Полный текст

Введение Задача повышения эффективности нефтепромысловой подготовки нефти всегда остается актуальной, так как ее решение может значительно повысить степень подготовки нефти, уменьшить потери углеводородов с дренажной водой, тем самым улучшить экологию окружающей среды и принести дополнительную прибыль предприятию [1-7]. Как известно, производственная подготовка нефти, ее деэмульгирование проводятся под воздействием температуры: нефть подогревается и подается химический реагент [8-14]. При повышении температуры весьма существенно снижается вязкость нефти, значительно увеличивается разность плотностей воды и нефти. В свою очередь, подбор температуры деэмульгирования зависит от свойств нефти и условий его проведения. В результате совокупного воздействия температуры и химического реагента происходит коалесценция, т.е. интенсивное слияние капелек воды в более крупные, способные под действием силы тяжести достаточно быстро выпадать и отделяться от нефти. При проведении лабораторных исследований влияние основных факторов, таких как температура, концентрация реагентов, количество перемешиваний и время отстаивания, было тщательно изучено. Постановка задачи Технологический метод деэмульсации заключается в том, чтобы обеспечить получение максимального количества обезвоженной нефти с наименьшим содержанием остаточной воды и при минимальном расходе деэмульгатора. Все это должно быть достигнуто в условиях экономичного расходования топлива и пара, сохранности аппаратуры и оборудования установки. Процесс следует вести экономично при небольшом подогреве эмульсии, так как повышенная температура увеличивает расход топлива, уменьшает пропускную способность установки, увеличивает потери ценных легких фракций. Однако величина подогрева должна обеспечить течение процесса деэмульсации с достаточной скоростью [15-25]. Решение задачи Как известно, водонефтяные эмульсии относятся к типичным представителям сложных гетерогенных и полидисперсных систем, и исследования последних лет показали, что они характеризуются, помимо основного физико-химического свойства - вязкости, еще и степенью водонасыщенности [26-28]. В частности, исследования реологических характеристик искусственно созданных эмульсий на основе высоковязкой аномальной нефти месторождения Мурадханлы на ротационном вискозиметре Rheotest-2 при температурах 20, 40 °С показали, что с 22 до 80 % водонасыщенности вязкость системы, как и следовало ожидать, увеличивается с ростом обводненности (рис. 1, а, б). Как видно из этих рисунков, при 80%-ном водосодержании происходит полное насыщение нефти водой. Рис. 1. Графики зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига при течении Мурадханлинской нефти при различном водосодержании: а - Т 20 °С; б - Т 40 °С На нефтепромыслах Азербайджана широкое применение нашли, в частности, зарубежный деэмульгатор «Дисольван» (Швейцария) и отечественный «Алкан». В технической документации регламентируется высокая эффективность действия этих реагентов. Однако, как правило, в промысловых условиях реальная эффективность перечисленных деэмульгаторов значительно ниже регламентируемой. Причиной такого положения является то, что на стадии разработки и производства реагентов очень сложно учесть все факторы, влияющие на их эффективность, вследствие изменения состава и водонасыщенности добываемой нефти. Деэмульгаторы марки «Victory-1, 2, 3», «Rayan-2050», «Randem-2208», предназначенные для внедрения на объектах добычи, сбора, подготовки и транспорта углеводородного сырья АО «Каражанбасмунай», были испытаны в лабораторных условиях. Деэмульгаторы марок «Victory» являются многотипными, пригодны для разрушения различных типов водонефтяных эмульсий. Представляют собой композиционные составы на основе поверхностно-активных веществ, растворенных в органических растворителях. Испытуемый деэмульгатор марки «Рауан-2050» представляет собой композиционный состав на основе блоксополимеров окиси этилена и пропилена, растворенных в органических растворителях, и предназначен для обезвоживания и обессоливания нефтяных эмульсий в процессе сбора и подготовки нефти на промыслах. Деэмульгатор разработан ТОО «РауанНалко» и выпускается согласно СТ ТОО 7585-1915-38-36-2012. Эффективность деэмульгаторов определялась согласно методике СТ АО 000840001829-04-14 «Порядок проведения лабораторных испытаний по оценке деэмульгирующей активности химических реагентов методом бутылочного теста («bottle test») [29], сущность которой заключается в визуальном наблюдении за расслаиванием эмульсии и водоотделением в стеклянных сосудах (бутылях-отстойниках). Исследуемый продукт вводился в различных дозировках в водонефтяную эмульсию, разлитую в 100-миллиметровые отстойники, далее фиксировалась динамики воды, отделяющейся из эмульсии. Для оценки устойчивости исследуемой эмульсии в эксперимент включают «холостой» опыт, в котором эмульсию обрабатывают при тех же условиях без добавления деэмульгатора. Тестирование деэмульгаторов проводилось с использованием водонефтяной эмульсии месторождения Каражанбас при температуре 90 °С. По окончании тестов определялось содержание хлористых солей в нефти титрованием водного экстракта по ГОСТ 21534-76 [30]. Степень обезвоживания деэмульгатора рассчитывали по формуле где V1 - объем воды, отделившейся после термостатирования, %; V - содержание связанной воды в пробе, %. Определение эффективной дозировки проводилось по следующим критериям: - примерная (ориентировочная) оценка эффективности при удельных расходах 150, 200, 240, 300 г/т; - уточнение оптимальной эффективной дозировки деэмульгатора при удельных расходах 220-260 г/т. В табл. 1-5 и на рис. 2-7 приведены результаты исследования кинетики выделения воды испытуемых деэмульгаторов в условиях месторождении Каражанбас. Анализ лабораторных исследований показал, что нефть месторождения, отобранная из скважины и газозамерного узла, однородна: близка по химическому составу и свойствам, относится к типу парафинистых (в среднем 3,7 % мас.), высокосмолистых (в среднем 19 % мас.), по содержанию серы - высокосернистая, по хлористым солям и механической примеси относится к третьей группе. Поскольку деэмульгатор марки «Рандем-2208» уже применяется на объектах месторождения Каражанбас, то он считается базовым и является реагентом-деэмульгатором сравнения. По результатам тестирования (табл. 1 и рис. 2) видно, что при введении в исходную водонефтяную эмульсию в количестве 240 г/т не наблюдается отрицательного влияния на процесс подготовки, обезвоживание и обессоливание нефти: степень обезвоживания составляет 63,27 %, а остаточное содержание хлористых солей - 2,44 г/л. Результаты исследования (табл. 2 и рис. 3) показывают, что деэмульгатор марки «Victory-1» при введении в водонефтяную эмульсию месторождения Каражанбас, по сравнению с другими марками деэмульгаторов «Victory», не проявляет высокую деэмульгирующую способность. При максимальном удельном расходе 300 г/т степень обезвоживания составляет 30,86 %, остаточное содержание воды в нефти - 69,14 %. Содержание хлористых солей в нефти уменьшилось с 5,94 до 3,57 г/л. При введении деэмульгатора в водонефтяную эмульсию выделившаяся вода не мутнеет, не наблюдается четкой границы раздела фаз, присутствует адгезия к стенкам пробирки, промежуточный слой отсутствует, не образуется осадок. Таблица 1 Результаты исследования кинетики ориентировочной и уточненной эффективной дозировки деэмульгатора «Randem-2208» при температуре тестирования 90 °С № п/п Продукт Дозировка, г/т Количество выделившейся воды, % Степень обезвоживания, % Остаточное содержание воды, % Содержание хлористых солей, мг/л Время, мин 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 120 Ориентировочная эффективность, значение связанной воды - 44,6 % 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,41 0,82 0,82 1,64 3,28 4,10 9,19 90,81 8090,9 2 «Рандем-2208» 150 0,00 