АППАРАТ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и предназначена для использования на нефтепромыслах для очистки попутно добываемой пластовой воды от нефтепродуктов и механических примесей.
Из уровня техники известен отстойник (патент РФ на полезную модель №23054, МПК B01D 17/00, C02P 1/40, опубл. 20.05.2002), содержащий корпус с патрубками ввода многофазной смеси и вывода отделившихся фаз, распределительной решеткой, перегородками и блоком насадок полочного типа, выполненный из пакета горизонтально размещенных по высоте корпуса параллельных гофрированных пластин.
К недостаткам известного отстойника относятся:
1. В процессе эксплуатации отстойника в блоках полочных насадок происходит засорение продольных прорезей осаждающимися на гофрированных горизонтально размещенных пластинах механическими примесями, а именно: имеющиеся прорези в верхней и нижней части гофра пластины, предназначенные для отделения тяжелой и легкой фазы, засоряются до их полного перекрытия и последующего уплотнения осадка. В такой ситуации при неработающем блоке полочных насадок (так как через блок полочных насадок проходит смесь без отделения легкой и тяжелой фазы), значительно ухудшается качество подготовки воды, снижается производительность и надежность работы отстойника. Также при неработающем блоке полочных насадок возникающие гидродинамические возмущения потока смеси приводят к вторичному загрязнению воды, что способствует ухудшению качества ее очистки.
2. Используемая в отстойнике система промывки от загрязнений блока полочных насадок, которая используется при отключенном из работы и опорожненном состоянии, не эффективна. Система промывки используется с подачей промывной воды через коллекторы, расположенные над блоком полочных насадок, при этом фактически происходит очистка только верхней пластины насадки, загрязнение всего пакета насадки не устраняется, и работоспособность блока насадок не восстанавливается.
3. В данном типе отстойника не решена задача сбора и вывода легкой фазы (нефти) из зоны сбора воды после очистки, а именно: при выполнении процесса подготовки воды (высокобводненной нефти) из потока, выходящего из блока полочных насадок после разделения фаз и поступающего в зону ее сбора после очистки, происходит отделение определенного количества нефтепродукта содержащегося в потоке, которое влияет на ухудшение качества подготовки воды.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является аппарат очистки нефтесодержащих сточных вод - отстойник (патент РФ на изобретение №2469766, МПК B01D 17/02, опубл. 20.12.2012), содержащий емкость, патрубок ввода смеси, патрубки вывода очищенной воды, вывода легкой фазы и вывода тяжелой фазы, коалесцирующие блоки, выполненные в виде пакетов пластин полимерного материала определенной толщины, установленные с определенным зазором между пластинами, причем суммарная толщина блока пластин до 2 м.
Процесс очистки смеси в прототипе происходит следующим образом.
Смесь для очистки через два патрубка ввода, расположенных в верхней части аппарата с левой и правой стороны, подается через распределители потока к центральной части через блоки коалесцирующих насадок, представляющих собой пакеты пластин из полимерного материала, установленных на определенном расстоянии друг от друга. При прохождении пластин капли нефти укрупняются и под действием потока жидкости отделяются и поступают в среднюю зону аппарата, откуда отделившаяся нефть выводится через патрубок вывода нефти, расположенный в верхней части аппарата. Очищенная пластовая вода выводится через устройство сбора и вывода воды и патрубок, расположенный в нижней средней части аппарата.
Недостатками известного устройства (прототипа) являются:
- низкая эффективность работы данного устройства при непостоянной исходной загрязненности пластовой воды (что в нефтепромысловой практике является нередким явлением), поскольку конструкция пакета пластин рассчитана для очистки потока смеси с невысоким и постоянным уровнем загрязнения (содержание нефтепродуктов и механических примесей);
- невозможность очистки или промывки пакета пластин после кольматации поверхности полимерного материала пластин высоковязкими и твердыми компонентами нефтепродуктов содержащихся в поступающей для очистки смеси;
- полимерный материал, из которого изготовлены пластины, составляющие блоки коалесцирующих насадок не температуроустойчивы, и при выполнении подогрева водяным паром в период подготовки аппарата для профилактических работ, возможны конструктивные изменения пакета пластин с изменением зазоров между пластинами;
- в данном типе аппаратов не решен вопрос периодического удаления отделяющейся тяжелой фракции из аппарата.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание аппарата очистки воды, отвечающего поставленным требованиям по качеству подготовки воды, обеспечивающего повышение эффективности очистки пластовой воды и стабильные показатели качества очистки пластовой воды от нефтепродуктов и механических примесей.
