Инженерная практика
Российский нефтегазовый журнал о технологиях и оборудовании
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram

Разрушение водонефтяных эмульсий в равномерном электрическом поле

Как известно, молекулы воды взаимодействуют с углеводородными молекулами и молекулами солей посредством водородных связей. В результате межмолекулярного взаимодействия образуются эмульсии двух видов: нефть в воде (2–3%) или вода в нефти (до 98%). В каждом случае вязкость и текучесть эмульсии значительно отличаются от свойств ее деэмульгированных составляющих. Как правило, для разрушения водонефтяных эмульсий в процессе подготовки нефти применяется сложное крупногабаритное технологическое оборудование, в состав которого входят смесительные установки, электродегидраторы, системы трубопроводов, ДНС и КНС и т.д.

В результате многолетних разработок специалистам нашей компании удалось создать уникальную технологию, обеспечивающую эффективное разрушение эмульсии любой стойкости и уровня минерализации путем формирования равномерного электрического поля. На данный момент технология реализована в виде небольшого устройства, которое может применяться непосредственно на скважине или кусте скважин, позволяя сэкономить на использовании деэмульгаторов и систем нагрева сырой нефти. Также существуют различные варианты развития технологии, включающие создание работающих по тому же принципу промышленных установок.

11.05.2015 Инженерная практика №01/2015
Савиных Алексей Васильевич Инженер Отдела сбора, подготовки и транспорта нефти, газа и воды Филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмени
Бортников Александр Егорович Заместитель директора Филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмени по научной работе в области добычи нефти и газа
Кордик Кирилл Евгеньевич Руководитель Сетевой группы СУЗ БС «ГиД» ПАО «ЛУКОЙЛ», начальник отдела сбора, подготовки и транспорта нефти, газа и воды филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмени

Рис. 1. Образование равномерного электрического поля
Рис. 1. Образование равномерного электрического поля

Принцип действия предлагаемого нашей компанией устройства основан на создании равномерного электрического поля, образующегося истечением электронов в электропроводную среду от множества стержневых электродов. Расположенные перпендикулярно поверхности потока электроды крепятся на кольцах разного диаметра и обладают разным потенциалом, увеличивающимся по направлению к центру (рис. 1). Данная электродная система называется «САВЭЛ». Это собственная разработка нашей компании, защищенная соответствующими патентами на изобретение (рис. 2).

Рис. 2. Электрод «САВЭЛ»
Рис. 2. Электрод «САВЭЛ»
Рис. 3. Разрушение нефтяной эмульсии
Рис. 3. Разрушение нефтяной эмульсии
Рис. 4. Структурирование молекул воды в результате периодической переориентации с вращением по силовым линиям конусных электромагнитных полей
Рис. 4. Структурирование молекул воды в результате периодической переориентации с вращением по силовым линиям конусных электромагнитных полей

Разрушение водонефтяной эмульсии происходит за счет распределения потока по силовым линиям формируемого в электроде «САВЭЛ» равномерного электрического поля и «вытягивания» из эмульсии дипольных кластеров воды (рис. 3). В результате периодической переориентации с вращением по силовым линиям конусных электромагнитных полей молекулы воды структурируются, снижая поверхностное натяжение глобул и притягиваясь друг к другу (рис. 4).

Такое разнонаправленное воздействие равномерного электрического поля приводит к коалесценции капель воды с одновременным выталкиванием неполярных молекул углеводорода за пределы линий электромагнитной индукции (рис. 5). По завершении процесса обработки разрушенная эмульсия полностью готова к дальнейшей сепарации (рис. 6).

