СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
METHOD FOR THE REGENERATION OF SPENT PROCESS FLUIDS AND A DEVICE FOR THE REGENERATION OF SPENT PROCESS FLUIDS

Группа изобретений относится к способу и оборудованию для переработки ранее использованных в различных целях технологических жидкостей на скважине, с выделением нефтяной составляющей и снижением класса опасности водной и твердой фазы.
Известна установка по патенту РФ на полезную модель №81445, В03В 9/06, опубл. 20.03.2009 г. В этом же патенте описан и способ применения.
Способ заключается в том, что исходные буровые нефтешламы из сборной емкости направляют в обогреваемый реактор с мешалкой, в который при включенной мешалке из блока подают химические реагенты, далее обработанные нефтешламы направляют в трехфазную центрифугу, затем нефтяную и водную фазы собирают в разные сборники, твердую фазу - осадок после разделения отходов в центрифуге выгружают в контейнеры, а из контейнеров осадок загружают в прокалочную печь, прокаленные твердые отходы через разгрузочный узел выгружают либо в сборники, либо непосредственно в смеситель, после этого в смеситель загружают также оксид кальция («пушонка») и силикат натрия, композиционную смесь затем направляют из смесителя в установку для гранулирования, потом получаемую товарную продукцию отгружают на склад готовой продукции.
Устройство для осуществления способа содержит блок загрузки, включающий фильтрующее устройство, представляющее собой бункер из стальной сетки, и механическую мешалку, насосные агрегаты, блок обработки, включающий илоотделитель и осушающие сетки вибросит, блок центрифугирования, состоящий из двух отсеков и включающий центрифугу, блок-отстойник, блок-сепаратор, состоящий из двух отсеков и включающий гравитационно-динамический сепаратор, блок-бункер. При этом емкости блоков, с целью повышения мобильности установки, выполнены на рамах-салазках с узлами захвата для погрузки и транспортирования блоков. На боковых стенках емкостей блоков имеются быстросъемные люки круглой или прямоугольной формы, через которые может производиться очистка емкостей от продуктов переработки.
В результате такого комплексного воздействия происходит разделение перерабатываемых отходов на составляющие компоненты: механические примеси (твердую фазу), углеводороды и воду (жидкие фазы). Отделение вредных посторонних примесей не предусмотрено
Недостатками устройства являются потребность в дополнительных энергетических затратах на прокаливание твердой фазы, выходящей из трехфазной центрифуги и содержащей нефтепродукты, при выгорании которых образуются опасные отходы, негативно воздействующие на окружающую среду.
Новым в этом устройстве является то, что в качестве устройства для термообработки осадка установлена прокалочная печь, разгрузочный узел которой направлен в сборники и в смеситель, имеющий соединение с дозаторами оксида кальция и силиката натрия, а выход из смесителя направлен в установку для гранулирования композиционной смеси.
В результате такого комплексного воздействия происходит разделение перерабатываемых отходов на составляющие компоненты: механические примеси (твердую фазу), углеводороды и воду (жидкие фазы). Отделение вредных посторонних примесей не предусмотрено.
Известен способ сохранения коллекторских свойств призабойной зоны продуктивного пласта нефтегазодобывающей скважины по патенту РФ на изобретение №2245998, МПК Е21В 43/22, опубл. 10.02.2005 г. Этот способ в своем описании включает и устройство для его реализации.
По этому способу сохранения коллекторских свойств призабойной зоны продуктивного пласта нефтегазодобывающей скважины, включающий помещение в ствол скважины водного раствора минеральных солей с добавками ингибитора осадкообразования и ингибитора коррозии, с последующим проведением в скважине технологических операций, при этом в качестве водного раствора минеральных солей в ствол скважины помещают водный раствор нативной, модифицированной или обогащенной карналлитовой руды или их смесей, при этом используют раствор с концентрацией, максимальной для внутрискважинных температурных условий, и раствор закачивают в количестве, необходимом и достаточном для образования гидравлического столба в стволе скважины над кровлей продуктивного пласта, и по остальной высоте скважину до устья заполняют водой.
Недостатки: не предусмотрены корректировки раствора по Ph и очистка от других химически активных веществ.
