СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ЕМКОСТИ
PROCEDURE FOR BREAKDOWN OF WATER-OIL EMULSION IN TANK

Изобретение относится к технике разрушения водонефтяных эмульсий и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в процессах обезвоживания нефти и нефтепродуктов.
Известны способы разрушения эмульсий, например, разрушение нефтей и нефтепродуктов решается центрифугированием. Сущность этого способа заключается в следующем. Нефтяная эмульсия подается в центрифугу, в которой размещается быстро вращающийся направляющий аппарат, придающий ей определенное направление движения. Благодаря центробежной силе вода, как более тяжелая, приобретает большую скорость и стремится выйти из связанного состояния, концентрируясь и укрупняясь вдоль стенок аппарата и стекая вниз. Обезвоженная нефть и вода отводятся по самостоятельным трубам [1 - Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра. 1966. - С.85].
Недостаток этой технологии - сложность конструкции.
Наиболее близким способом к технической сущности является электрический способ деэмульсации нефтей. Эмульсия, т.е. вся ее дисперсная система, электрически находится в уравновешенном состоянии и взаимодействующие положительные заряды капель воды стремятся воспрепятствовать сближению их и агрегированию, придавая таким образом дополнительную стабильность. При перемещении фаз эмульсии под действием внешних сил дисперсная система прекращает быть нейтральной, так как часть отрицательных зарядов, находящихся на удалении от капель, уносится от них. Начинает превалировать положительный заряд капель воды, которые становятся по отношению к системе электрически заряженными положительным зарядом до определенного потенциала. Однако заряд капель может быть не только положительным, а и отрицательным в зависимости от кислотности нефтяной среды [2 - Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра. 1966. - С.101, прототип].
Недостаток данного способа заключается в том, что наиболее эффективно электрическому воздействию поддаются эмульсии «вода в нефти», так как электрическая проводимость воды, да еще и соленой, во много раз превышает проводимость нефти. Поэтому электрообработка эмульсии «нефть в воде» невозможна в связи с постоянной угрозой замыкания электродов через эмульсию.
Технической задачей изобретения является эффективное разрушение водонефтяной эмульсии путем переориентации дипольных молекул воды на линиях магнитной индукции.
Технический результат достигается тем, что в предложенном способе разрушения водонефтяной эмульсии в емкости, включающей набор стержневых электродов, дисковый электрод и водонефтяную эмульсию, предусматривающем следующие стадии: а) - пропускание водонефтяной эмульсии через распределительную, рабочую и выходную камеры, при этом в распределительной камере в пространстве перед входными отверстиями в рабочую камеру формируется равномерное распределение водонефтяной эмульсии, при этом в рабочей камере поток водонефтяной эмульсии течет параллельно стержневым электродам; б) - подачу на стержневые электроды синусоидального напряжения, при этом осуществляется коагуляция дипольных молекул воды в пространстве линий магнитных индукций и коагуляция молекул углеводородных структур в пространстве за пределами линий магнитных индукций, после чего коагулированные дипольные молекулы воды и коагулированные молекулы углеводородных структур из рабочей камеры через отверстия в дисковом электроде поступают в выходную камеру с последующим удалением через выходной патрубок.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном способе в результате периодической переориентации дипольных молекул воды, расположенных на линиях магнитной индукции, осуществляется выталкивание углеводородных структур, как неполярных диэлектриков, в пространство за пределы линий магнитных индукций с последующей коагуляцией и молекул воды и углеводородных структур.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».
Сравнение заявленного решения с другими решениями показывает, что известен электрический способ деэмульсации нефтей [2. Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра. 1966. - С.101]. Однако не известно, что переориентация дипольных молекул на линиях магнитной индукции в водонефтяной эмульсии осуществляет выталкивание углеводородных структур, как неполярных диэлектриков, из водонефтяной эмульсии.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».
Основные положения, лежащие в основе предложенного способа
1. При пропускании синусоидального электрического тока через водонефтяную эмульсию между электродами формируются линии магнитной индукции.
2. Дипольные молекулы воды ориентируются в направлении линий магнитной индукции.
3. В процессе переориентации дипольных молекул воды осуществляется выталкивание углеводородных структур в пространство за пределы линий магнитной индукции.
4. В процессе выталкивания углеводородных структур дипольными молекулами воды происходит коагуляция и молекул воды, и углеводородных структур, что приводит к разрушению водонефтяной эмульсии.
На фиг.1 изображена схема устройства с элементами для обработки водонефтяной эмульсии.
На фиг.2 изображено расположение стержневых электродов в рабочей камере устройства для разрушения водонефтяной эмульсии.
На фиг.3 изображен фрагмент расположения фракций водонефтяной эмульсии в рабочей камере в пространстве на расстоянии между стержневым и дисковым электродами при отсутствии напряжения от источника энергии.