Рис. 5. Коалесценция с одновременным выталкиванием неполярных молекул углеводорода за пределы линий электромагнитной индукции
Рис. 5. Коалесценция с одновременным выталкиванием неполярных молекул углеводорода за пределы линий электромагнитной индукции
Рис. 6. Разрушенная эмульсия, подготовленная к сепарации
Рис. 6. Разрушенная эмульсия, подготовленная к сепарации

Заметим, что в данном исполнении устройство, в котором реализована данная технология, обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с технологическим оборудованием, применяемым при подготовке нефти в промысловых условиях. Прежде всего, разработанное нами устройство позволяет получать товарную нефть непосредственно на скважине или кусте скважин без использования химических деэмульгаторов и энергозатратных систем нагрева нефти. Кроме этого, устройство может использоваться для обработки небольших объемов эмульсии (3–5 л в одном модуле обработки). Воздействие на эмульсию осуществляется в потоке за счет только напряжения промышленной частоты. При этом само разделение эмульсии — проточное. Наконец, еще одно преимущество заключается в малых установочных и объемных габаритах устройства.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Рис. 7. Технологическая схема установки промышленного образца
Рис. 7. Технологическая схема установки промышленного образца

В перспективе возможно создание промышленной установки на базе электродной системы «САВЭЛ» (рис. 7). Данную установку можно будет использовать на любых нефтяных скважинах или кустах скважин, в том числе малодебитных, для получения товарной нефти. В результате будет обеспечиваться существенная экономия сразу по нескольким направлениям. Помимо снижения степени использования нагревательного оборудования, отстойников и оборудования дозирования химических деэмульгаторов во всей систе-ме сбора и подготовки скважинной продукции, применение установки позволит сократить или полностью отказаться от строительства трубопроводов от ДНС к КНС, а применение достаточного количества модулей снизит число простоев при ремонте и техническом обслуживании системы (табл. 1).

Таблица 1. Сравнение характеристик стандартной и предлагаемой технологии
Таблица 1. Сравнение характеристик стандартной и предлагаемой технологии

В состав промышленной установки «САВЭЛ» входят блок электронных регуляторов равномерного электрического поля; блок обработки (девять расположенных вертикально модулей обработки); блок сепаратора с емкостью для накопления отделяемой воды и гидроциклоном, а также блок выходных насосов. Так-же установка включает блок КИПиА — промышленный компьютер, с помощью которого осуществляется управление блоком обработки, запорной арматурой, насосным оборудованием и обеспечивается передача данных о работоспособности установки и текущих параметров обработки по необходимым адресам. Все блоки объединены в единый конструктивный бокс-модуль, выполненный на базе трехтонного контейнера (рис. 8). Кроме этого, установка укомплектована системами вентиляции и освещения, сигнализации и пожаротушения.

Рис. 8. Компоненты и их расположение в установке промышленного образца
Рис. 8. Компоненты и их расположение в установке промышленного образца
Рис. 9. Вариант развития оборудования (трехуровневая дегидратация)
Рис. 9. Вариант развития оборудования (трехуровневая дегидратация)

В заключение отметим, что в нефтепромысловых условиях существует еще как минимум несколько возможных вариантов применения технологии на базе системы «САВЭЛ», в том числе в трехуровневых системах дегидрации; для обработки шлама в резервуарах или жидкого шлама в амбарах; в системах очистки воды и т.д. (рис. 8–13).

Рис. 10. Мобильная установка по обработке шлама в резервуарах
Рис. 10. Мобильная установка по обработке шлама в резервуарах
Рис. 11. Модификация для обработки жидкого шлама в амбарах
Рис. 11. Модификация для обработки жидкого шлама в амбарах
Рис. 12. Модификация для установки в нефтегазовый сепаратор
Рис. 12. Модификация для установки в нефтегазовый сепаратор
Рис. 13. Система для очистки технологической воды
Рис. 13. Система для очистки технологической воды

 

