Технология магнитно-фильтровальной очистки нефтезагрязненных сточных вод предприятий ТЭК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат наук Голубев, Иван Андреевич

• Голубев, Иван Андреевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Голубев, Иван Андреевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

/

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 ИСТОЧНИКИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.2 ТРЕБОВАНИЕ К КАЧЕСТВУ СТОЧНЫХ ВОД

1.3 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛАСТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

1.4 ВЫБОР СПОСОБА ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

1.4.1 ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТСТАИВАНИЕМ

1.4.2 ФИЛЬТРОВАНИЕ

1.4.3 ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ФЛОТАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ

1.4.4 АБСОРБЦИЯ ЖИДКОСТНЫМИ ФИЛЬТРАМИ

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1

2 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД

2.1 АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ

2.1.1 БОРЬБА С СОЛЕОТЛОЖЕНИЕМ

2.1.2 ЛИКВИДАЦИЯ ПАРАФИНООТЛОЖЕНИЙ

2.1.3 ДЕЭМУЛЬСАЦИЯ НЕФТИ

2.2 АППАРАТЫ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

2.3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ УСТАНОВКИ

2.3.1 РАЗРЯДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШХ - ЦЕПИ

2.3.2 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ УСТАНОВКИ

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ВОДОНЕФТЯНЫЕ СРЕДЫ

3.1 ВОДОНЕФТЯНЫЕ ЭМУЛЬСИИ. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

3.1.1 УСТОЙЧИВОСТЬ ЭМУЛЬСИЙ

3.2 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.2.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

3.3 МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ

3.3.1 РАЗРУШЕНИЕ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ ЗА СЧЕТ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОДЯ НА ПАРАМАГНИТНЫЕ СТРУКТУРЫ НЕФТИ

3.3.2 УСИЛЕНИЕ КОАЛЕСЦЕНЦИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология магнитно-фильтровальной очистки нефтезагрязненных сточных вод предприятий ТЭК»

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Наиболее широко распространенными загрязнителями сточных вод предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) являются нефтепродукты - неидентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности, принадлежат, согласно данным ЮНЕСКО, к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. В сбрасываемых сточных водах предприятий ТЭК наблюдаются, в ряде случаев, тысячекратное превышения нормативов.

Основными источниками загрязнения нефтепродуктами являются предприятия по добыче полезных ископаемых (объекты сбора и промысловой подготовки нефти, карьерные, шахтные и хвостовые воды). Как правило, очистные сооружения предприятий ТЭК не справляются с очисткой значительных объемов нефтезагрязненных сточных вод, что приводит в нефтедобывающей промышленности, при закачке недоподготовленной воды в систему поддержания пластового давления, к загрязнению пор пласта и как следствие падению уровня нефтеотдачи; на горных предприятиях осуществляющих сброс воды в водоемы к их загрязнению.

Важнейшим вопросом в решении проблемы снижения загрязнения водных объектов сточными водами является разработка наиболее эффективных методов очистки сточных вод и рациональных технических и технологических решений, обеспечивающих повышение степени очистки воды. Традиционные методы механической очистки часто не обеспечивают современные высокие требования к качеству очищенных сточных вод при их сбросе в водные объекты и закачке в пласт. Использование методов физико-химической и химической очистки вод сопряжено с одной стороны с расходом дорогостоящих реагентов, с другой стороны, с формированием вторичного загрязнения сбрасываемых вод и образованием значительных количеств неутилизируемых осадков.

В этой связи, на предприятиях ТЭК становится актуальным включение в технологическую схему очистки сточных вод новых этапов, которые должны обеспечивать глубокое и эффективное удаление нефтепродуктов различного генезиса. Одной из наиболее перспективных технологий очистки сточных вод является технология обработки водонефтяных сред магнитным полем, разработкой которой в разное время занимались такие ученые, как Бахтизин Р.Н., Валеев М.Д., Голубев М.В., Инюшин Н.В., Лесин В.И., Мирзаджанзаде А.Х. и др. В трудах этих ученых нашли отражение вопросы деэмульсации нефти, снижения солеотложения на внутренней поверхности промыслового оборудования и уменьшения его коррозии. Вместе с тем, предшествующими работами далеко не исчерпан круг проблем, касающихся очистки сточных вот от нефтепродуктов, разработки технологических решений и подбора оборудования.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ: снижение техногенной нагрузки предприятий ТЭК на поверхностные воды и горные породы путем внедрения комплекса технологических решений, направленных на очистку стоков от нефтепродуктов.

ИДЕЯ РАБОТЫ: очистку нефтезагрязненных сточных вод следует осуществлять с применением двухступенчатой технологии очистки, основанной на последовательном применении магнитной обработки и разделения жидкости в отстойнике с гидрофобным слоем.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. Анализ воздействия предприятий ТЭК на поверхностные воды и поровую структуру нефтеносного пласта, а так же методов по его снижению;

2. Экспериментальные исследования механизма воздействия импульсных магнитных полей на стабильность водонефтяных эмульсий;

3. Разработка двухступенчатой технологии очистки на основе совместного использования аппарата магнитной обработки и отстойника с гидрофобным слоем;

4. Оценка эколого-экономической эффективности применения предложенной технологии на объектах ТЭК.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В качестве основных методов исследования применялись:

системно-структурный анализ воздействия нефтепродуктов на природные воды;

аналитические, экспериментальные и гидрогеохимические работы в лабораторных и полевых условиях;

методы физического и численного моделирования; экспериментальные исследования и опытно-промышленные испытания технологии очистки сточных вод от нефтепродуктов. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

1. Установлены закономерности изменения остаточной концентрации нефтепродуктов в сточной воде, от частоты следования импульсов магнитного поля, выбираемые в пределах 5-50Гц.

