В результате выполненных исследований и расчетов установлено, что штудирование потока воды, содержащей в себе водорастворимых да эмульгаторов

< ЮО г/т и движущейся на штуцере со скоростью < 15 у/сек. при перепаде давления « 0,3 Ша к дроблению капель нефти до размеров, трудноизвлекаемых при гравитационном отстое, не привод: £ связи с этим, с целью получения тонкодисперсной газовой эмульсии а интенсификация процесса очистки вода на основе микрофлотации предлагается осуществлять штудирование потока воды перед входом в отстойные аппараты. Эксперименты по отстою воды со

штудированием водного потока и без него показала значительное снижение концентрации эмульгированной нефти в первом случае.

Во втором параграфе приводапи результата исследований процесса захвата капельной нефти пузырьками газа при дашэнии потока вода по трубопроводу в турбулентной розиш. Еа основе экспериментальная данных л часлодныг исследований на моделях получено, что процесс захвата капель нзфта пузырьками газа по частоте столкновений, описывается совокупностью флотационного (вязкого) и градиентного иезсанизыаа, при ввода в градиентный механизм отношения размеров капель и пузырьков, для градиентного механизма

где - разьэр <-* капэль-и средний радиус пузырьков •( с

учетом подздяспарсностл); Л/;, Щ - концентрация 1* кашль з пузырьков; а. - коэффициент эффективности коадесцэвцав; & - градиент скорости масштаба А = 4!?^ , рис. 3.

/ г'

&-и/щ>''хО

Рас. 3. Зависимость коэффициента эффективности коалесценциз ( «с )

от зелзчшш диссипации энэр- знрьков в комплекс пропс-гил дотока V с }

_ . ходат на ОСНОВ0 процесса

> С 12 ) Объединение капаль и пу-

а*

ад

ВЦ

I о

я§.

\ V

!

-г

коаласцанции с пузырьками сопровоздаеши растз-канпэи планки нефти по поверхности пузырька до толщины ^ Ш а0.

- 40 ДО £?&.

2.

Причем, при ¡^ » нз вся поверхность пузырька сказывается занятой нефтью. С учетом этой доли свободной поверхности, пузырек мохет образовывать фяотокомплаксн и далее, для численного расчета и произвольного момента времени

US-J

j с- f,

^•.f-o.333 t ■ ( 13 )

ÍÍP.

í?- ■ ^ mm

где ¡?min - минимальный разюр капель нефти в эмульсии; Н - минимальная толщина нефтяной пленки;

у- - доля поверхности пузкрька, не занятая пленкой нефти ¿

после слияния его с j каплями размера ,. Ч(о) « I.

В третьем параграфе освещена рэзулгтагн лссдадований о влиянии дэздо'льгагора и минерализации води на лроцзссе микроШяотадип. Влияние деэмульгатора вырахево через веяичиву его адсорбции па пузырьках с использованием уравнения Ленгшэра:

1KJ < 14 ) А = - .

IfXG

гдв К - определяли путем аппроксшации экспериментальных данных до уравнении Шшдсовсеого. Значение равновесной концентрации деэмудьгатора в обьеш вода для ( 14 ) можно выразить как:

-В + J Б2 + 4КС© 21Í

В Л «О ..... . К + £ - К 'Со , ( 16 }

V/

где S/v - удельная поверхность раздала иаз вода-газ;

С0 - исходная концентрация дэзмульгатора в водз.

. В результате исслодоваягЗ бнлз получена слозкая экстремальная завислмость коэффициента эффективности коаяасцзвдии от величина адсорбции 1ШЗ на пузирьках (ряс.4 }.В зачало с увеличением концентрации ЯДБ происходит увеличение коэффициента эффективности хоалесценцгп, что связано с разрушниек брониругадих оболочек на каплях нефти.В дальнейшем увеличение концентрации деэмульгатора з потоке приводит к монотонному уменьшению коэффициента эффективности хсалесцеяции , который, начиная с некоторого критического значения величины адсорбции, оказывается равным нули. Исследования показала, что это связано с неудовлетворением соотношения ясверхясстачх натяхэнчй на грзнипзх раздела фаз неравенству ( 4 ), я дсполЕигзлэно подгвардцааг прэдаежзняпй механик,! обьедзненля капель а пузырьков на основе процесса растакаяия пленки нефти по их поверхности.