Известен способ регенерации технологических жидкостей по патенту РФ на изобретение № 2734077, МПК Е21В 21/06, опубл. 12.10.2020 г. и устройство для осуществления этого способа, приведенное в Описании, прототип способа и устройства.
Этот способ включает сбор отработанной технологической жидкости, очистку от механических примесей и углеводородов, отделение суспензии посторонних веществ, регулирование водородного показателя pH и подачу в контейнер для раздачи продукта.
Это устройство содержит соединенные последовательно емкости для сбора отработанного раствора, устройство очистки от механических примесей и устройство очистки от углеводородов, устройство отделения суспензии посторонних веществ, регулирование водородного показателя pH и контейнер для раздачи полученного продукта.
Недостатки:
- неудовлетворительная очистка от посторонних примесей,
- нет очистки от сероводорода,
- нет корректировки плотности полученного продукта на выходе.
Задачи создания группы изобретений: более полная очистка отработанных технологических жидкостей от вредных посторонних примесей и корректировка плотности полученного продукта на выходе.
Технический результат заявленного решения: более полная очистка отработанных технологических жидкостей от вредных посторонних примесей и корректировка плотности полученного продукта на выходе.
Решение указанных задач достигнуто в способе регенерации отработанных технологических жидкостей на основе водного раствора хлористого кальция, включающем сбор отработанных технологических жидкостей на скважине, механическую очистку, коагуляцию раствора коагулянтами и флокулянтами, окончательную очистку, приготовление раствора на растворно-солевом узле для глушения скважины и регулирование водородного показателя pH раствора, тем, что собранную отработанную технологическую жидкость перекачивают насосами в узел коагуляции и регулирования водородного показателя pH, который общим трубопроводом и насосом связан с блоком механической очистки, выход из блока механической очистки соединен с блоком фильтров для окончательной очистки, содержащем двухсекционный осветлитель, коалесцирующий фильтр и доочистной фильтр, выход из которого соединен с растворно-солевым узлом, коагуляцию раствора коагулянтами и флокулянтами производят из соотношения:
3
- коагулянт от 0,25 до 0,5 кг на 1 м технологической жидкости,
3
- флокулянт от 0,005 до 0,01 кг на 1 м технологической жидкости.
3
В растворно-солевом узле приготавливают раствор базовой плотности 1,36 г/см.
При выдаче раствора его разбавляют до требуемой плотности.
Норму внесения концентрированного раствора и технической воды длярегулирования плотности раствора определяют по формуле:
Решение указанных задач достигнуто в устройстве для регенерации отработанных технологических жидкостей способом по п. 1, включающем емкости сбора технологических жидкостей, блок механической очистки, блок коагуляции раствора коагулянтами и флокулянтами и систему регулирования водородного показателя pH раствора, тем, что емкости сбора технологических жидкостей общим трубопроводом с общим насосом соединены с блоком механической очистки, который соединен с узлом коагуляции и регулирования pH, который общим трубопроводом и насосом соединен с блоком фильтров для окончательной очистки, содержащим двухсекционный осветлитель, коалесцирующий фильтр и доочистной фильтр, выход из которого соединен с растворно-солевым узлом.
Растворно-солевой узел может быть выполнен с возможностью регулирования плотности технологической жидкости на выходе, для этого к нему присоединены трубопровод подачи концентрированного раствора и трубопровод подачи технической воды.
Устройство для регенерации отработанных технологических жидкостей может содержать систему очистки от сероводорода.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1…3, где:
на фиг. 1 приведена общая схема установки,
на фиг. 2 приведен узел коагулирования и корректировки водородного показателя Ph,
на фиг. 3 приведена схема управления устройством.
