Деэмульсатор горизонтальный-Курсовая работа

ID: 165867
Дата закачки: 26 Апреля 2016
Продавец: https://vk.com/aleksey.nakonechnyy27 (Напишите, если есть вопросы)
Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Работа Курсовая
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:
ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Для правильного выбора способа обезвоживания нефти (деэмульса-ции)необходимо знать механизм образования эмульсий и их свойства. В пластовых условиях нефтяные эмульсии не образуются. Образование эмульсий уже начинается при движении нефти к устью скважины и про-должается при дальнейшем движении по промысловым коммуникаци-ям, т.е. эмульсии образуются там, где происходит непрерывное пере-мешивание нефти и воды. Интенсивность образования эмульсий в сква-жине во многом зависит от способа добычи нефти, которая в свою оче-редь определяется характером месторождения, периодом его эксплуата-ции и физико-химическими свойствам самой нефти.
При фонтанном способе, который характерен для начального пе-риода
эксплуатации залежи нефти, происходит интенсивный отбор жидкости изскважины. Интенсивность перемешивания нефти с водой в подъемных трубахскважины увеличивается из-за выделения растворенных газов при снижениидавления ниже давления насыщения, что приводит к обра-зованию эмульсий ужена ранней стадии движения смеси нефти с водой.
При глубиннонасосной добыче нефти эмульгирование происходит в
клапанных коробках, самих клапанах, в цилиндре насоса, в подъемных трубахпри возвратно-поступательном движении насосных штанг. При использовании электропогружных насосов перемешивание воды с нефтью происходит на рабочих колесах насоса, в подъемных трубах.
В компрессорных скважинах причины образования эмульсий те же, что и при фонтанной добыче. Особенно отрицательно влияет воздух, закачиваемый иногда вместо газа в скважину, который окисляет часть тя-желых углеводородов с образованием асфальто-смолистых веществ. Наличие солей нафтеновых кислот и асфальто-смолистых веществ приво-дит к образованию эмульсий, отличающихся высокой стойкостью.
В эмульсиях принято различать две фазы — внутреннюю и внешнюю. Внешнюю фазу — жидкость, в которой размещаются мельчайшие капли другой жидкости, называют дисперсионной, внешней или сплошной средой. Внутреннюю фазу — жидкость, находящуюся в виде мелких ка-пель в дисперсионной среде, принято называть дисперсной, разобщен-ной 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 соотношения объемов 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 и воды кроме соотношения фаз
оказывает влияние присутствие эмульгаторов. Эмульгаторы — это ве-щества, которые способствуют образованию эмульсин. Они понижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз и создают вокруг ча-стиц дисперсной фазы прочные адсорбционные оболочки. Эмульга-торы, растворимые в воде, способствуют созданию эмульсии «нефть в воде». К таким гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал и др. Гидрофобные эмульгаторы (т.е. раство-римые в нефти) способствуют образованию эмульсий «вода в нефти». К ним относятся хорошо растворимые в нефти щелочноземельные соли ор-ганических кислот, смолы, мелкодисперсные частицы сажи, глины и других веществ, которые легче смачиваются нефтью, чем водой. Нефтяные эмульсии характеризуются вязкостью, дисперсностью, плотностью, электрическими свойствами и стойкостью. Вязкость нефтяной эмульсии изменяется в широких диапазонах и зависит от соб-ственной вязкости нефти, температуры, соотношения нефти и воды.
Нефтяные эмульсии, являясь дисперсными системами, при опреде-ленных условиях обладают аномальными свойствами, т.е. являются не-ньютоновскими жидкостями. Как и для всех неньютоновских жидкостей вязкостные свойства нефтяных эмульсий характеризуются кажущейся (эффективной) вязкостью.
Дисперсностью эмульсии принято называть степень раздробленности капель дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсность характе-ризуется одной из трех взаимосвязанных величин: диаметром капель d, обратной величиной диаметра капель D == 1/d, обычно называемой дисперсностью или удельной межфазной поверхностью, которая является отношением суммарной поверхности частиц к их общему объему.
