УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ПИТЬЕВОГО КАЧЕСТВА ИЗ ПОПУТНО ДОБЫВАЕМЫХ ИЗ СКВАЖИН ПЛАСТОВЫХ ВОД

Полезная модель относится к области водоподготовки и может быть использована для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод с применением мембранных технологий с целью улучшения состояния и сохранения здоровья человека и охраны окружающей среды, что относит ее к разряду технологий приоритетного стратегического направления развития в России «Здоровье нации».
Известна установка и способ для очистки жидких стоков, содержащих, в частности, во взвешенном состоянии загрязняющие вещества (1), предусматривающая средства разделения гравитационного действия и средства мембранного разделения, применяемых на этапе окончательной очистки. Однако известная установка имеет ограниченную область применения и дает невысокое качество очистки - для жидких стоков с взвешенными загрязняющими веществами.
Известен автоматический комплекс очистки нефтесодержащих сточных вид (2), который предназначен для физико-химической очистки нефтесодержащих сточных вод. Автоматический комплекс содержит средство для подачи исходной воды, блоки предварительной очистки сборники и трубопроводы возврата предварительно очищенной исходной воды, блок автоматического управления процессом очистки. Однако известный автоматический комплекс рассчитан по своей технологии на очистку сточных вод и на выходе очищенная вода не достигает питьевого качества.
Известен тонкостенный отстойник (3), предназначенный для очистки пластовых вод, однако этим устройством исходные пластовые воды очищаются только от взвешенных частиц, в связи с чем устройством не достигается степень очистки до питьевого качества.
Известен флотатор (4), предназначенный для обработки воды промышленных и бытовых стоков, однако степень и качество очистки исходной воды невысокие, поскольку из исходной воды удаляются лишь белки, жиры, нефтепродукты,
поверхностно-активные вещества и другие примеси, что не обеспечивает достаточного качества очистки вод до питьевой.
Известна установка для очистки пластовой воды (5), наиболее близкая по решению технической задачи к заявляемой полезной модели и выбранная в качестве прототипа. Известная установка, которая основана на последовательном осветлении исходной воды, позволяет проводить очистку нефтесодержащих пластовых вод до питьевого качества, однако степень очистки пластовой воды в известной установке позволяет удалить в ней нефтесодержащие продукты до содержания в количестве не более 15 мг/л., что недостаточно для получения на выходе воды высокого питьевого качества.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, состоит в повышении эффективности очистки до питьевого качества, а также в снижении стоимости всего технологического цикла и уменьшении трудоемкости при очистке пластовых вод.
Указанный технический результат достигается с помощью нового оригинального технического решения в виде установки для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод, содержащей контактный осветлитель, в которой, в соответствии с заявленной полезной моделью, контактный осветлитель соединен, с одной стороны, через трубопровод, имеющим штуцеры для подачи хлопьеобразующих химических реагентов, с отстойником с глухой вертикальной перегородкой, высота которой ниже уровня верхнего края корпуса отстойника, с другой стороны контактный осветлитель соединен через насос высокого давления с мембранными блоками обратного осмоса, а отстойник соединен с наклонно расположенным флотатором, в верхнюю часть начальной камеры которого поступает нефтесодержащая пластовая соленая вода.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что контактный осветлитель имеет гравийную загрузку.
Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что флотатор имеет не менее 10 флотационных камер.
Вместе с тем, указанный технический результат достигается тем, что трубопровод, соединяющий контактный осветлитель и отстойник, имеет на расстоянии не менее 1 метра от входа в контактный осветлитель, штуцеры для подачи хлопьеобразующих химических реагентов в количестве не менее 4-х до выхода из отстойника.
Предлагаемая полезная модель поясняется Фиг.1 и Фиг.2, на которых в виде схемы представлена установка для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод.
Работа заявленной полезной модели по водоподготовке и очистке воды осуществляется в две стадии.