Вместе с той установлено, что для минерализованной води значение oi. выше, чей для пресной, что создает благоприятные условия для разработки одного из зфректввных направлений очистка минерализованных промысловых сточных вод.

Ш 17. тешолошеские сшм И апш.гаты для ОЧИСТКИ промысловых СГОЧШа вод, с использованием ÜQBSEXHOGTHHX эфжсгов И микрсшотдцш!

В первом параграфе рассмотрены конструкции. 5 аппаратов, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения и предназначенных для очистки сточных вод .от эмульгированной нефти с использованием

4 6 ? Я £2

Рис. 4. Зависимость коэффициента поверхностных эффектов б эффективности коале сцешда

от величины адсорбции дя- различных условиях и из-солаана 4411 на пузырьках . .

готавливаемых из труб нес тяяого сортамента или на базе емкостей.

Во втором параграфе.] примере блока очистки (плоскостной разделитель осуществлено численное и схедование эффектявпостг прямояания аппаратов с я

+ - для пресной воды; • для минерализованной (100 гул А'аМ ) веды, пользованием позерхнсстн

зффэктов и выполнен знал

вариантов лх вкличзыгя б технолопаческуэ схему, Расчеты показа

что наиболее варяактом вкличонлл блоков езлязтся я

доследовательное расаслог?гие за буферной ажоегьа вдоль грубо

провода, отводидого сетгзецув зоду для закачки в пласт. Показа

необходимость дестксго ссблвдаягя цсаЕципа последовательности

расположения патрубков водезабор-гозврат по хода потока в -груб

проводе, (рис.5). При сойидеяЕЛ этого условия ж расходе рецир

кудяцзи чарез -блоки очистке > расхода вода через трубопровод

изменение концентрации загрязнений в воде за блоками опрэделяе

ся завясикостьк:

V

V-! а,

1де ' гт) - число фракций е эмульсии;

0 . - расход рециркуляции чарез блок;

— р5 С*СОД дОДу* ЧСрОЗ Тр^б02рОБСД\

Л' - число блоков (ступеней);

определяется из уравнения ( 6 ).

( 17

3 тштъегл параграфе рассмотрены технологические сгемн с использование» аффектов микрофлотации как в статических, так и в динамических условиях при малых значениях градиента скорости ( & < 30 сек"1). Усгансвлонр, что для повыаепчя качества очистка вода, целесообразно осуществление штудирования потока, перед эсэыз видами отстойного оборудования, в том числе и перед ап-

?лс. 5. Оптимальная схагла включения паратами, пспсльзукдими блоков очистки вода с использованием поверхностных офаяк- поверхностные эффекта.

тоз з технологическую цепочку. ..

лак пока за.и эксперименты, минерализованная пластовая вода обладает значительным стабилизирующим эффектом па отношении к газовой эмульсии, обеспечивая тем самым возможность насыщения потока воды тонкодзсперс-внми пузырькаш газа. Это позволило выдвинуть идею использования бапбо-

- расход воды через трубопровод; П - расход рециркуляции через блок:

С4 - концентрация нефти на выходе из буферной емкости;

Г„ - концентрация нефти после N -го блока.

тага вода попутным газом с самым иярскин спектром пузырьков по размерам, используя при этой газ первой или второй ступеней.