В зависимости от физико-химических свойств нефти и воды, а также
условий образования эмульсий размеры капель могут быть са-мыми
разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 мкм до нескольких де-сятых миллиметра. Дисперсные системы, состоящие из капель одного диаметра, называются монодисперсными, а системы, состоящие из капель разных размеров — полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся к полидисперсным системам, так как содержат частицы разных размеров.
Критические размеры капель, которые могут существовать в потоке при
данном термодинамическом режиме, определяются скоростью сов-местного движения воды и нефти, величиной поверхностного натяже-ния на границе раздела фаз и масштабом пульсации потока.
В турбулентном потоке возникают зоны, обусловленные неравномер-ностью пульсации и наличием переменного по сечению трубопровода градиента скорости, в которых возможно существование капель раз-личного диаметра. Мелкие капли, перемещаясь по сечению трубопровода и попадая в зоны более низких градиентов скорости и меньших мас-штабов пульсации, испытывают тенденцию к укрупнению, а попадая в зоны высоких градиентов и больших масштабов пульсаций - испы-тывают тенденцию к дроблению. Наличие дополнительных факторов (нагрев, введение деэмульгаторов и др.) при определенных гидроди-намических условиях может привести к разделению фаз эмульсии, транспортируемой по трубопроводам.
Устойчивость эмульсий в большей степени зависит от состава компонентов, входящих в защитную оболочку, которая образуется на
поверхности капли.На поверхности капли также адсорбируются, покры-вая ее бронирующим слоем, стабилизирующие вещества, называемые эмульгаторами В дальнейшем этот сдой препятствует слиянию ка-пель, т.е. затрудняет деэмульсацию и способствует образованию стойкой эмульсии.
Существенно влияет на устойчивость нефтяных эмульсий состав пла-стовой воды. Пластовые воды разнообразны по химическому составу, но все они могут быть разделены на две основные группы: первая груп-па — жесткая вода содержит хлоркальциевые иди хлоркальциевомаг-ниевые соединения; вторая группа — щелочная или гидрокарбонатно-натриевая вода. Увеличение кислотности пластовых вод приводит к по-лучению более стойких эмульсий. Уменьшение кислотности воды дости-гается введением в эмульсию щелочи, ,способствующей снижению проч-ности бронирующих слоев и, как следствие, разделению нефтяной эмуль-сии на составные компоненты.

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДЫ ОТ НЕФТИ

Капли, сближаясь, постепенно вылавливают защитный слой. Если силы достаточно для полного разрушения бронирующих оболочек, капли сливаются.
Применяют ряд технологических приемов обезвоживания нефти. Выбор способа обезвоживания нефти и эффективность работы сооруже-ний, для этого предназначенных, в значительной степени зависит от ко-личества воды, а также от состояния, в котором она находится.
Вода, содержащаяся в сырой нефти, в некоторых случаях оказывается в
свободном, т.е. недиспергированном, состоянии. Такая вода выделяется нефти путем осаждения.
Чаще вода в сырой нефти находится в диспергированном состоянии в виде эмульсии воды в нефти. Имеются две разновидности таких эмульсий:механические нестабилизированные и и стабилизированные поверхностно- активными веществами. Это различие эмульсий являются весьма существенным при обезвоживании нефти. Вода из нестабилизиро-ванных эмульсий сравнительно легко отделяется путем обычного отстаи-вания, а также путем отстаивания с умеренным обогревом. Для отде-ления воды из стойких мелкодисперсных стабилизированных эмуль-сий требуются
более сложные приемы, такие как интенсивное нагревание, химическая обработка, электрическая обработка, а также комбинирование этих при-емов.
При проектировании сооружений для обезвоживания нефти при ко-кретных производственных условиях необходимо проводить исследо-вание нефтей, подвергаемых обезвоживанию. При таких исследованиях выявляется содержание воды в нефти, вид и число примесей в воде, а также состояние, в котором вода находится в нефти.