Первая стадия для подготовки воды питьевого качества, представленная в виде схемы на Фиг.1, основана на двухстадийной флотации и включает следующие элементы установки: трубопровод 1 со штуцером для подачи пластовой (шахтной) воды на очистку со счетчиком 2, регистрирующим объем поступающей на очистку воды, мешалку 3 с баком 4 для содового раствора и насос 5 для его откачки, флотомашину 6, в которой на первых 5-ти камерах осуществляется очистка воды от нефтепродуктов, а на следующих вторых 5-ти камерах умягчение и подщелачивание воды; мешалку 7 известкового раствора и насос-дозатор 8 для его подачи, систему зумпфов насосов 9, 10 - для перекачивания загрязняющих примесей, 11 - для перекачивания очищенной на флотации воды, 12 - для откачивания недостаточно очищенной воды, систему насосов 13 - для откачки чистой воды на «хранилище», 14 - для перекачивания загрязненной воды на бак отстойника и нефтеловушку, 15 - для откачивания недостаточно очищенной воды зумпф 9 насоса, 16 - для откачивания очищенной на флотации воды на котельную, бак отстойника 17, соединенный с емкостью для сбора нефти 18, на который насос 19 подает очищенную на флотации воду, зумпф 20 насоса, откачивающего воду на «хранилище», нефтеловушку 21, расположенную между отстойником и емкостью для сбора нефти, комплекс насосов: 22 для закачивания нефти на перевозку, 23 для шлама, 24 для откачивания чистой воды, 25 для откачивания шлама, 26 для перекачивания воды на повторную очистку, автомашина с цистерной 27 для вывоза нефти, зумпф 28 насоса, откачивающего воду на повторную очистку.
Вторая стадия для подготовки воды питьевого качества, представленная в виде схемы на Фиг.2, основана на последующем отстаивании очищаемой исходной воды, коагуляции и окончательной очистки попутно добываемых из скважин пластовых вод с применением мембранной технологии - метода обратного осмоса, и включает следующие элементы: первую секцию 29 бака отстойника 17, трубопровод 30, по которому подается в бак отстойника 17 очищенная на флотации вода, вторую секцию бака отстойника 17, трубопровод 31 со штуцерами для подачи шлама, контактный осветлитель 33, бак-сборник воды 34, систему подачи сжатого воздуха 35, насос 36 для закачивания воды на контактный осветлитель для его промывки, счетчик расхода воды 37, мешалку 38 для приготовления раствора коагулянта, насос высокого давления 39 для подачи воды после очистки на контактном осветлителе, насос-дозатор 40 для подачи раствора коагулянта, мембранные блоки обратного осмоса 41, трубопровод 42 для очищенной воды (для
потребителей), трубопровод 43 со штуцером для слива в канализацию, на контактный осветлитель, насос 44 для закачивания очищаемой воды на контактный осветлитель.
Работа установки для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод осуществляется следующим образом.
На первой стадии (Фиг.1).
Исходные попутно добываемые из скважин пластовые воды по трубопроводу 1 подаются через счетчик 2, регистрирующий объем исходной воды, во флотомашину, последовательно сначала в первые пять камер флотомашины 6, затем во вторые пять камер флотомашины 6; из бака содового раствора 4 через мешалку 3 содового раствора насосом 5 подается содовый раствор и через мешалку 7 известкового раствора при помощи насоса-дозатора 8 подается известковый раствор. Загрязняющие примеси через зумпф №1 насоса 9 и зумпф №2 насоса 10 направляются на бак отстойник 17 или на нефтеловушку 21. С помощью насоса 13 производится откачка чистой воды на «хранилище» через зумпф насоса 20 и насоса 24. Загрязненные воды посредством насоса 14 подаются на бак отстойник 17 и далее на нефтеловушку 21. Недостаточно очищенная вода из флотомашины 6 насосом 15 откачивается на насос 24. Нефтепродукты, извлеченные на стадии флотации, направляются в емкости для сбора нефти 18 и насосом 22 перекачиваются в емкость автомобиля для вывоза нефти 27. Очищенная в нефтеловушке вода 21 направляется в зумпф насоса, откачивающего воды на флотомашину 6 и повторную очистку 28 и откачивается насосом 26 на повторную очистку. Образовавшийся в баке отстойника 17 шлам насосом 25 направляется на «хранилище» 23.
Очищенные на стадии флотации нефтесодержащие пластовые соленые воды 30 через зумпф насоса 16 подаются на первую секцию бака отстойника 29, после чего направляется во вторую секцию бака отстойника 31. Шлам, образовавшийся в баке отстойнике 17 направляется на «хранилище» 32. После стадии отстаивания пластовые соленые воды насосом 44 через счетчик расхода воды 37 подаются на контактный осветлитель 33. При промывке контактного осветлителя 33 осуществляется подача через систему сжатого воздуха 35 в трубопровод, соединяющий контактный осветлитель 33 и вторую секцию бака отстойника 31, имеющий на расстоянии не менее 1 метра от входа в контактный осветлитель 33 штуцеры; из мешалки 38 для приготовления раствора коагулянта насосом 40 производится подача хлопьеобразующих химических реагентов. Очищенные на контактном осветлителе 33 воды подаются в бак сборник очищенной воды 34. Вода, подаваемая насосом 36 на контактный осветлитель 33 для его промывки, направляется в канализацию 43. Из бака сборника воды 34 вода через насос высокого
давления 39 подается на мембранный блок обратного осмоса 41, после чего очищенная вода котлового и питьевого качества подается насосом 42 потребителям.