В четвертей параграфе представлены результаты численного исследования эффективности процесса турбулентной микрофлотации при двааенип потока счищаемой воды по трубопроводу. Из результатов расчетов выделены следующие основные глошктн: - концентрация капель эмульгированной нефти, не прскоадесциро-завших с пузырьками газа по длине трубопровода, практически не зависит от расхода;

- при у&екышши диаметра трубопровода и равных расходных скоростях потока набладается значительное увеличение зффек тязностя процесса шкрошдотацик;

~ при расходных скоростях »-2 ь/сек вклад ^дотационного меха к ыа е частоту столкновений по сравнению с градиентным меха-низкоЫ'Цранаорезамо кал:

- рост ганосодерзсашш потока (чзроз увеличение численной кон центрации пузырьков, при одноврошнном увзлачеиия кооффлци эффективности столкновений вследствие сказания величина ад сорбции 11АБ) приводит к резкому увеличении эффективности -п цесса ггикрофлотацпи.

На основании результатов расчетов прздлогана схема peaai зацип процесса турбулентной сткрофяотации з условиях ДКО.

гмеа 7. исслеловше шнсж0г;1чзс1-21х с2е:л и процессов в прогаыслоеах yqlqszsl

В первом параграф? щшзедзны результаты исследований щ» цесса очистки вода с исдользскшаеи мдерефлотацип и турбула; ной ыикрофютащзя вхшочявннве на 33-2 ИГЛУ "Ьавлннефгь" в ЛНС-2с НГДУпДн2ЛИДЪЕефть", НГДУ "Я|,ЙЕ;чофтьп, "Судоевиофтьп : других объектах И.О."Татнефть".

При использовании штудирования потока вода серед отстойника па ДВС-2 НГДУ "Еавлшефть" содернанпз нефтепродуктов в вода после отстойников снизилось практически в 3 раза ( 50 мг против 90-200 иг/л без штудирования потока).

Применение шкрофлотациа на ДН.С-2с НГДУ "ЛдадЕаънафтъ" лило снизить содержание эмульгированной нефти в воде на вы^ из отстойников в среднем в 1,6 раза (с 240 мг/л до 150 ыг/ Повторное штудирование потока воды и транспортирование по

Зоароводу длиной - 70 м позволило допошгятодьно снизить содер-заиго кофт- в воде (после насоса) до 39 мг/л, а твердых взвешенных чзстиц - со 102 кг/л до 43 мг/л. Исследования изменения распределения капельной нефгл по размерам при использования процесса турбулентной крпсрофзсгадиа подтвердили работоспособность разработанной модели С II }, ( 12 ), ( 13 ).

Исследоняндя эффективности работа четырег аппаратов АОЗПЗ, разработанных ссешстно с конструкторски отделом института ТатНИШМфть з КБ 2.0. "Сзсатотефтвтаз", усгаковлэншгс на ДНС-2с НРДГ "Дяадвлышфть" (объяв I аппарата 8 к3) подаааяг, что црп их нсподьзованни в тачествз I ступени очистке о? грубой частд тированной Ее&гя он;: позволяя)? сиять от 30 до 405 з^лыгровзнЕой нйфзм 2 е£9дое£тсль2О когут с'ф^зктйзко ися0л580в2'тьсгг виссто от-отоЗпкзоз-буг,"тоз, Яр» йсяользовааЕН гитаре тоэ А0БИ-' поело отстойников, в средсто доочвоткя, однократное нрсхощзняо догола чзрэз азлхзкги (1x4 ; понзодлло у«енгшйтз ссдерлапиэ эмульглрошняой нефти на 10%. При рзбоге апгзратоз АОБПЭ госде отстойников в две ступаяа (2x2) содер&анге эмульгированной нефти снизилось нг 16$, 0 учетом размеров оказалось, что АСЕПЗ на порядок эффзЕгдвнеЗ гидрофобных явдхосавнх фильтров в на два порядка - отстойник рэгервгзров»

Рассмотренные разработки внедрены па 7 объектах сбора и транспорта яефта Я,0. "Татнзаль".

