Совершенствование конструкции и обоснование основных параметров центробежного сепаратора для разделения водонефтяных эмульсий

• Автор: Тимербаев, Александр Сифхатович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ Е АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ТЕХНОЛОГИЙ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
1Л Анализ физико-химических свойств жидкостей нефтяных месторождений России
1.2 Требования к очистке воды для систем поддержания пластового давления
1.3 Существующие схемы подготовки попутно добываемых пластовых
вод к закачке
1.4 Методы и аппараты подготовки попутно добываемых пластовых

1.5 Сравнительный анализ технологий очистки нефтесодержащей воды
и выбор наиболее перспективной
1.6 Современное состояние и тенденция развития конструкций гидроциклонных аппаратов с крыльчаткой
1.7 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ
М1 ЮГОФАЗНЫХ СРЕД В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ
2.1 Методы расчетов гидроциклонных аппаратов
2.2 Особенности расчета прямоточных цилиндрических гидроциклонных аппаратов
2.3 Кинетические закономерности и методы расчета процесса разделения в аппаратах с вращающейся крыльчаткой
2.4 Описание постановки задачи численного моделирования аппарата с крыльчаткой
2.5 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ АППАРАТА С КРЫЛЬЧАТКОЙ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
3.1 Разработка конструкции аппарата с крыльчаткой
3.2 Результаты численного моделирования
3.3 Выводы к разделу

РАЗДЕЛ 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА
ПОКАЗАТЕЛИ РАЗДЕЛЕНИЯ
4Л Описание опытного образца сепаратора и экспериментальной установки
4.2 Методика экспериментального исследования процесса центробежного разделения
4.3 Результаты экспериментальных исследований
4.3.1 Сопоставление результатов численного моделирования с экспериментальными данными
4.3.2 Исследование гидродинамики в аппарате
4.3.3 Исследование влияния подачи на входе и частоты вращения крыльчатки на расходные характеристики аппарата
4.3.4 Исследование осевой зоны разрежения в аппарате
4.3.5 Исследование влияния конструкции крыльчатки на эффективность разделения эмульсии
4.4 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ 5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОЗДАНИЮ И ВНЕДРЕНИЮ РАЗРАБОТАННОГО АППАРАТА
5.1 Совершенствование технологической схемы предварительного обезвоживания высокообводнённой нефти
5.2 Совершенствование технологической схемы очистки подтоварной
воды для систем поддержания пластового давления
5.3 Рекомендации по созданию производства на машиностроительном предприятии и проведения ОКР аппаратов с крыльчаткой
5.4 Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Процесс разработки нефтяных месторождений и поддержание заданного уровня добычи нефти сопровождается ростом обводнённости продукции скважин, которая в настоящее время превышает в среднем по отрасли 80 %. Общий объём извлекаемой из недр пластовой воды превышает один миллиард кубических метров в год [88], очистка которой требует значительных материальных, энергетических и трудовых затрат.
Достигнутая в целом по нефтедобывающей отрасли степень очистки подтоварных вод (50-60 мг/л остаточной нефти и 40-50 мг/л твердых взвешенных частиц (ТВЧ)) позволяет использовать их в системе поддержания пластового давления (111Щ) нефтяных месторождений в качестве вытесняющего агента, но не является оптимальной [120]. Требование более глубокой очистки подтоварных вод (до 5...10 мг/л остаточной нефти и ТВЧ с минимальными размерами дисперсных частиц) диктуется необходимостью увеличения нефтеотдачи, вовлечения в разработку низкопроницаемых пластов и увеличения межремонтного периода эксплуатации нагнетательных скважин [146, 149].
Для обеспечения более глубокой очистки подтоварных вод необходимо создание эффективных технологий, новых аппаратов и установок, а также интенсификация и совершенствование существующих технологических процессов. Отсюда вытекает важность и актуальность рассматриваемой проблемы [18, 19, 63, 88, 65, 101, 104- 106, 108, 117, 120, 124, 136- 138, 143 -145, 157].
Значительный вклад в изучение процессов разделения многофазных сред, в том числе водонефтяных эмульсий, при добыче и сборе нефти и газа, внесли А.А. Адельшин, А.Б. Аделынин [23-29], В.Г. Перевалов [109], Г.К. Борисов [40], Е.И. Ишемгужин, А.В. Тронов [18-20, 63-65, 136-139], В.П. Тронов [136-139], В.Ф. Шаякберов [101] и другие.
Таблица 6- Сравнение технологий подготовки воды
Показатель Индуцированная (пневматическая) флотация Центрифугирование Центробежная Сепарация (Уогах1а1)
Степень удаления нефти из воды, %* 90 92
Тонкость очистки, мкм* 100 5
Перепад давления Небольшой Небольшой Нет
Максимальная производительность одного аппарата, м /ч 50 150 1
Максимальное содержание нефти в исходной воде, мг/л 1000 1000 17
Источник энергопотребления Насос откачки очищенной воды Двигатель для вращения барабана Двигатель для вращения крыльчатки
Особенности 1. Чувствителен к эмульсии и размерам капелек нефти 2. Чувствителен к размеру пузырьков газа 3. Разделение за счет силы тяжести (Время очитки 15-20 минут) 4. Чувствителен к скорости потока и изменению концентраций нефти нефти и тв. примесей в воде 1. Чувствителен к эмульсии и размерам капелек нефти 2. Чувствителен к присутствию газа 3. Фактор разделения составляет до 6480 4. Чувствителен к скорости потока и изменению концентраций нефти и тв. примесей в воде 1. Чувствителен к эмульсии и размерам капелек нефти 2. Не чувствителен к присутствию газа 3. Фактор разделения составляет до 1300 4. Не чувствителен к скорости потока и изменению концентраций нефти нефти и тв. примесей в воде
*Без применения коагулянтов/флокуляитов или дополнительного оборудования(коалесцеров).