Очистка пластовых вод в настоящее время является одной из актуальных мировых проблем в нефтяной отрасли. В тоже время тенденция в мире такова, что ужесточаются экологические требования по выбросам. Поэтому требуется поиск все новых и новых технологий, которые могли бы эффективно производить очистку попутно добываемых из скважин пластовых вод до уровня питьевого качества. Как известно, в мире возрастают все более жесткие требования по экологическим характеристикам к качеству питьевой воды: например, новые инициативы - Конвенция по защите морской окружающей среды в Северо-восточной Атлантике, Киотское соглашение и др. привели к пересмотру экологических требований уже внутри самой отрасли применительно к нефтяным выбросам. Основная цель, преследуемая всеми новыми технологиями и устройствами, направленными на очистку воды, это добиться нулевого приближения по содержанию в исходной очищаемой воде нефти и минимального присутствия твердых частиц, солей жесткости и других загрязнителей.
Заявляемая полезная модель направлена на достижение такого результата.
Ниже приведены примеры конкретной реализации предложенной установки.
Производственные испытания проводились на обогатительной фабрике Управления производственного обслуживания ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», расположенной на промышленных площадях нефтяной шахты №3 ТПП «ЛУКОЙЛ-Ухтанефтегаз» ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» в 2007 г., с целью разработки наиболее оптимальных и недорогих по стоимости конструктивных технических решений основных блоков установки и связей между ними для обеспечения оптимальных режимов работы и высокой степени очистки исходных попутно добываемых из скважин пластовых вод.
Примеры апробации заявленной установки для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод.
Пример 1.
Многократные испытания установки для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод показали необходимость двухстадийной работы стандартного флотатора, поскольку результаты апробации показали, что наличие в установке в начальной стадии очистки флотатора с менее 10 флотационными камерами не обеспечивает достаточную степень снижения содержащихся в исследуемых пластовых водах нефтепродуктов и солей жесткости, поэтому путем многочисленных экспериментальных ее испытаний с разными количествами флотационных камер был выбран оптимальный вариант флотатора, содержащего не менее 10 флотационных камер,
которые условно разделены на две стадии, каждая из которых содержит оптимальное количество флотационных камер (не менее пяти).
В таблице 1 приведены результаты многоразовых апробаций, в результате которых было найдено оптимальное количество флотационных камер, условно поделенных на две стадии. Как видно из таблицы 1 недостаточное количество флотационных камер приводит к незначительному снижению содержания нефтепродуктов из попутно добываемых из скважин пластовых вод.
Таблица 1
№ п/п
Содержание нефтепродуктов, мг/дм<sup>3</sup>
Исходная пластовая вода
Вода после очистки на флотаторе, имеющим менее 10 флотационных камер
Вода после очистки на флотаторе, имеющим 10 флотационных камер
1
107,36
48,45
4,8
2
53,67
48,65
3,74
3
102,84
47,35
3,55
4
20,61
13,14
3,63
5
149,64
77,35
2,08
Пример 2
Последующие экспериментальные исследования и испытания очищенной после флотационных камер попутно добываемых из скважин пластовых вод проводились в отстойнике, в котором в течение не менее 60 мин. наблюдалось осветление испытуемой воды, постоянно в процессе испытаний перетекающей через верхнюю часть глухой перегородки, установленной ниже верхнего уровня отстойника, которая способствовала эффективному осаждению механических примесей и взвесей, визуально хорошо наблюдаемых на дне отстойника.
В таблице 2 приведенные результаты апробации, которые наглядно демонстрируют необходимость наличия в отстойнике глухой перегородки, позволяющей по истечению 60 минут визуально наблюдать осветление пластовой воды.
Таблица 2
Время, мин.
Зона осветления (визуально)
10
не наблюдалась
20
не наблюдалась
30
не наблюдалась
40
незначительное осветление
50
осветление в верхней части
60
осветление по всему объему
Пример 3.
3
3
Дальнейшее испытания уже предварительно очищенной после флотатора и отстойника пластовой воды производилось в контактном осветлителе, куда она подавалась под давлением по трубопроводу, соединяющим отстойник с контактным осветлителем. Наличие в трубопроводе не менее 4-х штуцеров обеспечило возможность ввода в подводящий трубопровод периодического дозирования хлопьеобразующих химических реагентов, что способствовало повышению в целом эффективности дальнейшей очистки за счет получения интенсивного хлопьеобразования. Путем многократных экспериментов удалось найти оптимальное расположение штуцеров на расстоянии не менее 1 метра от входа в контактный осветлитель и расположении их на ориентировочно равном расстоянии друг от друга на оставшемся отрезке трубопровода до выхода из отстойника. Такая конструкция позволила достичь высокого качества водоподготовки к очистке от нефтепродуктов исходных пластовых вод до уровня менее 0,05 г/м (в сравнении, например, с прототипом, у которого этот показатель гораздо ниже - не более 15 г/м).
