УСТАНОВКА И СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ КИСЛОРОДА, РАСТВОРЕННОГО В СТОЧНЫХ ВОДАХ
INSTALLATION AND METHOD FOR NEUTRALIZING OXYGEN DISSOLVED INTO WASTE WATER

Область техники
Настоящее изобретение относится к области добычи нефти и газа, к области обработки жидких отходов, а именно к установке нейтрализации кислорода, растворенного в сточных водах для использования в системе поддержания пластового давления, а также к способу нейтрализации кислорода посредством указанной установки.
Уровень техники
Одним из показателей качества закачиваемой в систему поддержания пластового давления (ППД) воды является растворенный в ней кислород, который увеличивает агрессивность среды по отношению к металлу, способствует протеканию аэробно-анаэробных процессов окисления нефти и ее продуктов с участием микроорганизмов в призабойной зоне нагнетательных скважин и, как следствие, является причиной накопления сероводорода в продукции добывающих скважин.
Существует несколько источников попадания кислорода в закачиваемые воды:
- смешение промышленных ливневых и канализационных вод с пластовыми водами на очистных сооружениях;
- попадание кислорода воздуха при работе насосов;
- использование пресной воды на обессоливание нефти;
- отсутствие герметичности нефтепромыслового оборудования.
3
3
3
На очистных сооружениях доля кислорода попадает в систему ППД при формировании сточных вод, которые на 82-84% состоят из пластовых вод на 15% из пресных вод, на 1,5-3% из ливневых вод и содержат 0,2-0,7 мг/дм растворенного кислорода. Концентрация растворенного кислорода в водах распределяется следующим образом: в пластовой воде - до 0,24 мг/дм, в пресной - до 7 мг/дм, в промышленных стоках - до 4.
3
Аэрация (присутствие кислорода) значительно увеличивает скорость коррозии и снижает эффективность ингибиторной защиты (ингибиторы коррозии не работает при содержании кислорода более 0,2 мг/дм).
Одним из способов удаления кислорода из сточных вод являются методы реагентной обработки вод. Высокая минерализации сточных вод может оказывать негативные эффекты на работу реагентов для удаления кислорода при химической обработке сточных вод.
Поскольку со временем минерализация и концентрация кислорода в сточной воде, подлежащей закачиванию в систему поддержания пластового давления, могут значительно изменяться, существует потребность в оперативном контроле за указанными изменениями и средствах, обеспечивающих оперативную коррекцию подачи реагентов для обработки сточных вод.
Известна деаэрационная установка, которая снабжена регулятором расхода греющего агента, соединенным с датчиком содержания растворенного кислорода, установленным на трубопроводе деаэрированной воды с регулирующим органом, установленным на трубопроводе греющего агента (RU 2153468 С1, МПК C02F 1/20 (2000.01), 27/02/2000).
Известен способ удаления кислорода из воды при защите от коррозии емкостей, трубопроводов, теплообменников (SU 1341162 А1, МПК C02F 1/20, 30/09/87). Указанный способ направлен на повышение скорости реакции восстановления растворенного кислорода при сохранении эффективности процесса во времени и снижения количества активаторов в широком диапазоне значений рН и температур.
Известен способ удаления кислорода из воды для замедления коррозии металла в контакте с водой, использующий добавление переходного металла, который катализирует реакцию между сероводородом и кислородом, тем самым удаляя кислород из воды (US 3618667, МПК С02В 1/18, 09.11.1971).
Указанные выше источники уровня техники не решают эффективно проблему удаления кислорода из сточных вод при повышении минерализации, которые используются в системе ППД, так как не обеспечивают оперативный контроль изменений минерализации сточных вод и оперативную коррекцию подачи необходимых реагентов.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является предоставление установки нейтрализации кислорода в сточных водах, подлежащих закачиванию в систему поддержания пластового давления, а также способа нейтрализации кислорода в сточных водах посредством указанной установки, которые обеспечивают оперативный контроль за изменением минерализации сточных вод, изменением концентрации растворенного кислорода, и обеспечивают оперативную корректировку подачи реагентов для удаления кислорода в зависимости от указанных изменений.