Процессы обезвоживания и обессоливания совершенно аналогичны, так как вода извлекается из нефтей вместе с растворенными в ней ми-неральными солями. При необходимости, для более полного обессолива-ния, можно подавать дополнительно в нефть пресную воду, которая рас-творяет минеральные соли.
К механическим способам обезвоживания относятся: отстаивание,
центрифугирование и фильтрация.
Отстаивание применяется для обработки нестойких эмульсий. При этом взвешенные частицы расслаиваются вследствие разности плотностейкомпонентов.
основными факторами, влияющими на эффективность разделения эмульсий, являются: плотность жидкостей, составляющих эмульсию (различие плотностей фаз эмульсий является основной причиной, вызывающей их гравитационное разделение); вязкость жидкостей, со-ставляющих эмульсию, особенно вязкость сплошной фазы, т.е. диспер-сионной среды (этот фактор оказывает значительное влияние на эффек-тивность обезвоживания нефти); диаметр частиц дисперсной фазы (данный фактор имеет большое значение, так как скорость падения капли дис-персной фазы возрастает пропорционально квадрату ее диаметра); пло-щадь поверхности отстаивания.
Выявление указанных факторов и характера их влияния позволяют наметить технические приемы повышения эффективности разделения эмульсий. Принципиальными основами этих приемов являются: повыше-ние температуры обрабатываемых эмульсий, которое снижает вязкость жидкостей, составляющих эмульсию, и уменьшает поверхностное натя-жение на границе раздела фаз (на этом принципе основаны термиче-ские методы обезвоживания нефти); увеличение размеров частиц выделя-емой диспергированной жидкости за счет различных приемов деэмуль-сации, в частности, деэмульсация при помощи химических реагентов и электрического поля (на этом принципе основаны химические и элек-трические методы обезвоживания нефти); увеличение скорости движения частиц дисперсной фазы путем замещения естественной силы тяжести более мощной центробежной силой. При этом способе на воду и механи-ческие примеси действует центробежная сила. Плотность воды и механи-ческих примесей выше плотности нефти, и частицы под действие центро-бежной силы прижимаются к стенке и стекают вниз. Но метод центрифу-гирования низкопроизводите

лен, сложен, дорог и широкого применения на промыслах не нашел;
увеличение полезной площади отстаивания без увеличения общей площади отстойника. На этом основано применение параллельных плстин в горизонтальных отстойниках и разделительных дисков в сепа-раторах.
Эффективность разделения эмульсий снижается при наличии в них
взвешенных частиц, плотность которых мало отличается от плотно-сти,
дисперсной среды (сплошной фазы). Не поддаются очистке механиче-скими методами стойкие стабилизированные мелкодисперсные эмульсии. Значительная часть эмульсий воды в нефти относится к этой категории.
Отрицательное влияние на разделение эмульсий оказывают неблаго-приятные гидравлические условия отстаивания, такие как турбулент-ность, конвекция потоков, перемешивание и др. Значительное новы-шение эффективности разделения нефтяных эмульсий достигается путем комбинированного использования гравитационного отстаива-ния в сочетании с термическими, химическими и электрическими ме-тодами обработки нефти в процессе ее обезвоживания.

Комментарии: РИС 1
Устройство состоит из корпуса 1 с патрубками для ввода нефти 2, вывода обезвоженной нефти 3, отвода газа 4, сброса воды 5 и подвода пресной воды 6. К патрубку 2 через изолятор 7 подсоединен полый элек-трод 8 с перфорацией 9, служащей для разбрызгивания нефти. К электро-ду 8 через проходной изолятор 10 подводится высокое напряжение от ис-точника постоянного тока. Ниже полого электрода 8 расположен пори-стый электрод 11, который прикреплен к корпусу 1 и вертикальной пере-городке 12. Перегородка 12 и электрод 11 образуют камеру электрообра-ботки, причем электрод 11 отделяет последнюю от остального объема от-стойной емкости. Над пористым электродом 11 размещена система перфо-рированных труб 13, соединенная с патрубком 6 подвода пресной воды.
