Лекция Подготовка нефти к транспорту.

Подготовка нефти к транспорту.

На начальном этапе разработки нефтяныхместорождений, как правило,

добыча нефти происходит из фонтанирующих скважинпрактически без примеси

воды. Однако накаждом месторождении наступаеттакой период, когдаиз

пласта вместе с нефтью поступает водасначала в малых,а затем все в

больших количествах. Примерно две трети всей нефти добывается в обводненном

состоянии. Пластовые воды, поступающие из скважин различныхместорождений,

могут значительно отличаться по химическому и бактериологическому составу.

При извлечении смеси нефти с пластовой водой образуетсяэмульсия, которую

следует рассматривать как механическую смесь двух нерастворимыхжидкостей,

одна из которых распределяется в объемедругой в видекапель различных

размеров. Наличие воды в нефти приводит к удорожанию транспорта в связис

возрастающими объемами транспортируемой жидкости и увеличением ее вязкости.

Присутствие агрессивных водных растворов минеральных солей приводит к

быстрому износу какнефтеперекачивающего, так инефтеперерабатывающего

оборудования. Наличиев нефти даже0,1% воды приводитк интенсивному

вспениванию ее в ректификационных колоннахнефтеперерабатывающих заводов,

что нарушает технологические режимы переработки и, крометого, загрязняет

конденсационную аппаратуру.

Легкие фракциинефти (углеводородные газыот этана допентана)

являются ценным сырьем химической промышленности, изкоторого получаются

такие продукты, какрастворители, жидкие моторныетоплива, спирты,

синтетический каучук, удобрения, искусственное волокнои другие продукты

органическогосинтеза, широко применяемыев промышленности. Поэтому

необходимо стремитьсяк снижению потерьлегких фракций изнефти и к

сохранению всех углеводородов, извлекаемых изнефтеносного горизонта для

последующей их переработки.

Современные комплексныенефтехимические комбинаты выпускаюткак

различные высококачественные масла и топлива, так и новыевиды химической

продукции. Качество вырабатываемой продукции во многом зависит от качества

исходного сырья, т. е. нефти. Если в прошлом натехнологические установки

нефтеперерабатывающих заводов шла нефтьс содержанием минеральныхсолей

100—500 мг/л, то внастоящее время требуетсянефть с болееглубоким

обессоливанием, а зачастую перед переработкойнефти приходится полностью

удалять из нее соли.

Наличие внефти механических примесей(породы пласта) вызывает

абразивныйизнос трубопроводов, нефтеперекачивающего оборудования,

затрудняет переработку нефти, образует отложения в холодильниках, печахи

теплообменниках, что приводит куменьшению коэффициента теплопередачии

быстрому выходу их из строя. Механические примеси способствуютобразованию

трудноразделимых эмульсий.

Присутствие минеральных солей в виде кристаллов в нефти ираствора в

воде приводит к усиленной коррозии металлаоборудования и трубопроводов,

увеличивает устойчивость эмульсии, затрудняет переработку нефти. Количество

минеральных солей, растворенных в воде, отнесенноек единице ееобъема,

называется общей минерализацией.

При соответствующих условияхчасть хлористого магния(MgCl) и

хлористого кальция (CaCl), находящихся в пластовойводе, гидролизуется с

образованием соляной кислоты. В результате разложения сернистыхсоединений

при переработке нефти образуется сероводород, которыйв присутствии воды

вызывает усиленную коррозиюметалла. Хлористый водородв растворе воды

также разъедает металл. Особенно интенсивно идеткоррозия при наличиив

водесероводорода и солянойкислоты. Требования ккачеству нефти в

некоторых случаях довольно жесткие: содержание солей не более 40мг/л при

наличии воды до 0,1%.

Эти и другие причины указывают на необходимость подготовкинефти к

транспорту.Собственно подготовка нефтивключает: обезвоживание и

обессоливание нефти и полное или частичное ее разгазирование.

