Процессы эксплуатации нефтяных скважин на промыслах нередко сопровождаются заводнениями обрабатываемых пластов, на фоне чего формируются стойкие водно-нефтяные эмульсии. В результате происходит образование осадков, которые повышают вязкость смеси и увеличивают температуру ее застывания. В таком состоянии ресурсы должны подвергаться первичной обработке, одной из которых является стабилизация нефти и связанных с ней эмульсий.
Характеристика обрабатываемого материала
Как и подготовительные процессы обессоливания и обезвоживания, стабилизация применяется для нефтесодержащих материалов, загрязненных инородными жидкостными фазами и частицами. Как уже отмечалось, преимущественно речь идет о водно-эмульсионных смесях, содержащих поверхностно-активные компоненты. Наличие эмульгаторов, в свою очередь, делает эмульсию более устойчивой и невосприимчивой к факторам внешнего воздействия, что мешает нефтяной фракции отслаиваться на молекулярном уровне естественным путем. Также в состав могут входить механические примеси, элементы тяжелых металлов, смолы и парафины. В естественных условиях стабилизация нефти представляет собой динамический процесс, определяющийся характеристиками конкурирующей адсорбции на водных каплях воды эмульгирующих компонентов. Определение состава межфазных слоев конкретной эмульсии позволяет выяснить свойства ее стабилизатора и подобрать наиболее действенный метод воздействия на промышленном уровне в условиях искусственной среды.
Для чего нужна стабилизация?
У процессов физико-химической стабилизации в нефтегазовой промышленности может быть несколько задач. Для начала стоит отметить недостатки технологий добычи нефти, которые выражаются в потере легких фракций полезного вещества. С другой стороны, целый ряд шламовых и вредных летучих газов извлекаются и транспортируются вместе с нефтяной фазой непосредственно до этапов очистки. В свою очередь, технология стабилизации нефти в зависимости от активности эмульгаторов и других активных компонентов в составе эмульсии может выполнять и функции консервации, и выступать средством сепарации. В первом случае обеспечивается эффект герметизации эмульсии, позволяющий выносить вместе с нефтяной основой фракции легких и тяжелых углеродов, которые могут применяться в нефтегазовой отрасли. Что касается сепарации, то в рамках этой функции разделяются фазы нефти, воды, газа, механических примесей и прочих шламовых включений. Причем надо подчеркнуть, что сама по себе методика разделения вовсе не означает автоматический выброс компонентов кроме нефти. В составе могут быть и полезные фракции, но их дальнейшая обработка будет происходить отдельно от нефти.
Принцип действия процесса стабилизации
Технология может производиться двумя основными способами – путем сепарации и за счет ректификации. В первом случае происходит отделение сопутствующих газовых фаз и углеводородов. Например, сепарация может быть организована как испарительный процесс, обеспеченный изменениями температурных показателей и давления в рабочей камере. В чем заключается процесс стабилизации нефти посредством ректификации? Этот метод также предполагает отделение определенных фаз, но упор делается на процесс подогрева эмульсии. В обоих случаях параметры и дополнительные процессы переработки будут устанавливаться требованиями к конкретным фракциям, которые необходимо выделить или сохранить в составе.
Технологический процесс стабилизации
В расширенной схеме стабилизацию водно-нефтяных эмульсий можно представить следующей последовательностью операций:
- Исследование образца извлеченной эмульсии. В лабораторных условиях на основе анализа пробы определяется состав, плотность, вязкость, испаряемость, огнеопасность и другие характеристики смеси.
- Подготовка к процессу химической деэмульгации. Обычно используется нагрев, который понижает вязкость эмульсии и облегчает дальнейший процесс сепарации.
- Определяется технология сепарации – гравитационным, электромеханическим или электрохимическим способом.
- Непосредственно процесс стабилизации нефти, при котором выделяется несколько фаз. Далее могут производиться технологии подготовки выделенной нефти к производственным операциям.
- Модификация выделенного продукта за счет активных химикатов.
