Способ разделения водонефтяной эмульсии с помощью электрогидравлического воздействия, устройство и система для его осуществления
METHOD FOR SEPARATION OF WATER-OIL EMULSION BY MEANS OF ELECTROHYDRAULIC ACTION, DEVICE AND SYSTEM FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Заявленное изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологиям подготовки (очистки) нефти и нефтепродуктов, а именно разделению водонефтяной эмульсии.
Водонефтяная эмульсия - это смесь двух взаимно нерастворимых жидкостей: нефти и/или нефтепродуктов и воды, при этом вода тонко диспергирована в нефти. Каждая капля воды или глобула в водонефтяной эмульсии покрыта бронирующей оболочкой, состоящей из углеводородов. Данная оболочка препятствует соединению глобул воды между собой, т.е. разделению и разрушению эмульсии.
В настоящий момент существует множество систем и способов разделения водонефтяной эмульсии. Основной способ заключается во введении в водонефтяную эмульсию реагентов (деэмульгаторов) с расчетной дозировкой, которые попадая на бронирующие оболочки глобул воды в эмульсии снижают их поверхностное натяжения, что приводит к разрушению оболочек и слиянию глобул воды между собой, вследствие чего водонефтяная эмульсия разрушается. Недостатками способов с использованием только деэмульгаторов является высокая стоимость процесса разделения водонефтяной эмульсии за счет использования дорогостоящих реагентов.
Известен способ разделения водонефтяной эмульсии по патенту Республики Казахстан KZ 28329 «Способ очистки бытовых и промышленных сточных вод и жидкостей, содержащих нефтепродукты» (дата приоритета: 18.04.2013, дата публикации: 15.04.2014; МПК: C02F 1/00). Способ осуществляют с воздействием на смесь колебательными импульсами частотой 10-15 Гц, источником которых являются электроразряды между электродами напряжением 20-30 кВ, введенными во вспомогательную жидкость, отделенную от смеси непроницаемой для них упругой мембраной, при этом электрогидроимпульсные удары получают при напряжении 20-50 кВ с частотой импульса 1,5-1,7 Гц. Таким образом обеспечивают воздействие на водонефтяную эмульсию переменным электромагнитным полем разной частоты (от низких частот до высоких). В процессе электроимпульсного воздействия глобулы воды начинают колебаться под воздействием переменного магнитного поля - это приводит к разрушению оболочек глобул воды и их слиянию между собой, т.е. разрушению эмульсии. В способе применяют электрогидроимпульсный удар, иначе электрогидравлический эффект известный как «Эффект Юткина» - способ преобразования электрической энергии в механическую. Общим признаком с заявленным способом является обеспечение разделения водонефтяной эмульсии за счет электрогидравлического воздействия. Недостатками такого способа является высокая стоимость и сложность оборудования, значительный расход электроэнергии, сложность масштабирования при разных частотах. Кроме того, при применении данного способа для водонефтяной эмульсии необходим подбор частоты для разных типов нефти (отличающихся плотностью, качественным и количественным составом), содержащихся в водонефтяной эмульсии.
Известно устройство и система для разделения эмульсий по патенту Китая CN 2508830 «Импульсное циклонное высоковольтное электростатическое непрерывное деэмульгирующее устройство» (дата приоритета: 13.12.2001, дата публикации: 04.09.2002; МПК: B01D 17/06). Импульсный циклон эмульсионного непрерывного действия с высоковольтным электростатическим деэмульгированием содержит генератор импульсов и источник питания высокого напряжения, внутренний корпус эмульгатора, размещенный в изолированном цилиндре. Внутренний корпус подключен к электроду, который подключен к источнику высокого напряжения. Изолированный цилиндр также подключен к внешнему свинцовому электроду и к источнику высокого напряжения. Оба корпуса снабжены выпускными трубками. Проводящий электрод используют как твердый электролит, составляющий пару электродов для импульсного электростатического поля высокого напряжения, при этом эмульсия дополнительно разделяется за счет центробежного поля. В результате импульсное высоковольтное электростатическое поле вместе с полем центробежных сил значительно усиливают деэмульгирование эмульсии. Общими признаками устройства и системы по патенту CN 2508830 и заявленных устройства и системы является наличие электродов, подключенных к источнику высокого напряжения. Недостатком устройства является сложность конструкции устройства и системы для разделения эмульсии, что снижает надежность конструкции.
Известен способ разделения водонефтяной эмульсии по патенту РФ на изобретение RU 2458726 «Способ и устройство для обезвоживания нефти» (дата приоритета: 09.11.2010, дата публикации: 20.08.2012; МПК: B01D 17/06). Способ обезвоживания нефти включает воздействие электрического разряда путем гидроудара, осуществляемого электрическим разрядом, который производится в герметичном цилиндрическом мембранном излучателе, расположенном в нижней половине емкости первой рабочей зоны и на равноудаленном расстоянии между ее боковыми стенками, торцом и поперечной упругой перегородкой. Общими признаками способа по патенту RU 2458726 и заявленного способа является применение электрогидравлического воздействия, возникающего в излучателе (корпус устройства). Недостатком способа, известного по патенту RU 2458726, является невысокая эффективность разделения водонефтяной эмульсии.
Известно устройство для обезвоживания нефти по патенту РФ на полезную модель RU 103737 «Устройство для обезвоживания нефти» (дата приоритета: 09.11.2010, дата публикации: 27.04.2011; МПК: B01D 17/06), которое состоит из емкости с размещенными в ней электродами, установленными в герметичном цилиндрическом мембранном излучателе. Цилиндрический мембранный излучатель располагается на одинаковом расстоянии от стенок емкости и поперечной перегородки, выполненной из упругого материала. Общими признаками устройства и системы по патенту RU 103737 и заявленных устройства и системы является наличие электродов в мембранном излучателе (корпус устройства), который расположен в рабочей зоне, при этом электроды подключены к генератору импульсов тока (источник высокого напряжения). Недостатком устройства и системы по патенту RU 103737 является невысокая эффективность разделения водонефтяной эмульсии. При выполнении всех стенок корпуса эластичными (гибкими) не обеспечивается усиленное направленное электрогидравлическое воздействие, т.к. ударная волна распределяется равномерно во все стороны от излучателя (корпуса устройства). Кроме того, емкость устройства имеет сложную конструкцию, состоящую из трех зон - А, В, С, не позволяющую эффективно использовать устройство в трубопроводе.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности разделения водонефтяной эмульсии в трубе при одновременном упрощении и повышении надежности конструкции.
Технический результат достигается за счет применения способа разделения водонефтяной эмульсии, при котором на водонефтяную эмульсию, проходящую по трубопроводу, осуществляют направленное электрогидравлическое воздействие с помощью системы для разделения водонефтяной эмульсии, включающей по меньшей мере одно устройство для разделения водонефтяной эмульсии, которое содержит герметичный корпус, заполненный жидкостью, в который установлено два электрода с зазором между ними, при этом две противоположные стенки корпуса устройства, соприкасающиеся с водонефтяной эмульсией, выполнены из эластичного материала, а другие стенки выполнены жесткими, источник высокого напряжения, к которому подключены электроды, причем устройство герметично установлено в трубопровод таким образом, что стенки корпуса устройства, выполненные из эластичного материала, расположены вдоль стенок трубопровода.
За счет наличия стенок, обладающих разными свойствами, обеспечивается направленность электрогидравлического воздействия, что повышает эффективность разделения водонефтяной эмульсии в проточном трубопроводе (трубе). Кроме того, возможно осуществление комплексного воздействия переменным электромагнитным полем, обеспеченным электродами, подключенными к источнику высокого напряжения, и гидравлическим воздействием - резким локальным повышением давления. Устройство устанавливается непосредственно в трубу (трубопровод), что обеспечивает простоту и надежность системы за счет исключения необходимости включения в конструкцию устройств накопительных емкостей. При этом обеспечивается одновременная транспортировка эмульсии по трубопроводу и ее разделение, что также предотвращает необходимость установки отдельных систем для разделения водонефтяной эмульсии.
В качестве жидкой среды в герметичном корпусе устройства для образования высоковольтного искрового разряда могут использоваться диэлектрические жидкости или плохопроводящие жидкости, например вода с примесями. При использовании жидкостей с ионной проводимостью зазор между электродами должен быть уменьшен для образования пробоя. Вследствие пробоя возникает мощный электромагнитный импульс и резкое локальное повышение давления. Данные силовые поля с помощью эластичных стенок корпуса воздействуют на эмульсию, которая в последствии разрушается, при этом воздействие осуществляется на проходящий поток эмульсии с двух противоположных сторон. При использовании представленной системы, устройства и способа возможно осуществление направленного воздействия непосредственно в трубе (трубопроводе), например при транспортировке эмульсии, таким образом совмещая два длительных процесса: перекачки и очистки (обезвоживания) нефти.
Способ разделения водонефтяной эмульсии с помощью электрогидравлического воздействия может включать введение деэмульгатора в водонефтяную эмульсию перед и/или после осуществления электрогидравлического воздействия. В результате чего количество деэмульгатора, необходимое для разделения водонефтяной эмульсии, при использовании заявленного способа значительно сокращается, т.е. дополнительно повышается эффективность разделения.