Природный газ, получаемый с промыслов, содержит посторонние примеси:

твердые частицы (песок и окалину), конденсат тяжелыхуглеводородов,

водяные пары и частосероводород и углекислыйгаз. Присутствие твердых

частиц в газе приводит к быстрому износу соприкасающихся сгазом деталей

компрессоров. Твердые частицы засоряюти портят арматуругазопровода и

контрольно-измерительныеприборы; скапливаясь наотдельных участках

газопровода, они сужают его поперечное сечение.

Жидкие частицы, оседая впониженных участках трубопровода,также

вызывают уменьшениеплощади его поперечногосечения. Они, крометого,

оказывают корродирующее действие на трубопровод, арматуру и приборы.

Влага вопределенных условиях приводитк образованию гидратов,

выпадающих в газопроводе в виде твердых кристаллов. Гидратные пробки могут

полностью закупорить трубопровод.

Сероводород — весьма вредная примесь. В количествах, больших0,01 мг

на 1л воздуха рабочей зоны, он ядовит. При промышленном использованиигаза

содержащийся в немсероводород отрицательно сказываетсяна качестве

выпускаемой продукции. Вприсутствии влаги сероводородвызывает сильную

коррозию металлов.

Углекислый газ вреден главным образом тем, чтоон снижает теплоту

сгорания газа.

Перед поступлением в магистральный газопровод газ должен быть осушен и

очищен от вредных примесей. Кроме того, газ подвергают одоризации, то есть

вводят в негокомпоненты, придающие емурезкий и неприятныйзапах.

Одоризация позволяет более быстро обнаружить утечки газа.

Подготовка газа к транспорту проводится наспециальных установках,

находящихся на головных сооружениях газопровода.

ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Для правильного выбора способаобезвоживания нефти (деэмульсации)

необходимо знать механизм образования эмульсий и их свойства.

В пластовых условиях нефтяные эмульсиине образуются. Образование

эмульсий уже начинается при движении нефти к устью скважины и продолжается

при дальнейшем движениипо промысловым коммуникациям, т.е.эмульсии

образуются там, гдепроисходит непрерывное перемешиваниенефти и воды.

Интенсивность образования эмульсий в скважине во многом зависит от способа

добычи нефти, которая в свою очередь определяется характером месторождения,

периодом его эксплуатации и физико-химическими свойствам самой нефти.

При фонтанном способе, которыйхарактерен для начальногопериода

эксплуатациизалежи нефти, происходитинтенсивный отбор жидкостииз

скважины. Интенсивность перемешивания нефтис водой вподъемных трубах

скважины увеличиваетсяиз-за выделения растворенныхгазов при снижении

давления ниже давления насыщения, что приводит к образованиюэмульсий уже

на ранней стадии движения смеси нефти с водой.

При глубиннонасосной добыченефти эмульгирование происходитв

клапанных коробках, самих клапанах, в цилиндре насоса, вподъемных трубах

при возвратно-поступательномдвижении насосных штанг.При использовании

алектропогружных насосов перемешивание воды с нефтью происходит на рабочих

колесах насоса, в подъемных трубах.

В компрессорных скважинах причины образования эмульсий теже, что и

при фонтанной добыче.Особенно отрицательно влияетвоздух, закачиваемый

иногда вместо газа в скважину, который окисляет часть тяжелых углеводородов

с образованием асфальто-смолистых веществ. Наличие солей нафтеновых кислот

и асфальто-смолистых веществ приводит к образованию эмульсий,отличающихся

высокой стойкостью.

В эмульсиях принято различать две фазы — внутреннюю и внешнюю. Внешнюю

фазу — жидкость, в которой размещаются мельчайшиекапли другой жидкости,

называют дисперсионной, внешней илисплошной средой. Внутреннююфазу —

жидкость, находящуюся в виде мелких капель в дисперсионнойсреде, принято

называть дисперсной, разобщенной или внутренней фазой.

Различают два типа эмульсий - «нефть в воде» (н/в) и«вода в нефти»

(в/н). Тип образующейся эмульсии в основном зависит от соотношенияобъемов

двух фаз, дисперсионной средой стремится стать та жидкость,объем которой

больше. На практике наиболее часто (95%) встречаются эмульсии тина «вода в

нефти».

