Підготовка нафт до аналізу

Вогкі нафти зазвичай містять воду (від слідів до 90 - 95%).

Існує кілька найчастіше використовуваних лабораторних методів зневоднення нафт:

Якщо у зразку багато води, то для її відділення суміш поміщають у ділильну лійку, відстоюють і зливають нижній шар. Потім нафту зневоднюють за допомогою CaCl2 (ефективність 97%). Легкі нафти та конденсати витримують над CaCl2 за кімнатної температури 2-3 дні. Більш важкі смолисті нафти з CaCl2 нагрівають на водяній бані у круглодонній колбі зі зворотним холодильником. Після закінчення висушування нафту фільтрують через склотканину.

Нафта, що містить глинистий розчин, відстоюють у ділильній лійці, потім відбирають верхню частину, переносять у колбу і сушать над CaCl2

Якщо нафта не містить легких фракцій, її розчиняють у бензолі, фільтрують. При подальшому відгоні на водяній бані (до 100 С) разом з бензолом видаляється і вода.

Сильноемульговані нафти зневоднюють за допомогою деемульгаторів, проте це заборонено при геохімічних дослідженнях.

Останнім часом використовують зневоднення в автоклаві, де емульсія руйнується при підвищеній температурі та тиску.

Промислова підготовка нафти

Зі свердловин разом з нафтою надходять пластова вода, попутний

(нафтовий) газ, тверді частинки механічних домішок (гірських порід,

Більшість родовищ нафти експлуатуються методом штучного заводнення, який забезпечує підтримку пластового тиску та високий темп вилучення нафти. Сирі нафти зазвичай містять воду (від слідів до 90-95%), яка може бути у вигляді: розчиненої, диспергованої (емульсія) і вільної. Вміст розчиненої води залежить в основному відхімічного складу нафти та температури. З підвищенням температури розчинність води збільшується у всіх вуглеводнях. Найбільшу розчинну здатність по відношенню до води мають ароматичні вуглеводні.

Емульсія - це гетерогенна система, що складається з двох рідин, що не змішуються або мало змішуються, одна з яких диспергована в інший у вигляді дрібних крапельок (глобул) діаметром, що перевищує 0,1 мкм. При утворенні емульсій утворюється величезна поверхня дисперсної фази. На такій величезній міжфазній поверхні може адсорбуватися велика кількість речовин, що стабілізують емульсію - емульгаторів. Зневоднення нафти утруднено тим, що нафту та вода утворюють стійкі емульсії типу "вода в нафті". У цьому випадку вода диспергує (відбувається її тонке подрібнення або розсіювання) в нафтовому середовищі на дрібні краплі, утворюючи стійку емульсію.

Технічно та економічно доцільно нафту перед подачею в магістральний нафтопровід піддавати спеціальної підготовки з метою її знесолення, зневоднення, дегазації, видалення твердих частинок.

Основні принципи технологічних процесів промислової підготовки нафти та води.Продукція нафтових свердловин насамперед піддається процесусепарації(відділення від нафти газу, а також води). Сепарацію нафти виконують у спеціальних агрегатах-сепараторах, які бувають вертикальними та горизонтальними.

Зневоднення та знесолення нафти– взаємопов'язані процеси, оскільки основна маса солей зосереджена в пластовій воді, і видалення води призводить одночасно до знесолювання нафти. Для зневоднення (деемульсації) та знесолення нафти застосовується велика кількість різних методів. Однією з основних причин великої кількості методів вважається різноманітність якостей,що забезпечують стійкість емульсій. Одні з нафт, наприклад, легко піддаються відстою, інші – не відстоюються зовсім, але розкладаються хімічними методами, треті – електрогідратацією тощо.

Для зневоднення та знесолення нафти використовують такі технологічні процеси:

1. Механічні методи: гравітаційний відстій нафти, гарячий відстій нафти

Фізико-хімічні та хімічні методи: термохімічні методи, використання деемульгаторів

3. Електричні методи: електрознесолювання та електрозневоднення нафти.

Механічні методи.До цієї групи належать способи розкладання емульсій природним шляхом або ж із застосуванням таких заходів, які сприяли б механічному руйнуванню захисних плівок .

Водонафтові емульсії є дуже стійкими системами, і, як правило, під дією однієї тільки сили тяжіння не розшаровуються. Для їх руйнування потрібні певні умови, що сприяють зіткненню та злиттю крапельок води, та виділенню останніх з нафтового середовища. Зближення крапельок води, що передують їх злиттю, так і виділення крапель з емульсій пов'язане з їх переміщенням в нафтовому середовищі, що володіє певною в'язкістю і гальмує це переміщення.