Условные обозначения, принятые в описании:
первичные трубопровод 2,
насос 3,
узел коагулирования и корректировки водородного показателя pH 4,
бачок с кислотой 5,
трубопровод кислоты 6,
насос кислоты 7,
бачок с щелочью 8,
трубопровод щелочи 9,
насос щелочи 10,
бачок коагулянта 11,
трубопровод коагулянта 12,
насос коагулянта 13,
бачок флокулянта 14,
трубопровод флокулянта 15,
насос флокулянта 16,
общий трубопровод 17,
общий насос 18,
блок механической очистки 19,
трубопровод подачи на очистку 20,
насос подачи на очистку 21,
блок фильтров 22,
выходной трубопровод 23,
выходной насос 24,
растворно-солевой узел 25,
выходной патрубок 26,
выходной вентиль 27,
трубопровод подачи концентрированного раствора 28,
трубопровод подачи технической воды 29,
двухсекционный осветлитель 30,
коалесцирующий фильтр 31,
доочистной фильтр 32,
блок управления 33,
линия управления 34,
контроллер измерения 35,
линия измерения 36.
датчик водородного показателя Ph 37.
Устройство для регенерации технологических жидкостей содержит (фиг. 1): приемные резервуары 1, которые первичными трубопроводами 2, содержащими насосы подачи отработанных жидкостей 3 соединены с узлом коагулирования и корректировки водородного показателя Ph 4,
Отработанные технологические жидкости могут быть получены как:
- отходы использования блокирующих жидкостей и жидкостей для гидроразрыва пласта;
- раствор хлорида кальция, отработанный при глушении и промывке скважин;
- раствор солевой, отработанный при глушении и промывке скважин, умеренно опасный;
- раствор солевой, отработанный при глушении и промывке скважин, малоопасный;
- эмульсия водно-нефтяная при глушении и промывке скважин умеренно опасная;
- эмульсия водно-нефтяная при глушении и промывке скважин малоопасная;
- отходы деструкции геля на водной основе при освоении скважин после гидроразрыва пласта;
- кислотная стимулирующая композиция на основе соляной кислоты, отработанная;
- отходы очистки емкостей приготовления солевых растворов для глушения и промывки скважин;
- жидкие отходы разработки рецептур жидкостей для глушения и промывки скважин в виде водно-нефтяной эмульсии, содержащей соляную кислоту;
- нефтяные промывочные жидкости, утратившие потребительские свойства;
- нефтяные промывочные жидкости, утратившие потребительские свойства, не загрязненные веществами 1-2 классов опасности;
- нефтяные промывочные жидкости, содержащие нефтепродукты менее 70%, утратившие потребительские свойства;
- нефтяные промывочные жидкости на основе керосина, отработанные;
- отходы герметизирующих жидкостей на основе нефтепродуктов.
К узлу коагулирования и корректировки водородного показателя Ph 4 присоединены бачок с кислотой 5, с трубопроводом кислоты 6, насосом кислоты 7 и бачок с щелочью 8 с трубопроводом щелочи 9 и насосом щелочи 10. Это необходимо для корректировки водородного показателя Ph раствора.
Кроме того, устройство содержит систему подачи коагулянта и флокулянта состоящую из бачка коагулянта 11 с трубопроводом коагулянта 12 и насосом коагулянта 13 и бачок флокулянта 14 с трубопровод флокулянта 15 и насосом флокулянта 16.
Узел коагулирования и корректировки водородного показателя Ph 4 общим трубопроводом 17 с общим насосом 18 соединен с блоком механической очистки 19.
3
3
К блоку механической очистки 19 присоединена емкость для сбора отделившихся нефтепродуктов объемом от 0,2 м до 10 м (На чертежах фиг. 1…3 эта емкость не показана).
Выход из блока механической очистки 19 трубопроводом подачи на очистку 20, с насосом подачи на очистку 21, соединен с блоком фильтров 22, выход из которого выходным трубопроводом 23 с выходным насосом 24 соединен с растворно-солевым узлом 25.
Подробно конструкция блока фильтров 22 приведена на фиг. 2 и он содержит соединенные последовательно три фильтра: двухсекционный осветлитель 30, коалесцирующего фильтр 31 и доочистной фильтр 32.
Нейтрализатор сероводорода также может быть подан через узел коагулирования и корректировки водородного показателя Ph 4 вместе с коагулянтами, кислотой или щелочью.
Водородный показатель рН.
Водородный показатель, рН (произносится «пэ аш», английское произношение англ.  «пи эйч») - мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая ею кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр:
К растворно-солевому узлу 25 присоединены выходные патрубки 26, с вентилями 27 для раздачи раствора потребителям.
Растворно-солевой узел 25 может быть выполнен с возможностью регулирования плотности технической жидкости на выходе, для этого к нему должны быть присоединены трубопровод подачи концентрированного раствора 28 и трубопровод подачи технической воды 29 (фиг. 1).
Более детально узел коагулирования и корректировки Ph 4 показан на фиг. 2.
Блок фильтров 22 предназначен для полной очистки регенерируемой жидкости от примесей.
Подача коагулянта и флокулянта строго дозирована и подобрана экспериментально для всех случаем работу устройства:
3
- коагулянт от 0,25 кг до 0,5 кг на 1 м технологической жидкости,
3
- флокулянт от 0,005 кг до 0,01 кг на 1 м технологической жидкости. Влияние количества коагулянтов и флокулянтов на очистку продукта на 1000 л. раствора приведено в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Влияние количества коагулянтов (кг/1000 л раствора) на степень очистки продукта
Вывод по табл. 1
Оптимальной количество коагулянтов по степени очистки продукта от 0,25 до 0,5 кг/1000 л
Таблица 2
Вывод по табл. 2
3
Оптимальное количество флокулянтов по степени очистки продукта от 0,05 до 0,1кг/1м.
Для корректировки плотности раствора предусмотрены трубопровод подачи технической воды 29 и трубопровод подачи концентрированного раствора 28 (фиг. 1).
Расчет потребной воды выполняется по формулам, приведенным ниже, или в соответствии с табл. 3 (Приложение).
Норма внесения химреагентов для регулирования плотности раствора определяется по формуле:
Vкр=(Ртр-Ртв)/(Ркр-Р
)*V
Т
В
АЦ
где:
K
3
Vp - объем добавки концентрированного раствора, м;
3
Vац - объем цистерны, м;
3
Ртр - плотность требуемого раствора, г/см;
3
Ртв - плотность технической воды, г/см;
3
Ркр - плотность концентрированного раствора, г/см.
Объем технической воды определяется по формуле:
V
= V
- Vк
,
tb
ац
Р
3
где Vтв - объем технической воды, м.
3
Добавляя необходимое количество концентрированного раствора или технической воды в растворно-солевом узле 25 можно получить плотность технической жидкости от 1,05 до 1,6 г/см.
Устройство для регенерации может содержать (фиг. 3) блок управления 33, к которому присоединены линии управления 34, контроллер измерения 35, линии измерения 36, соединенные с датчиками в том числе с датчиком водородного показателя pH 37.
РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА
Способ регенерации осуществляют следующим образом (фиг. 1…3).
Отработанные технологические жидкости загружаются в приемные резервуары 1.
Отработанные технологические жидкости из приемных резервуаров 1 перекачиваются насосами 3 по первичным трубопроводам 2 в узел коагуляции и коррекции водородного показателя pH 4.
Коррекция pH выполняется в узле коагуляции и коррекции водородного показателя pH 4 при помощи включения подачи или щелочи или кислоты.
Для этого из бачка с кислотой 5 по трубопроводу кислоты 6 насосом кислоты 7 подают кислоту или из бачка с щелочью 8 по трубопроводу щелочи 9 насосом щелочи 10 подают щелочь.
В узле коагуляции и коррекции водородного показателя pH 4 выполняют также коагуляцию регенерируемого раствора и полученный продукт в форме хлопьев задерживается на блоке фильтров 22 (фиг. 1 и 2). Блок фильтров 22 состоит из трех фильтров: двухсекционного осветлителя 30, коалесцирующего фильтра 31 и доочистного фильтра 32. Блок фильтров 22 периодически очищают.
Для обеспечения практически полной очистки регенерируемого раствора применяют одновременно коагулянты и флокулянты.
В качестве коагулянтов могут быть использованы сульфат алюминия, сульфат железа или оксихлорид алюминия и др., в качестве флокулянтов - высокомолекулярные флокулянты на основе полиакриламида, например, флокулянты марки «ПРАЕСТОЛ».
Осветление - это устранение мутности воды путем снижения в ней содержания взвешенных примесей.
Коагулянты - вещества, способствующие объединению мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления. Применение коагулянтов производится с целью снижения окисляемости обрабатываемой воды, содержания взвешенных веществ, уменьшения общей щелочности и улучшения основных технологических процессов обработки воды.
Флокулянты - это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц в обрабатываемой воде, тем самым интенсифицирующих процесс образования хлопьев и увеличивающих их размеры. Ввод флокулянта в обрабатываемую воду позволяет улучшить осветление воды, качество обрабатываемой воды по ряду контролируемых показателей.
Тонкодисперсные коллоидные частицы, обладая одноименным электрическим зарядом, взаимно отталкиваются и вследствие этого не могут укрупняться и выпадать в осадок. Одним из наиболее широко применяемых на практике способов снижения в воде содержания тонкодисперсных примесей является их коагулирование с последующим осаждением и фильтрованием.
Сущность процесса коагулирования заключается в следующем.
В исходную воду вводят специальные вещества, называемые коагулянтами. Особенность этих веществ заключается в том, что они имеют противоположный по отношению к коллоидным частицам заряд. При добавлении в воду коагулянтов происходит постепенное снижение электролитического потенциала отдельных коллоидных частиц. Под действием сил молекулярного притяжения эти частицы начинают слипаться, укрупняться и выпадать в осадок. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом хлопьев и отделением их от жидкой среды. Оседающие хлопья при движении адсорбируют на своей поверхности взвешенные примеси. Таким образом, по мере осаждения хлопьев происходит постепенное осветление воды.
Процесс флокуляции следует рассматривать как образование хлопьев при взаимодействии компонентов двух разнородных систем: макромолекул растворимых полимеров (флокулянтов) и частиц коллоидных растворов и суспензий с четкой поверхностью раздела фаз.
Флокуляция обусловлена сорбцией одной и той же макромолекулы на двух или более частицах с образованием между ними «мостиков», что и приводит к возникновению в дисперсии крупных, быстро седиментирующихся агрегатов.
Таким образом при добавлении коагулянтов и флокулянтов в воду запускается процесс укрупнения. Примеси, частицы, плавающие в воде и создающие муть, начинают объединяться в крупные, видимые скопления. Это происходит до тех пор, пока они не достигнут размера хлопьев, чтобы осесть.
Выбрано оптимальное количество коагулянтов и флокулянтов для качественной очистки продукта, а именно:
3
- коагулянт от 0,25л до 0,5 л на 1 м технологической жидкости,
3
- флокулянт от 0,005л до 0,01 л на 1 м технологической жидкости.
Применение меньших количеств коагулянтов и флокулянтов нецелесообразно из-за их низкой эффективности, а большего - из-за отсутствия дальнейшего эффекта осветления продукта.
Заявленный способ отвечает всем международным экологическим нормам. Оборудование, используемое при осуществлении этого способа переработки отработанных технологических жидкостей, является компактным, современным и не требует сложного обслуживания.
В приемные резервуары или через узел коагулирования и корректировки водородного показателя pH 4 возможно добавление нейтрализатора сероводорода, например «БАЗИС-ПС»
3
Добавляя необходимое количество концентрированного раствора или технической воды в растворно-солевом узле 25 можно получить плотность технологической жидкости от 1,05 до 1,6 г/см.
Этот процесс может выполняться вручную, используя данные табл. 3 (Приложение или автоматизирован (фиг. 3).
В приемные резервуары 1 или через узел коагулирования и корректировки водородного показателя pH 4 возможно добавление поглотителя сероводорода или нейтрализатора сероводорода, например «БАЗИС-ПС», хорошо зарекомендовавшего себя в устройствах подобного типа.
Применение группы изобретения позволило:
- очистить полученный продукт от сероводорода и других посторонних примесей, методом коагуляции,
- уменьшить затраты потребляемой технологической жидкости при заливке скважин за счет отказа от ПАВ,
- корректировать водородный показатель pH продукта (технологической жидкости) на входе к потребителю, в зависимости свойств почвы на его скважине, выдавать регенерируемую технологическую жидкость в зависимости от потребности заказчика по ее плотности.
Приложение
Таблица 3