Применяемые на отечественных и зарубежных промыслах методы очистки и получения чистых сточных вод в условиях дожимных насосных станциях (ДНС), на групповых установках и крупных товарных парках по уровню средств интенсификации процессов могут классифицированы в группы шести уровней [2,4].

Первый уровень. Превентивные методы, направленные на сохранение естественной высокой чистоты капель воды в нефти (за счет исключения излишней турбулизации потока, возникновения промежуточных слоев и т. д.).

Второй уровень. Очистка сточных вод в поле естественной или наведенной гравитации (отстаивание, гидроциклоны, центрифугирование).

Третий уровень. Механическое разделение фильтрацией в пористых средах (фильтры).

Четвертый уровень. Очистка сточных вод с использованием средств укрупнения и псевдоукрупнения капель (коалесцирующие фильтры, гидродинамические каплеобразователи, электрофлотация, флотация, электрокоагуляция, коагулянты).

Пятый уровень. Очистка сточных вод абсорбцией загрязнений жидкостными фильтрами углеводородной или иной основы с использованием различных наполнителей (например, нефть, углеводородные слои, полиэтиленовые шарики) или без них.

Шестой уровень. Очистка воды с использованием поверхностных эффектов, автофлотационных и микротурбофлотационных процессов.

Методы первого уровня. Превентивные методы сохранения естественной чистоты капель, входящих в состав нефтяной эмульсии, положены в основу варианта технологии совместной подготовки нефти и воды, разрабатываемой в институте Гипровостокнефть.

В качестве обязательного условия реализации этой технологии предлагается исключение промежуточного слоя в технологических аппаратах, исключение интенсивного эмульгирования нефти в системе нефтегазосбора, поддержание определенного уровня удельных нагрузок на межфазную поверхность, раздельного сбора химически несовместимых жидкостей.

Перечисление только основных требований, соблюдение которых необходимо для реализации технологии, свидетельствует о сложности ее реализации в связи с необходимостью поддержания определенных параметров в длинной цепочке сборных коммуникаций и оборудования различного технологического назначения, эксплуатируемых различными цехами НГДУ. Естественно, что стремиться к этому необходимо, но нужно иметь ввиду и тот факт, что хорошая технология – это такая технология, которая позволяет надежно, дешево и просто нейтрализовать в самой конечной точке процесса возможность многочисленных сбоев в предыдущей цепи и не накладывать ограничений на другие основные технологические процессы (сепарация, подготовка нефти и т.д.). В связи с вышеизложенным и отсутствием эффективных технологических приемов воздействия на саму воду это направление отнесено к первому уровню, но может быть весьма полезным в сочетании с другими.

Методы второго уровня. Очистка сточных вод отстаиванием хронологически появилась раньше методов первого уровня и хотя она более дорогостоящая, но и более надежна. Повышение эффективности процесса остаиванием и достигается применением в них принципа трехслойного остаивания [4]. Для этого рабочий обьем аппаратов разделяют наклонными параллельными пластинами, обьединенными в блоки. Это позволяет увеличить производительность аппаратов в 1,5-2 раза. Однако, остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде является высоким и колеблется от 70 до 100 мг/л.

Применение гидроциклонов также не решает проблемы глубокой очистки, так как остаточное содержание загрязнений в воде нередко достигает 100мг/л. Применение мультигидроциклонов типа «Динаклин», и «Кребс» с трубками малого диаметра позволяет существенно повысить качество очищаемой воды. Но при этом имеются ограничения по содержанию нефти и мехпримесей в воде на входе в аппараты. При наличии в воде загрязнений павный с ней плотности, аппараты вообще не эффективны.

Необходимость поддержания высокого напора очищаемой жидкости на входе в аппараты и потребность в электроэнергии (энергия высшего класса) не позволяет отнести его к энергосберегающим и делают это направление в сочетании с высокой стоимостью аппаратов только альтернативным. Это же относится к разработкам, предусматривающим применение для очистки сточных воды тихоходных осадительных центрифуг.

Методы третьего уровня. Механическое разделение водной и загрязняющих фаз с помощью фильтров получило широкое распространение, особенно после внедрения скоростных фильтров и разработки технологии обратной их промывки. Вместе с тем, использование в качестве фильтрующих материалов песка и других наполнителей создало проблему их регенерации и утилизации обогащенного нефтью огромных обьемов замазученного песка, стекловолокна и т.д. Это же относится к быстродействующим фильтрам, разработанным в США на основе диаматовых земель, наносимых на пористую тканевую или металлическую основу и удаляемых с нее режущими элементами по мере загрязнения.

Последние получили применение при очистке морской воды на платформах шельфовой зоны.

Высокая стоимость, металлоемкость и энергоемкость процесса, а также проблема регенерации или утилизации фильтрующего материала делает это направление эффективным только при необходимости осуществления тонкой очистки небольших обьемов воды на 2 или 3 ступенях после удаления из воды основной массы загрязнений, а так же при использовании губчатых фильтров, очищаемых периодическим отжатием.

Методы четвертого уровня. Предварительная коалесценция капель, увеличение размеров всплывающих частиц за счет внешних источников, изменение подьемной силы капель (загрязнений) значительно ускоряют процессы очистки сточных вод, что позволяет отнести эти методы (включая коалесцирующие фильтры, гидродинамические коаленсценторы, электрокоагуляцию, флотацию, применение коагулянтов и т.д. ) к более высокому уровню технологии очистки пластовых вод.

Технологические процессы четвертого уровня позволяют более быстро и надежно повышать качество очищаемой воды, но требует в традиционном исполнении больших капиталовложений, применения сложной техники, затрат дефицитной электроэнергии.

Методы пятого уровня. Наиболее эффективным направлением очистки промысловых сточных вод, свободным от недостатков методов рассмотренных выше уровней, является применение комплекса технологических схем и процессов, связанных с предварительным сбросом чистых пластовых вод в условиях ДНС, сборных пунктов и УКПН с использованием гидродинамических эффектов и гидрофобных жидкостных фильтров, предусматривающих использование в качестве абсорбционной среды нефть (эмульсию). Направление разработано в ТатНИПИнефти и развивается в различных модификациях (резервуарные, трубчатые варианты, статические, динамические условия и т.д.) другими институтами, в частности, институтами Гипровостокнефть,CИБНИИНП и др. Основными достоинствами методов этой группы являются: высокая удельная производительность обьектов, работоспособность в широком интервале содержания в очищаемой воде нефти и КВЧ (низкая чувствительность к высокой степени загрязнения сточной воды), эффективное решение проблемы регенерации абсорбирующего слоя, простота в обслуживании, низкие энергоемкость, капиталлоемкость и металлоемкость.

К недостаткам технологии следует отнести: необходимость использования определенных обьемов нефти или ее продуктов в качестве адсорбирующего слоя, трудность в обеспечении глубокой очистки воды (до 5-10 мг/л нефти и КВЧ) при необходимости их закачки в слабопроницаемые продуктивные горизонты.

Методы шестого уровня. Предусматривают использование для очистки пластовых вод изначально заложенные в ней возможности к самоочищению (автофлотация) за счет появления в загрязняющих воду каплях нефти газовых пузырьков их молекул изначально растворенного в них в пластовых условиях газа при сбросе давления в процессе сепарации; деформации капель нефти из шаровой в пленочную форму на чистой поверхности воды под действием молекулярных сил, что позволяет более легко удалить их из очищаемой воды (поверхностные эффекты); флотацию попутным нефтяным газом взвешенных воде загрязнений; смешанные варианты, включая микротурбулентную флотацию в горизонтальной плоскости, позволяющую разделить общий поток на автономные слои, удлинить путь движения водогазовой эмульсии при турбулентном режиме, повысив тем самым эффективность извлечения загрязнений пузырьками газа, а также варианты одновременного проявления всех этих методов.

На очистных сооружениях установлены резервуары РВС-5000. Метод отстаивания относится ко второй группе методов очистки.

Из-за недостатков, описанных выше, использование гидроциклонов, песча­ных (механических) фильтров, относящихся ко второй и третьей группам методов очистки становится нерентабельным. Из-за больших капиталовложений методы четвертого уровня очистки для достижения базового качества воды также являются не рентабельными. Поэтому предлагается использовать метод пятого уровня, а именно жидкостной гидрофобный фильтр.

Технология очистки пластовых вод с применением жидкостного гидрофоб­ию фильтра (ЖГФ) предполагает использование на первой ступени в качестве фильтрующей массы самой добываемой нефти, т.е. продукта, всегда имеющегося на промысле и не нуждающегося в регенерации, как этого требуют, например, песчаные и иные фильтры с твердыми фильтрующими элементами. Для обеспечения тонкой очистки на второй ступени целесообразно применение таких углеводов, как конденсат, дизельное топливо.

Одной из решающих особенностей новой технологии является способность фильтров очищать пластовые воды при любой степени ее загрязнения, так как загрязняющая воду нефть входит в состав очищающего слоя (фильтра), что обеспечивает работоспособность системы и в тех случаях, когда любые другие фильтры могут оказаться забитыми в первые же часы работы.

Жидкостный гидрофобный фильтр (ЖГФ), создаваемый в резервуаре (РВС) или горизонтальном отстойнике (ОГ), представляет собой плавающий на поверхности условно чистой воды слой дегазированной нефти толщиной 0,5-1 м, через который фильтруется сточная вода в виде капель размером 5-7 мм. При этом в ЖГФпереходят эмульгированные в каплях нефть и гидрофобные твердые частицы.

Поддерживая гидрозатвором границу раздела фаз в РВС или ОГ на заданном уровне, из верхней их части отводится уловленная нефть в сырьевой резервуар, а из нижней - очищенная вода на КНС системы ППД.

Предлагается использовать для очистки воды до базового качества ЖГФ на основе РВС-5000. Производительность РВС-5000 составляет 7000-8000 м³/сут. Потребность в воде для КНС 1 и 2 составляет 7882 м³/сут. Таким образом, ЖГВ на базе РВС-5000 можно использовать для скважин КНС 1 и 2.

Принципиальная схема очистки сточных вод с применением РВС с ЖГФ представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема очистки сточных вод, сбрасываемых при подготовке девонской нефти.

1 - резервуар с ЖГФ для очистки сточных вод; 2 - водораспределитель; 3 - фильтрующий слой нефти; 4 - гидрозатвор; 5 - буферно-аварийный резервуар; 6 - емкость для сбора уловленной нефти; 7 - дозатор ингибитора коррозии; 8,9- насосы.

В качестве последнего звена для очистки сточных вод предлагается использовать АОСВ. Вода, очищенная по схеме РВС - ЖГФ (на АОС) - АОСВ (на КНС), будет соответствовать воде высшего качества.

Использование АОСВ в самом конце технологической цепочки подготовки воды намного эффективнее, чем ее использование в качестве промежуточного звена. Однако при принятии решения о размещении АОСВ в конце технологической цепи необходимо очень внимательно изучить вопрос откачки воды с объекта. Оптимальным является размещение АОСВ в конце технологической цепочки подготовки воды при условии не превышения производительности откачки над номинальной - одной или группы установок. Обеспечение равномерной закачки воды вскважины в течение суток является более приемлемым для системы.

Производительность аппарата составляет 2500 м³/сут. Потребность в воде высшего качества для КНС 1 составляет 2393 м³/сут., для КНС 2 - 1910 м³/сут. Объем очищаемой воды не превышает производительность аппарата, поэтому очистка воды будет производиться до высшего качества весь период работы аппаратов. Также использование меньшей производительности, чем может очищать аппарат, приведет к увеличению срока службы АОСВ.

Список использованной литературы

1. Справочная книга по добыче нефти. Под ред. Ш.К. Гиматудинова. М., Недра.1974. – 704 с.

2. В.П.Тронов Фильтрационные процессы и разработка нефтяных месторождений.- Изд-во Академии наук РТ.- Казань, 2004.-582с.

3. Р.Х.Муслимов Современные методы управления разработкой нефтяных месторождений с применением заводнения.- Изд-во Казанского Университета. - 2003. -596с.

4. В.П.Тронов, А.В. Тронов Очистка вод различных типов для использования в системе ППД.- Изд-во Академии наук РТ.- Казань, 2001.-560с.

5. В.И.Щуров Технология и техника добычи нефти.- Москва.-Недра.-2003.-510с.

6. И.Т. Мищенко Скважинная добыча нефти.- Изд-во «Нефть и газ».- Москва,2003.-816с.

7. И.Т.Мищенко и др. Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи. – М: Недра, 1984. – 272 с.

8. Юрчук А.М., Истомин А.З. Расчеты в добыче нефти. М. «Недра», 1979, 271 с.

9. Р.Х.Муслимов Современные методы повышения нефтеизвлечения. Проектирование, оптимизация и оценка эффективности.- Изд-во Академии наук РТ.- Казань, 2005.-688с.

10. В.П.Тронов Взаимовлияние смежных технологий при разработке нефтяных месторождений.- Изд-во Академии наук РТ.- Казань, 2006.-735с.

11. В.П.Тронов. Е.Ф.Захарова. Анализ и подбор оборудования для осуществления каскадной технологии глубокой очистки закачиваемых в пласты вод.- Альметьевск: АГНИ, 2004.-57 с.

13. РД 153-39.0-442-06. Инструкция по применению технологии очистки призабойной зоны нагнетательных скважин системы ППД методами изливов на месторождениях ОАО «Татнефть». – Бугульма: ТатНИПИнефть, 2005. – 91 с.

14. РД 153-39.0-448-06. Инструкция по оптимизации насосного оборудования для групповой и индивидуальной закачки воды в системе ППД ОАО «Татнефть». Бугульма: ТатНИПИнефть - 2005.

15. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод – 3-е изд., перераб. и доп. М. «Недра», 1991, 330с.

16. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Перкин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти – М. ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002, с.315.

17. Шевелёв Ф.А., Шевелёв А.Ф. Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб – 6-е изд., доп. и перераб. М. «Стройиздат», 1984, 116с.

18. Гудилин Н.С., Кривенко Е.М., Маховиков Б.С., Пастоев И.Л. Гидравлика и гидропривод – 3-е изд., стереотипное М. Издательство Московского Государственного горного университета, 2001, 519с.

19. Нормы технологического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений ВНТП 3-85 М. Министерство нефтяной промышленности, 1985, с.107-131.

20. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологий межскважинных и внутрискважинных перекачек: отчёт о НИР (промежут.) / Татарский науч.-исслед. и проектный ин-т нефти; рук. Фаттахов Р.Б., Андреев И.И; исполн.: Степанов В.Ф., Соболев С.А. – Бугульма, 2004. – 159с.- Инв. № 2621.

21. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологий межскважинных и внутрискважинных перекачек: отчёт о НИР (заключительный) / Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти; рук. Фаттахов Р.Б., Андреев И.И; исполн.: Степанов В.Ф., Бусарова О.В. – Бугульма, 2005. – 108с. - Инв. № 2655.