СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
METHOD OF ULTRASONIC DESTRUCTION OF OIL-IN-WATER EMULSION

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам обезвоживания нефти.
2
Известно, что под влиянием звуковых колебаний между частицами, колеблющимися в акустическом поле, возникают силы притяжения и отталкивания. В водонефтяных эмульсиях такие силы притяжения между каплями воды способствуют их сближению, коалесценции и последующему осаждению в отдельную фазу. Приводится, что эмульсии глицерина с водой и гексана с парафином расслаиваются при обработке ультразвуком с частотой 1 МГц и интенсивностью 2 Вт/см (Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике / под ред. B.C. Григорьева и Л.Д. Розенберга. - М.: Издательство иностранной литературы, 1957. - 727 с.).
Недостатками данного способа являются невысокая степень разделения веществ и необходимость длительного отстаивания эмульсии после ультразвукового воздействия.
Наиболее близкими по технической сущности являются способ и устройство для деэмульсификации эмульсии вода-нефть посредством воздействия ультразвука (см. пат. RU №2339679, МПК 7 C10G 33/00, опубл. 27.11.2008 г.), включающие этап формирования потока эмульсий вода-нефть через область воздействия ультразвука вдоль направления потока. При этом создают попутную ультразвуковую волну, направление распространения которой совпадает с направлением потока эмульсий, и противоточную ультразвуковую волну, направление распространения которой противоположно направлению потока эмульсий. На передней и задней сторонах устройства установлены ультразвуковые преобразователи. После деэмульсификации эмульсии вода-нефть осаждают под действием силы тяжести и разделяют или осаждают и разделяют в электрическом поле для обезвоживания.
Недостатком данного способа является необходимость длительного отстаивания водонефтяной эмульсии после ультразвукового воздействия для обезвоживания нефти.
Техническими задачами предлагаемого способа являются сокращение времени отстаивания и снижение капитальных затрат для обезвоживания нефти.
Технические задачи решаются способом разрушения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия, включающим процесс обработки эмульсии деэмульгатором, ультразвуком и процесс отстаивания.
Новым является то, что предварительно определяется оптимальный уровень удельной акустической мощности ультразвука, позволяющий достичь минимальной доли воды в нефти, а отстаивание эмульсии осуществляют в процессе обработки ультразвуком.
Новым является также то, что дополнительно определяется высокий уровень удельной акустической мощности ультразвука, позволяющий за минимально возможное время достичь доли воды в нефти ниже порогового значения, при этом проводят последовательную обработку эмульсии ультразвуком с высоким и оптимальным уровнями удельной акустической мощности.
При высоком уровне удельной акустической мощности ультразвука происходит быстрое отделение основного количества воды, но при таком воздействии возрастает роль процессов диспергирования, что не позволяет добиться высокой глубины обезвоживания нефти. При оптимальном уровне удельной акустической мощности ультразвука максимально интенсифицируются процессы коалесценции капель воды и минимизируются процессы диспергирования, что позволяет достичь максимального эффекта по глубине обезвоживания нефти.
На фиг. 1 и 2 представлены графики, поясняющие способ разрушения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия.
Для определения значений высокого и оптимального уровней удельной акустической мощности ультразвука заданный образец водонефтяной смеси, состоящей из воды и нефти или воды, нефти и деэмульгатора (Смирнов Ю.С. Применение деэмульгаторов для подготовки нефти на промыслах // Нефтепромысловое дело: - обзорная информация. - 1987. - вып. 20. - 44 с.), обрабатывают ультразвуком с фиксированной частотой колебаний при разных значениях удельной акустической мощности (от минимального до максимального значений) из имеющегося диапазона удельной акустической мощности, определяют остаточную долю воды в образце водонефтяной смеси после обработки ультразвуком при каждом значении удельной акустической мощности и фиксируют время обработки. За оптимальный уровень удельной акустической мощности ультразвука принимается значение удельной акустической мощности, при котором достигается минимальная доля воды в нефти после обработки ультразвуком. За высокий уровень удельной акустической мощности ультразвука принимается значение удельной акустической мощности, при котором за минимально возможное время достигается доля воды в нефти ниже порогового значения. Эмпирическим путем для каждой частоты ультразвука выбирается пороговое значение доли воды в нефти, которое обычно составляет от 2 до 16%.