Технический результат от использования предложенной конструкции аппарата очистки воды состоит в повышении эффективности очистки пластовой воды за счет равномерного двухстороннего распределения потока входящей смеси по всему рабочему объему аппарата при низкой скорости прохождении смеси через коалесцирующие блоки, имеющие большую площадь контакта с входным потоком, и обеспечение стабильных показателей качества очистки пластовой воды от нефтепродуктов и механических примесей при неравномерных расходах входной смеси для разделения и при увеличении степени загрязнения.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата решается тем, что аппарат очистки воды, содержащий емкость с патрубками ввода многофазной смеси и вывода отделившихся фаз, коалесцирующие блоки, снабжен устройством распределения входного потока многофазной смеси, выполненным в виде перфорированных трубопроводов, размещенных вдоль боковой части обечайки емкости аппарата с обеих сторон на середине его высоты, коалесцирующие блоки выполнены в виде двухслойной металлической решетки, расположенной вдоль боковой части аппарата с двух сторон и отделяющей рабочий объем аппарата от устройства распределения входного потока.
Кроме того, аппарат снабжен устройствами сбора и вывода очищенной воды, расположенными со стороны боковых эллиптических днищ на определенном уровне от нижней линии обечайки.
Кроме того, аппарат снабжен системой размыва и удаления донных отложений.
Снабжение аппарата очистки воды устройством распределения входного потока многофазной смеси, выполненным в виде перфорированных трубопроводов, размещенных вдоль боковой части обечайки емкости аппарата с обеих сторон на середине его высоты, обеспечивает равномерное двухстороннее распределения входного потока смеси по всему рабочему объему аппарата при низкой скорости прохождении смеси через коалесцирующие блоки.
Выполнение коалесцирующих блоков в виде двухслойной металлической решетки, расположенной вдоль боковой части аппарата с двух сторон и отделяющей рабочий объем аппарата от входного устройства распределения потока, позволяет с учетом предлагаемой конструкции блока производить эксплуатацию аппарата длительный период без его чистки и регенерации, и обеспечивает равномерное двухстороннее распределение потока входящей многофазной смеси по всему рабочему объему аппарата очистки воды при низкой скорости прохождении смеси через коалесцирующие блоки, имеющие высокую площадь контакта с входным потоком.
Применение системы размыва донных отложений непосредственно при рабочем цикле позволит обеспечить стабильные показатели качества подготовки воды по содержанию механических примесей в межремонтных рабочих периодах аппарата.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по разделению многофазных смесей, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного изготовления аппарата очистки воды, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения аппарата очистки воды, который наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определенные прилагаемой формулой.
Аппарат очистки воды описывается далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг. 1 изображен общий вид аппарата, разрез;
- на фиг. 2 то же, вид сбоку.
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы аппарата очистки воды обозначены следующими позициями:
1 - емкость;2
2 - патрубок ввода многофазной смеси;
3 - патрубок вывода очищенной воды;
4 - устройство распределения входного потока;
5 - сборный колпак;
6 - патрубок вывода легкой фазы (уловленная нефть);
7 - коалесцирующие блоки;
8 - устройство сбора и вывода очищенной воды;
9 - патрубок вывода тяжелой фазы (механические примеси);
10 - система размыва и удаления донных отложений;
11 - патрубок ввода воды для размыва донных отложений.
Аппарат очистки воды содержит емкость 1, патрубок 2 ввода многофазной смеси, устройство 4 распределение входного потока, коалесцирующие блоки 7, устройства 8 сбора и вывода очищенной воды, патрубок 3 вывода очищенной воды, патрубок 6 вывода отделившейся легкой фазы, патрубок 9 вывода тяжелой фазы. Устройство 4 распределения входного потока многофазной смеси изготовлено в виде перфорированных трубопроводов, размещенных вдоль боковой части обечайки емкости аппарата с обеих сторон на середине его высоты. Коалесцирующие блоки 7 состоят из двух слоев металлической решетки, также имеют двустороннее размещение вдоль боковой части (обечайки) аппарата и отделяют зону ввода многофазной смеси от рабочей отстойной зоны аппарата. Сбор и вывод воды из аппарата также имеет двустороннюю схему размещения у каждого эллиптического днища аппарата. В средней верхней части аппарата расположен сборный колпак 5 и патрубок 6 для вывода уловленной нефти. В нижней части рабочей зоны аппарата установлена система 10 размыва и удаления донных отложений.