2. Выявлена закономерность изменения физических свойств водонефтяной эмульсии после обработки ее магнитным полем, а именно: интенсификация процесса коалесценции и коагуляции глобул нефти, а так же снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз (нефть-вода).

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Снижение экологической опасности нефтезагрязненных сточных вод достигается обработкой их магнитным полем, частота следования импульсов которого выбирается, предварительно или непосредственно в ходе обработки, в пределах 5-50 Гц для жидкостей конкретных предприятий.

2. Максимальная очистка сточных вод от нефтепродуктов наиболее эффективно реализуется с применением импульсной магнитной установки, позволяющей создавать напряжение на разрядном конденсаторе до 1000 В, с максимальным значением амплитуды тока - 50 А и длительностью импульса 1 -2 мс, а так же возможностью регулирования частоты импульсов с шагом не более 5 Гц.

3. Достижение гарантированной глубины очистки нефтезагрязненных сточных вод должно производится применением двухэтапной технологии: 1)

обработки водоиефтяной эмульсии низкочастотным импульсным магнитным полем, 2) удалении из сточной воды нефтепродуктов и механических примесей в отстойнике с жидкостным гидрофобным слоем.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием большого количества исходных данных; использованием для анализов современного лабораторного оборудования. Проведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

1. Разработана и сконструирована лабораторная импульсная магнитная установка (ИМУ) для исследования процесса расслаивания водонефтяных эмульсий и водонефтяных сред. Сконструирован лабораторный стенд для проведения экспериментов.

2. Подобраны оптимальные параметры работы ИМУ для очистки модельной водонефтяной среды с заданными характеристиками.

3. Разработана двухступенчатая технология очистки нефтезагрязненных сточных вод состоящая из узла магнитной обработки и отстойника с жидкостным гидрофобным слоем.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА РАБОТЫ состоит в постановке цели, задач и методов исследования; в конструировании лабораторной установки ИМУ; в проведении и дальнейшем анализе лабораторных экспериментов.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ:

1. Технология двухступенчатой очистки нефтезагрязненных сточных вод предложена для использования в ОАО «Татойлгаз» для подготовки сточных вод к закачке в систему ППД;

2. Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горно-геологического профиля в Горном Университете, в частности, при проведении занятий по дисциплине «Основы экологии и природопользования», «Горное дело и окружающая среда», «Экология».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и российских научных конференциях и симпозиумах, в том числе: «Неделя горняка 2012» (г. Москва); Международный форум-конкурс «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2012); «Высокие интеллектуальные технологии и инновации в национальных исследовательских университетах» (г. Москва 2013); 17 Международная экологическая конференция студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии 21 века» (г. Москва 2013); конференция БРЕ (г. Москва 2013). Работа удостоена «Национальной экологической премией 2012».

ПУБЛИКАЦИИ. По теме работы опубликовано 4 печатных труда, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 153 страницы машинописного текста, 46 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 78 наименований.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 ИСТОЧНИКИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Загрязнение окружающей среды (ОС) углеводородами и продуктами их переработки занимает одно из первых мест в общем, техногенном загрязнении природы из-за все возрастающих масштабов их использования. Эта проблема важна для любой отрасли промышленности и для любого предприятия.

Нефтепродукты (НП) имеют довольно большой спектр применения, поэтому к объектам их эксплуатации могут быть отнесены: ТЭЦ,

котельные, транспортные парки, машиностроительные предприятия, автомагистрали,

хозяйственно-бытовое использование и т.д.

Значительное загрязнение маслонефтепродуктами связано с производственными стоками от ряда технологических аппаратов нефтеперерабатывающих (НПЗ), нефтехимических и машиностроительных заводов. Крупное машиностроительное предприятие сбрасывает в сутки до 200 м3 маслоэмульсионных стоков. Частично эти стоки спускают непосредственно в канализацию без предварительной очистки. На НПЗ обычно используют две системы канализации [1]:

для нейтральных вод (содержащих до 3 г/л нефтепродуктов и 0.1 - 0.3 г/л взвесей),

для эмульсионных и химических стоков (до 5 г/л нефтепродуктов и 0.3 - 0.5 г/л взвесей).

На автотранспортных предприятиях используется обычно 100 - 200 м /сут воды, причем 80 - 90 % этой воды расходуется на мойку машин, поэтому сточные воды содержат 200 - 1300 мг/л взвесей и 50 - 200 мг/л нефтепродуктов. Наиболее

грязные воды поступают от мойки грузовых автомобилей, они содержат 0,2 - 1,0 г/л нефтепродуктов.

Значительно загрязнены НП дождевые стоки в больших городах, где существует огромное количество предприятий, использующих, хранящих и перерабатывающих нефть. Только по Москве водные стоки составляют 2,892

л т

млрд. м /год, то есть 300 м /год сточных вод на одного человека, при этом со сточными водами выносится 730 т/год нефтепродуктов (таблица 1.1), что является серьезной экологической проблемой [1].

