Устройство для коалесценции эмульсии

(19) 1)5 В 01 04, С 10 6 33/О И 2 исс- еф.Ли и нефющейти к алесфаза й фа- одго- елью 5 37 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Татарский государственный научноледовательский и проектный институттяной промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОАЛЕСЦЕНЭМУЛЬСИЙ(57) Изобретение относится к областитедобывающей и нефтеперерабатываотраслей промышленности, в частноустройствам, предназначенным для коценции эмульсии, в которой нефтянаяв виде капель диспергирована в воднозе, и может быть использовано при итовке нефти и воды на промыслах. Цизобретения является повышение эф тивности коалесценции эмульсии за счет повышения эффективности работы коалесцирующих элементов, Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно, установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалесцирующим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 уловленной нефти и газа соединен с верхней частью 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы, образуя перепускное окно 13, Устройство содержит патрубки 14 и 15 для вывода уловленной нефти и газа и очищенной воды соответственно, 2 ил., 1 табл.1724307 5 10 15 20 25 30 35 40 4550 55 Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для коалесценции эмульсии, в которой нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе, и может быть использовано при подготовке нефти и воды на промыслах.Известно устройство для коалесценции капель одной жидкости, диспергированной в другой жидкости, представляющее собой блок с входными и выходными сторонами, который заполнен коалесцирующим материалом в виде переплетенных нитей и волокон, образующих в глубине блока множество лабиринтных каналов.Недостатком устройства является сложность изготовления блоков из переплетенных волокон с различной прочностью и полярными свойствами.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для коалесценции эмульсий, содержащее горизонтальную цилиндрическую трубу и расположенные в ней продольно обтекаемые потоком коалесцирующие нити, закрепленные на опорных элементах, разделяющих трубу на секции, при этом опорные элементы выполнены в виде распределительных решеток, а доля заполнения объема секции нитями увеличивается по ходу движения потока и составляет для первой секции 10 - 15 , для второй 20 - 25)ь и для последующих 25 - 35.Устройство просто по конструкции, Проведенные лабораторные испытания показали, что при прохождении потока эмульсии через устройство укрупнение мелких капель действительно проходит на поверхности продольных обтекаемых и свободно распологающихся вдоль потока нитях, закрепленных на решетках, Однако при движении потока исходной эмульсии вдоль нитей только часть скоалесцированных частиц нефти способны укрупниться и вследствие поля естественной гравитации выделиться в верхнюю часть устройства. Степень коалесценции частиц нефти при этом составляет 80 - 90 . Основное же количество нефти (более 200 мг/л) остается в эмульгированном состоянии и потоком эмульсии выводится из устройства, т.е. требует дальнейшей обработки. Низкие эффективность и степень коалесценции эмульсий (нефтяная фаза в виде капель диспергирована в водной фазе) обусловлены тем, что часть потока коалесцируемой эмульсии свободно проходит между гидрофобными нитями, натянутыми в секциях, не соприкасаясь с ними.Целью изобретения является повышение эффективности коалесценции эмульсий за счет повышения работы коалесцирующих элементов.В устройстве для коалесценции эмульсий, содержащем горизонтальную цилиндрическую трубу, разделенную распределительными решетками на секции, заполненные коалесцирующим материалом с увеличением объема заполнения секций по ходу движения потока, патрубки для отвода выделившегося газа и уловленной нефти, соедиенные общим трубопроводом, в каждой секции одна из решеток выполнена подвижной относительно продольной оси горизонтальной цилиндрической трубы, устройство снабжено вертикальным цилиндрическим отстойником, верхняя часть которого соединена с общим трубопроводом условленной нефти и газа, а нижняя - с горизонтальной трубой. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для коалесценции эмульсий, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.