Настоящее изобретение обеспечивает оперативный контроль указанных параметров и оперативную корректировку подачи реагентов в сточные воды, при этом достигается уменьшение скорости коррозии оборудования, повышение надежности защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии, что позволяет исключить энергетические и трудозатраты на преждевременный капитальный ремонт оборудования, увеличить безаварийный срок службы нефтепромыслового оборудования.
Настоящее изобретение включает следующие аспекты по указанным ниже пунктам.
1. Установка (1) нейтрализации кислорода, растворенного в сточных водах, подлежащих закачиванию в систему поддержания пластового давления, содержащая:
емкость (2), содержащую сульфит натрия,
емкость (3), содержащую ингибитор солеотложения,
емкость (4), содержащую воду,
емкость (5) для приготовления раствора, содержащую средство (6) перемешивания,
средство (7) дозирования сульфита натрия в емкость (5) для приготовления раствора,
средство (8) дозирования для подачи ингибитора солеотложений в емкость (5) для приготовления раствора,
средство (9) подачи воды в емкость (5) для приготовления раствора,
емкость (10) дозированной подачи раствора,
средство (11) подачи приготовленного раствора в емкость (10) дозированной подачи раствора,
канализационную емкость (12) для сбора и нейтрализации сточных вод, содержащую средства (13) перемешивания,
средство (14) подачи приготовленного раствора из емкости (10) дозированной подачи раствора в канализационную емкость (12), при этом на выпуске канализационной емкости (12) установлено средство (15) подачи обработанных сточных вод в систему поддержания пластового давления,
трубную обвязку, соединяющую указанные емкости,
датчик (16) концентрации ионов кальция, выполненный с возможностью измерения концентрации ионов кальция в сточных водах, поступающих на впуск канализационной емкости (12),
датчик (17) концентрации растворенного кислорода, выполненный с возможностью измерения концентрации растворенного кислорода в сточных водах, поступающих на впуск канализационной емкости (12),
блок управления (18), выполненный с возможностью приема сигналов от датчика (16) измерения концентрации ионов кальция, и, в зависимости от измеренного значения концентрации ионов кальция, управления дозированной подачей ингибитора солеотложения в емкость (5) для приготовления раствора, и управления дозированной подачей сульфита натрия в емкость (5) для приготовления раствора, при этом
блок управления (18) выполнен с возможностью приема сигналов от датчика (17) измерения концентрации кислорода и управления дозированной подачей приготовленного раствора в канализационную емкость (12) в зависимости от измеренного значения концентрации кислорода.
3
3
2. Установка по п. 1, в которой если измеренное датчиком (16) значение концентрации ионов кальция больше 60 мг/дм, то концентрация ингибитора солеотложений, дозированного в емкость (5) для приготовления раствора составляет 15-50 мг/дм, а массовая доля сульфита натрия составляет 10% масс. в приготовленном растворе, или
3
если измеренное датчиком (16) значение концентрации ионов кальция меньше 60 мг/дм, то ингибитор солеотложения не дозируется, а массовая доля сульфита натрия в приготовленном растворе составляет 15-20% масс.
3. Установка по п. 1, в которой блок (18) управления выполнен с возможностью управления дозированной подачей раствора в канализационную емкость (12) согласно следующим зависимостям:
3
3
a) при массовой доле сульфита натрия, равной 10% масс. в приготовленном растворе, дозировка раствора (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) определяется как:
у=66х+18,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм,
3
3
b) при массовой доле сульфита натрия, равной 15% масс. в приготовленном растворе, дозировка раствора (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) определяется как:
у=37х+13,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм,
3
3
c) при массовой доле сульфита натрия, равной 20% масс. в приготовленном растворе, дозировка раствора (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) определяется как:
у=27х,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм.