Таблица 1.1- Характеристика загрязнений дождевого стока больших городов

Характер водосборного бассейна Взвеси, г/л ВПК, мг/л Маслонефте- продукты, мг/л

Жилые районы современной застройки 0,4-0,6 30-50 7-12

Жилые районы старой застройки 0,07-1,0 60-80 10-15

Промышленная зона 0,8-1,2 70-90 12-20

Транспортные магистрали 0,8-1,0 60-80 15-20

Основной объем загрязнения приходится на нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие предприятия, сферу деятельности которых можно условно разделить на районы подготовки и хранения НП. К последним относят: перевалочные нефтебазы, распределительные нефтебазы, резервуарные парки,

перекачивающие станции магистральных нефтепродукте проводов,

наливные пункты НП, морские порты, ж/д станции и др. территории шламохранилищ.

На этих объектах из-за систематических утечек из резервуаров для хранения НП или несоблюдения технологических процессов их перекачки или налива происходит загрязнение не только почв и грунтов, но и поверхностных,

внутрипочвенных и подземных вод. Дождевые воды, стекающие с площадок, загрязненных нефтью, содержат 40-100 мг/л эмульгированной нефти и более 300 мг/л (а в отдельных случаях до 3000 мг/л) механических примесей (взвешенных частиц). Перед выпуском в водоемы такие воды подлежат обязательной очистке.

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Основную опасность для водоемов представляют залповые выбросы при нарушении герметичности подводных нефтепроводов. Не редки аварии в черте населенных пунктов (вытекание из речных судов при транспортировке, высачивание по бортам водоемов из-за негерметичности подземных и наземных хранилищ, дождевые стоки и др.). Покрывая тончайшей пленкой огромные участки водной поверхности, нефть оказывает вредное воздействие на многие живые организмы и пагубно влияет на все звенья биологической цепи. Нефтяные загрязнения подавляют развитие фитобентоса и фитопланктона. Поступающие в водоем нефтепродукты отрицательно влияют на качество икры, личинок, молоди

'у

рыбы, уничтожают кормовую базу. Только 1 т нефти способна покрыть до 12 км поверхности. Нефтяные пленки на водной поверхности могут нарушать обмен энергией, теплом, влагой и газами между атмосферой и водоемом. Они способствуют изменению физико-химических процессов: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает, но и осевшая на дно нефть долгое время вредит всему живому: накопление нефти происходит в цепи питания простейших и высокоорганизованных животных. Нефтяное загрязнение наносит удар по биологическому равновесию водоема: пятно не пропускает солнечные лучи, замедляет обновление кислорода в воде и снижается биологическая продуктивность. Нередко ядовитые компоненты нефти становятся причиной гибели рыбы и птиц, отрицательно влияют на вкусовые качества мяса животных

И-

Взаимодействие нефти и воды характеризуется сложными физико-химическими процессами, протекающими с различной интенсивностью на разных стадиях формирования нефтяного загрязнения. Основные из них - растекание, растворение, испарение, диспергирование, эмульгирование, окисление, биодеградация и седиментация.

При попадании на поверхность воды нефтяные углеводороды растекаются тонкими слоями от нескольких сантиметров до молекулярной пленки. Начальный период формирования нефтяного пятна определяется силами гравитации, а последующие стадии - поверхностным натяжением. На различных стадиях растеканию противодействуют силы инерции и вязкого трения, причем инерционная составляющая преобладает в начальный период растекания. В соответствии с этим, процесс растекания условно можно разделить на три последующие фазы, определяющиеся взаимодействием сил: гравитации и инерции; гравитации и вязкого трения; поверхностного натяжения и вязкого трения.

Гравитационная составляющая пропорциональна разности плотностей воды и нефти, толщине слоя нефти и градиенту толщины. Силы инерции зависят также от плотности воды, толщины пленки и ускорения частиц нефти при растекании. Сила поверхностного натяжения представляет собой результирующую сил поверхностного натяжения на границе вода-нефть, нефть-воздух и вода-воздух. Силы трения обусловливаются вязкостью нефти и зависят от ее кинематической вязкости и скорости движения.

Площадь загрязнения при растекании 1 т нефти может составить 20 - 30 км . Ориентировочное количество разлитой нефти и толщина нефтяной пленки определяются по таблица 1.2.

Таблица 1.2 - Зависимость толщины нефтяной пленки от количества нефти

Характеристика нефтяных пленок на воде Толщина пленки нефти, мкм Количество нефти, л/км2

Следы окраски 0,15 170

Яркоокрашенные разводы 0,3 350

Тусклоокрашенные разводы 1,0 1200

Темноокрашенные разводы 2,0 2300

Очень темный цвет >2,2 >2500

Диспергирование заключается в образовании мелких капель нефти вледствие механического перемешивания пленки волнами. Поэтому скорость диспергирования зависит от состояния водоема и свойств нефти. Эмульгирование представляет собой процесс образования смеси воды и нефти, отличающейся при определенных соотношениях высокой вязкостью и устойчивостью к распаду. Эмульгирование сопровождается увеличением первоначального объема в несколько раз.

Растворение нефти и НП в воде, главным образом легких фракций, протекает с незначительной скоростью, зависящей от состава и физико-химических свойств поллютанта, толщины пленки, температуры воды и состояния водоема (таблица 1.3) [3].