Устройство работает следующим обазом
Водонефтянная эмульсия вводится через патрубок 2 в полый элек-трод 8 и разбрызгивается через перфорацию 9 на пористый электрод 11. За счет избыточного давления, создаваемого при подаче эмульсии в каме-ру электрообработке, эмульсия перетекает в отстойную часть корпуса 1. Оптимальный перепад давления поддерживают отводом газа через патру-бок 4. В процессе разбрызгивания эмульсии через полый электрод 8 кпли нефти и содержащиеся в ней глоблы воды приобретают индуцированный электрический заряд. Поэтому при прохождении эмульсии через пористый электрод 11 происходит осаждение заряженных глобул воды на пористой поверхности электрода 11. После этого разрушенная эмульсия попадает в отстойную часть корпуса 1, где происходит окончательное разделение эмульсии на безводную нефть и воду. Обезвоженная нефть отводится через патрубок 3, а вода, накапливающаяся на дне корпуса 1, через патрубок 5 сбрасывается в дренаж.
Для улучшения качества обессоливания нефти через патрубок 6 по-дают пресную воду в систему перфорированных труб 13, расположенных в камере электообработки над пористым электродом 11. Благодаря оро-шению электрода 11 на его пористой поверхности обазуются пленки прс-ной воды, роисходит интенсивный масообмен пресной и соленой пластовй воды, чем достигается снижение концентрации солей в эмульсионной воде. Целесообразно осуществлять орошение электрода 11 через разбрызгива-тели,благодаря чему массобмен начинается еще в газовой фазе в камере электрообработки.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет индукционной зарядки эмульсии при разбрызгивании через полый элкектрод и электри-ческого осаждения воды при протекании эмульсии отстойную емкость че-рез пористый электрод достигается высокая эффективность процесса обез-воживания и обессоливания нефти.

РИС 2
Электрогидратор имеет емкость 1, внутри которой расположены электроды 2, вертикальная перегородка 3, и перевернутый горизонталь-ный лоток 4, снабженный распределителем 5 эмульсии. Перегородка 3 де-лит емкость на камеру электрообработки 6 и газоотделения 7. Часть пере-вернутого лотка 4, расположенная в камере 7 газоотделения, выполнена с отверстиями 8 и снабжена днищем 9.Емкость имеет патрубок 10 выхода газа, снабженный каплеуловителем 11, патрубок 12 выхода нефти и па-трубок 13 выхода воды.
Описание работы электрогидратора.
Эмульсия, содержащая газ, поступает по распределителю 5 под пе-ревернутый лоток 4. Выделившийся газ скапливается под лотком 4, созда-вая избыточной давление и вытесняя эмульсию из-под лотка. При сниже-нии уровня эмульсии под лотком до отверстий 8 газ выходит через них в камеру газоудаления, которая отделена от камеры электрообработки 6 вертикальной перегородкой 3.Газ выходит через слои воды и нефти и от-водится через патрубок 10, имеющий каплеуловитель 11.Эмульсия из-под лотка поступает в слой воды в емкости и затем проходит электроды 2. Чтобы не обработанная эмульсия не поступала из-под лотка в камеру га-зоудаления, часть лотка, расположенная в этой камере, снабжена днищем.Нефть всплывает в емкости, перетекает через верх перегородки 3 в камеру 7 газоудаления и выводится через патрубок 12.Вода скапливается в нижней части емкости и выводится через патрубок 13.
Электрогидратор предлагаемый конструкции исключает попадание газовой фазы в дальнейшей нефтеобработки, что позволяет повысить про-изводительность аппарата и обеспечить его взрывобезопасность.

