СООРУЖЕНИЯ ПОДГОТОВКИ ПРЕСНЫХ И ПЛАСТОВЫХ ВОД ДЛЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Полезная модель относится к устройствам для очистки нефтепромысловых вод, включающих в свой состав пластовые, подтоварные, производственные и ливневые сточные воды нефтяных месторождений.
Известно сооружение очистки подтоварных и ливневых вод линейных перекачивающих газодожимных станций (патент РФ 2264993, МПК C02F 9/12).
Сооружение содержит отстойник, флотатор, коалесцирующе-гидрофобный фильтр, электрохимический и сорбционный фильтр, реагентное хозяйство (коагулянт, бактерицидный препарат), сборник нефтешлама, иловые и компостные площадки, насосную станцию.
Известное устройство не дает достаточно высокого эффекта очистки воды от нефти, взвешенных веществ, растворенных газов (кислорода и сероводорода), железа.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство для подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений (патент РФ 2325330, МПК C02F 1/40, C02F 9/12).
Устройство подготовки пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений содержит последовательно соединенные песколовку, магнитный сепаратор с источником электропитания, вихревой смеситель, напорный многосекционный флотатор с нефтесборным устройством, вакуумный дегазатор с вакуумным насосом, резервуар чистой воды, реагентное хозяйство, систему рециркуляции промывных вод, включающую промывной насос, гидрофобно-коалесцирующий фильтр, отстойник, сборник нефтешлама, иловые площадки.
Известное устройство не дает достаточно высокого эффекта очистки воды от нефти, взвешенных веществ, растворенных газов (кислорода и сероводорода), железа.
Предлагаемое сооружение решает техническую задачу повышения степени очистки воды.
Поставленная задача решается тем, что сооружение подготовки пресных и пластовых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений, содержащее магнитный сепаратор с источником электропитания, вихревой смеситель, напорный многосекционный флотатор с нефтесборным устройством, резервуар чистой воды, систему рециркуляции промывных вод, включающую промывной насос, отстойник, иловые площадки, согласно полезной модели содержит последовательно соединенные отстойник с коалесцирующим фильтром, напорный многосекционный флотатор, электрохимический флотатор с каталитическими фильтрами, вихревой смеситель, фильтр с зернистой загрузкой, магнитный сепаратор, ультрафильтр с калиброванными отверстиями, резервуар чистой воды, ультрафиолетовые лампы, причем отстойник с коалесцирующим фильтром, напорный флотатор и электрохимический флотатор с каталитическими фильтрами имеют нефтесборные устройства, выход которых соединен со входом сепаратора нефти, а отстойники имеют системы удаления осадка на иловые площадки, причем электрохимический флотатор выполнен многосекционным, секции разделены каталитическими фильтрами, в каждой секции у дна расположены электроположительные и электроотрицательные электроды. В качестве коалесцирующей загрузки использован гранулированный полистирол фракции 2-5 мм. Электрохимический флотатор имеет 3 флотационные камеры, разделенные каталитическими фильтрами. Каталитический фильтр загружен алюмомарганцевым катализатором АОК-7541 фракции 2-5 мм. Электроположительные электроды электрохимического флотатора выполнены из графита, электроотрицательные электроды - из магния.
На фигуре представлено сооружение подготовки пресных и пластовых вод для системы поддержания пластового давления. Сооружение включает последовательно соединенные отстойник с коалесцирующим фильтром 1, напорный многосекционный флотатор 2, электрохимический флотатор с каталитическими фильтрами 3, вихревой смеситель 4, фильтр с зернистой загрузкой 5, магнитный сепаратор 6 с источником электропитания 7, ультрафильтр с калиброванными отверстиями 8, резервуар чистой воды 9, ультрафиолетовые лампы 10.
С помощью реагентного хозяйства 11 в воду дозируется коагулянт, реагентного хозяйства 12 - бактерицидный реагент.
Фильтр 5 и магнитный сепаратор 6 промываются обратным током воды. Система рециркуляции промывных вод включает промывной насос 13, отстойник промывных вод 14, выход которого соединен с трубопроводом подачи пластовых вод на очистку.
Отстойник с коалесцирующим фильтром 1, напорный многосекционный флотатор 2 и электрохимический флотатор с каталитическими фильтрами 3 имеют нефтесборные устройства, выход которых соединен со входом сепаратора нефти (на фиг. не показан). Отстойник с коалесцирующим фильтром 1 и отстойник 14 оборудованы системами отведения осадка, расположенными у дна отстойников. Осадок отводится на иловые площадки 15. Флотатор 2 оборудован системой отведения газа, выход которой соединен со входом сепаратора газа (на фиг. не показан).
В средней части отстойника 1 расположен коалесцирующий фильтр 16, загруженный гранулированным полистиролом фракции 2-5 мм.
Электрохимический флотатор 3 имеет три флотационные камеры. В каждой камере у дна аппарата горизонтально расположены электроды, выполненные из электропроводных материалов с разным значением электродного потенциала. В качестве электроотрицательного материала использована сетка из магния 17, в качестве электроположительного материала - пластина из графита 18. Электроды создают электрохимический источник тока.
Флотационные камеры разделены фильтрами с каталитической загрузкой 19, выполненной из гранулированного алюмомарганцевого катализатора АОК-7541 фракции 2-5 мм.
Для удаления дренажной воды с иловых площадок 15 предусмотрен дренажный насос 20.
Сооружение работает следующим образом. Пластовые воды поступают на вход сооружения. Основными загрязняющими веществами, которые нормируются в очищенной воде, являются нефть и взвешенные вещества. В связи с разработкой низкопроницаемых коллекторов нормируется не только общее содержание взвешенных веществ, но и их размер, изменяющийся в интервале 1-5 мкм в зависимости от коллекторских свойств пласта. Кроме того, на кольматацию пласта влияет содержание железа, кислорода и сероводорода, т.к. в результате реакции железа с кислородом в пласте образуется осадок гидроксида железа, железа с сероводородом - осадок сульфида железа, кислорода с сероводородом - осадок коллоидной среды. Наличие в сточной воде сульфатвосстанавливающих бактерий приводит к заражению пласта анаэробной микрофлорой, генерирующей в пласте сероводород. Поэтому к закачиваемой в пласт воде дополнительно предъявляются требования по содержанию железа, кислорода, сероводорода, сульфатвосстанавливающих бактерий.
Первой ступенью очистки является отстойник 1, разделенный вертикальными перегородками на три камеры.
В первой по ходу движения воды камере происходит осаждение взвешенных веществ и всплытие крупных капель нефти. Во второй камере 16, загруженной коалесцирующей загрузкой, происходит фильтрование воды, в результате чего за счет коалесценции происходит укрупнение мелких капель нефти, которые всплывают в третьей камере. Осадок удаляется системой удаления осадка на иловые площадки 15 для обезвоживания. Нефть удаляется из верхней части отстойника, поступает в сепаратор нефти.
Далее вода поступает во флотатор 2, разделенный на 3 камеры вертикальными перегородками, в котором за счет сброса давления до атмосферного происходит образование пузырьков газа, флотирующие на поверхность аппарата диспергированные механические примеси и капли нефти, образующие флотационную пену, удаляемую в сепаратор нефти. Очищаемая вода подается в равных количествах во все три флотационные камеры через редукционные клапаны, сбрасывающие давление. Деление флотационной камеры на 3 камеры позволяет повысить эффект очистки воды от нефти по сравнению с однокамерными флотаторами. Эффект очистки воды увеличивается также за счет подачи коагулянта с помощью реагентного хозяйства 11. Во флотаторе 2 происходит извлечение из воды растворенных углеводородных газов, сероводорода и углекислого газа. Отделившиеся газы направляются в сепаратор газа на утилизацию.
3
Третьей ступенью очистки воды является электрохимический флотатор 3, разделенный поперечно расположенными фильтрами 19 на три флотационные камеры. Фильтры 19 загружены алюмомарганцевым гранулированным катализатором марки АОК-7541 фракции 2-5 мм. Во флотационных камерах у дна аппарата горизонтально расположены электроды 17 и 18, выполненные из электропроводных материалов с разным значением стандартного потенциала. В качестве электроотрицательного материала использована сетка из магния, в качестве электроположительного материала - пластина из графита. Электроды создают электрохимический источник тока. За счет разности потенциалов электродов происходит электролиз воды с образованием высокодисперсных пузырьков кислорода, которые являются флотирующим агентом, производят доочистку воды от эмульгированной нефти (Назаров М.В. Очистка природных и сточных вод электрохимическими методами. (Автор кандидатской диссертации. Уфа, 2008). Кроме того, кислород окисляет оставшийся в воде сероводород до коллоидной серы и ионы двухвалентного железа до трехвалентного железа. Коллоидная сера извлекается флотацией, а ионы трехвалентного железа гидролизуются с образованием Fе(ОН), являющегося коагулянтом. Известно, что коагулянт интенсифицирует процесс извлечения флотацией диспергированных в воде твердых и жидких загрязняющих веществ. Катализатор интенсифицирует процессы окисления, увеличивая окислительную мощность вырабатываемого электродами кислорода.
Остальные устройства (п.п.4-12) являются блоком доочистки предварительно очищенных пластовых вод.
На ряде нефтяных месторождений, особенно находящихся на ранней стадии эксплуатации, очищенной пластовой, промливневой и промышленной сточной воды не достаточно для закачки в продуктивные пласты. Поэтому для ликвидации дефицита воды ведут подготовку пресных (поверхностных и подземных) вод.
Предусмотренный полезной моделью блок доочистки воды решает задачу совместной подготовки предварительно очищенных пластовых вод и пресных вод, поступающих с водозабора. Подача пресных вод осуществляется в коллектор воды на выходе флотатора 3. Сюда же подается коагулянт с помощью реагентного хозяйства 11. Смесь вод и коагулянта подается на вихревой смеситель 4, а затем на очистку фильтрованием в фильтре 5 с зернистой загрузкой. В качестве зернистой загрузки используется силицированный кальцит фракции 2-5 мм, который обладает обезжелезивающим свойством.
Далее вода поступает в магнитный сепаратор 6 загруженный железной стружкой, которая намагничивается с помощью соленоидов, подключенных к источнику питания 7. При фильтровании воды в ферромагнитной стружке из воды извлекаются диспергированные в воде вещества парамагнитной и ферромагнитной природы. Кроме того, находящийся в воде кислород реагирует с железом с образованием оксидов железа, что приводит к обескислороживанию воды.
Очищенная вода фильтруется в ультрафильтрах 8 с калиброванным размером отверстий, при этом из воды извлекаются оставшиеся частицы механических примесей и капли нефти, если их размер превышает диаметр пор фильтра.
После обеззараживания ультрафиолетовым свечением в устройстве 10 и дозирования бактерицидных реагентов с помощью реагентного хозяства 12 вода поступает в систему поддержания пластового давления.
Фильтр 5 и магнитный сепаратор 6 подлежат обратной промывке с помощью насоса 13. Промывная вода очищается в отстойнике 14, из которого осадок удаляется на иловые площадки 15, а осветленная вода возвращается в «голову» сооружений дренажным насосом 20.
Пример. Очистке подвергали пластовую воду нефтяного месторождения и речную воду. Речная вода содержала взвешенные вещества, ионы железа, кислород, сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ). Результаты очистки вод приведены в таблице. Отношение количества пластовой воды к речной равно 1:1.
Таблица
Загрязняющее вещество
Прототип
Полезная модель
Исходное значение
Конечное значение
Эффект, %
Исходное значение
Конечное значение
Эффект, %
Взвешенные вещества, мг/л
280
5
98,2
280
1
99,6
Нефть, мг/л
224
5
97,8
224
1
99,6
Диаметр частиц не более, мкм
100
20
80,0
100
1
99,0
Сероводород, мг/л
66
16
75,8
66
0,1
99,8
Кислород, мг/л
8
0,5
93,8
8
0,2
97,5
Железо, мг/л
47
41
12,8
47
0,3
99,4
Сульфатвосстанавливающие бактерии, шт/мл
2·10<sup>3</sup>
2·10<sup>3</sup>
0
2·10<sup>3</sup>
3
99,9
Из полученных результатов следует, что применение полезной модели увеличивает эффект очистки смеси пластовых и пресных вод по сравнению с прототипом по всем показателям.