Пример 4.
Полученная после контактного осветлителя пластовая вода имела, как показали результаты испытаний, высокое качество очистки, однако для доведения ее до норм питьевого уровня проводилась дальнейшая апробация на следующем этапе заявленной установки для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод путем направления очищаемой воды по трубопроводу в мембранные системы высоких технологий, в которых она была доведена до окончательной очистки (питьевого качества) методом обратного осмоса.
В таблицах 3 и 4 приведены результаты исследований, из которых следует, что исходная пластовая вода после двух стадий и окончательной очистки методом обратного осмоса соответствует требуемым высоким показателям качества питьевой воды.
Таблица 3
Исходная пластовая вода
Вода, обработанная коагулянтом титановым
Вода после окончательной очистки
07.07.2007 г.
методом обратного осмоса
Жесткость общая, мг*экв/дм<sup>3</sup>
56,0
24
0,11
Остаточное содержание железа, мг/дм<sup>3</sup>
4,17
0,29
0,15
Окисляемость перманганатная, МгO<sub>2</sub>/дм<sup>3</sup>
10,08
4,32
4,0
Цветность, град.
-
5,54
0,92
Мутность, ЕМФ
-
1,54
0,52
Нефтепродукты, мг/дм<sup>3</sup>
107,36
<0,05
<0,05
Таблица 4
Исходная пластовая вода
Вода, обработанная коагулянтом титановым 26.07.2007 г.
Вода после окончательной очистки методом обратного осмоса
Жесткость общая, мг*экв/дм<sup>3</sup>
56,0
20
0,08
Остаточное содержание железа, мг/дм<sup>3</sup>
4,17
0,13
0,02
Окисляемость перманганатная, мгО<sub>2</sub>/дм<sup>3</sup>
10,08
4,0
4,0
Цветность, град.
-
1,69
0,92
Мутность, ЕМФ
-
0,83
0,52
Нефтепродукты, мг/дм<sup>3</sup>
107,36
<0,05
<0,05
В соответствии с полученными результатами можно сделать вывод о реальной возможности подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод, в частности, на примере опробованных вод Ярегского месторождения до вод питьевого качества.
Как видно из приведенных результатов исследований, на стадии флотации наблюдается стабильное снижение содержания нефтепродуктов в среднем с 29-105 мг/л до 3,55-4,00 мг/л (эффективность снижения содержания нефтепродуктов до 96,2%) и снижение общей жесткости воды в среднем с 56 мг экв/л до 24 мг экв/л (эффективность снижения жесткости 57,2%). Подготовленная на стадии флотации вода пригодна для дальнейшей обработки на контактном осветлителе.
Из результатов проведенных испытаний видно, что при подготовке воды на контактном осветлителе наблюдается стабильное снижение содержания взвешенных веществ, цветности и мутности апробируемой воды. Основным положительным результатом является снижение содержания нефтепродуктов до величины менее 0,05 мг/л (эффективность снижения содержания нефтепродуктов 99%), что позволяет обеспечить подачу обработанной пластовой воды на установку обратного осмоса (где основное требование по качеству воды - минимальное содержание нефтепродуктов). Кроме того, при подготовке воды на установке обратного осмоса наблюдается стабильное снижение всех основных показателей ниже регламентируемых норм.
Заявленная установка для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод позволяет рассматривать их уже не как нежелательные стоки, загрязняющие окружающую среду, а, напротив, рассматривать попутно добываемые из скважин пластовые воды как существенный резерв питьевого качества воду, которая не только поддается очистке, но и на выходе полностью отвечают нормам защиты окружающей среды, не потребовав при этом, что очень важно, излишних капитальных затрат и неэкономичных эксплуатационных расходов. Можно предположить, что применение заявленной полезной модели позволит в ближайшем будущем приблизиться к цели, поставленной международными организациями о достижении нулевого опасного сброса и при этом решить задачи подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод.
Используемая литература:
1. Заявка РСТ: FR 03/00627 (26/02/2003); WO 2004/083132 (30/09/2004)
2. Патент РФ №22235069
3. Патент РФ №2230595
4. Патент РФ №2301775
5. Журнал «Нефть России», №6, 2007 (прототип)