Устройство содержит горизонтальную цилиндрическую трубу 1, подвижные относительно горизонтальной оси цилиндрической трубы и неподвижные распределительные решетки 2 и 3 соответственно, установленные по ходу движения потока эмульсии и попарно соединенные между собой пружинами 4 так, что образуют секции 5, которые заполнены коалесцирующим материалом 6. Горизонтальная цилиндрическая труба 1 соединена с вертикальным цилиндрическим отстойником 7 так, что выходной конец 8 общего трубопровода 9 условленной нефти и газа соединен с верхней зоной 10 отстойника, а нижняя часть 11 отстойника соединена с выходным концом 12 горизонтальной трубы, образуя перепускное окно 13, Устройство содержит патрубки для вывода уловленной нефти и газа 14 и очищенной воды 15.Устройство работает следующим образом.Эмульсия типа нефть в воде поступает по горизонтальной цилиндрической трубе 1 через подвижную решетку 2 в первую по ходу движения потока секцию 5, заполненную на 20-30 об.)ь коалесцирующим материалом 6, представляющим собой смесь гидрофобно-гидрофильных веществ, например полиэтиленовых и древесных стружек. При прохождении эмульсии типа нефть в воде через секцию, заполненную полиэтиленовыми и древесными стружками, гидрофобные частицы (капли нефти) осаждаются на полиэтиленовых стружках, при достижении критической толщины пленка нефти открывается и за счет гравитационного поля поднимается в верхнюю зону устройства. Мелкие же капли воды, входящие в состав нефтяных пленок, при соприкосновении с древесными стружками, смоченными водой (гидрофильный материал), переходят в состав водных пленок на стружках, а при достижении также критической толщины стекают в нижнюю зону.Процессы коалесценции капель нефти и воды интенсифицируются дополнительно при сжатии гидрофильных и гидрофобных стружек. На поверхности коалесцирующего материала происходят соударение и укрупнение капель нефти и воды. Укрупнение частиц нефти и капель воды, находящихся в каплях нефти, на поверхности коалесцирующего материала происходит за счет тангенциальных составляющих скоростей турбулентного потока и возвратно-поступательного движения коалесцирующего материала под воздействием силы скоростного напора потока и силы упругости пружин, соединяющих подвижные и неподвижные решетки.Наличие в устроистве подвижных решеток 2, приводящихся в движение энергией скоростного напора и силами упругости пружин 4, позволяет автоматически осуществлять постоянный процесс регенерации (очистки) коалесцирующего материала и интенсифицировать процесс коалесценчии эмульсий, Не успевшие коалесцироваться в первой секции частицы нефти и воды поступают через неподвижную 3 и подвижную 2 решетки в следующую секцию 5, доля заполнения объема которой коалесцирующим материалом больше первой секции и составляет 35-45 . Здесь происходит окончательное укрупнение частиц нефти и воды и их переход в верхнюю и нижнюю зоны устройства.Отвод укрупненных капель нефти и воды с поверхности коалесцирующего материала происходит при его сжатии под действием силы скоростного напора, при этом сила скоростного напора потока больше суммы сил упругости пружин и коалесцирующего материала, Когда сила скоростного напора потока становится меньше сил суммы сил упругости пружины, происходит разжатие пружин и коалесцирующего материала, способствующее укрупнению последовательно прилипающих на поверхности коалесцирующего материала капель нефти и воды, и отвод их в соответствующие зоны.45 50 жен коалесцирующий материал б. В качестве коалесцирующего материала используют полиэтиленовые и древесные стружки. Соотношение объемов полиэтиленовых и древесных стружек составляет 4;3. Оптимальное соотношение (4:3) подбирают экспериментальным путем. Доля заполнения объема первой секции коалесцирующим материалом составляет20 - 30 и подбирается также экспериментальным путем.Загрязненная нефтепродуктами вода, контактируя в первой секции с коалесцирующим материалом, заполняющим объем между подвижными и неподвижными решетками, равномерно распределяется вней. При этом часть нефтепродуктов с разТак как цикл сжатия и разжатия коалесцирующего материала и пружин осуществляется непрерывно, то и процесс укрупнения и отвода укрупненных капель 5 нефти и воды с поверхности коалесцирующего материала происходит непрерывно.Уловленная нефть из верхней зоны горизонтальной трубы по общему трубопроводу 9 уловленной нефти и газа через 10 выходной конец 8 поступает в верхнюю зонуотстойника 10, откуда через патрубок 14 вы-.водится на установку подготовки нефти. Выделившаяся вода из нижней эоны горизонтальной трубы через перепускное 15 окно 13, образованное при соединении выходного конца 12 горизонтальной трубы 1 с вертикальным отстойником 7, поступает в нижнюю зону 11 отстойника 7, откуда через патрубок 15 вывода очищенной воды с со держанием нефти до 15 мг/л отводится потребителю, в частности в систему поддержания пластового давления (ППД).В нижней зоне 11 отстойника 7 происходит дополнительный отстой воды, посту пающей через перепускное окно 13, а вверхней зоне 10 - накопление нефти, поступающей по общему трубопроводу 9, Накопленная в верхней зоне 10 нефть работает как гидрофобный фильтр для очистки воды 30 от нефти и наоборот, Накопленная нефть изверхней зоны 10 непрерывно отводится через патрубок 14.Таким образом, верхняя и нижняя зоныотстойника 7 работают соответственно как 35 гидрофобный фильтр и отстойная камера,что дополнительно улучшает процесс коалесценции капель нефти и воды в эмульсии,П р и м е р. Нефтесодержащая вода(эмульсия типа нефть в воде) плотностью 40 1,06 г/см с содержанием нефтепродуктовз2437 мг/л и размерами капель нефти 30 - 190 мкм по горизонтальной цилиндрическойтрубе 1 поступает через подвижную решетку 2 в первую секцию 5, в которой располо1724307 ции эмульсий предлагаемого устройства количество нефтепродуктов, оставшихся в воде, отделившейся в процессе коалесценции, равно 15 мг/л, а при использовании извест ного - 260 мг/л, т.е, количество нефтепродуктов в воде снизилось более чем в 17 раз,Технико-экономическая эффективностьпредлагаемого устройства для коалесцен 10 ции эмульсий состоит в том, что при использовании его повышается степенькоалесценции (очистки) до 99,4 О по сравнению с 89% в известном,Формула изобретения15 Устройстводля коалесценции эмульсий,содержащее горизонтальную цилиндрическую трубу, разделенную распределительными решетками на секции, заполненныекоалесцирующим материалом с увеличени 20 ем объема заполнения секций по ходу движения потока, патрубки для отводавыделившегося газа и уловленной нефти,соединенные общим трубопроводом, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения25 эффективности коалесценции, в каждой секции одна из решеток выполнена подвижнойотносительно продольной оси горизонтальной цилиндрической трубы, устройствоснабжено вертикальным цилиндрическим30 отстойником, верхняя часть которого соединена с общим трубопроводом уловленнойнефти и газа, а нижняя - с горизонтальнойтрубой. Известное П е лагаемое Удельная производительность, м /мСодержание в эмульсии нефтепродуктов,мг/лдо коалесценции1 после коалесценцииСтепень коалесцен ии очистки,60 60 243726089 2437 15 99,445 50 55 мерами капель 50 в 1 мкм укрупняется и отводится в верхнюю зону первой секции, а вода с остатками нефтепродуктов порядка 100 - 110 мг/л через неподвижную решетку 3 и подвижную решетку 2 поступает в следующую секцию 5, где происходит окончательное укрупнение капель нефти и их выделение в верхнюю зону устройства. Доля заполнения объема второй секции коалесцирующий материалом составляет 35 - 45 и также подбирается экспериментальным путем. Уловленная нефть из верхней зоны устройства поступает по общему трубопроводу 9 в верхнюю зону 10 отстойника 7, откуда через патрубок 14 направляется на установку подготовки нефти. Выделившаяся вода из нижней части горизонтальной трубы через перепускное окно 13 поступает в нижнюю зону отстойника с содержанием нефтепродуктов 15 - 20 мг/л, где происходит дополнительный отстой, откуда с содержанием нефтепродуктов 12 - 15 мг/л направляется в систему ППД. Удельная производительность устройства составляет 60 м /м .Результаты, полученные при испытании предлагаемого и известного устройств для коалесценции эмульсий, приведены в таблице,Как видно из приведенных в таблице данных, при использовании для коалесценНаименование показателей Уст ойство ля коалес ен ии эм льсий1724307 ВидА орректор С.Черни Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дактор И.Шулказ 1132ВНИИПИ Го Составитель Ф.ГуфраноТехред М.Моргентал Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5