Процеси експлуатації нафтових свердловин на промислах нерідко супроводжуються заводнениями оброблюваних пластів, на тлі чого формуються стійкі водно-нафтові емульсії. У результаті відбувається утворення опадів, які підвищують в’язкість суміші і збільшують температуру її застигання. В такому стані ресурси повинні піддаватися первинній обробці, однією з яких є стабілізація нафти і пов’язаних з нею емульсій.
Характеристика оброблюваного матеріалу
Як і підготовчі процеси знесолення та зневоднення, стабілізація застосовується для нафтовмісних матеріалів, забруднених сторонніми рідинними фазами і частками. Як уже зазначалося, переважно йдеться про водно-емульсійної сумішах, що містять поверхнево-активні компоненти. Наявність емульгаторів, в свою чергу, робить емульсію більш стійкою і несприйнятливою до факторів зовнішнього впливу, що заважає нафтової фракції відшаровуватися на молекулярному рівні природним шляхом. Також до складу можуть входити механічні домішки, елементи важких металів, смоли і парафіни. У природних умовах стабілізація нафти являє собою динамічний процес, який визначається характеристиками конкуруючої адсорбції на водних краплях води емульгуючих компонентів. Визначення складу міжфазних шарів конкретної емульсії дозволяє з’ясувати її властивості стабілізатора і підібрати найбільш дієвий метод впливу на промисловому рівні в умовах штучного середовища.
Для чого потрібна стабілізація?
У процесів фізико-хімічної стабілізації в нафтогазовій промисловості може бути кілька завдань. Для початку варто відзначити недоліки технологій видобутку нафти, які виражаються у втраті легких фракцій корисної речовини. З іншого боку, цілий ряд шламових і шкідливих летких газів витягуються і транспортуються разом з нафтової фазою безпосередньо до етапів очищення. У свою чергу, технологія стабілізації нафти в залежності від активності емульгаторів та інших активних компонентів у складі емульсії може виконувати і функції консервації, і виступати засобом сепарації. В першому випадку забезпечується ефект герметизації емульсії, дозволяє виносити разом з нафтової основою фракції легких та важких вуглеводів, які можуть застосовуватися в нафтогазовій галузі. Що стосується сепарації, то в рамках цієї функції поділяються на фази нафти, води, газу, механічних домішок та інших шламових включень. Причому треба підкреслити, що сама по собі методика поділу зовсім не означає автоматичний викид компонентів крім нафти. У складі можуть бути і корисні фракції, але їх подальша обробка буде відбуватися окремо від нафти.
Принцип дії процесу стабілізації
Технологія може здійснюватися двома основними способами – шляхом сепарації і за рахунок ректифікації. У першому випадку відбувається відділення супутніх газових фаз і вуглеводнів. Наприклад, сепарація може бути організована як випарний процес, обумовлений змінами температурних показників і тиску в робочій камері. У чому полягає процес стабілізації нафти за допомогою ректифікації? Цей метод також передбачає відокремлення певних фаз, але акцент робиться на процес підігріву емульсії. В обох випадках параметри і додаткові процеси переробки будуть встановлюватися вимогами до конкретних фракціям, які необхідно виділити або зберегти в складі.
Технологічний процес стабілізації
У розширеній схемі стабілізацію водно-нафтових емульсій можна представити такою послідовністю операцій:
- Дослідження зразка отриманої емульсії. В лабораторних умовах на основі аналізу проби визначається склад, щільність, в’язкість, випаровуваність, вогненебезпечність та інші характеристики суміші.
- Підготовка до процесу хімічної деэмульгации. Зазвичай використовується нагрів, який знижує в’язкість емульсії і полегшує подальший процес сепарації.
- Визначається технологія сепарації – гравітаційним, електромеханічним або електрохімічним способом.
- Безпосередньо процес стабілізації нафти, при якому виділяється декілька фаз. Далі можуть проводитися технології підготовки виділеної нафти до виробничих операцій.
- Модифікація виділеного продукту за рахунок активних хімікатів.
