Промывка остаточной соли в нефтях с использованием ультразвукового воздействия

Введение. Одной из особенностей нефтей, добываемых в Узбекистане, является высокое содержание в них минеральных солей, преимущественно хлористых.

Анализ нефтей, получаемых после обводнения, показал, что остаточное содержание хлористых солей доходит до 300-350 г/л, что отрицательно сказывается на процессах их переработки и способствует коррозии трубопроводов, аппаратуры и т. п. [1]. Поэтому на практике с целью снижения солей обезвоженную нефть часто приходится промывать несколько раз в пресной воде (в отдельных случаях нагретой до 70-80 ⁰С) [6]. Это приводит к образованию большого количества отработанной воды, значительным потерям нефти и др. В этом аспекте применение ультразвукового воздействия на процесс промывки минерализованной нефти хлористыми солями нефти имеет как научную, так и практическую ценность.

Освоение промышленного производства ультразвуковых установок с гидродинамическими и магнитострикционными преобразователями за последние годы расширило сферы их применения [5].

Выбор из нетрадиционных методов воздействия на жидкости ультразвука обосновывается авторами тем, что при использовании данного метода при промывке обезвоженной нефти протекает кавитация за счет звуковых волн, которая повышает растворимость солей в промываемой пресной воде.

Известно, что в нефтях наряду с растворенными солями содержатся различные высокодисперсные соли в виде кристаллов, которые трудно удаляются при традиционном обезвоживании ВНЭ. Для их извлечения из обезвоженной нефти используют многократную промывку пресной водой, которая обходится дорого в промысловых условиях.

Промывка нефти пресной водой (без рециркуляции) позволяет снизить в ней содержание солей и кластеров.

                                                    (1)

где Q^Н₂^О – расход промывочной воды, м³;

Q^ПВ – количество пластовой воды в нефти перед ступенью

обессоливания, кг/м³; Q^ПВ=W₁/(1- W₁);

В – количество воды в нефти на выходе ступени обессоливания,

кг/м³; В=W₂/(1- W₂);

Х – содержание соли в обессоленной нефти, мг/дм³;

К₁ – содержание соли в пластовой воде, мг/дм³;

К₂ – содержание соли в промывочной воде, мг/дм³;

Q^Н – количество нефти, подлежащей подготовке, м³;

0,8 – коэффициент эффективности смешения.

Как видно из данного уравнения (1), на расход пресной воды при обессоливании нефти существенное влияние оказывает интенсивность перемешивания фаз, которую можно повысить за счет использования ультразвукового воздействия. Это позволяет не только сократить кратность промывки нефти, но и количество расходуемой при этом пресной воды.

Целью данного исследования является промывка остаточного содержания воды в нефтях с использованием ультразвукового излучения. Следовательно, снижение кратности промывки нефти считается практически важной задачей и имеет экономические и экологические выгоды.

Объекты и методы исследования. Местные нефти месторождений Миршоди (Сурхандаринская обл), Мингбулак (Наманганская обл.). Анализы остаточного содержания воды и концентрации хлористых солей осуществляли согласно методикам [2; 3].

Полученные результаты. Авторами изучено влияние ультразвукового воздействия на процесс промывки нефти при следующих режимах: частота – 20 кГц и время озвучивания 60 секунд, температура воды для промывки – 30 ⁰С.

В табл. 1 представлены результаты промывки местных нефтей с использованием ультразвукового воздействия и без него (контроль).

Показатели местных нефтей, промытых пресной водой с использованием ультразвукового воздействия и без него

Примечание: (х) без ультразвукового воздействия (контроль)

Как видно из табл. 1, использование ультразвукового воздействия при промывке нефти положительно сказывается на остаточном содержании в ней воды и хлористых солей. Применение ультразвукового воздействия при промывке нефти позволило снизить массовую долю воды в обоих образцах примерно на 20-25% по сравнению с промывкой нефти без применения ультразвука, а массовую концентрацию хлористых солей – на 130-132 мг/дм³. Причем в обоих образцах промывка нефти с использованием ультразвукового воздействия позволяет уменьшить содержание остаточной воды ниже утвержденного стандарта.

С целью более глубокого удаления хлористых солей из нефти авторами проведена двухкратная их промывка при режимах, отмеченных в предыдущем опыте. Полученные результаты представлены
в табл. 2.

Таблица 2.

Показатели подготовки местных нефтей после первой и второй промывки с использованием пресной воды, ультразвукового воздействия и без него

Примечание: (х) без ультразвукового воздействия (контроль)

Из табл. 2 видно, что двухкратная промывка нефти пресной водой способствует понижению содержания в ней хлористых солей примерно в 1,6-2,0 раза. При этом использование ультразвукового воздействия также значительно понижает остаточное содержание хлористых солей в нефти. Причем использование последнего более эффективно работает при первой промывке нефти пресной водой, во второй – относительно менее эффективно, что подтверждает наличие в нефти трудноудаляемых солей.

Известно, что ультразвук позволяет получать стойкие эмульсии, которые трудно разрушать даже с использованием эффективных деэмульгаторов [4].

Учитывая это, авторами изучено влияние времени ультразвукового воздействия на качество подготовки нефти и образование водонефтяной эмульсии. Результаты наблюдений представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Влияние времени ультразвукового воздействия на остаточное содержание воды и хлористых солей при промывке пресной водой

Из табл. 3 видно, что с увеличением времени ультразвуковой обработки до 60 секунд при промывке нефти пресной водой остаточное содержание воды и хлористых солей в нем уменьшается. При продолжении обработки до 90 секунд наблюдается стабилизация данных показателей. При озвучивании более 90 секунд начинается эмульгирование воды с нефтью, что нежелательно в данном процессе.

Частота ультразвукового воздействия также считается одним из важных параметров при подборе условий промывки нефти пресной водой.

Учитывая это, авторами изучено влияние данного параметра при промывке нефти пресной водой с температурой 30 ⁰С в течение 60 секунд. Полученные результаты проиллюстрированы в табл. 4.

Таблица 4.

Изменение остаточного содержания воды и хлористых солей в нефти в зависимости от его промывки при различных частотах УЗ

Из табл. 4 видно, что с увеличением частоты ультразвука от 12 до 20 кГц глубина очистки нефти от воды и хлористых солей повышается. Причем разница в показателях, полученных при 16 и 20 кГц, уменьшается. Это позволяет считать, что оптимальной частотой ультразвукового воздействия при промывке нефти пресной водой является 16 кГц.

Вывод. Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что использование ультразвукового воздействия при промывке нефти пресной водой позволяет повысить глубину ее очистки от воды и хлористых солей. При этом оптимальными режимами ультразвукового воздействия являются: частота озвучивания – в 16 кГц, а время обработки – 60 секунд (для каждой партии промываемой нефти).