Совершенствование метода магнитной обработки водоуглеводородных дисперсных смесей в промысловых деэмульсаторах

УДК 665.622:66.066.6

Е. Г. Мурсалов Астраханский государственный технический университет

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДОУГЛЕВОДОРОДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СМЕСЕЙ В ПРОМЫ1СЛОВЫ1Х ДЕЭМУЛЬСАТОРАХ

Перед транспортировкой нефти на нефтеперерабатывающий завод производится её промысловая обработка. Одним из основных процессов подготовки нефти является разделение водоуглеводородной дисперсной смеси (ВУДС) в промысловых деэмульсаторах, являющихся частью установки комплексной подготовки нефти. От эффективной работы деэмульсаторов во многом зависит качество промысловой подготовки нефти.

Целью работы являлся анализ методов деэмульсации и совершенствование метода магнитной обработки ВУДС.

В основе процесса разделения ВУДС лежит процесс осаждения взвешенных капель и их коалесценции (коагуляции). На скорость этих процессов влияют температура подогрева разделяемой эмульсии и добавляемые в нефть реагенты - деэмульгаторы. К управляющим параметрам можно отнести и химические вещества, называемые флокулянтами. Они, так же как деэмульгаторы, способствуют коагуляции (или флокуляции) диспергированных капель, т. е. объединению их в группы, что, в свою очередь, приводит к ускорению процесса коалесценции. На скорость процесса коалесценции можно влиять и другими способами: использованием электрических полей, коалесцирующих фильтров, нетрадиционными способами воздействия на ВУДС. Все более широкое использование находят волновые безреагентные методы, реализуемые на основе магнитных, радиационных, акустических, кавитационных, микроволновых, вибрационных, лазерных и других физических принципов. Среди вышеперечисленных методов одним из наиболее универсальных, эффективных, малозатратных и несложных с технической точки зрения является магнитная обработка. Все основные факторы, определяющие процесс разделения ВУДС, условно можно разделить на две группы: технологические и конструктивные управляющие параметры [1] (рис. 1).

Обработка ВУДС в нефтедобыче магнитным полем - одно из новых направлений в науке. Достаточно широко применяемая в различных областях промышленности, магнитная обработка до настоящего времени не имеет четкой общепринятой теоретической основы.

Для обработки ВУДС используются устройства, содержащие магнитную систему из постоянных магнитов или электромагнитов. Магнитное поле с заданными характеристиками создается в рабочих зазорах, через которые движется обрабатываемая эмульсия. Параметры магнитного поля в рабочих зазорах задаются на основе экспериментальных данных в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемой эмульсии и требований ГОСТ на качество нефти, готовой к транспортировке и дальнейшей переработке.

Устройства для обработки ВУДС (рис. 2) можно условно разделить на размещаемые в скважине; наземные, устанавливаемые в трубопроводных коммуникациях и аппаратах; с магнитной системой на основе постоянных магнитов или электромагнитов [2].

Рис. 1. Основные управляющие факторы, определяющие процесс разделения водонефтяной эмульсии: 1 - группа технологических управляющих параметров;

2 - группа конструктивно управляющих параметров

Рис. 2. Классификация аппаратов магнитной обработки ВУДС

Предварительные результаты исследования воздействия магнитных полей на процесс разделения ВУДС в сочетании с традиционными термохимическими методами и результаты исследований, проведенных ранее, показывают, что обработка ВУДС магнитными полями позволяет на порядок повысить (улучшить) процесс их разделения.

Анализ данных [3-8] показывает, что магнитная обработка постоянным магнитным полем не позволяет существенно разрушить исследуемую водонефтяную эмульсию. Магнитная обработка знакопеременным полем с частотами 30-70 Гц увеличивает глубину обезвоживания эмульсии на 10-12 %. Таким образом, для разрушения водонефтяных эмульсий предпочтительней использование переменного магнитного поля. Исследования степени разрушенности эмульсии показали, что наиболее высокий результат получен при обработке водонефтяной эмульсии магнитным полем с импульсной и знакопеременной формой изменения напряженности [3-8].

