Введення, нафтові емульсії - підготовка нафти і газу до транспортування

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

На нафтових промислах найчастіше використовують централізовану схему збору та підготовки нафти. Збір продукції виробляють від групи свердловин на автоматизовані групові вимірів установки (АЦЗУ). Від кожної свердловини за індивідуальним трубопроводу на АЦЗУ надходить нафта разом з газом і пластовій водою. На АЦЗУ виробляють облік точного кількості котра надходить від кожної свердловини нафти, а також первинну сепарацію для часткового відділення пластової води, нафтового газу і механічних домішок з напрямком відокремленого газу по газопроводу на ГПЗ (газопереробний завод).

Частково зневоднена і частково дегазована нафта надходить по збірному колектору на центральний пункт збору (ЦПС). Зазвичай на одному нафтовому родовищі влаштовують один ЦПС. Але в ряді випадків один ЦПС влаштовують на кілька родовищ з розміщенням його на більш великому родовищі. У цьому випадку на окремих родовищах можуть споруджуватися комплексні збірні пункти (КСП), де частково виробляється обробка нафти. На ЦПС зосереджені установки з підготовки нафти і води. На установці з підготовки нафти здійснюють в комплексі всі технологічні операції по її підготовці. Комплект цього устаткування називається УКПН - установка по комплексної підготовки нафти.

Схема збору та підготовки продукції свердловин на нафтовому промислі:

1 - нафтова свердловина;

2 - автоматизовані групові вимірів установки (АЦЗУ);

3 - дожимная насосна станція (ДНС);

4 - установка очищення пластової води;

5 - установка підготовки нафти;

6 - газокомпресорна станція;

7 - центральний пункт збору нафти, газу і води;

8 - резервуарний парк

Зневоднена, обезсолена і дегазована нафту після завершення остаточного контролю надходить у резервуари товарної нафти і потім на головну насосну станцію магістрального нафтопроводу.

Наявність в нафти, що надходить на переробку, води і солей шкідливо позначається на роботі нафтопереробного заводу. При великому вмісті води підвищується тиск в апаратурі установок перегонки нафти, знижується їх продуктивність, витрачається зайве тепло на підігрів і випаровування води.

Ще більш негативною дією володіють хлориди. Вони відкладаються в трубах теплообмінників і печей, що призводить до необхідності частого очищення труб, знижує коефіцієнт теплопередачі. Хлориди, особливо кальцію і магнію, гідролізуються з утворенням соляної кислоти навіть при низьких температурах. Під дією соляної кислоти відбувається руйнування (корозія) металу апаратури технологічних установок. Особливо швидко роз'їдається під дією гідролізувати хлористих солей конденсаційно-холодильна апаратура перегінних установок. Нарешті, солі, накопичуючись в залишкових нафтопродуктах - мазуті і гудроні, погіршують їх якість. Отже, перед подачею нафти на переробку її необхідно відокремити від води і солей.

Воду і солі видаляють безпосередньо після видобування нафти із земних надр (на промислах) і на нафтопереробних заводах. Існує два типи технологічних процесів видалення води і солей - зневоднення і знесолення. В основі обох процесів лежить руйнування нафтових емульсій. Однак при зневодненні руйнуються природні емульсії, ті, які утворилися в результаті інтенсивного перемішування нафти з бурової водою.

Зневоднення проводиться на промислах і є поряд з дегазацією першим етапом підготовки нафти до транспортування і переробки.

При обессоливании збезводнену нафту змішують з прісною водою, створюючи штучну емульсію, яка потім руйнується. Знесолення нафти проводиться на промислах і нафтопереробних заводах.

Нафта і вода взаємно погано розчинні. Тому відділення основної маси води від нафти простим відстоюванням не становить великих труднощів, якщо при видобутку не утворилася водно-нафтова емульсія. Але найчастіше така емульсія утворюється. Переробляти обводнену емульгованих нафту не можна. Навіть якщо емульсія не утворилася, то незначна кількість води все ж залишається в нафті в розчиненому або в підвішеному стані. А разом з водою в нафту потрапляють і мінеральні солі, які викликають корозію нафтоперегінної апаратури.

Емульсією називається така система двох взаімнонерастворімих або не цілком розчинних рідин, в яких одна міститься в іншій у зваженому стані у вигляді величезної кількості мікроскопічних крапель (глобул), сума яких обчислюється трильйонами на літр емульсії. Рідина, в якій розподілені глобули, називається дисперсної середовищем, а друга рідина, розподілена в дисперсної середовищі, - дисперсною фазою.

При русі нафти по свердловинах вона досить інтенсивно перемішується з пластової водою. У різних стадіях переробки, наприклад при защелачивании, нафта і її погони також тісно пов'язані з водою. У цих випадках часто і утворюються стійкі нафтові емульсії. Розшарування нафтових емульсій в природних умовах іноді настає після закінчення досить тривалого часу. (Описано емульсії, не руйнується роками). Однак найчастіше відбувається часткове розшарування, після якого між шарами води і нафти залишається проміжний емульсійний шар.

Стійкі емульсії за зовнішнім виглядом являють собою густі мазеобразйие маси від світло-жовтого до темного кольору. Емульсії, що утворилися після водно-лужний промивки нафтопродукту, іноді мають майже сметанообразний вид. В'язкість емульсій значно вище в'язкості води і нафти.