Таблица 1.3 - Растворимость разных компонентов нефти в воде при 25 °С и 0,1

МПа

Углеводоро Растворимость Углеводоро Растворимость, Углеводоро Растворимость,

Д , мг/л Д мг/л Д мг/л

Н-алканы Цикланы арены

Метан 24,4 Циклопентан 156,0 Бензол 1780,0

Этан 60,4 Циклогексан 55,0 Толуол 515,0

Пропан 62,4 Метил цикло- 42,0 Ортоксилол 175,0

Изобутан 48,9 пентан Этилбензол 152,0

Н-пентан 38,5 Метплцикло- 14,0 2,4триметил 57,0

Изопентан 47,8 гексан -бензол

Н-гексан 9,5 Изопропил- 50,0

Н-гептап 2,93 бензол

Н-октан 0,66

Н-нонан 0,122

Точность определения 5,4 % Точность определения 6,3 % Точность определения 5,0 %

Испарение легких фракций углеводородов приводит к уменьшению объема нефти в пленке, снижению воспламеняемости и токсичности, но увеличивает вязкость и плотность осадка. Седиментация происходит вследствие увеличения плотности нефти при ее испарении, а также в результате адсорбирования нефти и НП минеральными частицами, содержащимися в воде.

ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ И

ЧЕЛОВЕКА

Нефть и нефтяные углеводороды (УВ) - это комплексные токсиканты, и по составу, и по характеру их воздействия на окружающую среду. Нефть содержит не менее 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть - жидкие углеводороды (более 500 или до 90 % по массе). Подавляющая часть этих веществ токсична для живого мира. Эти компоненты нефти, а также многие другие продукты, получаемые из нефти, попадая в живой организм, способны нарушить его нормальную жизнедеятельность на молекулярном, биохимическом, физиологическом уровнях [3, 4, 5].

Анализ результатов исследований в различных областях науки показывает, что в качестве критериев оценки степени воздействия аварийных разливов нефти и НП на ОС могут быть использованы:

темпы УВ-го загрязнения водных объектов; изменение геохимического баланса воды; состояние растительности и биоты.

Следует отметить, что в районах добычи нефти и ее транспортировки качественно изменяются видовой состав, численность и приспособительные реакции птиц вблизи дорог, трасс трубопроводов, промышленных сооружений. В целом, обустройство и эксплутация месторождений нефти и газа в корне преобразуют состав и численность орнитофауны, процессы синантропизации усиливаются на 3 - 5 в год после техногенного освоения территории [6].

Отравляющее воздействие нефти и НП на рыб обусловливаются вымыванием токсичных веществ, содержащихся в нефти, и растворением их в

воде. Концентрация нефтяных поллютантов > 0,05 мг/л в воде нерестовых и нагульных площадей приводит к гибели и молодых рыб. При длительном пребывании в воде с содержанием нефти и НП 0,1 мг/л и потреблении загрязненного корма рыбы приобретают нефтяной вкус. Концентрация 20-30 мг/л вызывает нарушение условно-рефлекторной деятельности, более Высокая -гибель рыб. Особую опасность представляют нафтеновые кислоты, содержащиеся в нефти и НП. Их концентрация в воде 0,3 мг/л смертельна для гидробионтов [7, 8].

1

1

1.2 ТРЕБОВАНИЕ К КАЧЕСТВУ СТОЧНЫХ ВОД

При эксплуатации нефтяных месторождений применяются различные системы сбора и промысловой подготовки нефти газа и воды. Их многообразие обусловлено индивидуальностью каждого месторождения. Ранее существующие открытые самотечные системы сбора работали следующим образом. Нефть, добываемая из фонтанных или насосных скважин, поступала по линии длиной до двух километров в распределительную батарею, а затем в трапы первой и второй ступени сепарации. Нефть с водой и частично оставшимся газом из трапа второй ступени и мерника, служащего для замера продукции скважин, поступала в самотечные сборные коллекторы, по которым подавалась в негерметизированные резервуары участковых сборных пунктов. Далее нефть откачивалась в сырьевые негерметизированные резервуары и оттуда поступала на установку подготовки нефти. Из-за присутствия у таких систем сбора большого числа недостатков, таких как невозможность приспособления, к увеличению дебитов скважин, низкая скорость потока, приводящая к отложениям механических примесей, солей, парафина на технологическом оборудовании, потери нефти от испарения, был осуществлен переход к различным вариантам частично герметизированных систем.

Система Бароняна-Везирова, разработанная азербайджанскими инженерами

Ф.Г. Бароняном и С.А. Везировым предусматривала однотрубный сбор

/

продукции скважин с использованием энергии пласта до газозамерных установок и далее, по общему коллектору до участковых пунктов сбора, где нефть сепарировалась в две ступени и предварительно обезвоживалась [9]. К недостаткам системы, в частности, относится сложность осуществления герметизации большого количества участковых сборных пунктов, строительство множества мелких пунктов сбора с очистными сооружениями, парком резервуаров, насосными и компрессорными станциями.

Разработанная Грозненским нефтяным институтом так называемая грозненская система сбора предусматривала осуществление совместного

транспорта нефти и газа на расстояние 20 - 30 километров под устьевым давлением. В отличие от самотечной системы и системы Бароняна-Везирова, для которых были; характерны многочисленные мелкие технологические объекты, эта система сбора была основана на организации крупных централизованных сборных пунктов (ЦСП). При организации грозненской системы сбора нефти и газа на каждой разрабатываемой площади сооружается централизованная сепарационная установка, на которой осуществляется одноступенчатая сепарация. Нефть с оставшимся в ней растворенным газом под собственным давлением транспортируется на конечный сборный пункт. Основным недостатком такой высоконапорной системы сбора нефти является пульсация давления, вследствие чего происходят частые вибрации трубопроводов, приводящих к их порывам [10].