2,46 12,30 18,04 22,14 22,96 23,78 24,60 26,24 27,06 27,06 60,67 39,33 2764,2 3 «Рандем-2208» 200 0,00 3,90 11,70 17,16 22,62 22,62 23,40 24,18 24,96 25,74 25,74 57,71 42,29 2976,3 4 «Рандем-2208» 240 0,00 2,49 12,45 20,75 24,90 26,56 27,39 27,39 28,22 28,22 28,22 63,27 36,73 2436,7 5 «Рандем-2208» 300 0,00 3,20 13,60 19,20 22,40 24,80 25,60 26,40 27,20 27,20 27,20 60,99 39,01 2648,1 Уточненная эффективность, значение связанной воды - 42 % 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,80 0,80 1,20 1,60 2,40 5,71 94,29 13045,9 2 «Рандем-2208» 220 0,00 8,00 13,60 16,00 19,20 21,60 22,40 22,40 22,40 23,20 24,00 57,14 42,86 6319,1 3 «Рандем-2208» 260 0,00 8,20 13,94 17,22 20,50 22,14 22,96 23,78 24,60 24,60 25,01 59,55 40,45 6664,6 Таблица 2 Результаты исследования кинетики ориентировочной эффективной дозировки деэмульгатора «Victory-1» при температуре тестирования 90 °С (значение связанной воды - 55,6 %) № п/п Продукт Дозировка, г/т Количество выделившейся воды, % Степень обезвоживания, % Остаточное содержание воды, % Содержание хлористых солей, мг/л Время, мин 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 120 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 3,20 5,76 94,24 5940,9 2 «Victory-1» 150 0,00 0,00 0,08 1,60 4,80 7,20 8,00 10,40 12,80 15,20 18,40 33,09 66,91 3193,5 3 «Victory-1» 200 0,00 0,00 0,08 3,95 7,11 9,48 10,27 12,64 14,22 15,01 18,17 32,68 67,32 3269,6 4 «Victory-1» 240 0,00 0,00 0,08 5,60 9,60 12,00 15,20 16,00 18,40 20,80 23,20 41,73 58,27 2587,4 5 «Victory-1» 300 0,00 0,00 0,16 5,77 7,96 10,61 12,25 12,87 14,20 15,91 17,16 30,86 69,14 3566,0 Таблица 3 Результаты исследования кинетики ориентировочной и уточненной эффективной дозировки деэмульгатора «Victory-2» при температуре тестирования 90 °С № п/п Продукт Дозировка, г/т Количество выделившейся воды, % Степень обезвоживания, % Остаточное содержание воды, % Содержание хлористых солей, мг/л Время, мин 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 120 Ориентировочная эффективность, значение связанной воды - 54 % 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 1,60 2,40 4,44 95,56 7118,3 2 «Victory-2» 150 0,00 0,00 2,31 6,16 8,47 18,48 24,64 27,72 30,03 30,80 31,57 58,46 41,54 2245,6 3 «Victory-2» 200 0,00 0,00 3,16 7,90 18,96 26,07 30,02 30,81 31,60 32,39 32,39 59,98 40,02 2141,3 4 «Victory-2» 240 0,00 0,00 2,34 7,80 13,26 26,52 29,64 30,42 31,20 31,98 32,76 60,67 39,33 2099,8 5 «Victory-2» 300 0,00 0,00 2,46 9,84 22,14 28,70 30,34 31,98 33,62 34,44 34,44 63,78 36,22 2038,8 Уточненная эффективность, значение связанной воды - 42 % 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,80 0,80 1,20 1,60 2,40 5,71 94,29 5940,9 2 «Victory-2» 220 0,00 7,20 11,20 13,60 16,00 19,20 20,00 20,80 21,60 21,60 22,40 53,33 46,67 2120,7 3 «Victory-2» 260 0,00 6,56 9,84 13,94 16,40 18,86 19,68 21,32 21,32 22,14 22,14 52,71 47,29 2778,5 Таблица 4 Результаты исследования кинетики ориентировочной и уточненной эффективной дозировки деэмульгатора «Victory-3» при температуре тестирования 90 °С № п/п Продукт Дозировка, г/т Количество выделившейся воды, % Степень обезвоживания, % Остаточное содержание воды, % Содержание хлористых солей, мг/л Время, минут 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 120 Ориентировочная эффективность, значение связанной воды - 44 % 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,16 2,40 3,20 4,00 4,80 4,80 5,60 6,40 7,20 16,36 83,64 6749,2 2 «Victory-3» 150 0,08 4,74 8,69 11,85 15,01 21,33 22,91 25,28 26,07 26,07 26,07 59,25 40,75 2457,0 3 «Victory-3» 200 0,00 2,46 5,74 9,84 13,94 20,50 22,14 24,60 24,60 25,42 26,24 59,64 40,36 2367,0 4 «Victory-3» 240 0,16 4,00 7,20 10,40 15,20 18,40 21,60 24,00 24,80 25,60 26,40 60,00 40,00 1109,7 5 «Victory-3» 300 0,04 3,28 7,38 11,48 17,22 23,78 27,06 27,88 28,70 28,70 29,52 67,09 32,91 725,0 Уточненная эффективность, значение связанной воды - 42 % 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,80 