РИС 3
С целью повышения эффективности работы электрогидратора, воз-можности обработки высокообводненных нефтей, уменьшения потребляе-мой мощности, возможности изменения режима обработки в процессе де-гидратации, уменьшения вероятности поверхностных пробоев в предлага-емом электрогидраторе заземленные электроды выполнены в виде ряда концентрически расположенных полуцилиндров, а высоковольтные элек-троды – в виде коаксиальных цилиндров, разрезанных на кольца, образу-ющие вместе с заземленными электродами отдельные секции. Обрабатыва-емая нефть проходит через отдельные секции последовательно. Каждую секцию можно питать от независимого источника напряжения.
Для уменьшения вероятности поверхностных пробоев высоковольт-ные изоляторы выполнены в виде диэлектрических экранов, имеющих изо-гнутый профиль со скошенными концами для крепления высоковольтных электродов.
На рисунке изображен предлагаемый электрогидратор, продольный и поперечный разрезы.
Электрогидратор нефти содержит ряд коаксиальных цилиндров, по-мещенных в корпус 1 и разрезанных на кольца 2, образующие систему высоковольтных электродов. Корпус дегидратора, центральный целиндр 3 и сплошные полуцелиндры 4 заземлены. Ряд коаксиальных колец 2 и за-земленные электроды образуют отдельные секции дегидратора. Электро-ды крепятся на диэлектрических экранах 5. Все высоковольтные электро-ды, относящиеся к одной секции, подключены к одному источнику высоко-го напряжения 6, погруженному в масло, и, следовательно, находятся под одинаковым потенциалом.Для повышения взрывобезопасности часть це-линдров, находящихся вне нефти, покрыта диэлектриком 7, а объем де-гидратора, свободный от нефти, заполнен углекислым или инертным га-зом.Диэлектрические экраны 5 прилегают и к заземленному, и к высоко-вольтному электродам. Экраны обработаны на скос, их толщина вблизи слоя нефти близка к нулю. Так как фторопласт не смачивается эмульсией, можно считать, что поверхностный пробой полностью исключен.Нефть поступает в дегидратор по штуцеру 8 и заполняет несколько меньше поло-вины объема внешнего целиндра корпуса 1. По центральному целиндру 3 нефть не протекает, так как из-за отсутствия электрического поля процесс дегидратации там не проходит. Очищенная нефть выходит по штуцеру 9.
При питании от независимых источников наличие ряда секций обес-печивает отключение лишь малой доли рабочего объема дегидратора при образовании цепочек глобул. Действительно, при 20 секциях отключение одной из них меняет объем всего лишь на 5%. Время нахождения эмульсии в поле выбрано примерно на 10% большим, чем требуется для нормаль-ной дегидратации, поэтому изменение рабочего объема на 5-10% не уменьшает эффективности работы системы.
Разрушение цепочек глобул в предлагаемом дегидраторе осуществ-ляется за счет снятия напряжения и не требуется затраты мощности.
Предлагаемый электрогидратор позволяет производить дегидрата-цию высокообводненных нефтей, более эффективно использовать объем установки, изменять режим в процессе обработки нефти, осуществлять вы-бор оптимального режима в соответствии с физико-химическими свой-ствами нефти.
Рис 4
Для повышения скорости и степени обезвоживания и обессоливания нефти предлагается поверхность границы раздела фаз нерасслоившейся нефтеводянной эмульсии и воды подвергать переодическому возмущению, например путем периодической подачи поступающей на отстой нефти под слой нерасслоившейся нефтеводянной эмульсии в отстойнике.При этом происходит «встряхивание» промежуточного слоя и процесс коалесценции глобул с друг другом принимает лавинообразный характер. Для такого возмущения поверхности границы раздела фаз могут быть использованы любые пригодные для этой цели устройства, например устройство для со-здания слабого гидравлического удара.
Частота и интенсивность импульсов возмущения границы раздела фаз устанавливается в зависимости от физико-химических свойств нефтя-ной эмульсии и режима работы отстойной аппаратуры.