Революционной стала разработка герметизированной системы сбора, которая применяется и по сей день. Анализ данной системы позволяет выделить до десятка вариантов схем сбора. Основными элементами этих схем являются эксплуатационные и нагнетательные скважины, сооружения для сбора и транспортировки нефти и газа, установки подготовки нефти, газа и воды и системы поддержания пластового давления.

/

остаточной воды ,/

10-50%

.л. /^-¿х

АГЗУ I /ч.

АГЗУ

УПН г ------ УПСВ

/\ /\ /\

! 1 \БКНС\ ■ АГЗУ

\БКНС~\-1

Вода 8 ППД

Рисунок 1.1- Типовая схема сбора и подготовки нефти, газа и воды

По этой схеме (рисунок 1.1) водонефтяная эмульсия с куста скважин поступает на автоматические групповые замерные установки (АГЗУ), где

происходит частичная газосепарация и обработка реагентом деэмульгатором и далее на установку предварительного сброса воды (УСПВ), где осуществляется предварительный сброс воды с последующей перекачкой нефти на установку подготовки нефти (УПН). Сбрасываемая вода, пройдя стадию дополнительной очистки, откачивается на блочные кустовые насосные станции (БКНС), в случае удовлетворения требованиям закачки.

С постоянным ростом обводненности добываемой продукции количество пластовой воды извлекаемой из недр неуклонно растет. В последние годы обводненность продукции в ряде случаев стала достигать более 90 %. Существующее оборудование очистки не справляется с такими большими объемами попутнодобываемой пластовой воды, что влечет за собой закачку загрязненной в пласт. Закачка в пласт воды, не удовлетворяющей требованиям, приводит в конечном итоге к снижению проницаемости пор пласта. Наибольшее влияние на этот процесс оказывают взвеси различного типа, содержащиеся как в закачиваемой воде, так и в самой пористой среде. Пористая среда всегда содержит в своем составе большое количество свободных частиц, которые могут быть сдвинуты с места и перемещаться потоком. При закачке жидкости эти частицы, в совокупности с примесями и остатками нефтепродуктов, содержащихся в воде, кольматируют поры, каналы и трещины из которых сложен пласт, снижая тем самым проницаемость.

Для получения более полного представления механизма воздействия водой на пласт необходимо выделить факторы влияющие на процесс вытеснения нефти. Нефтяносный пласт, в процессе добычи по технологии заводнения, выступает в роли как такового фильтра, являющего собой последнюю стадию в многоступенчатой технологии очистки закачиваемых вод. При осуществлении заводнения пласта подбор жидкости необходимо производить таким образом, чтобы призабойная зона не являлась фильтром. Процесс фильтрации закачиваемых вод, содержащих механические примеси и остатки нефтепродуктов, связан с механическим и физическим взаимодействием скелета пласта с дисперсной фазой. При установлении необходимой степени подготовки вод

основное внимание уделяется качеству пластовых вод (физико-химические свойства и гранулометрический состав примесей), а так же физическим свойствам нефтяного пласта (пористость, проницаемость, трещиноватость) и составу пород, слагающим пласт. В каждом конкретном случае должны быть учтены все эти факторы, оказывающие влияние на фильтрационную способность вод [9].

1.3 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛАСТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

В процессе сбора, транспорта и подготовки нефти, сопутствующие ей пластовые воды изменяют свои свойства вследствие снижения давления и температуры, попадания в них реагентов-деэмульгаторов, пресных вод, которые вводятся в нефть в процессах ее обессоливания, а также продуктов коррозии и других компонентов. В связи с этим нефтепромысловые сточные воды на объектах их подготовки отличаются большим разнообразием физико-химических свойств. Для оценки качества воды определяют ее химический состав и физические свойства, а также состав и количество растворенных в воде газов [11].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Голубев, Иван Андреевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арене В.Ж. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений / В.Ж. Арене, А.З. Саушин, О.М. Гридин, А.О. Гридин. М.: Изд-во Интербук, 1999.-371 с.

2. Мироненко В.А. Загрязнение подземных вод углеводородами. / В.А. Мироненко, Н.С. Петров // Геоэкология, 1995. - №1. - С. 3-27.

3. Бочевер Ф.М. Защита подземных вод от загрязнения / Ф.М. Бочевер, H.H. Лапшин, А.Е. Орадовская. М.: Недра, 1979. - 254 с.

4. Гольберг В.М. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. / В.М. Гольберг, С. Газда. М.: Недра, 1984. - 262 с.

5. Устинов М.Т. Мониторинг территорий нефтегазовых промыслов методом почвотестирования / М.Т. Устинов, В.А. Казанцев, Т.Н. Елизарова, Л.А. Магаева, М.В. Якутии // Исследования экологи-географических проблем природопользования для обеспечения территориальной организации и устойчивости развития нефтегазовых регионов России: Теория, методы и практика. Нижэневартовск: НГПИ, ХМРО РАЕН, ИОА СО РАН, 2000. - С. 197 -199.

6. Овсейчик М.Г. Отведение и очистка маслонефтесодержащих сточных вод в больших городах // М.Г. Овсейчик, О.Я. Евсеева, Л.А. Евсеева / Обзорная информация из серии «Проблемы больших городов» Вып. 23, М.: МГЦНТИ, 1986. -210с.

7. Пунарова С.А. Микроэлементы нефтей, их использование при геохимических исследованиях и изучении процессов миграции / С.А. Пунарова. М.: Недра, 1974,- 110 с.

8. Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа / С.А. Патин. М.: ВНИРО, 2001. — 350 с.

9. Байков Н.М. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды / Н.М. Байков, Г.Н. Позднышев, Р.И. Мансуров. М.: Недра, 1981.-261 с.

10. Голубев И.А. Совершенствование систем сбора и подготовки скважинной продукции путем организации кустового сброса попутно-добываемой пластовой воды в герметизированном варианте // И.А. Голубев, A.B. Лягов / Материалы Всероссийской науч. -техн. конф. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - 353 с.

11. Миронов Е.А. Закачка сточных вод нефтяных месторождений в продуктивные и поглощающие горизонты / Е.А. Миронов. М.: Недра, 1976. - 168 с.

12. Никитин Ю.М. Стабильность пластовых вод // Ю.М. Никитин, Н.Ф. Мелешко, А.Г.Соколов / Труды Гипровостокнефть, 1971. - вып. XIII. - с. 92—97.

13. ОСТ 39-225-88 Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству, утв. приказом Министерства нефтяной промышленности от 28.03.1988. -N147.

14. Султанов С.А. Контроль за заводнением нефтяных пластов / С.А. Султанов. М.: Недра, 1974. - 224 с.

15. БайковУ.М. Промысловые испытания коалесцирующего фильтра-отстойника для очистных нефтесодержащих сточных вод // У.М. Байков, М.Н. Мансуров, Н.С. Минигазимов / М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело. -№ 10. - 1977.-с. 54.

16. Тронов В.П. Резервуар для предварительного обезвоживания нефти с одновременной очисткой отделяющейся воды // В.П. Тронов, А.Д. Ли, Р.Г. Нурутрутдинов / Информационный листок. - № 245-73. - Казань. - УНТИ, 1973.-с. 82-84.

17. БрильД.Г. Отстойник с патронными фильтрами для доочистки сточных вод // Д.Г. Бриль, P.C. Ниязов / ОПД-ЗООО. Э.И. ИПД. - № 3. - 1987. -15 с.

18. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды / Г.С. Лутошин. М.: Недра, 1977.- 192 с.

19. Куценко А.Н. О влиянии электрического тока на подготовку сточных вод для закачки в нефтяной пласт / А.Н. Куценко. М.: ВНИИОЭНГ. -Нефтепромысловое дело. - № 6, 1976. - с. 52 - 53.

20. Тронов В.П. Способ обезвоживания и обессоливания нефти //

B.П. Тронов, Р.Т. Нурутдинов, А.Д. Ли, Ф.Г. Арзамасцев, Н.С. Кораблинов / А.С, № 1007695, Б.И. № 12, 1983 г.

21. Ли А.Д., Нурутдинов Р.Т., Тронов В.П. Способ очистки нефтепромысловых сточных вод // А.Д. Ли, Р.Г. Нурутдинов, В.П. Тронов / A.C. № 371173, Б.И. № 12, 1973 г.

22. Улазовскии В.А. Влияние омагниченной воды затворения на процессы кристаллизационного твердения цементного камня / В.А. Улазовскии,

C.А. Ананьина. - Волгоград : Изд-во Волгоградского института инженеров городского хозяйства, 1970. - 114 с.

23. Малахов Г.М. Основные расчеты систем разработки рудных месторождений / В.К.Мартынов, Г.Т.Фаустов, И.АКучерявенко. - М.: недра, 1968.-273 с.

24. Алейникова И.А. Структурирование ферромагнитных суспензий / И.А. Алейникова, П.А. Усачева, И.И. Зеленов. Л.: Наука, 1974. - 118 с.

25. ЗеленоваИ.М. Исследование обогатимости тонкоизмельченных ферромагнитных суспений в слабомагнитных полях с целью получения концентратов высокой частоты / И.М. Зеленова. М.: Недра, 1979. - 120 с.

26. Ковачев К.И. Развитие металлургии / К.И. Ковачев, Г.П. Клисуранов. - София. - 1969. - № 4. - с 16 - 19.

27. Богданов О.С. Некоторые итоги изучения физики флотационного процесса / О.С. Богданов, Б.В. Кизевальтер // Труды II научно-технической сессии института «Механобр». - М.: Металлургиздат, 1952. - с. 51 - 58.

28. Григорьев А.И. О некоторых физических закономерностях реализации неустойчивости капли в однородном электростатическом поле / А.И. Григорьев, A.A. Ширяев, С.О. Ширяева // Изв. РАН. МЖГ. - 2013. - № 5. - С. 111-124.

29. Порубаев В.П. Очистка сточных и оборотных вод / В.П. Порубаев, Г.А. Переяслова, A.A. Салин, Ю.К. Чернов, В.Я. Ровенская, В.Д. Сироткина. - М.: Металлургия, 1971. - № 2. - с. 165 - 173.

30. Каган Я.М. Экспериментальное исследование процесса образования отложений на стенках труб при движении газонефтяного потока и воздействие на нефть переменных электромагнитным полем : автореф. дис. ... канд. технич. наук : 15.00.25 / Каган Яков Фабианович. - М., 1966. - 22 с.

31. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий / Г.Н. Позднышев. - М.: Недра, 1982. - 220 с.

32. Пат. № 206742 РФ. Устройство для повышения эффективности деэмульгаторов и ингибиторов коррозии /А.Г. Перекупка и др.// Б.И. - 1993. - № 17.

33. Иванов Т.Ф. Разрушение водонефтяных эмульсий в неоднородном магнитном поле / Т.Ф. Иванов // Журнал физической химии. - 1956. - Т. 30, вып. 11.-С. 2593-2595.

34. Шаммазов A.M. Физико-химическое воздействие на перекачиваемые жидкости / A.M. Шаммазов, Ф.Р. Хайдаров, В.В. Шайдаков. - Уфа: Монография, 2003.- 187 с.

35. Лаптев А.Б. Влияние магнитной обработки на деэмульсацию и коррозионную активность промысловых жидкостей / А.Б. Лаптев, Ф.К. Мугтабаров, М.В. Голубев, В.В. Шайдаков. - Уфа : УГНТУ, 1999. - 9 с.

36. Лаптев А.Б. Разработка установок для магнитной обработки нефтяных шламов / А.Б. Лаптев, В.В. Шайдаков, В.И. Максимочкин, H.A. Хасанов // Материалы второй Всероссийской Научно - практической конференции: «Отходы - 2000». - Уфа. - С. 157 - 158.

37. Левченко Д.Н. Эмульсии нефти с водой и методы их разрушения / Д.Н. Левченко. - Москва: Химия, 1967. - 200 с.

38. Мавлютова М.З. Нефтяные отходы при подготовке нефти на промыслах и способы их утилизации / М.З. Мавлютова, Л.М. Мамбетова //

Совершенствование системы заводнения нефтяных месторождений: Тр. БашНИПИнефть. - Уфа, 1975. - Вып. 42. - С. 97-104.

39. Копылов A.C. О механизме изменения свойств технических водных растворов при магнитной обработке / A.C. Копылов, Е.Ф. Тебенихин, В.Ф. Очков // Труды МЭИ, 1979. - Вып. 405. - С. 57.

40. Очков В.Ф. О влиянии электромагнитных аппаратов на работу теплообменников опреснителей / В.Ф. Очков, Е.А. Павлов, A.A. Кудрявцев // Труды МЭИ, 1977. - Вып. 328. - С. 88.

41. АбурийяМ.А. Исследование магнитной системы барабанного магнитного сепаратора : автореф. дис. ... канд. техн. Наук : 05.09.05 / Абурийя Майкл Аямба. - М., 1994. - 15 с.

42. Тебенихин Е.Ф. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике / Е.Ф. Тебенихин, Б.Т. Гусев. - М.: Энергия, 1970. — 142 с.

43. Огибалов П.М. Нестационарные движения вязко пластичных сред / П.М. Огибалов, А.Х. Мирзаджанзаде. - М.: Изд-во Московского ун-та, 1977. — 375 с.

44. Кукоз Ф.И. Применение серной кислоты, обработанной в магнитном поле, в производстве свинцовых аккумуляторов / Ф.И. Кукоз, В.И. Гончаров, В.П. Бреславец // Тез. докл. III Всесоюз. науч. семинара «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем». — Новочеркасск, 1975. — С. 255.

45. Кукоз Ф.И. Акустическая и магнитная обработка веществ / Ф.И. Кукоз, В.И. Макаров. - Новочеркасск. - 1966 С. 209.

46. Кукоз Ф.И. Время жизни двусторонних (свободных) жидкостных пленок как критерий эффективности магнитной обработки / Ф.И. Кукоз, В.Я. Хентов, Ю.А. Качалов, В.Г. Быхов // Тез. докл. III Всесоюз. науч. семинара «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем». — Новочеркасск, 1975. — С. 104.

47. Копылов A.C. О механизме изменения свойств тезнических водных растворов при магнитной обработке / A.C. Копылов, Е.Ф. Тебенихин, В.Ф. Очков // Труды МЭИ, 1975. - Вып. 238. - с. 89.

48. Персиянцев М.Н. Добыча нефти в осложненных условиях / М.Н. Персиянцев. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 653 с.

49. Терновцев А.Г. Магнитные установки в системах оборотного водоснабжения / А.Г. Терновцев. - Киев: Буд1вельник, 1976. — 88 с.

50. Куценко А.Н. О механизме силового действия магнитных полей на водные системы / А.Н. Куценко // Тез. докл. III Всесоюз. науч. семинара «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем». — Новочеркасск, 1975.— С. 13.

51. Мосин. О.В. Перспективы и направления магнитной обработки воды / О.В. Мосин // Энергосбережение и водоподготовка. - 2011. - №5. - с. 29 - 32.

52. Душкин С.С. Магнитная водоподготовка на химических предприятиях / С.С. Душкин, В.Н. Евстрагов. - М.: Химия, 1986. — 144 с.

53. Кукоз Ф.И. Акустическая и магнитная обработка веществ / Ф.И. Кукоз, В.И. Евстрагов. - Новочеркасск: Недра, 1966. - 150 с.

54. Галаницкий A.A. О влиянии магнитного, электромагнитного и ультразвукового полей на физико-химические свойства водных растворов / A.A. Галаницкий // Тез. докл. III Всесоюз. науч. семинара «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем».— Новочеркасск, 1975. С. 22.

55. Скалозубов М.Ф. Акустическая и магнитная обработка веществ / М.Ф. Скалозубов. - Новочеркасск: Недра, 1966. - 124 с.

56. Шайдаков В.В. К вопросу о механизме магнитной обработки [Электронный ресурс] / В.В. Шайдаков, A.B. Емельянов, К.В. Чернова // Сборник трудов по науке и технике. - 2003. 7 с. - Режим доступа: http://laboratory.ru/articl/geol/ag301r.html.

57. Инюшин Н.В. Магнитная обработка промысловых жидкостей / Н.В. Инюшин, JI.E. Каштанова, А.Б. Лаптев. - Уфа, ГИНТЛ "Реактив". - 2000. - 58 с.

58. Тронов В.П. Разрушение эмульсий при добыче нефти / В.П. Тронов. -М.: Недра, - 1974. -243 с.

59. Яцинирский К.Б. Термохимия комплексных соединении / К.Б. Яцинирский. - М.: Изд- во АН СССР, 1957. - 525 с.

60. Классен В.Н. Омагничивание водных систем. - М.: Химия, 1978. - 240

с.

61. Левин В.Г. Об одном сенсационном эффекте. Успехи физических наук / В.Г. Левин. - М.: Недра- 1966. - 787 с.

62. Классен В.И. Развитие и проблемы магнитной обработки водных систем / В.И. Классен // Вопросы теории практики магнитной обработки воды и водных систем. - Новочеркасск, 1975. - 652 с.

63. Ярославский З.Я. Исследование механизма воздействия магнитных полей на воду / З.Я. Ярославский, Б.М. Долгоносое // Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем - М.: Цветметин- формация, 1971. -512 с.

64. Тронов В.П. Механизм образования смолопарафиновых отложений и борьба с ними / В.П. Тронов. - М.: Недра, 1970. - 192 с.

65. Унгер Ф.Г. Парамагнетизм нефтяных дисперсных систем и природа асфальтенов / Ф.Г. Унгер, Л.Н. Медведева. - Томск, 1986. - 29 с.

66. Телин А.Г. О влиянии низкочастотного магнитного поля на деэмульсацию стойких водонефтяных эмульсий / А.Г. Телин, И.В. Крестелева, Г.К. Борисов, С.Р. Алимбекова, В.А. Докичев, В.Э. Свирский, С.П. Кулешов, Ф.Д. Шайдуллин, З.И. Бурханова // Нефть Газ Инновации: Журнал. - 2013. - № 3. - Уфа. - С.40-44.

67. Голубев М.В. Герметизированная система подготовки нефти и воды для Новодмитриевского месторождения НГДУ "Черноморнефть" / М.В. Голубев, В.Ф. Голубев, P.P. Фахретдинов, Р.Н. Иманаева // Добыча, сбор и подготовка

нефти в осложненных условиях эксплуатации месторождений: Сб. науч. тр. Уфа: Изд БашНИПИнефть, 2001. - Вып. 106.

68. Гаязова Г. А. Влияние магнитного поля на адсорбционную способность асфальтенов / Г.А. Гаязова, А.Б. Лаптев, Д.Е. Бугай // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: Материалы VI Конгресса нефтегазопромышленников России. - Уфа: Изд-во ТРАНСТЭК, 2005. - С. 320-321.

69. Тронов В.П., Грайфер В.И. Обезвоживание и обессоливание нефти / В.П. Тронов, В.И. Грайфер. - Казань: Тат. книжн. изд-во, 1974. - 184 с.

70. Тронов В.П. Разрушение эмульсий при добыче нефти / В.П. Тронов. -М.: Недра, 1974 с.

71. Никифоров Е.А. Исследование частотной зависимости коалесценции капель в водо-нефтяной эмульсии в переменных электрических полях / Е.А. Никифоров, М.М. Бильданов, Л.М. Измариев // Сборник: Некоторые вопросы физики жидкости. - Уч. записки КазГПИ, 1976. - Вып. 158. - № 6. - С. 150 - 161.

72. Холмберг К. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах / К. Холмберг, Б. Йёнссон, Б. Кронберг, Б. Линдман; Пер. с англ. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 528 с.

73. Катц Д.Л. Руководство по добыче, транспорту и переработке природного газа / Д.Л. Катц, Д. Корнелл; пер. с англ. [под ред. Ю. П. Каротаева, Г. В. Пономарева]. - М.: Недра, 1965. - 676 с.

74. Fordham S. On the calculation of surface tension from measurements of pendant drops / S. Fordham. - London: Proc. Roy., 1948. - 194 P.

75. Пат. 2094081 РФ, МПК B01D17/028. Отстойник с жидкостным гидрофобным слоем для очистки нефтесодержащей пластовой воды / В.Ф. Голубев, H.H. Хазиев, Р.Г. Вильданов (РФ) № 95106228/25. Заявлено 19.04.1995; опубл. 27.10.1997. - Бюл. №30.

76. Голубев М.В. Новые аппараты для системы сбора нефти, воды и газа / М.В. Голубев, H.H. Хазиев, В.Ф. Голубев, М.Г. Газизов // Совершенствование

технологий добычи, бурения и подготовки нефти: Сб. науч. тр. - Уфа: Изд. Башнипинефть, 2000. - С. 103.

77. Смирнов В.И. Совершенствование конструкции гидрофобного жидкостного фильтра / В.И. Смирнов. - М.: ВНИИОЭНГ, РНТС «Нефтепромысловое дело», 1976. - №9. - С. 47-48.

78. Тронов В.П. Очистка вод различных горизонтов для использования в системе ППД / В.П. Тронов, A.B. Тронов. Казань: Фэн, 2001. - 560 с.