Устройство для коалесценции эмульсии

 

изобретение относится к области нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для коалесценции эмульсии, в которой нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе , и может быть использовано при подготовке нефти и воды на промыслах. Целью изобретения является повышение эффективности коалесценции эмульсии за счет повышения эффективности работы коалесцирующих элементов. Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно , установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалёсцирующим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 уловленной нефти и газа соединен с верхней частью 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы , образуя перепускное окно 13. Устройство содержит патрубки 14 и 15 для вывода уловленной нефти и газа и очищенной воды соответственно. 2 ил., 1 табл. (Л С

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

М Ъ.

Cd

О 4

5 (21) 4785900/26 (22) 23.01.90 (46) 07.04.92. Бюл. N 13 (71) Татарский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В.П.Тронов, Ф.Г.Гуфранов, А.Д.Ли и

А.И. Ширеев (53) 66.066.6 (088.8) (56) Патент США М 4057493, кл. В 01 D 17/04, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1247035, кл. В 01 0 17/04, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОАЛЕСЦЕНЦИИ

ЭМУЛЬСИЙ (57) Изобретение относится к области нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для коалесценции эмульсии, в которой нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе, и может быть использовано при подготовке нефти и воды на промыслах. Целью изобретения является повышение эффек(s1)s В 01 D 17/04, С 10 G 33/06 тивности коалесценции эмульсии за счет повышения эффективности работы коалесцирующих элементов, Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно, установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалесцирующим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 уловленной нефти и газа соединен с верхней частью 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы, образуя перепускное окно 13, Устройство содержит патрубки 14 и 15 для вывода уловленной нефти и газа и очищенной воды соответственно, 2 ил., 1 табл.

i aa

1724307

25

35

55

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для коалесценции эмульсии, в которой нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе, и может быть использовано при подготовке нефти и воды на промыслах.

Известно устройство для коалесценции капель одной жидкости, диспергированной в другой жидкости, представляющее собой блок с входными и выходными сторонами, который заполнен коалесцирующим материалом в виде переплетенных нитей и волокон, образующих в глубине блока множество лабиринтных каналов.

Недостатком устройства является сложность изготовления блоков из переплетенных волокон с различной прочностью и полярными свойствами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для коалесценции эмульсий, содержащее горизонтальную цилиндрическую трубу и расположенные в ней продольно обтекаемые потоком коалесцирующие нити, закрепленные на опорных элементах, разделяющих трубу на секции, при этом опорные элементы выполнены в виде рас( пределительных решеток, а доля заполнения объема секции нитями увеличивается по ходу движения потока и составляет для первой секции 10 — 15%, для второй 20 — 25% и для последующих 25 — 35%.

Устройство просто по конструкции.

Проведенные лабораторные испытания показали, что при прохождении потока эмульсии через устройство укрупнение мелких капель действительно проходит на поверхности продольных обтекаемых и свободно распологающихся вдоль потока нитях, закрепленных на решетках. Однако при движении потока исходной эмульсии вдоль нитей только часть скоалесцированных частиц нефти способны укрупниться и вследствие поля естественной гравитации выделиться в верхнюю часть устройства.

Степень коалесценции частиц нефти при этом составляет 80 — 90%. Основное же количество нефти (более 200 мг/л) остается в эмульгированном состоянии и потоком эмульсии выводится из устройства, т.е. требует дальнейшей обработки.

Низкие эффективность и степень коалесценции эмульсий (нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе) обусловлены тем, что часть потока коалесцируемой эмульсии свободно проходит между гидрофобными нитями, натянутыми в секциях, не соприкасаясь с ними.

Целью изобретения является повышение эффективности коалесценции эмульсий за счет повышения работы коалесцирующих элементов.

В устройстве для коалесценции эмульсий, содержащем горизонтальную цилиндрическую трубу, разделенную распределительными решетками на секции, заполненные коалесцирующим материалом с увеличением объема заполнения секций по ходу движения потока, патрубки для отвода выделившегося газа и уловленной нефти, соедиенные общим трубопроводом, в каждой секции одна из решеток выполнена подвижной относительно продольной оси горизонтальной цилиндрической трубы, устройство снабжено вертикальным цилиндрическим отстойником, верхняя часть которого соединена с общим трубопроводом условленной нефти и газа, а нижняя — с горизонтальной трубой.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для коалесценции эмульсий, продольный разрез; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1.

Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно, установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалесцирующим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 условленной нефти и газа соединен с верхней зоной 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы, образуя перепускное окно 13, Устройство содержит патрубки для вывода уловленной нефти и газа 14 и очищенной воды 15.

Устройство работает следующим образом.

Эмульсия типа нефть в воде поступает по горизонтальной цилиндрической трубе 1 через подвижную решетку 2 в первую по ходу движения потока секцию 5, заполненную на 20-30 об.% коалесцирующим материалом 6, представляющим собой смесь гидрофобно-гидрофильных веществ, например полиэтиленовых и древесных стружек.

При прохождении эмульсии типа нефть в воде через секцию, заполненную полиэти1724307 леновыми и древесными стружками, гидрофобные частицы (капли нефти) осаждаются на полиэтиленовых стружках, при достижении критической толщины пленка нефти открывается и за счет гравитационного поля поднимается в верхнюю зону устройства.

Мелкие же капли воды, входящие в состав нефтяных пленок, при соприкосновении с древесными стружками, смоченными водой (гидрофильный материал), переходят в состав водных пленок на стружках, а при достижении также критической толщины стекают в нижнюю зону.

Процессы коалесценции капель нефти и воды интенсифицируются дополнительно при сжатии гидрофильных и гидрофобных стружек. На поверхности коалесцирующего материала происходят соударение и укрупнение капель нефти и воды. Укрупнение частиц нефти и капель воды, находящихся в каплях нефти, на поверхности коалесцирующего материала происходит за счет тангенциальных составляющих скоростей турбулентного потока и возвратно-поступательного движения коалесцирующего материала под воздействием силы скоростного напора потока и силы упругости пружин, соединяющих подвижные и неподвижные решетки.

Наличие в устроистве подвижных решеток 2, приводящихся в движение энергией скоростного напора и силами упругости пружин 4, позволяет автоматически осуществлять постоянный процесс регенерации (очистки) коалесцирующего материала и интенсифицировать процесс коалесценчии эмульсий, Не успевшие коалесцироваться в первой секции частицы нефти и воды поступают через неподвижную 3 и подвижную 2 решетки в следующую секцию 5, доля заполнения объема которой коалесцирующим материалом больше первой секции и составляет

35-45%. Здесь происходит окончательное укрупнение частиц нефти и воды и их переход в верхнюю и нижнюю зоны устройства.

Отвод укрупненных капель нефти и воды с поверхности коалесцирующего материала происходит при его сжатии под действием силы скоростного напора, при этом сила скоростного напора потока больше суммы сил упругости пружин и коалесцирующего материала, Когда сила скоростного напора потока становится меньше сил суммы сил упругости пружины, происходит разжатие пружин и коалесцирующего материала, способствующее укрупнению последовательно прилипающих на поверхности коалесцирующего материала капель нефти и воды, и отвод их в соответствующие зоны.

50 жен коалесцирующий материал 6. В качестве коалесцирующего материала используют полиэтиленовые и древесные стружки. Соотношение объемов полиэтиленовых и древесных стружек составляет 4:3. Оптимальное соотношение (4:3) подбирают экспериментальным путем. Доля заполнения объема первой секции коалесцирующим материалом составляет

20 — 30% и подбирается также экспериментальным путем.

Загрязненная нефтепродуктами вода, контактируя в первой секции с коалесцирующим материалом, заполняющим объем между подвижными и неподвижными решетками, равномерно распределяется в ней. При этом часть нефтепродуктов с разТак как цикл сжатия и разжатия коалес- . цирующего материала и пружин осуществляется непрерывно, то и процесс укрупнения и отвода укрупненных капель

5 нефти и воды с поверхности коалесцирующего материала происходит непрерывно.

Уловленная нефть из верхней зоны горизонтальной трубы по общему трубопроводу 9 уловленной нефти и газа через

10 выходной конец 8 поступает в верхнюю зону отстойника 10, откуда через патрубок 14 вы-. водится на установку подготовки нефти. Выделившаяся вода из нижней эоны горизонтальной трубы через перепускное .

15 окно 13, образованное при соединении выходного конца 12 горизонтальной трубы 1 с вертикальным отстойником 7, поступает в нижнюю зону 11 отстойника 7, откуда через патрубок 15 вывода очищенной воды с со20 держанием нефти до 15 мг/л отводится потребителю, в частности в систему поддержания пластового давления (ППД).

В нижней зоне 11 отстойника 7 происходит дополнительный отстой воды, посту25 пающей через перепускное окно 13, а в верхней зоне 10 — накопление нефти, поступающей по общему трубопроводу 9. Накопленная в верхней зоне 10 нефть работает как гидрофобный фильтр для очистки воды

30 . от нефти и наоборот. Накопленная нефть из верхней зоны 10 непрерывно отводится через патрубок 14.

Таким образом, верхняя и нижняя зоны отстойника 7 работают соответственно как

35 гидрофобный фильтр и отстойная камера, что дополнительно улучшает процесс коалесценции капель нефти и воды в эмульсии.

Пример. Нефтесодержащая вода (эмульсия типа нефть в воде) плотностью

40 1,06- г/см с содержанием нефтепродуктов з

2437 мг/л и размерами капель нефти 30 — 190 мкм по горизонтальной цилиндрической трубе 1 поступает через подвижную решетку 2 в первую секцию 5, в которой располо1724307 ции эмульсий предлагаемого устройства количество нефтепродуктов, оставшихся в воде, отделившейся в процессе коалесценции, равно 15 мг/л, а при использовании извест5 ного — 260 мг/л, т.е. количество нефтепродуктов в воде снизилось более чем в 17 раз, Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для коалесцен10 ции эмульсий состоит в том, что при использовании его повышается степень коалесценции (очистки) до 99,4% по сравнению с 89% в известном, Формула изобретения

15 Устройстводля коалесценции эмульсий, содержащее горизонтальную цилиндрическую трубу, разделенную распределительными решетками на секции, заполненные коалесцирующим материалом с увеличени20 ем объема заполнения секций по ходу движения потока, патрубки для отвода выделившегося газа и уловленной нефти, соединенные общим трубопроводом, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения

25 эффективности коалесценции, в каждой секции одна из решеток выполнена подвижной относительно продольной оси горизонтальной цилиндрической трубы, устройство снабжено вертикальным цилиндрическим

30 отстойником, верхняя часть которого соединена с общим трубопроводом уловленной нефти и газа, а нижняя — c горизонтальной трубой.

Известное

П е лагаемое

Удельная производительность,м /м

Содержание в эмульсии нефтепродуктов, мг/л с до коалесценции после коалесценции

Степень коалесцен ии очистки, 60

2437

2437

99,4

50

55 мерами капель 50 †1 мкм укрупняется и отводится в верхнюю зону первой секции, а вода с остатками нефтепродуктов порядка

100 — 110 мг/л через неподвижную решетку

3 и подвижную решетку 2 поступает в следующую секцию 5, где происходит окончательное укрупнение капель нефти и их выделение в верхнюю зону устройства. Доля заполнения объема второй секции коалесцирующий материалом составляет

35 — 45% и также подбирается экспериментальным путем.

Уловленная нефть из верхней зоны устройства поступает по общему трубопроводу

9 в верхнюю зону 10 отстойника 7, откуда через патрубок 14 направляется на установку подготовки нефти. Выделившаяся вода из нижней части горизонтальной трубы через перепускное окно 13 поступает в нижнюю зону отстойника с содержанием нефтепродуктов 15 — 20 мг/л, где происходит дополнительный отстой, откуда с содержанием нефтепродуктов 12 — 15 мг/л направляется в систему ППД. Удельная производительность устройства составляет

60м /м.

Результаты, полученные при испытании предлагаемого и известного устройств для коалесценции эмульсий, приведены в таблице.

Как видно из приведенных в таблице данных, при использовании для коалесценНаименование показателей

Уст ойство ля коалес ен ии эм льсий

1724307

Вид4

35

45

Составитель Ф.Гуфранов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Черни

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5