Нефть по сырьевой трубе 1 через открытый клапан 2 переодически перепускается по коллектору 3 через сопла 4 под уровень раздела фаз нефть – вода. Ударное действие струй обеспечивает возмущение промежу-точного слоя, представляющего собой концентрированную эмульсию из плотно упакованных глобул пластовой воды и реагентоносителя, и интен-сивное разрушение глобул воды в этой зоне.
Проверка описываемого способа в лабораторных условиях показа-ла,
что время отстоя нефти, по сравнению с известным способом, уменьшается на 20-25% или при одинаковом времени отстоя остаточное содержание воды в нефти уменьшается на 20%.
Способ обезвоживания и обессоливания нефти путем ее отстоя в при-сутствии деэмульгаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости и степени обезвоживания и обессоливания, поверхность границы раздела фаз нерасслоившейся нефтеводянной эмульсии и воды подвергают переодическому возмущению.

РИС 5
Деэмульсатор состоит из емкости 1, штуцеров ввода смеси 2 и выво-да разделившихся фаз: воды3, нефти 4 и газа 5.
В зоне завершения выделения свободной воды смонтирован трубный с соплами распределитель 6 для подачи рабочего агента (нагретой про-дукции) 7.
Рабочий реагент 7 (нефть, эмульсия, вода), взятый непосредственно из процесса и нагретый с помощью теплообменника или печи, подается насосом внутрь емкости 1 деэмульсатора с помощью распределительного устройства 6, представляющий из себя перфорированную трубу с сопла-ми.
При этом нагретый рабочий реагент подается широким профилем по сечению аппарата в виде затопленных струй, создающих гидродинамиче-скую структурированную (решетку) систему, пронизывающую объем об-рабатываемой эмульсии.
В свою очередь обработанная деэмульгатором эмульсия, собираемая с нефтяных скважин, поступает внутрь деэмульсатора и, занимая соответ-ствующий объем емкости, просачивается сквозь гидродинамическую ре-шетку, обтекая и контактируя с ней.
Перемещение эмульсии, в которую вытекает струя, под определен-ным углом к оси струи приводит увеличению интенсивности турбулентно-го обмена количеством движения между двумя потоками. В результате об-разуются вихревые зоны. Макрочастицы вихревой зоны дискретно обнов-ляются за счет массообмена турбулентного ядра струи с потоком эмуль-сии, при этом за счет контакта и перемещения происходит переход тепла от струй к потоку эмульсии, проходящему через гидродинамическую ре-шетку. Также происходит смешение и слияние однородных по физико-химическим свойствам капель.
За счет одновременности совокупности перечисленных воздействий (термическое, химическое, гидродинамика затопленных струй) прочность защитного слоя глобул снижается и процесс разрушения эмульсий ускоря-ется.
Температура нагрева подаваемого рабочего реагента, выбор состава самого агента (нефть, нефтяная эмульсия, вода, их смесь с деэмульгато-ром), фронтальная и/или объемная плотность затопления струй, их форма (плоская или круглая), а также количество источников подачи рабочего агента на аппарат зависят от физико-химических свойств обрабатываемой нефтяной эмульсии, термобарических условий промысла и конкретно ре-шаемых задач и определяются инженерным расчетом.
Дальнобойность струи определяется также инженерным расчетом в зависимости от оптимально поддерживаемой толщины слоя эмульсии в аппаратах.
Простота осуществления способа при использовании для инженера-нефтяника методов подготовки нефти ( например, теплохимического воз-действия) не исключает его технологичности и гибкости к различным условиям промысла.
Так, предусмотрев организацию подвижности узла подачи рабочего агента, например с помощью осей, с возможностью регулирования углов наклона распределительного устройства с наружи аппарата, можно обес-печить обработку нефтяных эмульсий различных свойств и составов.

Размер файла: 1008,2 Кбайт
Фаил: