Подготовка нефти и газа к транспорту

Российский Государственный Университет нефти и газа

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа

Р Е Ф Е Р А Т

«Подготовка нефти и газа к транспорту»

Выполнил: студент

Принял: д.т.н., проф.

Лурье М.В.

г. Москва, 1998 г.

ПОДГОТОВКА НЕФТИ И ГАЗА К ТРАНСПОРТУ.

На начальном этапе разработки нефтяных месторождений, как правило, добыча нефти происходит из фонтанирующих сква-жин практически без примеси воды. Однако на каждом месторож-дении наступает такой период, когда из пласта вместе с неф-тью поступает вода сначала в малых, а затем все в больших количествах. Примерно две трети всей нефти добывается в об-водненном состоянии. Пластовые воды, поступающие из скважин различных месторождений, могут значительно отличаться по хи-мическому и бактериологическому составу. При извлечении сме-си нефти с пластовой водой образуется эмульсия, которую сле-дует рассматривать как механическую смесь двух нерастворимых жидкостей, одна из которых распределяется в объеме другой в виде капель различных размеров. Наличие воды в нефти приво-дит к удорожанию транспорта в связи с возрастающими объемами транспортируемой жидкости и увеличением ее вязкости.

Присутствие агрессивных водных растворов минеральных солей приводит к быстрому износу как нефтеперекачивающего, так и нефтеперерабатывающего оборудования. Наличие в нефти даже 0,1% воды приводит к интенсивному вспениванию ее в рек-тификационных колоннах нефтеперерабатывающих заводов, что нарушает технологические режимы переработки и, кроме того, загрязняет конденсационную аппаратуру.

Легкие фракции нефти (углеводородные газы от этана до пентана) являются ценным сырьем химической промышленности, из которого получаются такие продукты, как растворители, жидкие моторные топлива, спирты, синтетический каучук, удоб-рения, искусственное волокно и другие продукты органического синтеза, широко применяемые в промышленности. Поэтому необ-ходимо стремиться к снижению потерь легких фракций из нефти и к сохранению всех углеводородов, извлекаемых из нефтенос-ного горизонта для последующей их переработки.

Современные комплексные нефтехимические комбинаты вы-пускают как различные высококачественные масла и топлива, так и новые виды химической продукции. Качество вырабатывае-мой продукции во многом зависит от качества исходного сырья, т. е. нефти. Если в прошлом на технологические установки нефтеперерабатывающих заводов шла нефть с содержанием мине-ральных солей 100—500 мг/л, то в настоящее время требуется нефть с более глубоким обессоливанием, а зачастую перед пе-реработкой нефти приходится полностью удалять из нее соли.

Наличие в нефти механических примесей (породы пласта) вызывает абразивный износ трубопроводов, нефтеперекачивающе-го оборудования, затрудняет переработку нефти, образует от-ложения в холодильниках, печах и теплообменниках, что приво-дит к уменьшению коэффициента теплопередачи и быстрому выходу их из строя. Механические примеси способствуют обра-зованию трудноразделимых эмульсий.

Присутствие минеральных солей в виде кристаллов в нефти и раствора в воде приводит к усиленной коррозии металла обо-рудования и трубопроводов, увеличивает устойчивость эмуль-сии, затрудняет переработку нефти. Количество минеральных солей, растворенных в воде, отнесенное к единице ее объема, называется общей минерализацией.

При соответствующих условиях часть хлористого магния (MgCl) и хлористого кальция (CaCl), находящихся в пластовой воде, гидролизуется с образованием соляной кислоты. В ре-зультате разложения сернистых соединений при переработке нефти образуется сероводород, который в присутствии воды вы-зывает усиленную коррозию металла. Хлористый водород в рас-творе воды также разъедает металл. Особенно интенсивно идет коррозия при наличии в воде сероводорода и соляной кислоты. Требования к качеству нефти в некоторых случаях довольно же-сткие: содержание солей не более 40 мг/л при наличии воды до 0,1%.

Эти и другие причины указывают на необходимость подго-товки нефти к транспорту. Собственно подготовка нефти вклю-чает: обезвоживание и обессоливание нефти и полное или час-тичное ее разгазирование.