На фиг.4 изображен фрагмент расположения фракций водонефтяной эмульсии в рабочей камере в пространстве между стержневым и дисковым электродами при включенном источнике энергии.
На фиг.5 изображена дипольная поляризация молекул воды в направлении линий магнитной индукции (линии магнитной индукции около прямого проводника с током являются окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной проводнику; центры этих окружностей находятся на оси проводника).
На фиг.6 изображено синусоидальное напряжение источника энергии.
На фиг.7 изображено движение дипольной молекулы воды на линии магнитной индукции при синусоидальном напряжении источника энергии.
На фиг.8 изображено однополупериодное напряжение источника энергии.
На фиг.9 изображено движение дипольной молекулы воды на линии магнитной индукции при однополупериодном напряжении.
На фиг.10 изображено однополупериодное неполное выпрямленное синусоидальное напряжение.
На фиг.11 изображено движение дипольной молекулы воды на линии магнитной индукции при неполном однополупериодном неполном выпрямленном синусоидальном напряжении.
На фиг.12 изображены дипольные молекулы воды в пространстве на расстоянии между стержневыми и дисковым электродами после процесса коагуляции в рабочей камере.
На фиг.13 изображены углеводороды в пространстве на расстоянии между стержневыми и дисковым электродами после процесса коагуляции в рабочей камере.
На фиг.1 показано: 1 - источник напряжения, 2 - кожух устройства, 3 - распределительная камера, 4 - входной патрубок, 5 - стержневой электрод, 6 - отверстие для прохода водонефтяной эмульсии в рабочую камеру, 7 - рабочая камера, 8 - выходная камера для разделенной эмульсии, 9 -дисковый электрод, 10 - выходное отверстие в дисковом электроде для разделенной эмульсии, 11 - выходной патрубок.
На фиг.2 показано: 1 - источник напряжения, 2 - кожух устройства, 5 - стержневой электрод, 6 - отверстие для прохода водонефтяной эмульсии в рабочую камеру, 7 - рабочая камера, 12 - контурное соединение стержневых электродов первого ряда, 13 - контурное соединение стержневых электродов второго ряда, 14 - контурное соединение стержневых электродов третьего ряда.
На фиг.3 показан фрагмент рабочей камеры для одного стержневого электрода с водонефтяной эмульсией: 5 - стержневой электрод, 6 - отверстие для прохода водонефтяной эмульсии в рабочую камеру, 7 - рабочая камера, 9 - дисковый электрод, 10 - выходное отверстие в дисковом электроде для разделенной эмульсии, 15 - дипольная молекула воды, 16 - углеводородная структура.
На фиг.4 показан фрагмент для одного стержневого электрода с водонефтяной эмульсией при потоке электронов в рабочей камере: 5 - стержневой электрод, 6 - отверстие для прохода водонефтяной эмульсии в рабочую камеру, 7 - рабочая камера, 9 - дисковый электрод, 10 - выходное отверстие в дисковом электроде для разделенной эмульсии, 15 - дипольная молекула воды, 16 - углеводородная структура, 17 - электрон, 18 - цилиндрическая поверхность, состоящая из потока электронов.
На фиг.5 показано расположение дипольных молекул воды при ориентации дипольных молекул воды на линиях магнитной индукции: 15 - дипольная молекула воды, 16 - углеводородная структура, 17 - электрон, 19 - линия магнитной индукции.
На фиг.6 показано: 20 - синусоидальное напряжение, подаваемое на стержневые электроды, например, 50 Гц.
На фиг.7,а показано: 15 - дипольная молекула воды, 16 - углеводородная структура, 19 - линия магнитной индукции, 21 - направление силового воздействия (удара) дипольной молекулы воды на углеводородную структуру.
На фиг.7,б показано: 15 - дипольная молекула воды, 19 - линия магнитной индукции, 22 - угол вращения дипольной молекулы воды за период синусоидального напряжения на линии магнитной индукции составляет 360 градусов.
На фиг.8 показано: 23 - однополярное однополупериодное выпрямленное напряжение, подаваемое на стрежневые электроды, например на частоте 50 Гц.
На фиг.9 показано: 15 - дипольная молекула воды, 19 - линия магнитной индукции, 24 - угол вращения дипольной молекулы воды за однополярное однополупериодное выпрямление на линии магнитной индукции составляет 90 градусов.
На фиг.10 показано: 25 - однополупериодное неполное выпрямление синусоидального напряжения, подаваемое на стержневые электроды, например, на частоте 50 Гц.
На фиг.11 показано: 15 - дипольная молекула воды, 19 - линия магнитной индукции, 26 - угол вращения дипольной молекулы волы за однополупериодное однополярное выпрямление на линии магнитной индукции составляет, например, 60 градусов.
Пример осуществления способа
Первая операция
Пропускают водонефтяную эмульсию через последовательно соединенные камеры - распределительную 3 (фиг.1), рабочую 7 (фиг.1) и выходную 8 (фиг.1), причем поток водонефтяной эмульсии, состоящий из дипольных молекул воды 15 (фиг.3) и углеводородных структур 16 (фиг.3) в рабочей камере 7 (фиг.3) движется параллельно стержневым электродам 5 (фиг.3) из входных отверстий 6 (фиг.3) в отверстия 10 (фиг.3) дискового электрода 9 (фиг.3).
Во время первой операции поток водонефтяной эмульсии, состоящий из дипольных молекул воды и углеводородной структуры, поступивший через входной патрубок 4 (фиг.1) в распределительную камеру, равномерно распределяется в пространстве перед входными отверстиями и проникает в рабочую камеру в хаотическом виде (фиг.3) с последующим выходом через отверстия в дисковом электроде в выходную камеру и далее через выходной патрубок 11 (фиг.1) в технологическую линию (не показано).
Вторая операция
Подают напряжение от источника энергии 1 (фиг.1 и фиг.2) на стержневые электроды 5 (фиг.2), последовательно соединенные в контуре 12 (фиг.2) первого ряда, на стержневые электроды 5 (фиг.2), последовательно соединенные в контуре 13 (фиг.2) второго ряда, и на стержневые электроды 5 (фиг.2), последовательно соединенные в контуре третьего ряда 14 (фиг.2), например, синусоидальное напряжение 20 (фиг.6).
Во время второй операции происходят следующие физические процессы:
а) при стекании электронов 17 (фиг.4) с поверхности стержневых электродов 5 (фиг.4) создаются в пространстве потока водонефтяной эмульсии цилиндрические поверхности 18 (фиг.4), состоящие из электронов 17 (фиг.4), равные диаметру электродов;
б) вокруг электронных цилиндрических поверхностей 18 (фиг.4) формируются линии магнитной индукции 19 (фиг.5), равномерно распределенные в пространстве между торцами стрежневых электродов 5 (фиг.4) и дисковым 9 (фиг.4) электродом;
в) дипольные молекулы воды 15 (фиг.5) периодически согласно полярности подаваемого напряжения, например синусоидального напряжения 20 (фиг.6), на стержневые электроды 5 (фиг.4), ориентируются вдоль линий магнитных индукций 19 (фиг.5);
г) в результате периодической переориентации, равной частоте синусоидального напряжения 20 (фиг.6), дипольные молекулы воды 15 (фиг.7,а), расположенные на линиях магнитной индукции 19 (фиг.7,а), осуществляют выталкивание (ударом) 21 (фиг. 7,а) углеводородных структур 16 (фиг.7,а), как неполярных диэлектриков, в пространство за пределы линий магнитных индукций. Причем угол вращения 22 (фиг.7,б) дипольных молекул воды, размещенных на линии магнитной индукции, составляет 360 градусов;
д) в случае подачи однополупериодного выпрямленного напряжения 23 (фиг.8) угол поворота дипольной молекулы воды 15 (фиг.9), расположенной на линии магнитной индукции 19 (фиг.9) , составляет 90 градусов. При этом также происходит выталкивание (ударом) углеводородной структуры за пределы линий магнитной индукции;
е) в случае подачи однополупериодного неполного выпрямления синусоидального напряжения 25 (фиг.10) на стержневые электроды угол поворота дипольной молекулы воды 15 (фиг.11), расположенной на линии магнитной индукции 19 (фиг.11), составляет, например, угол поворота 26 (фиг.11) 60 градусов. При этом также происходит выталкивание (ударом) углеводородной структуры за пределы линий магнитной индукции;
и) осуществляется коагуляция 27 (фиг.12) молекул воды 15 (фиг.12) в пространстве линий магнитных индукций 19 (фиг.5);
к) осуществляется коагуляция 28 (фиг.13) углеводородных структур 16 (фиг.13) с остаточными дипольным молекулами воды 15 (фиг.13) в пространстве за пределами линий магнитных индукций;
л) коагулированная жидкость 27 (фиг.12) и коагулированные углеводородные структуры 28 (фиг.13) из рабочей камеры 7 (фиг.4) через отверстия 10 (фиг.4) в дисковом электроде 9 (фиг.4) поступают в выходную камеру 8 (фиг.1) с последующим удалением через выходной патрубок 11 (фиг.1) в технологическую линию (не показано).
Результаты стендовых испытаний, проведенные на водонефтяных эмульсиях в лаборатории Тюменского государственного нефтегазового университета.
1. Месторождение - Западно-Ноябрьское, куст №513, пласт БС12, обводненность 30%. После разрушения водонефтяной эмульсии остаток воды в нефти составил 0,2%.
2. Месторождение - Вынгапурское, куст №391 , скважина №1802, пласт БВ8, обводненность 30%. После разрушения водонефтяной эмульсии остаток воды в нефти составил 0,22%.