Подготовка нефти к стабилизации
Перед началом технологических процессов первичной подготовки нефть проходит несколько транспортировочных узлов, в рамках которых могут организовываться пункты предварительной грубой очистки. Это может быть общая фильтрация, избавляющая эмульсию от крупных частиц песка и шлама. От месторождения до ближайшего сборника сырой нефти продукт проходит несколько замерных установок, на которых также берутся первичные пробы и ведется учет пропущенного объема. На первичном узле сепарации сырье отделяют от пластовой воды и попутного газа в определенных количествах. К процессам стабилизации нефть подходит частично в дегазованном и обезвоженном состоянии, но это не главное требование. Более того, на сборных пунктах может накапливаться сырая нефть без всякой предварительной очистки и в таком состоянии отправляться на объекты переработки – далее выполняются процедуры обессоливания, обезвоживания и стабилизации в разном порядке. Сегодня также применяются и комплексные установки очистки и сепарации, где в едином цикле обработки происходит группа технологических процессов подготовки сырья к производственной операции.
Установка для обеспечения процесса стабилизации
Чаще всего для стабилизации применяются универсальные промысловые сепараторы. Они интегрируются в нефтегазовые магистральные сети и работают по принципу проточного обслуживания. Типовая конструкция представляет собой цилиндрический гравитационный сепаратор с патрубками для подключения к трубопроводам и коммуникационными каналами для энергоснабжения. В конструкции установки стабилизации нефти (УСН) предусматривается несколько секций с раздаточным коллектором, по которому происходит переправление отделенных фаз по разным каналам. Нефть, к примеру, направляется в осадительный блок для последующего выделения окклюдированных газовых пузырьков. Гидроциклонные двухъемкостные сепараторы действуют по принципу центробежных сил, разделяя нефть и газ на самостоятельные потоки.
Оборудование для процессов стабилизации и очистки нефти
Комбинированный способ подготовки нефти в данном случае предполагает выполнение процессов очистки продукта от легких меркаптанов и сероводорода. В условиях нефтяного промысла это оптимальное сочетание методов предварительной подготовки сырья для дальнейших производственных этапов. В общем технологическом процессе очистки и стабилизации применяется нагрев, паровое орошение, газовая сепарация и вывод очищенных остатков. Важным условием является и регуляция давления в диапазонах 0,1-0,2 МПа при температуре до 160 ºС. При использовании правильно подобранного отпаривающего агента можно добиться высокого качества стабилизации нефти на промыслах с необходимым отбором дистиллятов. Качество конечного продукта повышается при оперативном понижении температуры и давления, что повышает интенсивность разделения смесей.
Устройство ректификационных колонн
В комплексных многофункциональных установках для экономии логистических операций применяются группы колонн. Каждая из них выполняет определенный технологический процесс, а в общей инфраструктуре на разных уровнях происходят смежные процедуры. В данном случае рассматриваются колонны стабилизации нефти посредством ректификации. Как правило, данная операция организуется после процессов обезвоживания и обессоливания. Колонна имеет теплообменник, в котором нефть подогревается до оптимальной температуры, после чего ее выводят в форме парогазожидкостной смеси и разделяют на фазы. На специальных тарелках ректификатора производится орошение жидкостных фаз с отпаривающим веществом. Затем могут следовать процессы охлаждения и обогащения другими активными элементами в зависимости от требований к отбираемому дистилляту.
Положительные эффекты стабилизации
Технологическая организация процессов подготовки нефти требует немалых энергетических затрат. Сложность таких процедур обуславливается и тем, что они часто выполняются в условиях промысла без высокого уровня инфраструктурного обеспечения. Тем не менее стабилизация нефти на начальных этапах переработки дает следующие преимущества:
- Сокращение объема лишних фракций, которые отправляются на линии тонкой очистки перед производством.
- Упрощение технологических схем подготовки нефти в условиях нефтегазовых заводов.
- Повышение безопасности транспортировки нефти за счет предварительного вывода серосодержащих соединений.
- Увеличение объемов товарной нефти за счет сохранения полезных углеводородных компонентов.
- Низкие требования к обрабатываемому сырью.
Заключение
Методы стабилизации являются частью общего процесса очистки водно-нефтяных эмульсий, но имеют свои особенности с точки зрения применения. Во-первых, это гибкая процедура по своему назначению. Она может выполняться как в целях консервации определенных элементов в составе при добыче и транспортировке ресурса, так и для сепарации с выводом ненужных компонентов. Во-вторых, методы стабилизации сходятся по технологии исполнения с общими техниками физико-химической подготовки нефтегазового сырья, но с определенными отличиями в параметрах воздействия со стороны активных сред.