0,80 1,20 1,60 2,40 5,71 94,29 5940,9 2 «Victory-3» 220 0,00 7,20 13,60 16,80 20,80 22,40 23,20 24,00 24,00 24,00 24,00 57,14 42,86 1556,2 3 «Victory-3» 260 0,00 8,20 13,94 16,40 21,32 23,78 23,78 24,60 25,42 25,42 25,42 60,52 39,48 1093,4 Таблица 5 Результаты исследования кинетики ориентировочной и уточненной эффективной дозировки деэмульгатора «Rauan-2050» при температуре тестирования 90 °С (значение связанной воды - 42 %) № п/п Продукт Дозировка, г/т Количество выделившейся воды, % Степень обезвоживания, % Остаточное содержание воды, % Содержаие хлористых солей, мг/л Время, мин 5 10 15 20 30 40 50 60 75 90 120 1 Холостая проба 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,80 0,80 1,20 1,60 2,40 5,71 94,29 5940,9 2 «Rauan-2050» 100 0,00 2,40 5,60 9,60 12,00 13,60 15,20 15,20 16,00 16,80 17,60 41,90 58,10 3626,3 3 «Rauan-2050» 150 0,00 4,00 8,00 9,60 12,80 14,40 16,80 17,60 17,60 18,40 19,20 45,71 54,29 3231,4 4 «Rauan-2050» 200 0,00 8,00 12,00 13,60 16,80 20,00 21,60 22,40 23,20 24,00 24,80 59,05 40,95 2650,1 5 «Rauan-2050» 220 0,00 7,20 8,80 12,00 16,80 20,00 20,80 22,40 23,20 24,00 24,80 59,05 40,95 1154,7 6 «Rauan-2050» 240 0,00 7,29 9,72 12,96 18,63 21,06 21,87 23,49 25,11 25,11 25,92 61,71 38,29 709,8 7 «Rauan-2050» 260 0,00 5,67 8,10 12,15 17,82 20,25 21,12 22,64 24,14 25,10 25,10 59,76 40,24 1007,6 8 «Rauan-2050» 300 0,00 8,10 11,34 15,39 20,25 21,68 22,30 23,11 23,98 24,72 24,72 58,86 41,14 1105,3 В результате оценки эффективности из линейки деэмульгаторов «Victory» для уточнения оптимальной эффективной дозировки исследования продолжены с деэмульгаторами марки «Victory-2» и «Victory-3». При введении в нефтяную эмульсию деэмульгатора марки «Victory-2» (табл. 3 и рис. 4) в дозе 240 и 300 г/т наблюдается снижение содержания хлористых солей (с 7,12 до 2,04 г/л) более чем в три раза. При этом степень обезвоживания достигает максимального значения при 300 г/т и составляет 63,78 %, в то время как такой же эффект достигается при использовании 240 г/т базового реагента. Подтоварная (выделившаяся) вода не мутнеет, наблюдается четкая граница раздела фаз, промежуточный слой отсутствует, не образуется осадок и не установлена адгезия к стенкам пробирки. Результаты деэмульгатора «Victory-3», представленные в табл. 4 и рис. 5, показывают, что при введении его в водонефтяную эмульсию наблюдается существенное снижение хлористых солей до 0,73 г/л. При прочих равных условиях деэмульгатор марки «Victory-3» по сравнению с двумя другими деэмульгаторами из этой же линейки («Victory-1 и 2») при дозировке 300 г/т более эффективен, степень обезвоживания достигает максимального значения и составляет 67,9 %. По сравнению с базовыми деэмульгатором «Рандем-2208» «Victory-3» не обеспечивает достаточно хорошее обезвоживание при удельном расходе 240 г/т. При введении деэмульгатора в водонефтяную эмульсию выделившаяся вода не мутнеет, наблюдается четкая граница раздела фаз, промежуточный слой отсутствует, не образуется адгезия к стенкам пробирки, но визуально присутствует в малом количестве осадок. В табл. 5 и на рис. 6 представлены результаты исследования кинетики ориентировочной и уточненной эффективной дозировки деэмульгатора «Rauan-2050». При введении в водонефтяную эмульсию данного деэмульгатора степень обезвоживания при удельных расходах 240 и 300 г/т составила 61,7 %, а остаточное содержание воды в нефти - 38,29 %. Выделившаяся вода не мутнеет, наблюдается четкая граница раздела фаз, промежуточный слой отсутствует, не образуется осадок и не установлена адгезия к стенкам пробирки. Рис. 2. Кинетика выделения воды в присутствии деэмульгатора «Randem-2208» при значениях связанной воды 44,6 % (а) и 42 % (б) (см. табл. 1) Рис. 3. Кинетика выделения воды в присутствии деэмульгатора «Victory-1» Рис. 4. Кинетика выделения воды в присутствии деэмульгатора «Victory-2» при значениях связанной воды 54 % (а) и 52 % (б) (см. табл. 3) Рис. 5. Кинетика