Предотвращение образования стойких эмульсий
Для предотвращения эмульгирования нефти необходимо в какой-то степени устранить или, по крайней мере, ослабить влияние перечисленных условий, при которых происходит образование нефтяных эмульсий в процессе добычи. Главные из них:
1) совместное поступление нефти и воды из скважины;
2) интенсивное перемешивание, приводящее к диспергированию одной жидкости в другой;
3) присутствие в нефти природных эмульгаторов.
Для раздельного извлечения нефти и воды из скважин последние оборудуют двумя колоннами НКТ: одной для нефти, другой для воды. Фильтр подъемника для воды должен быть опущен в зумпф (зумпф – нижняя часть эксплуатационной колонны) скважины, а для добычи нефти может быть использовано кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и колонной НКТ для добычи воды или же самостоятельная отдельная колонна НКТ, прием которой находится ниже кровли пласта.
В зависимости от величины пластового давления скважина может быть оборудована для извлечения как нефти, так и воды фонтанным способом или нефти фонтанным, а воды механизированным способом. В случае малых забойных давлений, когда естественное фонтанирование невозможно, оба подъемника оборудуют для извлечения нефти и воды механизированным способом. Оборудование скважин для раздельного извлечения нефти и воды показано на рис.4.3.
Рис.4.3. Оборудование скважин для раздельной добычи нефти и воды: а – скважина с одной колонной НКТ; б – скважина с двумя колоннами НКТ
При раздельном отборе нефти и воды из скважины очень трудно поддерживать уровень раздела нефти и воды на забое скважины в пределах вскрытой части пласта, разделение продукции скважины часто нарушается: в подъемник для отбора нефти поступает вода или наоборот. По этой причине раздельный отбор нефти и воды не получил широкого распространения.
Чтобы ограничить поступление воды, применяются различные способы изоляции, закупоривающие водопроницаемую зону (устанавливают цементные мосты, задавливают в пласт цементный раствор или реагенты, образующие при взаимодействии с пластовой водой гели и т. д). Однако все эти мероприятия недостаточно эффективны.
В связи с тем, что работы по предотвращению поступления воды на забой скважины очень трудны и при этом невозможно полностью предотвратить поступление воды в дальнейшем, наибольшее внимание на месторождениях должно быть уделено уменьшению перемешивания нефти и воды с целью снижения стойкости нефтяной эмульсии.
Так как в фонтанных скважинах наибольшее перемешивание нефти и воды происходит в подъемных трубах и при прохождении нефтегазовой смеси через штуцеры, в некоторых случаях для снижения эмульгирования нефти штуцер устанавливают на забое скважины. При этом степень перемешивания нефти и воды в подъемных трубах уменьшается. Происходит это по следующим причинам: в забойных штуцерах из-за малого количества выделившегося газа (а если давление насыщения нефти меньше, чем давление в стволе скважины около забойного штуцера, то газ в продукции, проходящей через штуцер, будет вообще отсутствовать) перепады давлений в штуцере значительно меньше, чем при установке его на поверхности. Это обстоятельство, а также довольно большая протяженность прямого участка подъемных труб после забойного штуцера способствуют уменьшению перемешивания потока, что предотвращает образование стойких эмульсий. Однако сложность спуска, замены и регулирования забойных штуцеров ограничивает возможность их широкого применения.
При штуцерах, устанавливаемых на поверхности, степень перемешивания может быть уменьшена, если в сепараторах, расположенных после штуцера, поддерживать повышенные давления. Этим достигается снижение перепада давления в штуцере и соответственно снижается степень перемешивания потока.
При выборе того или иного вида газлифтной добычи необходимо учитывать, что в скважинах, эксплуатируемых периодическим газлифтом, перемешивание происходит в меньшей степени при подъеме столба жидкости в насосно-компрессорных трубах. Однако в результате изменения направления потока на устье скважины, при движении по выкидным линиям и при прохождении через сепараторы смесь нефти и воды сильно перемешивается и эмульгируется. В отличии от периодического, при непрерывном газлифте наибольшее перемешивание происходит в насосно-компрессорных трубах и меньшее – в поверхностном оборудовании.
При эксплуатации скважин глубинными штанговыми насосами с целью предотвращения образования стойких эмульсий особое внимание должно быть уделено повышению к.п.д. глубиннонасосной установки. Чем выше ее к.п.д., тем меньше создается условий для перемешивания жидкости при подъеме. К.п.д. глубиннонасосной установки можно повысить соответствующим подбором числа качаний и длины хода полированного штока, применением клапанных узлов большего диаметра, устранением пропуска в этих узлах и особенно хорошей подгонкой плунжера к цилиндру насоса.
Для увеличения коэффициента заполнения насоса и ликвидации вредного влияния газа желательно предотвратить по возможности поступление газа в насос. С этой целью обычно на приеме насоса устанавливают приспособление (газовый якорь), который обеспечивает более полное заполнение насоса и устраняет образование в нем газовых "мешков".
Для уменьшения эмульгирования нефти в поверхностном оборудовании выкидные линии от скважин должны прокладываться по возможности без резких поворотов и иметь достаточный диаметр для сведения к минимуму турбулизации потока. В выкидных линиях и нефтесборных коллекторах должно устанавливаться минимальное число задвижек и клапанов, чтобы устранить перемешивание жидкости в результате изменения проходного сечения труб в этих местных сопротивлениях. Выкидные линии от скважин должны прокладываться с таким уклоном, чтобы не происходило скопления воды в пониженных местах трубопроводов, так как это может создать благоприятные условия для эмульгирования нефти.
При выборе насосов для перекачки обводненной нефти предпочтение должно быть отдано поршневым или винтовым насосам, которые, по сравнению с центробежными, имеют повышенные к.п.д. и меньше перемешивают перекачиваемую жидкость. Насосы должны поддерживаться в исправном состоянии, утечки в рабочих органах должны быть сведены к минимуму.
Экспериментально установлено, что в самотечных системах сбора нефти происходит меньшее эмульгирование продукции скважин по сравнению с напорными. Поэтому при проектировании нефтесборных коллекторов должно быть обращено внимание на рельеф местности с максимальным использованием самотека в нефтесборных коллекторах.
Все перечисленные выше способы для уменьшения поступления воды вместе с нефтью и снижения степени перемешивания не могут полностью исключить образования нефтяных эмульсий. Поэтому наряду с мероприятиями по снижению образования эмульсий, большое внимание приходится уделять разрушению образовавшихся эмульсий с последующим отделением нефтяной фазы от воды.
4.3.2 Разрушение эмульсий
Способы разрушения нефтяных эмульсий условно можно разделить на следующие группы:
- гравитационное холодное разделение (отстаивание);
- фильтрация;
- разделение в поле центробежных сил (центрифугирование);
- электрическое воздействие;
- термическое воздействие;
- внутритрубная деэмульсация;
- воздействие магнитного поля.
Гравитационное холодное разделение (отстаивание) осуществляется за счет гравитационного осаждения диспергированных капель воды и применяется при высоком содержании воды в пластовой жидкости. На промыслах применяют отстойники разнообразных конструкций, периодического и непрерывного действия. В качестве отстойников периодического действия обычно используются сырьевые резервуары, при заполнении которых сырой нефтью происходит осаждение воды в их нижнюю часть. В отстойниках непрерывного действия отделение воды происходит при непрерывном прохождении обрабатываемой смеси через отстойник. В зависимости от конструкции и расположения распределительных устройств, движение жидкости в отстойниках осуществляется в некотором преобладающем направлении – горизонтально или вертикально.
Фильтрация применяется для разрушения нестойких эмульсий. В качестве материала фильтров используются, материалы не смачиваемые водой, но смачиваемые нефтью. Поэтому нефть проникает через фильтр, а вода – нет.
Разделение в поле центробежных сил (центрифугирование) производится в центрифугах, которые представляют собой вращающийся с большим числом оборотов ротор. Эмульсия в ротор подается по полому валу. Под действием сил инерции эмульсия разделяется, так как капли воды и нефти имеют разные плотности.
Воздействие на эмульсии электрическим полем производится в электродегидраторах, снабженных электродами, к которым подводится высокое напряжение переменного тока промышленной частоты. Под действием электрического поля на противоположных концах капель воды появляются разноименные электрические заряды. В результате капли притягиваются, сливаются в более крупные и оседают на дно емкости.
Термическое воздействие на водонефтяные эмульсии заключается в том, что нефть, подвергаемую обезвоживанию, перед отстаиванием нагревают до температуры 45…80 0С. При нагревании уменьшается прочность бронирующих оболочек на поверхности капель, что облегчает их слияние. Кроме того, уменьшается вязкость нефти и увеличивается разница плотностей воды и нефти, что способствует более быстрому разделению эмульсии. Подогрев осуществляется в резервуарах, теплообменниках и трубчатых печах различных конструкций.
На нефтегазодобывающих предприятиях применение применяется также метод искусственного увеличения обводненности нефти. Сущность данного метода заключается в возврате на прием насоса некоторой части добываемой воды, расслоившейся в отстойной расширительной камере или в поле центробежных сил. Избыток водной фазы, образовавшейся в насосе, приводит к переходу водонефтяной смеси из одной структуры потока в другую, т. е. переходу эмульсии В/Н в эмульсионную структуру типа Н/В. Вязкость образовавшейся прямой эмульсии в десятки и сотни раз меньше вязкости обратных эмульсий. Соответственно этому резко снижается и стойкость прямых эмульсий, что создает благоприятные условия для отделения водной фазы и возвращения некоторого ее объема вновь на прием насоса. Подачу оборотной воды на прием насосов можно осуществить самоподливом в затрубное пространство скважины без применения дополнительных перекачивающих органов.
Метод самоподлива предполагает потерю производительности установки за счет рециркулируемой части водной фазы. Однако многократное снижение вязкости нефти в колонне труб позволяет существенно увеличить коэффициент подачи установок, что не только компенсирует потерю, но и повышает в ряде случаев производительность насосов.
Предупреждение образования стойких эмульсий в скважинах с механизированной добычей позволяет также снижать давление в системах промыслового сбора нефти и газа и улучшать условия разрушения эмульсий в пунктах подготовки нефти.
Внутритрубная деэмульсация основана на том, что в эмульсию добавляется химический реагент – деэмульгатор. Это позволяет разрушить эмульсию в трубопроводе, что снижает ее вязкость и уменьшает гидравлические потери. Чем сильнее разрушается эмульсия в трубопроводе, тем меньше ее вязкость и больше воды окажется в свободном или грубодисперсном состоянии, при котором она способна отделиться. Для каждого состава нефти подбирают наиболее эффективный деэмульгатор, предварительно оценив результаты отделения пластовой воды в лабораторных условиях.
Дата добавления: 2016-03-27; просмотров: 3672;