Также технический результат достигается за счет того, что устройство для разделения водонефтяной эмульсии содержит герметичный корпус, выполненный с возможностью заполнения жидкостью, в который установлено два электрода с зазором между ними, выполненные с возможностью подключения к источнику высокого напряжения, при этом две противоположные стенки корпуса выполнены из эластичного материала, а другие стенки выполнены жесткими.
Конструкция устройства обеспечивает образование волны давления при электрическом пробое, которая распространяется равномерно по корпусу устройства, но отражаясь от жестких стенок усиливает воздействие эластичных стенок, передающих усиленную волну давления в водонефтяную эмульсию.
Две противоположные стенки корпуса устройства могут быть выполнены из эластичного радиопрозрачного материала для образования электромагнитного поля и усиления эффекта деэмульгирования.
Технический результат достигается за счет того, что система для разделения водонефтяной эмульсии включает по меньшей мере одно устройство для разделения водонефтяной эмульсии, которое содержит герметичный корпус, выполненный с возможностью заполнения жидкостью, в который установлено два электрода с зазором между ними, при этом две противоположные стенки корпуса устройства выполнены из эластичного материала, а другие стенки выполнены жесткими, источник высокого напряжения, к которому подключены электроды, причем устройство герметично установлено в трубу таким образом, что стенки корпуса устройства, выполненные из эластичного материала, расположены вдоль стенок трубы.
В результате эмульсия, проходящая в зазоре между эластичной стенкой корпуса устройства и стенкой трубы, подвергается усиленному и направленному электрогидравлическому воздействию для повышения эффективности разделения водонефтяной эмульсии.
Две противоположные стенки корпуса по меньшей мере одного устройства в системе для разделения водонефтяной эмульсии могут быть выполнены из эластичного радиопрозрачного материала, что дополнительно повышает эффективность разрушения водонефтяной эмульсии.
По меньшей мере одно устройство системы для разделения водонефтяной эмульсии может быть установлено на оси трубы перпендикулярно ей.
Система для разделения водонефтяной эмульсии может включать блок управления, подключенный к источнику высокого напряжения. Также система для разделения водонефтяной эмульсии может включать блок управления, подключенный к источнику высокого напряжения, который подключен к электродам посредством коммутатора.
Электроды в системе могут быть подключены к источнику высокого напряжения посредством коммутатора.
Система для разделения водонефтяной эмульсии может включать по меньшей мере два устройства для разделения водонефтяной эмульсии, источник высокого напряжения, соединенный с электродами посредством коммутатора, блок управления, подключенный к источнику высокого напряжения и выполненный с возможностью осуществления синхронной и/или асинхронной подачи импульсов напряжения на электроды устройств для разделения водонефтяной эмульсии.
Также технический результат достигается за счет того, что система для разделения водонефтяной эмульсии включает по меньшей мере два устройства для разделения водонефтяной эмульсии, каждое из которых содержит герметичный корпус, выполненный с возможностью заполнения жидкостью, в который установлено два электрода с зазором между ними, при этом две противоположные стенки корпуса устройства выполнены из эластичного радиопрозрачного материала, а другие стенки выполнены жесткими, причем устройства герметично установлены в трубу таким образом, что стенки корпусов устройств, выполненные из эластичного радиопрозрачного материала, расположены вдоль стенок трубы, источник высокого напряжения, соединенный с электродами посредством коммутатора, блок управления, подключенный к источнику высокого напряжения и выполненный с возможностью осуществления синхронной и/или асинхронной подачи импульсов напряжения на электроды устройств для разделения водонефтяной эмульсии.
Система, выполненная с возможностью синхронной и/или асинхронной подачи импульсов, обеспечивает многократное электрогидравлическое воздействие на один и тот же фронт водонефтяной эмульсии по мере его продвижения в трубопроводе (трубе). В результате увеличения количества электрогидравлических ударов повышается эффективность разделения водонефтяной эмульсии. Стенки корпуса устройства, выполненные из эластичного радиопрозрачного материала, позволяют дополнительно к электрогидравлическому воздействию обеспечивать образование электромагнитного поля, что усиливает деэмульгирование эмульсии.
Источник высокого напряжения системы может быть выполнен с возможностью подачи импульсного напряжения на электроды в диапазоне 20-40 кВ. Заявленное изобретение поясняется чертежами:
фиг. 1 - система для разделения водонефтяной эмульсии (поперечный разрез);
фиг. 2 - система для разделения водонефтяной эмульсии (продольный разрез);
фиг. 3 - разрез А-А, обозначенный на фиг. 1 (корпус с плоскими жесткими стенками);
фиг. 4 - разрез корпуса устройства с округлыми жесткими стенками, на которых показаны:
1 - герметичный корпус;
2 - электроды;
3 - источник высокого напряжения;
4 - стенки из эластичного материала;
5 - труба;
6 - жесткие стенки.