Швидкість осідання крапель води в нафтовому середовищі залежить від радіусу, різниці густин води та нафти, прискорення сили тяжкості та в'язкості нафти. Отже, якщо розміри крапель і різниця густин води і нафти незначні, а в'язкість нафти висока, то швидкість випадання крапель дуже низька, і практично емульсія не розшаровується протягом тривалого часу. Навпаки, при великому розмірі крапель, значної різниці щільностей та низької в'язкості розшарування емульсії йде дуже швидко. Найбільш простий затехнології процес гравітаційного відстою. Проте гравітаційний процес відстою холодної нафти – малопродуктивний і недостатньо ефективний метод зневоднення нафти. Більш ефективний гарячий відстій обводненої нафти, коли за рахунок попереднього нагрівання нафти до температури 50-70 ° С значно полегшуються процеси коагуляції крапель води та прискорюється зневоднення нафти при відстою. Недоліком гравітаційних методів зневоднення є його мінімальна ефективність. У деяких випадках для інтенсифікації розшарування особливо стійких високодисперсних емульсій вдаються до використання ефективніших відцентрових сил, що перевершують гравітаційні сили в десятки тисяч разів. Для цього піддають емульсію обробці в центрифугах або сепараторах. Незважаючи на високу здатність, що розділяє, цей спосіб для деемульгування нафти застосовують лише іноді - при зневодненні флотського мазуту, масел. Основними причинами обмеженого застосування центрифугування є низька продуктивність сепараторів та значні складнощі у їх експлуатації.

Фізико-хімічні та хімічні методи.До цієї групи відноситься застосування різноманітних реагентів - деемульгаторів. Сприятливий вплив деяких деемульгаторів на розкладання емульсій настільки ефективно, що багато з них знаходять широке застосування для деемульгації та знесолення нафт у промислових умовах.

Перевага широкого застосування деемульгаторів обумовлена, по-перше, простотою. Для деяких особливо ефективних препаратів все необхідне обладнання установок обмежується бачком для зберігання і дозування деемульгатора і насосом для підкачування його в емульсію. При цьому досягається хороше зневоднення та знесолення нафти, навіть без застосування промивання водою.

Сучасні ефективні деемульгатори за своєю хімічною природою в більшості випадків є полігліколевими ефірами, також використовують ПАР. Їх вводять до складу нафти у невеликих кількостях: від 5-10 до 50-60 г на 1 т нафти.

Найкращі результати показують неіоногенні ПАР, які в нафті не розпадаються на аніони та катіони. Це такі речовини, як дисолвани, сепароли, дипроксиліни та ін. Деемульгатори адсорбуються на поверхні розділу фаз "нафта-вода" і витісняють або замінюють менш поверхнево-активні природні емульгатори, що містяться в рідині. Причому плівка, що утворюється на поверхні крапель води, неміцна, що призводить до злиття дрібних крапель у великі, тобто виникає процес коалесценції. Великі краплі вологи легко осідають на дно резервуару. Ефективність та швидкість хімічного зневоднення значно підвищується за рахунок нагріву нафти, тобто при термохімічних методах за рахунок зниження в'язкості нафти при нагріванні відбувається полегшення процесу коалесценції крапель води. Іншою обставиною, що нерідко визначає вибір методу деемульсації, виявляються місцеві умови на заводах і промислах.

За наявності на заводі будь-якого відходу виробництва, здатного більшою чи меншою мірою розшаровувати емульсію, він нерідко використовується для деемульсації, навіть якщо дає мало задовольняють результати. За відсутності на заводі чи промислі прісної води доводиться відмовлятися застосування методів знесолення, що вимагають промивання водою.

Для досягнення знесолення, при досить високій мінералізації емульсійної води, потрібне видалення її принаймні до 0,1%. Становище ще більше ускладнюється, коли в нафті є «сухі» солі, які зовсім не видаляються звичайними методами. Тому в таких випадках для власнеЗнесолення доводиться вдаватися до додаткової операції - промивання нафти водою. З цією метою попередньо деемульгована тим чи іншим способом нафта знову емульгується з прісною водою, і отримана емульсія піддається повторному розкладанню зазвичай тим самим методом

Розкладання емульсій електричним методами, зважаючи на порівняльну простоту необхідних цієї мети установок, придатності більшості емульсій і достатньої надійності у роботі, набула широкого поширення. Електричний спосіб руйнування емульсій застосовують на нафтопереробних заводах при знесолюванні нафти на ЕЛОУ (електроочисних установках), а також при очищенні нафтопродуктів від водних розчинів лугів та кислот (електрофайнінг).