В связи с этим актуальным представляется исследование термомагнитной обработки ВУДС как способа для разделения ВУДС, изучение особенностей тепло- и массообмена при воздействии магнитных полей на ВУДС и разработка технических средств (установок) термомагнитной обработки ВУДС.

Принципиальная схема деэмульсатора, предложенного автором, с термомагнитной обработкой ВУДС показана на рис. 3. Деэмульсатор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубком выхода газа 12 и патрубками выхода воды 5, 6 с клапанами поплавкового типа 4, 7, коллектор для отбора обезвоженной нефти 13, вертикальную цилиндрическую ёмкость 2 с электромагнитами 11 в герметичных кожухах 3, змеевиковый нагревательный элемент 10 и коллектор для ввода ВУДС 8 с регулятором расхода подаваемой ВУДС 9.

Рис. 3. Принципиальная модель деэмульгатора: Бк - диаметр корпуса; Отр - диаметр трубы

В корпусе 1 размещена вертикальная цилиндрическая ёмкость 2 с электромагнитами 11 в герметичных кожухах 3, образуя зону отстоя между центральной емкостью 2 и стенками корпуса 1, над которой расположен коллектор для вывода обезвоженной нефти 13 и патрубок отбора газа 12. В нижней части корпуса 1 расположен патрубок для выхода воды 5 с клапаном поплавкового типа 4. В цилиндрической емкости 2 расположен змеевиковый нагревательный элемент 10; в нижней части емкости 2 расположен коллектор для ввода ВУДС 8 с регулятором расхода подаваемой ВУДС 9 и патрубок для отбора воды 6 с клапаном поплавкового типа 7.

Устройство работает следующим образом: подогретая ВУДС подаётся в ёмкость 2 через регулятор расхода 9 и коллектор подачи эмульсии 8. Средняя температура нефти на выходе из аппарата составляет 100-120 °С. Заданная температура поддерживается в аппарате за счет змеевикового нагревательного элемента. Коллектор подачи эмульсии 8 расположен под уровнем

воды, и нефть, поднимаясь от него струями вверх, проходит зону барботажа через водный слой, где отделяются наиболее крупные капли воды. Уровень водного слоя регулируется поплавковым клапаном 7. Далее поток эмульсии проходит зону термического и магнитного воздействия, где под воздействием высокой температуры происходит нагрев эмульсии и осаждение крупных капель воды, а переменное магнитное поле вызывает поляризацию капель воды, их взаимное притяжение и коагуляцию мелких капель в более крупные. Выходя из термомагнитной зоны, поток эмульсии перетекает через края емкости 2 и сливается в зону отстоя между центральной емкостью 2 и стенками корпуса 1, где происходит окончательный отстой и разделение водоуглеводородной эмульсии. Обезвоженная нефть выводится через коллектор отбора нефти 13. Вода выводится через патрубок 5, уровень воды регулируется клапаном поплавкового типа

4. Попутный газ, выделяющийся при нагреве эмульсии, выводится через патрубок 12.

Переменное магнитное поле вызывает поляризацию капелек (глобул) воды (рис. 4, а) и их взаимное притяжение, что в сочетании с термическим воздействием приводит к значительному ускорению коагуляции и коалесценции капель воды (рис. 5) и их быстрому отстою.