Підготовка нафти до стабілізації
Перед початком технологічних процесів первинної підготовки нафту проходить кілька транспортувальних вузлів, в рамках яких можуть організовуватися пункти попереднього грубого очищення. Це може бути загальна фільтрація, рятує емульсію від великих частинок піску і шламу. Від родовища до найближчого збірника сирої нафти продукт проходить кілька замірних установок, на яких також беруться первинні проби і ведеться облік пропущеного об’єму. На первинному сайті сепарації сировину відокремлюють від пластової води і попутного газу в певних кількостях. До процесів стабілізації нафту підходить частково в дегазованном і обезвоженном стані, але це не головна вимога. Більш того, на збірних пунктах може накопичуватися сира нафта без всякої попередньої очистки і в такому стані вирушати на об’єкти переробки – далі виконуються процедури знесолення, зневоднення і стабілізації в різному порядку. Сьогодні також застосовуються і комплексні установки очищення і сепарації, де в єдиному циклі обробки відбувається група технологічних процесів підготовки сировини до виробничої операції.
Установка для забезпечення процесу стабілізації
Найчастіше для стабілізації застосовуються універсальні промислові сепаратори. Вони інтегруються в нафтогазові магістральні мережі і працюють за принципом проточного обслуговування. Типова конструкція являє собою циліндричний гравітаційний сепаратор з патрубками для підключення до трубопроводів та комунікаційними каналами для енергопостачання. В конструкції установки стабілізації нафти (ССО) передбачається кілька секцій з роздатковим колектором, по якому відбувається переправлення відокремлених фаз по різних каналах. Нафта, наприклад, направляється в осадительный блок для подальшого виділення окклюдированных газових бульбашок. Гидроциклонные двухъемкостные сепаратори діють за принципом відцентрових сил, розділяючи нафту і газ на самостійні потоки.
Обладнання для процесів стабілізації і очищення нафти
Комбінований спосіб підготовки нафти в даному випадку передбачає виконання процесів очищення продукту від легких меркаптанів і сірководню. В умовах нафтового промислу це оптимальне поєднання методів попередньої підготовки сировини для подальших виробничих етапів. У загальному технологічному процесі очищення і стабілізації застосовується нагрівання, водяне зрошення, газова сепарація і висновок очищених залишків. Важливою умовою є і регулювання тиску в діапазонах 0,1-0,2 МПа при температурі до 160 ºС. При використанні правильно підібраного отпаривающего агента можна домогтися високої якості стабілізації нафти на промислах з необхідним відбором дистилятів. Якість кінцевого продукту підвищується при оперативному зниженні температури і тиску, що підвищує інтенсивність поділу сумішей.
Пристрій ректифікаційних колон
У комплексних багатофункціональних установках для економії логістичних операцій застосовуються групи колон. Кожна з них виконує певний технологічний процес, а в загальній інфраструктурі на різних рівнях відбуваються суміжні процедури. В даному випадку розглядаються колони стабілізації нафти за допомогою ректифікації. Як правило, дана операція організовується після процесів зневоднення та знесолення. Колона має теплообмінник, в якому нафта підігрівається до оптимальної температури, після чого її виводять у формі парогазожидкостной суміші і поділяють на фази. На спеціальних тарілках ректификатора проводиться зрошення рідинних фаз з отпаривающим речовиною. Потім можуть слідувати процеси охолодження і збагачення іншими активними елементами в залежності від вимог до отбираемому дистилляту.
Позитивні ефекти стабілізації
Технологічна організація процесів підготовки нафти потребує великих енергетичних витрат. Складність таких процедур обумовлюється і тим, що вони часто виконуються в умовах промислу без високого рівня інфраструктурного забезпечення. Тим не менш стабілізація нафти на початкових етапах переробки дає наступні переваги:
- Скорочення обсягу зайвих фракцій, які відправляються на лінії тонкої очистки перед виробництвом.
- Спрощення технологічних схем підготовки нафти в умовах нафтогазових заводів.
- Підвищення безпеки транспортування нафти за рахунок попереднього висновку сірковмісних сполук.
- Збільшення обсягів товарної нафти за рахунок збереження корисних вуглеводневих компонентів.
- Низькі вимоги до оброблюваного сировини.
Висновок
Методи стабілізації є частиною загального процесу очищення водно-нафтових емульсій, але мають свої особливості з точки зору застосування. По-перше, це гнучка процедура за своїм призначенням. Вона може виконуватися як в цілях консервації певних елементів у складі при видобутку і транспортуванні ресурсу, так і для сепарації з висновком непотрібних компонентів. По-друге, методи стабілізації сходяться по технології виконання з загальними техніками фізико-хімічної підготовки нафтогазового сировини, але з певними відмінностями в параметрах впливу з боку активних середовищ.