В обох випадках використовують електричне поле високої напруги. Під дією електричного поля зважені частки води зливаються у більші, які під дією сили тяжіння осідають вниз. Вода, що відстоялася, з розчиненими в ній солями виводиться з нижньої частини електородегідратора, зневоднена нафта - з верхньої частини. Для досягнення мінімального вмісту солей нафту промивають на ЕЛОУ, що складаються з 2-3 послідовно з'єднаних щаблів електродегідратів.

Основними технологічними параметрами процесу є: температура, тиск, питома продуктивність дегідраторів, витрата деемульгатора, витрата промивної води та ступінь її змішування з нафтою, напруженість електричного поля. Важливим технологічним чинником є ​​кількість щаблів знесолення. Одним із найважливіших параметрів процесу знесолення є температура. Підігрів нафти, що застосовується на ЕЛОУ, дозволяє зменшити її в'язкість, що істотно підвищує рухливість крапельок води в нафтовому середовищі і прискорює їх коалесценцію. Разом з тимпідігрів нафти на ЕЛОУ може призводити до збільшення електропровідності нафти і, відповідно, підвищення витрати електроенергії, що ускладнюють умови роботи прохідних та підвісних ізоляторів. Тому підігрів різних нафт на ЕЛОУ проводять в інтервалі температур 60-150 0 С, вибираючи для кожної нафти оптимальне значення, що забезпечує мінімальні витрати на її знесолення.

Існують і інші заходи на емульсію, наприклад перемішування, вібрація, обробка ультразвуком, фільтрація, що сприяють, в основному, укрупненню крапельок води,

Для руйнування емульсії у процесах зневоднення і знесолення нафти широке застосування, разом із відстоєм, знайшли перелічені вище перші чотири заходи на емульсію: підігрів, добавка деэмульгатора, електрообробка, перемішування. При цьому зазвичай застосовують одночасно кілька заходів впливу. Таке комбіноване поєднання ряду факторів впливу на емульсію забезпечує швидке та ефективне її розшарування. Так, при зневодненні нафти на промислах методом так званого «трубного деемульгування» використовують у присутності деемульгатора ефекти, що виникають при турбулентному русі емульсійної нафти трубопроводами, успішно поєднуючи їх з відстоєм у трубопроводах з ламінарним рухом рідини.

Пластова вода, відокремлена від нафти, містить механічні домішки, краплі нафти, гідрати закису та окису заліза та велику кількість солей. Механічні домішки забивають пори в продуктивних пластах і перешкоджають проникненню води в капілярні канали пластів, а, отже, призводять до порушення контакту "вода-нафта" у пласті та зниження ефективності підтримки пластового тиску. Цьому ж сприяють і гідрати окису заліза, що випадають осад. Солі, що містяться у воді,сприяють корозії трубопроводів та обладнання. Тому стічні води, відокремлені від нафти на УКПН, необхідно очистити від механічних домішок, крапель нафти, гідратів окису заліза та солей і лише після цього закачувати у продуктивні пласти. Допустимі вмісту в воді, що закачується, механічних домішок, нафти, сполук заліза встановлюють безпосередньо для кожного нафтового родовища. Для очищення стічних вод застосовують закриту (герметизовану) систему очищення.

У герметизованій системі в основному використовують три методи:

відстій, фільтрування та флотацію.

Методвідстоюзаснований на гравітаційному поділі твердих частинок механічних домішок, крапель нафти та води. Процес відстою проводять у горизонтальних апаратах – відстійниках чи вертикальних резервуарах-відстійниках.

Методфільтруваннязаснований на проходженні забрудненої пластової води через гідрофобний шар, що фільтрує, наприклад, через гранули поліетилену. Гранули поліетилену «захоплюють» крапельки нафти та частки механічних домішок і вільно пропускають воду.

Методфлотаціїзаснований на однойменному явищі, коли бульбашки повітря або газу, проходячи через шар забрудненої води знизу вгору, осідають на поверхні твердих частинок, крапель нафти та сприяють їх спливанню на поверхню. Очищення стічних вод здійснюють на установках очищення вод типу УВВ-750, УВВ-3000 і УВВ-10000, що мають пропускну здатність відповідно 750, 3000 і 10000 м 3 /сут.

Разом з очищеною пластовою водою продуктивні пласти для підтримки пластового тиску закачують прісну воду, отриману з двох джерел: підземних (артезіанських свердловин) і відкритих водойм (річок). Грунтові води, що видобуваються з артезіанських свердловин, відрізняються високим ступенем чистоти тау багатьох випадках не вимагають глибокого очищення перед закачуванням у пласти. Водночас вода відкритих водойм значно забруднена глинистими частинками, сполуками заліза, мікроорганізмами і потребує додаткового очищення.