Для каждой фиксированной частоты ультразвука и для каждой водонефтяной смеси опытным путем определяются свои значения оптимального и высокого уровней удельной акустической мощности ультразвука.
В таблице приведены значения высокого и оптимального уровней удельной акустической мощности ультразвука и времени обработки при частоте ультразвука от 20 до 1000 кГц, температуре нагрева 85°C, концентрации деэмульгатора (Интекс-720, Рекод-118 А2/3 и др.) 50 г/т на примере разрушения эмульсии сверхвязкой нефти Ашальчинского месторождения с применением ультразвукового воздействия. Исходная доля воды в эмульсии составляла 50%. В данном случае при обработке эмульсии ультразвуком с частотой от 20 до 1000 кГц пороговые значения доли воды в нефти составляют от 16 до 2% соответственно, что соответствует отделению основной части воды (от 81 до 98% соответственно) от нефти за минимально возможное время.
Пример 1 (фиг. 1)
Условия процесса обезвоживания сверхвязкой нефти Ашальчинского месторождения: температура нагрева - 85°C, концентрация деэмульгатора (Интекс-720, Рекод-118 А2/3 и др.) -50 г/т, частота ультразвука - 100 кГц.
3
При данных условиях оптимальному уровню удельной акустической мощности ультразвука соответствует значение 10 Вт/дм, при котором достигается минимальная массовая доля воды в нефти 0,9% (время обработки 2 ч).
3
3
Обезвоживание нефти без обработки ультразвуком (линия 1) позволяет за 4 ч отстаивания эмульсии снизить массовую долю воды с 50 до 41%. Ультразвуковое воздействие на эмульсию в течение 5 мин с удельной акустической мощностью 10 Вт/дм с последующим отстаиванием (линия 2) снижает массовую долю воды в нефти до 0,9% за 4 ч. Отстаивание эмульсии в процессе обработки ультразвуком с удельной акустической мощностью 10 Вт/дм в течение 2 ч (линия 3) позволяет в 2 раза сократить время для обезвоживания нефти до массовой доли воды 0,9%. Сокращение времени для обезвоживания нефти в 2 раза позволяет уменьшить объем отстойного оборудования и в 2 раза снизить капитальные затраты.
Пример 2 (фиг. 2)
Условия процесса обезвоживания сверхвязкой нефти Ашальчинского месторождения: температура нагрева - 85°C, концентрация деэмульгатора (Интекс-720, Рекод-118 А2/3 и др.) -50 г/т, частота ультразвука - 100 кГц.
3
3
При данных условиях высокому уровню удельной акустической мощности ультразвука соответствует значение 200 Вт/дм (линия 4), при котором за время обработки 5 мин (минимально возможное время) достигается массовая доля воды в нефти 5% (выбранное пороговое значение доли воды в нефти при частоте 100 кГц), оптимальному уровню удельной акустической мощности ультразвука соответствует значение 10 Вт/дм (линия 5), при котором достигается минимальная массовая доля воды в нефти 0,9% (время обработки 2 ч).
3
3
Последовательная обработка эмульсии ультразвуком с высоким уровнем удельной акустической мощности 200 Вт/дм в течение 5 мин (линия 4′) и последующая обработка в течение 1 ч с оптимальным уровнем удельной акустической мощности 10 Вт/дм (линия 5′) позволяет примерно в 2 раза сократить время обработки эмульсии ультразвуком до 1 ч 5 мин для обезвоживания нефти до массовой доли воды 0,9%. В сравнении с раздельной обработкой ультразвуком и отстаиванием эмульсии (линия 2, фиг. 1) последовательная обработка эмульсии с высоким и оптимальным уровнями удельной акустической мощности позволяет примерно в 4 раза сократить время для обезвоживания нефти и, соответственно, примерно в 4 раза снизить капитальные затраты на отстойное оборудование.
Выбор способа разрушения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия по примеру 1 или примеру 2 определяется экономической эффективностью данного способа по минимальным суммарным затратам на отстаивание и обработку ультразвуком различной мощности.
Предлагаемый способ разрушения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия позволяет в 2-4 раза сократить время отстаивания и капитальные затраты на обезвоживание нефти.