Б У В О Д Ы

I. Предложен, разработан и исследован нетрадиционный пряицга очистка пластовых вод, основанный на процессе поверхностного разделения прямых эмульсзй на границе ^з вода-газ, аащнщзшпгй авторским свидетельством на изобретение.

2. Разработана математическая модэль процесса разделения .прямых водонефтяных эмульсий в тоекях пленках, образуюдгхся в результате яабзгаыия струи эмульсии из сопла на твердую плоскую, горизонтальную подложку, расположенную в газовой среде.

3. Предложено 6 модификаций конструкции аппаратов, реализующих принцип поверхностного разделения эмульсий для очясткк сточных вод, защипанных авторскими свидетельствами на изобретения.

4. Исследован вопрос- рационального включения аппаратов, реализующих яринцпя поверхностного разделения, я технологлческяе схвш.

5. IIa основании численных исследований и промысловых пепыта-ний показана высокая эффективность использования принципа поверхностного разделенля эмульсин для очистки воды.

6. Разработано нетрадиционное направление очисжав сточных зод п показана целесообразность штуцкровапкл ззначальяо газона-сэденЕнх пластовых вод перед отстойник оборудованием, любых хляов.

7. Исследован процесс млкрофлоггцЕЯ капель яефтн пузырьками газа ар;? гурбудэнтном дввкании потока водн в трубопровода,

8. Разработана катаиатическая модель процесса захвата капель нефти луаврыиш гasa в потоке очяздемой ъоди дря движения по трубопроводу. ■

S. Разработано нетрадиционное направление и показана высокая эффективность процесса взвлеченш из водн капельной нефти на основе турбулентной шкрофяотации.

10. Предложены схеш реализации процесса турбулентной ыпкро-фаотация дал интенсификации процесса очистки сточных Пластовых вод.

11. Аппараты лОЫ1Ь, использующие принцип поверхностного раз-.„злзнил взодрала на LJ-Ze - ¡1ГдУ "¿¿алильне^ть" п.О.

-i'-w'-^Tb .

12. Технология очистки пластовых вод на основе процессов ¡лпкронлотациз а турсудоятноИ .чикрсфлотацяи внедрены на ¿¿EJ-2 НГдУ "Базлипбсрть'- a .¿¿L-2c НГ,,У "дгалидьнефгь" б 11Гд/ "шашпефгь" а "Лзчакаешефть" 2.0. Татнефть.

13. Результата исследований интенсификации очистки пластовых зод на основе атусзрссаяая потока зоды а никрофяотации использова-:ш при разработав Рд ЗУ-01475С5-В6 "Инструкция по применению технологии отдаления з счистки пластовой воды в условиях ДНС и сборках пунктов".

14. оконо:.-.ически£ эффект от внедрения технологических схем и пропессоз на 7 объектах объединения "Татнефть" за 1287-89 годы состав;«! ¿062,v тыс.руб.

15. Нд основе результатов выполненных исследований разработан комплекс программ ЭВи (системы дОО) и персональных ЭВМ ( M S DOS ) по расчету процессов микрсфлотации, турбулентной мнкрофлотацпи, выбору схем использования аппаратов с принципом поверхностного . разделения, которые .могут быть использованы при проектировании обустройства ДНС, ДСП, товарных парков, ШЗ или их до о с наценил этими технологическими средствами.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах.

I. Тронов А..В. Технико-экономические показатели очистки пластовых зод в США..// Экономика и управление нефтяной промышленности, 1985, # 3, с.27-30.

%

'2. Тронов В.Л., Ли А.Д., Тронов А.В. Глубокая очистка нефтепромысловых сточных зод и охрана окружающей природы. Тезисы доклада на всесоюзной школе по коллоидной химии нефти и нефтепродуктов. Уфа,19й5, с.136-139.