Рис. 4. Схема поляризации глобул под действием магнитного поля с разной полярностью

а

Рис. 5. Водонефтяная эмульсия: а - до; б - после магнитной обработки

В некоторый момент времени оно меняет свою полярность на противоположную (рис. 4, б). При этом поляризация капель также сменится на обратную. Сила притяжения между ними останется прежней, т. к. она не зависит от направления поля. Если поле изменяется с некоторой частотой, то сила притяжения капель станет изменяться с двойной частотой. Такое соответствие будет соблюдаться до тех пор, пока скорость процессов переполяризации капель, определяемая подвижностью ионов растворимых в воде солей и размерами капель, будет значительно больше скорости изменения поля. При увеличении частоты можно достигнуть такой области, где это условие нарушится; при этом сила взаимодействия капель уменьшится. Эти критические частоты имеют порядок мегагерц, поэтому для магнитных полей промышленной частоты влиянием частоты на силу взаимодействия капель можно пренебречь.

Дальнейшее исследование особенностей тепло- и массообмена ВУДС под действием магнитных полей (как переменного, так и постоянного) позволит более детально изучить и смоделировать процесс коалесценции глобул при совместном термическом и магнитном воздействии на ВУДС и обосновать такие параметры термомагнитной обработки, как скорость потока, температура, частота, напряженность магнитного поля и форма воздействия и др.

Заключение

Анализ литературных источников показал, что при магнитной обработке обводненность нефтяной фазы существенно снижается. Средняя скорость расслоения увеличивается на 50 %: время максимального расслоения без магнитной обработки - 3 часа, при обработке - 1,5 часа. Анализ методов деэмульсации позволил выявить наиболее перспективное направление совершенствования методов магнитной обработки ВУДС на базе промысловых деэмульсаторов -термомагнитный метод, сочетающий в себе термическое и магнитное воздействие на ВУДС. Предложена схема деэмульсатора для термомагнитной обработки ВУДС, состоящая из корпуса, электромагнитов, генератора магнитного поля, горизонтального теплового подогревателя, датчиков контроля температуры эмульсии и др., которая позволит интенсифицировать процесс деэмульсации и значительно сократить затраты энергии на предварительную подготовку нефти.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Логинов В. И. Обезвоживание и обессоливание нефтей. - М.: Химия, 1979. - 216 с.

2. Чернова К. Ф., Имаева Э. Ш. Определение перспективных направлений совершенствования технологии магнитной обработки жидкостей в нефтедобыче // Нефтегазовое дело. - 2005 / http://www.ogbus.ru.

3. Пивоварова Н. А. Технологические аспекты выбора параметров магнитного активирования углеводородных систем // Изв. вузов. Химия и химическая технология. - 2004. - № 9. - С. 142-146.

4. Классен В. И. Омагничивание водных систем. - М.: Химия, 1982. - 296 с.

5. Борсуцкий З. Р., Ильясов С. Е. Исследование механизма магнитной обработки нефтей на основе результатов лабораторных и промысловых испытаний // Нефтепромысловое дело. - 2002. - № 8. -С. 28-37.

6. Пивоварова Н. А. Природа влияния постоянного магнитного поля на нефтяные дисперсные системы // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2004. - № 10. - С. 20-26.

7. Чернова К. Ф. Совершенствование методов подготовки углеводородного сырья для процессов нефтехимии и нефтепереработки: Дис. ... канд. техн. наук: Уфим. гос. нефт. техн. ун-т /

http://www.diss.rsl.ru.

8. Шайдаков В. В., Каштанова Л. Е., Емельянов А. В. Лабораторное обоснование параметров установок магнитной обработки жидкостей / http:// www.Laboratory.ru.

Статья поступила в редакцию 3.11.2006

METHOD PERFECTION OF MAGNETIC PROCESSING OF WATER-HYDROCARBON DISPERSE MIXTURES IN TRADE DEMULSIFIERS

E. G. Mursalov

Magnetic processing is one of the most universal, effective and economical methods of processing of water-hydrocarbon dispersed mixtures, therefore its perfection is rather actual nowadays. An original device for demulsifying of wa-ter-hydrocarbon dispersed mixtures with combined application of thermal influence and an alternating magnetic field is offered in the paper. The device will allow to intensify the demulsification process and considerably reduce energy consumption for oil preparation.