Природный газ, получаемый с промыслов, содержит посто-ронние примеси:

твердые частицы (песок и окалину), конденсат тяжелых углеводородов, водяные пары и часто сероводород и углекислый газ. Присутствие твердых частиц в газе приводит к быстрому износу соприкасающихся с газом деталей компрессоров. Твердые частицы засоряют и портят арматуру газопровода и контрольно-измерительные приборы; скапливаясь на отдельных участках га-зопровода, они сужают его поперечное сечение.

Жидкие частицы, оседая в пониженных участках трубопро-вода, также вызывают уменьшение площади его поперечного се-чения. Они, кроме того, оказывают корродирующее действие на трубопровод, арматуру и приборы.

Влага в определенных условиях приводит к образованию гидратов, выпадающих в газопроводе в виде твердых кристал-лов. Гидратные пробки могут полностью закупорить трубопро-вод.

Сероводород — весьма вредная примесь. В количествах, больших 0,01 мг на 1л воздуха рабочей зоны, он ядовит. При промышленном использовании газа содержащийся в нем сероводо-род отрицательно сказывается на качестве выпускаемой продук-ции. В присутствии влаги сероводород вызывает сильную корро-зию металлов.

Углекислый газ вреден главным образом тем, что он сни-жает теплоту сгорания газа.

Перед поступлением в магистральный газопровод газ дол-жен быть осушен и очищен от вредных примесей. Кроме того, газ подвергают одоризации, то есть вводят в него компоненты, придающие ему резкий и неприятный запах. Одоризация позволя-ет более быстро обнаружить утечки газа.

Подготовка газа к транспорту проводится на специальных установках, находящихся на головных сооружениях газопровода.

ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Для правильного выбора способа обезвоживания нефти (де-эмульсации) 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 продолжается при дальнейшем движении по промысловым коммуникациям, т.е. эмульсии образуются там, где происходит непрерывное перемешивание нефти и воды. Интенсив-ность образования эмульсий в скважине во многом зависит от способа добычи нефти, которая в свою очередь определяется характером месторождения, периодом его эксплуатации и физи-ко-химическими свойствам самой нефти.

При фонтанном способе, который характерен для начально-го периода эксплуатации залежи нефти, происходит интенсивный отбор жидкости из скважины. Интенсивность перемешивания неф-ти с водой в подъемных трубах скважины увеличивается из-за выделения растворенных газов при снижении давления ниже дав-ления насыщения, что приводит к образованию эмульсий уже на ранней стадии движения смеси нефти с водой.

При глубиннонасосной добыче нефти эмульгирование проис-ходит в клапанных коробках, самих клапанах, в цилиндре насо-са, в подъемных трубах при возвратно-поступательном движении насосных штанг. При использовании алектропогружных 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 тяжелых углеводородов с образованием асфальто-смолистых веществ. Наличие солей нафтеновых кислот и асфальто-смолистых веществ приводит к образованию эмуль-сий, 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, на-ходящуюся в виде мелких капель в дисперсионной среде, приня-то называть дисперсной, разобщенной 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 сре-дой стремится стать та жидкость, объем которой больше. На практике наиболее часто (95%) встречаются эмульсии тина «во-да в нефти».

На способность эмульгирования нефти и воды кроме соот-ношения фаз оказывает влияние присутствие эмульгаторов. Эмульгаторы — это вещества, которые способствуют образованию эмульсин. Они понижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз и создают вокруг частиц дисперсной фазы прочные адсорбционные оболочки. Эмульгаторы, растворимые в воде, способствуют созданию эмульсии «нефть в воде». К таким гид-рофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал и др. Гидрофобные эмульгаторы (т.е. растворимые в нефти) способствуют образованию эмульсий «вода в нефти». К ним относятся хорошо растворимые в нефти щелочноземельные соли органических кислот, смолы, мелкодисперсные частицы са-жи, глины и других веществ, которые легче смачиваются неф-тью, чем водой. Нефтяные эмульсии характеризуются вязкостью, дисперсностью,