3. Тронов A.B., Нигматуллина A.M., Лунеза Л.З. Влияние концентрации дзэиулъгатора на очистку зоды с использованием повер: постных эффектов. Тезисы доклада на Всесоюзной конференции "Пути развития научно-технического прогресса а нефтяной и газовой дришплондости", I'jüS, г.ГрознвЛ/ Доскэа, IS3C, с. ICI'.

4. IpoKCB A.B. Влияние давления в аппаратах предварительно-cüpoic па качество ее очистки./ '¿егасы доклада ¿2 Н/Г кокферса-цв;: ..и к С ьорк!£5д!нефтл, Пермь, iwü, с.60.

5. Хренов i.û., киьезв АЛ., Дл А.д., Грсвоз А .д. и др. ils-стоукция до прпмеаэн::» те хязлогаи отделения п очистки ялсстозо воды а условиях ДНи а сбэсдых пунктов. ?,* 3'à-0i475£5-С05-с6, ТагШПшнефть, ïi'oo.

6. Тронов A.B., Хохлов À.Б., .Чисамова У.?. О циклической очистке сточных вод от эмульгироЕаииод нефти с применением поверхностных эффектов. Тезисы докладов К/Т конференции Та.тарско НПО НШ, Альметьевск, ШЗ, с. 138-139.

7. Тронов A.B., Ли А.Д., иереев А .H. Современные метода пр варительного edpoea и очистка отечете вод.// Тр. -¡СааййПйавфги, IS87, вып. 61, с.53-76.

Ь. Тронов A.B., Ли ¿.Д., Тронов ЗЛ. и др. Технология пред ритедьного ооеззеид^аяяя ьефти и очистки пластовой воды б уело ДЕВ./ Экйп.шформ.Нйл-йСЗНГ, 12с7, внп.З,сер.Нефтепромысловое дело, с. 9-10.

3. Тронов А.З., Тронов B.Ii., Ли А.Д. т& др. Очистка сточные вод с использованием аффектов автофлетации.// Нефт.хоз-во, I9S & I, с.50-53.

10. Троноз A.B., Хохлов Д.Б.., йрнфудлгн P.M. Циклическая очистка сточных вод от эмульгированной нефти с применением по-

верхпостпых эффектов.// Тр.ТагШШнефти, 193Ó, Bisa.63,с. 133-126.

11. Тронов A.B., ¿семе Д.Б., Исакова Э.Р. Использование растворенного з сбрасывазиой пластовой зсдо газа для повааенгя ео хачоства.// '1р. ТатЕСЯИнофти, 193b«. зип.ЗЗ, c.ISG-140.

12. Тронов Л.aí. Очистка промысловых сточных вод с яслользо-Банкам поверхностных эффектов.// Нэфт.хоз-во, 1989, ñ I, с.57-61.

13. Тронов Л.В., Ли L.M. Теоретические предпосылки и пзрслзк-гква применения технологии очистка сточных вод с использованием процессов азтофлотации и повзрхностЕих эффектов,// Тр. ЕашШЗГИ-зефтл, 1989, енп.ВО, е.- 73-120.

14. Треков A.B.Очистка опресненных сточных вод, содержащих эмульгированную битуьэую нефть.// Тр,ТвтНйПИяефти, 1990,вып. 57, c.SS-IOI.

15. Тренов A.B., Пергушэв JÍ.G., ХясаиоЕа 3.?. Определение разыероз дисперсной фазы дал ярямнх нефтяных эиуяьснй.// Тр. ГатШЕнефти, IS90, вып.57, C.Ö8-S6.

16» Тронов A.B., .Хохлов Д.Б., Хясаглова 3.?. и др. Пленочная гахяолегия поверхностного разделения прямых ьодоаефтяннх экудгь-;на.// Хвшш й технология бодк, 1930, т.12, £ 7, с.651-655.