выделения воды в присутствии деэмульгатора «Victory-3» при значениях связанной воды 44 % (а) и 42 % (б) (см. табл. 4) Рис. 6. Кинетика выделения воды в присутствии деэмульгатора «Rauan-2050» Рис. 7. Зависимость степени обезвоживания от удельного расхода деэмульгаторов марок «Randem-2208», «Victory-2, 3» и «Rauan-2050» При концентрациях 240, 260 и 300 г/т деэмульгатор марки «Rauan-2050» по степени обезвоживания и остаточному содержанию воды показывает одинаковые (стабильные) результаты, в то время как содержание хлористых солей в нефти снижается на порядок - от 5,94 до 0,71 г/л, что также является показателем качества подготовки нефти. Заключение Анализируя результаты лабораторных исследований (рис. 7), можно сделать вывод, что по степени обезвоживания при технологическом удельном расходе 240 г/т все испытуемые химические реагенты уступают базовому реагенту-деэмульгатору «Рандем-2208», а по обессоливающим свойствам базовый деэмульгатор уступает деэмульгаторам марки «Victory-2, 3» и «Rauan-2050». Таким образом, анализ результатов проведенных лабораторных исследований показал следующее: 1. Деэмульгатор марки «Victory-1» по сравнению с базовым и другими деэмульгаторами не проявляет высокую деэмульгирующую способность. 2. Деэмульгатор марки «Victory-2» по сравнению с базовым деэмульгатором «Рандем-2208» при технологическом удельном расходе 240 г/т показал наименьшую деэмульгирующую способность, степень обезвоживания составляет 60,67 %. 3. Деэмульгатор марки «Victory-3» по сравнению с базовым деэмульгатором «Рандем-2208» обеспечивает достаточно хорошее обезвоживание и обессоливание водонефтяной эмульсии при удельных расходах 220-300 г/т. 4. Деэмульгатор марки «Rauan-2050» по сравнению с базовым деэмульгатором «Рандем-2208» проявляет хорошую деэмульгирующую способность. При удельных расходах 220-300 г/т имеет стабильные результаты по остаточному содержанию воды в нефти и существенно снижает содержание хлористых солей в нефти, но при концентрации, применяемой на месторождении - 240 г/т, лучшая деэмульгирующая способность у «Рандем-2208». Анализируя стойкость нефтяных эмульсий в зависимости от обводненности, по расходным показателям реагента-деэмульгатора, обеспечивающим их расслоение, было замечено, что на эффективность процесса деэмульсации оказывает влияние взаимодействие двух факторов: содержание водной фазы и степень ее дисперсности. Так как процесс деэмульсации нефти с применением реагента-деэмульгатора связан с разрушением и адсорбционным вытеснением молекулами деэмульгатора природных стабилизаторов с границы раздела нефть - вода, повышение содержания воды оказывает сильное влияние на расход реагента. Таким образом, результаты проведенных экспериментальных исследований показывают, что с ростом водонасыщенности нефти расход реагента-деэмульгатора уменьшается. При этом путем целенаправленного повышения водонасыщенности подготовленной реологически сложной нефти до предельного ее значения можно несколько раз уменьшить расход деэмульгатора, не снижая при этом эффективность процесса обезвоживания нефти.

Об авторах

Гафар Гуламгусейн Исмайылов

Автор, ответственный за переписку.
Email: q.ismaylov@asoiu.edu.az
AZ1010, Азербайджан, г. Баку, пр. Азадлыг, 20

доктор технических наук, профессор кафедры транспорта хранения нефти и газа

Есен Исламбердиевич Избасаров

Email: Izbasarov_E@kaznipi.kz
130000, Республика Казахстан, г. Актау, 6-й микрорайон, д. 2

докторант

Мехпара Бабаверди кызы Адыгезалова

Email: mehpareadigozelova@yahoo.com
AZ1010, Азербайджан, г. Баку, пр. Азадлыг, 20

кандидат химических наук, доцент кафедры химии и технологии неорганических веществ

Руслан Закир Халилов

Email: ruslan.khalilov@bakerhughes.com
AZ1010, Азербайджан, г. Баку, пр. Азадлыг, 20

докторант кафедры транспорта хранения нефти и газа

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 289

PDF (Russian) - 45

PDF (English) - 54

Ссылки

• Ссылки не определены.