Нафтові емульсії найчастіше є емульсії типу вода в нафті, в яких дисперсною середовищем є нафта, а дисперсною фазою-вода. Така емульсія гидрофобна: у воді вона спливає, а в бензині або інших розчинниках рівномірно розподіляється.

Рідше зустрічаються емульсії типу нафту у воді, в яких дисперсною середовищем служить вода. Така емульсія гідрофільна: введенні вона рівномірно розподіляється, а в бензині тоне.

Освіта емульсій пов'язано з поверхневими явищами. Поверхневий шар рідини на кордоні з повітрям або іншою рідиною, як відомо, характеризується певним поверхневий натяг, т. Е. Силою, з якою рідина чинить опір збільшення своєї поверхні. Поверхневий натяг нафти і нафтопродуктів коливається в межах 0,02-0,05 н / м (20-50 дн / см). Досліди показують, що додавання деяких речовин до чистих нафтовим погонах викликає зниження їх поверхневого натягу на кордоні з водою. Це явище носить загальний характер.

Іноді речовини при розчиненні навіть у дуже малих концентраціях істотно знижують поверхневий натяг розчинника. Речовини, здатні знижувати поверхневий натяг, називаються поверхнево-активними. Характерна особливість цих речовин в тому, що в їх склад входить, як правило, вуглеводневий радикал (гідрофобна частина молекули) і яка-небудь полярна група (гідрофільна частина молекули).

Зниження поверхневого натягу двофазної рідкої системи на кордоні розділу фаз в результаті впливу полярних речовин пояснюється тим, що доданий речовина розподіляється нерівномірно в тому компоненті системи, який є по відношенню до нього розчинником. Концентрація його у поверхні розділу фаз буде більш високою, ніж у всьому обсязі розчинника. Іншими словами, доданий полярне речовина буде адсорбуватися поверхневим шаром розчинника і тим самим знижувати його поверхневу енергію. В результаті на кордоні розділу фаз утворюється адсорбованих шар, який можна розглядати як плівку молекул поверхнево-актівяого речовини на поверхні розчинника.

Будь-яка емульсія, в тому числі і нафтова, може утворитися тільки тоді, коли механічний вплив на суміш двох взаємно нерозчинних рідин викликатиме диспергирование, т. Е. Роздрібнення рідини на дуже дрібні частинки. Ясно, що чим менше поверхневий натяг рідин, тим легше буде йти освіту крапель, т. Е. Збільшення загальної поверхні рідини, так як воно буде вимагати меншої затрати роботи. Однак після перемішування двох чистих, нерозчинних одна в одній рідин стійкість отриманої емульсії зазвичай невелика.

Більш важка рідина осяде на дно, крапельки дисперсної фази, стикаючись один з одним, об'єднаються в більші. Обидва ці процесу і приведуть до розшарування емульсії на два шари. Тільки при дуже високого ступеня дисперсності, коли діаметр крапель дисперсної фази вимірюється десятими частками мікрона (10-7 м) і міжмолекулярні сили зрівнюють гравітаційні сили, руйнування емульсії стає скрутним.

Інша справа, якщо суміш двох нерозчинних рідин знаходиться в умовах, що сприяють диспергированию, і в ній присутній якесь поверхнево-активна речовина, що знижує поверхневий натяг за рахунок утворення адсорбційного шару.

По-перше, це сприяє дробленню крапель, а по-друге (що має вирішальне значення), краплі будуть оточений не молекулами дисперсної середовища, а міцної плівкою адсорбційного шару. В цьому випадку утворюються стійкі, важко расслаивающиеся емульсії, так як краплі дисперсної фази, захищені своєрідним панциром - адсорбційної плівкою, не можуть зливатися один з одним. У деяких випадках товщина адсорбційної плівки така, що її можна розглянути в мікроскоп.

Речовини, що сприяють утворенню і стабілізації емульсій, називаються емульгаторами. Ними є такі полярні речовини нафти, як смоли, асфальтени, асфальтогеновие кислоти та їх ангідриди, солі нафтенових кислот, а також різні неорганічні домішки. Дослідження останніх років показали, що в освіті стійких емульсій беруть участь також різні тверді вуглеводні.

Мікрокристали парафінів, церезинів і змішаних парафіну-нафтенових вуглеводнів, адсорбируясь на поверхні емульсійних глобул, утворюють своєрідну броню.

Характер емульсії залежить від властивостей емульгатора. У сирої нафти звичайно утворюється гідрофобна емульсія типу вода в нафті, так як емульгаторами в цьому випадку є смоли. Вони добре розчиняються в нафті і не розчиняються у воді. Смоли, адсорбируясь на поверхні розділу нафту-вода, потрапляють в поверхневий шар з боку нафти і створюють міцну оболонку навколо частинок води.

Алюмінієві, кальцієві, магнієві і залізні мила нафтових кислот також добре розчинні в нафті і її дистилятах, тому вони також сприяють утворенню гідрофобних емульсій. Навпаки, натрієві мила нафтових кислот (продукт реакції при лужної очищенні) добре розчинні у воді і гірше в вуглеводнях. Тому вони адсорбуються в поверхневому шарі з боку водної фази, обволікають плівкою крапельки нафти і таким чином сприяють утворенню гідрофільній емульсії типу нафту у воді.

При наявності емульгаторів обох типів можливо звернення емульсій, т. Е. Перехід їх з одного типу в інший. Цим явищем користуються іноді при руйнуванні емульсій.