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Алексей Васильевич, уточните, пожалуйста, расстояние между коаксиальными коалесцирующими цилиндрами?
Алексей Савиных: Порядка 3–5 мм.
Вопрос: А какими параметрами проводимости должна обладать эмульсия?
А.С.: Минерализация до 100 мг/л, сопротивление нулевое. При нулевом сопротивлении обеспечивается максимальная проводимость. Причем с помощью процессора мы можем контролировать ток в каждом полупериоде. При частоте 50 Гц тиристорно-импульсная система управления дает возможность спокойно работать. Это система обычных дегидраторов: при резком росте напряжения происходит соединение капель. Нефть поднимается, вода осаждается. А поскольку объемы небольшие, разделение на выходе с электрода происходит очень быстро.
Вопрос: Каков объем рабочей камеры?
А.С.: Объем камеры — три литра. Этого достаточно для перекачки необходимого количества жидкости. Если нет, то можно поставить дополнительный блок. В данном исполнении один аппарат способен «перегонять» до 10 м3 эмульсии в сутки.
Вопрос: Вы сказали, что ставили опыты на всех видах эмульсий и при разной обводненности. Это были искусственные эмульсии или реальные? На каких эмульсиях происходит реакция?
А.С.: Реакции идут и на искусственных, и на реальных эмульсиях
Реплика: У меня есть небольшой комментарий. Я этот аппарат впервые увидел еще в 2006 году. И я, признаться, тогда не поверил, что эмульсию можно разделить без деэмульгаторов и нагрева. Потом в лабораторных условиях мы провели следующий эксперимент: взяли довольно стойкую эмульсию, размешали на центрифуге и налили в разделительную воронку. Эмульсия не расслаивается. Потом мы перелили ее в стакан, пропустили через этот аппарат, и процесс прошел. Компонентный анализ самой эмульсии мы тогда не делали. Но на выходе из аппарата мы получили воду, промежуточный слой и потом — нефть. После этого мы провели лабораторные испытания на промысле — в ТПП «Когалымнефтегаз». Единственное, что меня смутило, это грязная вода на выходе. Мы ее пропустили через электродегидратор, четырепять минут она постояла и все — внизу уже абсолютно прозрачная вода, а сверху черная нефть. Существуют ведь «три кита» подготовки нефти: обработка деэмульгатором, нагрев (температурная обработка) и время отстоя. Все. Никто ничего другого пока еще не придумал. Магниты, электричество — это все сопутствующие технологии, для того чтобы запустить процесс расслоения. Здесь же деэмульгатор не нужен.
Вопрос: А повторно получаемую воду можно через аппарат пропустить?
А.С.: Да. Конечно. Можно проводить дополнительные очистки, удалять мехпримеси. Много что можно делать.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Применение спектрального гамма-каротажа в процессе бурения для геонавигации в сложных геологических условиях
Well Advisor – интеграция поступающих в режиме онлайн данных с инструментами прогнозирования, процессами и экспертными оценками для принятия более информированных решений
Свежий выпуск
Инженерная практика №02/2022

Инженерная практика

Выпуск №02/2022

Защита оборудования от коррозии. Механизированная добыча. Наземное оборудование
Комплексный подход к мониторингу коррозии и эрозии, электрохимическая защита трубопроводовСнижение вязкости нефти и защита оборудования от мехпримесей на Баклановском месторожденииВнутритрубная обработка природного газа: поточная регенерация метанола, интеллектуальные блоки входных манифольдов и др.Исследование причин отказа стальных НКТ, испытания металлопластмассовых трубСовершенствование НД и сертификация персонала в области противокоррозионной защитыЭксплуатационные испытания защитных покрытий
Ближайшее совещание
Трубопроводный транспорт
Арматура 2022
Производственно-техническая отраслевая конференция

Арматура ’2022. Производство и эксплуатация трубопроводной арматуры и оборудования устья скважин. Импортозамещение. Новые вызовы.

24 - 26 мая 2022 г., г. Уфа
Работа Конференции направлена на обмен опытом среди экспертов и специалистов нефтегазовых компаний, НИПИ и заводов производителей оборудования по основным темам: подтверждение производства промышленной продукции на территории РФ в соответствии с требованиями Правительства Российской Федерации; импортозамещение, входной контроль трубопроводной и запорно-регулирующей арматуры в части соответствия техническим требованиям Заказчика; внедрение новой техники, освоение сложных видов продукции в номенклатурной линейке, развитие производственного потенциала отрасли в РФ, проведение технических аудитов со стороны Заказчика.