На способность эмульгирования нефти иводы кроме соотношенияфаз

оказывает влияние присутствие эмульгаторов.Эмульгаторы — этовещества,

которыеспособствуют образованию эмульсин.Они понижают поверхностное

натяжение на границе раздела фаз и создают вокругчастиц дисперсной фазы

прочныеадсорбционные оболочки. Эмульгаторы, растворимыев воде,

способствуютсозданию эмульсии «нефтьв воде». Ктаким гидрофильным

эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмали др. Гидрофобные

эмульгаторы (т.е. растворимые в нефти)способствуют образованию эмульсий

«вода в нефти». К ним относятся хорошо растворимые в нефти щелочноземельные

соли органических кислот,смолы, мелкодисперсные частицысажи, глины и

других веществ,которые легче смачиваютсянефтью, чем водой.Нефтяные

эмульсиихарактеризуются вязкостью, дисперсностью, плотностью,

электрическимисвойствами и стойкостью.Вязкость нефтяной эмульсии

изменяется в широких диапазонах и зависит отсобственной вязкости нефти,

температуры, соотношения нефти и воды.

Нефтяные эмульсии, являясь дисперсными системами,при определенных

условиях обладаютаномальными свойствами, т.е.являются неньютоновскими

жидкостями. Как и длявсех неньютоновских жидкостейвязкостные свойства

нефтяныхэмульсий характеризуются кажущейся(эффективной) вязкостью.

Дисперсностью эмульсии принято называть степень раздробленности капель

дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсностьхарактеризуется одной

из трех взаимосвязанных величин: диаметромкапель d, обратнойвеличиной

диаметра капель D ==1/d, обычно называемойдисперсностью или удельной

межфазной поверхностью, которая является отношениемсуммарной поверхности

частиц к их общему объему.

В зависимости от физико-химических свойств нефтии воды, атакже

условийобразования эмульсий размерыкапель могут бытьсамыми

разнообразными и колебаться в пределах от 0,1мкм до несколькихдесятых

миллиметра.Дисперсные системы, состоящиеиз капель одногодиаметра,

называются монодисперсными, а системы, состоящие из капель разных размеров,

— полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся кполидисперсным системам,

так как содержат частицы разных размеров.

Критические размеры капель, которые могут существоватьв потоке при

данномтермодинамическом режиме, определяются скоростьюсовместного

движения воды инефти, величиной поверхностного натяженияна границе

раздела фаз и масштабом пульсации потока.

В турбулентном потоке возникают зоны,обусловленные неравномерностью

пульсации и наличиемпеременного по сечениютрубопровода градиента

скорости, вкоторых возможно существованиекапель различного диаметра.

Мелкие капли, перемещаясь по сечению трубопровода и попадаяв зоны более

низкихградиентов скорости именьших масштабов пульсации,испытывают

тенденцию к укрупнению, апопадая в зонывысоких градиентов ибольших

масштабовпульсаций - испытываюттенденцию к дроблению.Наличие

дополнительныхфакторов (нагрев, введениедеэмульгаторов и др.)при

определенных гидродинамических условиях можетпривести к разделениюфаз

эмульсии, транспортируемой по трубопроводам.

Устойчивость эмульсий вбольшей степени зависитот состава

компонентов,входящих в защитнуюоболочку, которая образуетсяна

поверхности капли.На поверхности капли такжеадсорбируются, покрывая ее

бронирующим слоем,стабилизирующие вещества, называемыеэмульгаторами В

дальнейшем этот сдойпрепятствует слиянию капель,т.е. затрудняет

деэмульсацию и способствует образованию стойкой эмульсии.

Существенно влияет на устойчивость нефтяных эмульсий составпластовой

воды. Пластовые воды разнообразны по химическому составу, но все онимогут

быть разделенына две основныегруппы: первая группа— жесткая вода

содержитхлоркальциевые иди хлоркальциевомагниевые соединения;вторая

группа — щелочная или гидрокарбонатнонатриевая вода. Увеличение кислотности

пластовых водприводит к получениюболее стойких эмульсий.Уменьшение

кислотности воды достигается введением в эмульсиющелочи, ,способствующей

снижению прочности бронирующих слоев и, как следствие, разделениюнефтяной

эмульсии на составные компоненты.