Система для разделения водонефтяной эмульсии (фиг. 1, фиг. 2) включает по меньшей мере одно устройство для разделения водонефтяной эмульсии, которое содержит герметичный корпус 1, выполненный с возможностью заполнения жидкостью, в который установлено два электрода 2 с зазором между ними, которые подключены к источнику 3 высокого напряжения. При этом две противоположные стенки корпуса 1 устройства выполнены из эластичного материала 4, а другие стенки 6 выполнены жесткими. Причем устройство герметично установлено в трубу 5 таким образом, что стенки корпуса 1 устройства, выполненные из эластичного материала 4, расположены вдоль стенок трубы 5.
По другому техническому решению система для разделения водонефтяной эмульсии включает по меньшей мере два устройства для разделения водонефтяной эмульсии, каждое из которых содержит герметичный корпус 1, выполненный с возможностью заполнения жидкостью, в который установлено два электрода 2 с зазором между ними, при этом две противоположные стенки корпуса 1 устройства выполнены из эластичного 4 радиопрозрачного материала, а другие стенки 6 выполнены жесткими, причем устройства герметично установлены в трубу 5 таким образом, что стенки корпусов устройств, выполненные из эластичного 4 радиопрозрачного материала, расположены вдоль стенок трубы 5, источник высокого напряжения 3, соединенный с электродами 2 посредством коммутатора (на фиг. не показан), блок управления (на фиг. не показан), подключенный к источнику высокого напряжения 3 и выполненный с возможностью осуществления синхронной и/или асинхронной подачи импульсов напряжения на электроды 2 устройств для разделения водонефтяной эмульсии.
Устройство для разделения водонефтяной эмульсии в составе системы или независимо от нее содержит герметичный корпус 1, выполненный с возможностью заполнения жидкостью, в который установлено два электрода 2 с зазором между ними, выполненные с возможностью подключения к источнику 3 высокого напряжения, при этом две противоположные стенки корпуса 1 выполнены из эластичного материала 4, а другие стенки выполнены жесткими 6.
Эластичные стенки 4 устройства могут быть выполнены прорезиненными или выполнены из полимерного материала. Жесткие стенки 6, соприкасающиеся с водонефтяной эмульсией, корпуса устройства могут быть выполнены плоскими (фиг. 3), округлыми (фиг. 4) или другой обтекаемой формы.
Источник высокого напряжения может осуществлять подачу импульсного напряжения на электроды, например, в диапазоне 20-40кВ с частотой импульса, например 10-15 Гц.
Устройство и системы работают при осуществлении заявленного способа, при котором водонефтяную эмульсию пропускают по трубе 5 (трубопроводу). От источника высокого напряжения 3 на электроды 2 подают импульс электроэнергии с частотой 12 Гц и напряжением 28 кВ. В корпусе 1, заполненном водопроводной водой, между электродами 2 происходит короткоимпульсный электрический разряд. В результате электрического пробоя, возникающего между электродами 2, жидкость, находящаяся в герметичном корпусе 1, получает ускорение и перемещается от места возникновения пробоя к стенкам герметичного корпуса 1. Ударная волна, отражаясь от жестких стенок 6 корпуса 1, суммируется с ударной волной, идущей прямо от места пробоя по направлению к эластичным стенкам 4, усиливает гидравлическое воздействие эластичных стенок 4 на эмульсию в местах ее протекания между устройством и стенкой трубы 5 (трубопровода). Поскольку электрогидравлическое воздействие сконцентрировано в направлении эластичных стенок 4 устройства и направлено к стенкам трубы, обеспечивается эффективное направленное электрогидравлическое воздействие. В результате даже при подаче меньшего импульса напряжения сила электрогидравлического удара будет концентрироваться на эластичных стенках 4 и направленно подаваться на водонефтяную эмульсию, обеспечивая ее разрушение без образования стойких эмульсий. Вместе с электрогидравлическим воздействием обеспечивается влияние электрического поля, возникающего в результате подачи электроэнергии на электроды 2, через эластичные стенки 4 на водонефтяную эмульсию, что дополнительно усиливает эффективность деэмульгирования. При недостаточном разрушении эмульсии, на одном трубопроводе (трубе 5) может быть установлено несколько устройств для разделения водонефтяной эмульсии или дополнительно введен деэмульгатор. Таким образом, обеспечивается повышение эффективности разделения водонефтяной эмульсии при одновременном упрощении и повышении надежности конструкции устройства для разделения водонефтяной эмульсии.