4. Установка по п. 1, дополнительно содержащая нагреватель для обеспечения нагрева раствора при его приготовлении.
5. Установка по п. 4, в которой температура нагрева раствора при приготовлении составляет 30-40°С.
6. Установка по п. 1, в которой время перемешивания раствора при приготовлении составляет 1,5-2 часа.
3
7. Установка по п. 1, в которой объем воды для приготовления раствора составляет до 500 м.
8. Установка по п. 1, в которой ингибитор солеотложений обеспечивает возможность ингибирования отложений сульфата кальция в условиях высокой минерализации сточных вод.
3
9. Установка по п. 1, в которой блок управления выполнен с возможностью обеспечивать концентрацию кислорода в сточной воде канализационной емкости (12) после проведения нейтрализации менее 0,5 мг/дм.
10. Способ нейтрализации кислорода, растворенного в сточных водах, подлежащих закачиванию в систему поддержания пластового давления, посредством установки (1) по любому из предыдущих пунктов, содержащий этапы на которых:
направляют промышленные сточные воды, подлежащие обработке, в канализационную емкость (12), содержащую средство (13) перемешивания,
измеряют концентрацию ионов кальция в сточной воде посредством датчика (16) концентрации ионов кальция, установленном на впуске канализационной емкости (12),
измеряют концентрацию кислорода в сточной воде посредством датчика (17) концентрации растворенного кислорода, установленном на впуске канализационной емкости (12),
подают воду в емкость (5) для приготовления раствора,
передают сигналы об измеренном значении концентрации ионов кальция на блок (18) управления, который управляет дозированной подачей ингибитора солеотложений, сульфита натрия из емкостей (2, 3) их содержащих в емкость (5) для приготовления раствора в зависимости от измеренного значения концентрации ионов кальция,
перемешивают указанные компоненты средством (6) перемешивания для получения раствора в емкости (5) для приготовления раствора,
подают приготовленный раствор в емкость (10) дозированной подачи раствора,
передают сигналы об измеренном значении концентрации кислорода в сточной воде на блок (18) управления, при этом блок (18) управления управляет дозированной подачей раствора в канализационную емкость (12) в зависимости от измеренного значения концентрации кислорода,
перемешивают посредством средства (13) перемешивания поданный в канализационную емкость раствор со сточной водой,
откачивают обработанную сточную воду из канализационной емкости (12) посредством средства (15) подачи обработанных сточных вод в систему поддержания пластового давления для ее последующего использования.
3
3
11. Способ по п. 10, в котором если измеренное значение концентрации ионов кальция больше 60 мг/дм, то в емкость (5) для приготовления раствора дозируют ингибитор солеотложений с концентрацией 15-50 мг/дм, и
дозируют сульфит натрия в емкость (5) для приготовления раствора таким образом, чтобы массовая доля сульфита натрия составляла 10% масс. в приготовленном растворе, или
3
если значение концентрации ионов кальция меньше 60 мг/дм, то в емкость (5) для приготовления раствора ингибитор солеотложения не дозируют, при этом
дозируют сульфит натрия в емкость (5) для приготовления раствора таким образом, чтобы массовая доля сульфита натрия составляла 15-20% масс. в приготовленном растворе.
12. Способ по п. 10, в котором блок (18) управления управляет дозированной подачей раствора в канализационную емкость (12), согласно следующим зависимостям:
3
3
a) при массовой доле сульфита натрия, равной 10% масс. в приготовленном растворе, дозирует раствор (у, мг/дм) в канализационную емкость согласно зависимости:
у=66х+18,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм,
3
3
b) при массовой доле сульфита натрия, равной 15% масс. в приготовленном растворе, дозирует раствор (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) согласно зависимости:
у=37х+13,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм,
3
3
c) при массовой доле сульфита натрия, равной 20% масс. в приготовленном растворе, дозирует раствор (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) согласно зависимости:
у=27х,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм.
3
13. Способ по п. 10, в котором объем воды для приготовления раствора составляет до 500 м.
14. Способ по п. 10, в котором ингибитор солеотложений ингибирует отложения сульфата кальция в условиях высокой минерализации сточных вод.
3
15. Способ по п. 10, в котором обеспечивают концентрацию кислорода в сточной воде после обработки менее 0,5 мг/дм.
16. Способ по п. 10, в котором при приготовлении раствор нагревают до 30-40°С.
17. Способ по п. 10, в котором время перемешивания раствора при приготовлении составляет 1,5-2 часа.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематично изображает установку нейтрализации кислорода, растворенного в сточных водах, подлежащих закачиванию в систему ППД.
Фиг. 2 - иллюстрирует график расхода раствора для нейтрализации растворенного кислорода.
Подробное описание чертежей
На Фиг. 1 проиллюстрирована установка (1) нейтрализации кислорода, растворенного в сточных водах, подлежащих закачиванию в систему поддержания пластового давления, содержащая: емкость (2), содержащую сульфит натрия, емкость (3), содержащую ингибитор солеотложения, емкость (4), содержащую воду, емкость (5) для приготовления раствора, содержащую средство (6) перемешивания, средство (7) дозирования сульфита натрия в емкость (5) для приготовления раствора, средство (8) дозирования для подачи ингибитора солеотложений в емкость (5) для приготовления раствора, средство (9) подачи воды в емкость (5) для приготовления раствора, емкость (10) дозированной подачи раствора, средство (11) подачи приготовленного раствора в емкость (10) дозированной подачи раствора, канализационную емкость (12) для сбора и нейтрализации сточных вод, содержащую средство (13) перемешивания, средство (14) подачи приготовленного раствора из емкости (10) дозированной подачи раствора в канализационную емкость (12), средство (15) подачи обработанных сточных вод в систему поддержания пластового давления, трубную обвязку, соединяющую указанные емкости, датчик (16) концентрации ионов кальция, датчик (17) концентрации растворенного кислорода, блок управления (18).
На Фиг. 2 проиллюстрирован график расхода раствора для нейтрализации растворенного кислорода. На указанном графике отражены зависимости дозировки раствора с различным содержанием сульфита натрия в канализационную емкость от значений концентрации растворенного в сточных водах кислорода:
3
3
при массовой доле сульфита натрия, равной 10% масс. в приготовленном растворе, дозировка раствора (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) определяется как:
у=66х+18,
3
3
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм, при массовой доле сульфита натрия, равной 15% масс. в приготовленном растворе, дозировка раствора (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) определяется как:
у=37х+13,
3
3
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм, при массовой доле сульфита натрия, равной 20% масс. в приготовленном растворе, дозировка раствора (у, мг /дм) в канализационную емкость (12) определяется как
у=27х,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм.
Подробное описание вариантов воплощения изобретения.
3
3
3
3
3
3
Нейтрализацию кислорода, растворенного в сточных водах, подлежащих закачиванию в систему поддержания пластового давления, на установке (1) нейтрализации кислорода, проводят следующим образом: направляют промышленные сточные воды, подлежащие обработке, в канализационную емкость (12), содержащую средство (13) перемешивания, измеряют концентрацию ионов кальция в сточной воде посредством датчика (16) концентрации ионов кальция, установленном на впуске канализационной емкости (12), измеряют концентрацию кислорода в сточной воде посредством датчика (17) концентрации растворенного кислорода, установленном на впуске канализационной емкости (12), подают воду в емкость (5) для приготовления раствора. Объем воды для приготовления раствора может составлять до 500 м. Передают сигналы об измеренном значении концентрации ионов кальция на блок (18) управления, который управляет дозированной подачей ингибитора солеотложений, сульфита натрия из емкостей их содержащих (2,3) в емкость (5) для приготовления раствора в зависимости от измеренного значения концентрации ионов кальция. Если измеренное значение концентрации ионов кальция больше 60 мг/дм, то в емкость (5) для приготовления раствора дозируют ингибитор солеотложений с концентрацией 15-50 мг/дм, и дозируют сульфит натрия в емкость (5) для приготовления раствора таким образом, чтобы массовая доля сульфита натрия в приготовленном растворе составляла 10% масс, или если значение концентрации ионов кальция меньше 60 мг/дм, то в емкость (5) для приготовления раствора ингибитор солеотложения не дозируют, при этом дозируют сульфит натрия в емкость (5) для приготовления раствора таким образом, чтобы массовая доля сульфита натрия в приготовленном растворе составляла 15-20% масс. Ингибитор солеотложений подбирают таким образом, чтобы он ингибировал отложения сульфата кальция в условиях высокой минерализации сточных вод. Например, может применяться СНПХ-5311, СНПХ-5312, СНПХ-5313 или любой другой пригодный ингибитор солеотложений. Перемешивают указанные компоненты средством (6) перемешивания для получения раствора в емкости (5) для приготовления раствора. Перемешивание раствора составляет 1,5-2 часа. Дозировку сульфита натрия в емкость (5) осуществляют посредством любых пригодных средств (7) дозирования - шнека, клапанов, задвижек и тому подобного. Дозировку жидких реагентов и воды осуществляют посредством любых пригодных средств (8, 9) дозирования таких, как дозировочный насос, клапаны и так далее. Средства перемешивания (6,13) могут представлять собой любое пригодное средство, например, циркуляционный насос, мешалка. Приготовление раствора может происходить при нагреве компонентов, при этом нагрев составляет 30-40°С. Для нагрева могут быть использованы любые пригодные нагреватели, такие как взрывозащищенные нагреватели, силиконовые нагреватели, дисковые нагреватели и т.п. Приготовленный раствор подается в емкость (10) дозированной подачи раствора. Передают сигналы об измеренном значении концентрации кислорода в сточной воде на блок (18) управления, при этом блок (18) управления управляет дозированной подачей раствора в канализационную емкость (12) в зависимости от измеренного значения концентрации кислорода. Блок (18) управления управляет дозированной подачей раствора в канализационную емкость (12), согласно следующим зависимостям: а) при массовой доле сульфита натрия, равной 10% масс. в приготовленном растворе, дозирует раствор (у, мг/дм) в канализационную емкость согласно зависимости:
у=66х+18,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм,
3
3
b) при массовой доле сульфита натрия, равной 15% масс. в приготовленном растворе, дозирует раствор (у, мг/дм) в канализационную емкость(12) согласно зависимости:
у=37х+13,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм,
3
3
c) при массовой доле сульфита натрия, равной 20% масс. в приготовленном растворе, дозирует раствор (у, мг/дм) в канализационную емкость (12) согласно зависимости:
у=27х,
3
где х - концентрация растворенного кислорода в сточной воде, мг/дм.
3
Перемешивают посредством средства (13) перемешивания поданный в канализационную емкость раствор со сточной водой и откачивают обработанную сточную воду из канализационной емкости (12) посредством средства (15) подачи обработанных сточных вод в систему поддержания пластового давления для ее последующего использования. Средства (11, 14, 15) подачи могут представлять собой любое средство, пригодное для перекачивания жидкости, например, различные типы центробежных насосов. Концентрация кислорода в сточной воде после проведения нейтрализации на заявляемой установке составляет менее 0,5 мг/дм. Заявленная установка может быть монтирована на раме и заключена в единый корпус-бокс.
В одном из вариантов осуществления предложенная установка нейтрализации кислорода выполнена в едином корпусе, блоки, элементы, компоненты, средства установки объединены друг с другом напрямую или опосредовано конструктивно и функционально посредством монтажных операций.
Датчики и средства дозирования/подачи связаны с блоком управления линиями связи, выполненными с возможностью передачи сигналов.
Примеры.
Ниже приведены результаты экспериментальных работ.
2
3
Динамика содержания растворенного в сточных водах кислорода О (мг/дм), до и после внедрения установки и способа нейтрализации кислорода, растворенного в сточных водах показана в Таблице 1.