17. Тпонов А.З., Пергушзв 1.П., Хохлов Д.Б. и др. йссладоп-ше процесса турбулентной нзкройлотацни в црямнх водонефтяпях эмульсиях.// А'езиск доклада 21 Н/Т конференция ТагНШИиефта, [930., Бугульыз, с. 100.

18. Тронов В.П., Пергушав'Л.П., Тронов ¿.В., Хохлов Д.Б. ■1сследованиа влияния вертикального ¡градиента температуры на [родесс отстоя в эмульсиях типа нефть в водэ^р. ТатЕЖШнефта, :Э91, вып.69, с.102-113.

IS. Тронов A.b., Хохлов Л.E., Iscatsom S.P. к др. Гехйодюп поверхностного разделения прямых водонефтякых эмульсий а тонка; пленках.//' Тр. ТатБШяефтд, IS9I, вкп. 6У, с.Ш-101.

20. Тронов А.Б., Хохлов Д.Б., Нигызтуллика А.И. Исследован! процесса турбулентной шщрофлотации з сдабококцентрпровакных пряшх зодонефтянкх эмульсиях.// 1икия и технология воды, lüSI, т. 13, й 10 , с. Ш - S94.

21. Троков А.13. Исследование процесса захвата капель нефти пузырьками газа в турбулентном потоке./ Тез.докл.9 Н/Т конференции Ш и 0 ЖЖЯГГкефги, Уфа, 15-Л, с. 31-34.22. Тронов A.B. Исследование механизмов захвата капель нефти пузырьками газа при турбулентной шкрофяотацни.// Тр. ТатШШИнефти, выд. 71, (в печати ).

23. Тронов A.B. Интенсификация процесса очистки зодв от эмульгированной нефти турбулентной иакрофлогациек.// Тр.ТатШЕС нефти, вып. 71, (в печати).

¿4. A.c. I346IG2 СССР, Ш В 01 Д 17/028 С 02 ? 1/40. Способ очистки сточных вод содержащих нзфть кди ее продукты./ A.B. Тропов, 3Л.Тронов, А.Д.ЛИ, А.И.Ширзев и др. опубл. 23.10.87. Воя. & 33.

25. A.c. 1404464 СССР, МКИ С 02 Р 1/40. Установка для очистки сточных вод./ Тронов В.П., Ли А.Д., Ешреев А.К., Тронов A.B. опубл. 23.0S.88. £ка. ß 23.

26. A.c. 1399585 СССР, ЖИ Р 17 Д I/I4. Способ транспортирования газоводонефтяной смеси/ Тронов В.П., Ли А.Д», Тронов А опубл. 30.08.88. Вал. & 20.

27. A.c. 1427Г16 СССР, ЩИ £ 17 Д I/I4. Способ транспортирования гааоводонэфтшой смеси./ Тронов В.П., Шраев А.П., Троков A.B., Ля А.Д. опубл. 30.09.88. Вол. !& 3.

28. A.c. 15020-17 СОСР, 1ЖИ В 01 Д 17/03 С 02 Г 1/10. Способ очистка нофтопрсааслових сточных вод./ A.B.Тронов, Д.БЛохлов,-спубл. 23.OB,89. Бал. В 31.

29. A.c. 1527177 СССР, Шй{ £' 17 Д Г/14, Установка очистки иефтосодержащих сточных: вод./Тронов A.B., Шареев А.И,, Ля А.Д,, Хохлов Д.Б. опубл. 07.I2.C9. Ггвд. Й 45,

00. A.c. 1587003 ССОР, ОТ 5 02 5 I/I0. Устройство для очистки жидкостей от кржосой/ A.B.Тронов, Д.Б.Хохлов,-'опубл. 25.09.90. Бал. 31.

Подписано к сзчатя XG.12.ifI г. Век. 379. Тир.120. Пэч.л. 1,5

ТатНИПИнафть, 423200,. Бухуимз. И.Джалиля, 32.