Аппарат работает следующим образом.
Поток многофазной смеси (вода, нефть, механические примеси) подается в аппарат на разделение через патрубок 2 ввода, расположенный в нижней центральной части аппарата, затем поток трубопроводами разделяется и поступает в устройство 4 распределения входного потока, имеющее двустороннее исполнение и выполненное в виде перфорированных трубопроводов, размещенных вдоль боковой части обечайки емкости аппарата с обеих сторон на середине его высоты. Причем выход потока из отверстий перфорации имеет направление в противоположную сторону коалисцирующих блоков, т.е. в сторону обечайки для обеспечения увеличения длины прохождения потока и для снижения «застойной зоны» рабочего объема аппарата. Перфорация имеет двухрядное исполнение (30° к нижней и верхней части аппарата) относительно горизонтальной оси перфорированного трубопровода. Распределенные потоки смеси с низкой скоростью проходят коалесцирующие блоки 7, имеющие также двустороннее исполнение и состоящие из двух рядов металлических решеток, причем решетки коалесцирующих блоков 7 отделяют входной поток от зоны разделения смеси центральной части аппарата. Металлические двухслойные решетки имеют размер ячейки 20×20 мм, данное исполнение позволяет обеспечить высокую площадь контакта входного потока с поверхностью решетки. При прохождении смеси через решетки коалесцирующих блоков капли нефти укрупняются, образуя на поверхности контакта пленочную нефть, которая, достигнув критической толщины, отрывается от поверхности решеток под влиянием потока жидкости и посредством вертикального движения поступает в верхнюю часть зоны разделения.
Очищенная пластовая вода выводится через патрубки 3 и через устройства 8 сбора и вывода воды, расположенные с обеих сторон на эллиптических днищах аппарата. Устройства 8 сбора и вывода воды представляют собой перфорированные патрубки длиной 1-1,5 м и размещаются ориентировочно на высоте 0,5 м ниже уровня оси аппарата в зоне, в которой пластовая вода достигает максимальной чистоты. В зависимости от диаметра и объема применяемого аппарата высота размещения и длина устройств 8 сбора и вывода воды корректируется.
Отделившаяся в зоне разделения уловленная нефть поступает в сборный колпак 5, и через патрубок 6 выводится из аппарата. Сборный колпак 5 используется для сбора легкой фазы (уловленной нефти). Комплектация сборным колпаком способствует также увеличению рабочей зоны аппарата для разделения смеси.
В зоне разделения происходит также отделение механических примесей, содержащихся во входящем потоке многофазной смеси с последующим их накоплением в нижней части аппарата. Периодический размыв донных отложений и вывод размытого осадка производится при помощи системы 10 размыва и удаления донных отложений. Система размыва и удаления донных отложений представляет собой трубопровод Ду = 50 мм. из нержавеющей стали, расположенный вдоль всего аппарата в нижней его части, с форсунками направленными под углом 30° к обечайке. Данная технологическая операция выполняется при подаче воды для размыва донных отложений через патрубок 11 и одновременным выводом размытого осадка (тяжелая фаза) через патрубок 9. Периодичность и минимальный период времени размыва определяется в период эксплуатации аппарата с учетом уровня загрязнения входного потока до очистки, и выходного потока после очистки.
3
3
Настоящее техническое решение позволяет обеспечить высокую степень очистки пластовой воды. Концентрация нефти в очищенной воде составляет менее 20 мг/дм, механических примесей - менее 10 мг/дм, что удовлетворяет требованиям при закачке в продуктивные пласты даже с низкой проницаемостью. Использование предлагаемого аппарата позволяет исключить залповый сброс загрязнений в систему поддержания пластового давления и в конечном итоге снизить потерю приемистости нагнетательных скважин и повысить нефтеотдачу пластов.
Изготовление предлагаемого аппарата очистки воды не требует разработки нового оборудования и переоснащения существующих производств, а используемые средства широко применяются в нефтяном машиностроении, что подтверждает возможность практической реализации и достижения технического результата.