Это перевод материала, предоставленного изготовителем технологии очистки пластовой воды Alderley. Я был ГИПом при проектировании этой системы очистки пластовой воды на одном из нефтепромыслов в Западной Сибири. При внедрении установки возникли все проблемы, типичные для использования импортного оборудования. От отсутствия на момент окончания проектирования разрешения Ростехнадзора на применение этого оборудования, до чертежей оборудования с использованием имперской системы мер и весов. Лично для меня преимущества фильтрования/коалесценции перед механической очисткой совсем не очевидны. Фильтрация/коалесценция дают довольно большое падение давления на линии нагнетания водоводов, система нуждается в регулярном обслуживании и замене фильтрующей загрузки. При этом в статье сравнивают предлагаемую технологию исключительно с гидроциклонами. Моё предложение было в использовании декантирующих центрифуг на “низкой” стороне системы поддержания пластового давления. У этого решения есть свои преимущества и недостатки. Про декантирующие центрифуги (декантеры) я планирую написать чуть позже. А пока привожу перевод рекламной статье из пресс-релиза “как есть”.
Говард Уокер, компания Alderley
Очистка пластовой воды по-прежнему остается актуальной проблемой мировой нефтяной отрасли. Динамичное нарастание объемов ее извлечения по мере старения месторождения в сочетании с еще более строгим контролем за стоками и ужесточающимся природоохранным законодательством означают, что для поиска решений по каждому конкретному месторождению необходимо применение новых комплексных технологий. Некоторые из возможных подходов к решению проблемы надежной очистки пластовой воды предлагаются в статье.
За последние 20 лет основным средством очистки пластовой воды от свободной нефти стали гидроциклоны. В то же время возрастающая озабоченность специалистов состоянием окружающей среды привела к тому, что нормы по выбросу постоянно ужесточаются. Для удовлетворения более жестких норм необходимо, помимо гидроциклонов использовать и новые технологии, не только снижающие содержание свободной нефти в сточных водах, но и решающие проблему растворенных углеводородов. В статье описываются системы вторичной и третичной очистки и делается вывод о необходимости реализации системного подхода, позволяющего одновременно учесть интересы оператора нефтепромысла и обеспечить требуемый уровень защиты окружающей среды.
Первичная обработка пластовой воды
С момента внедрения в нефтяную индустрию в начале 80-х годов гидроциклон стал основной установкой на технологической карте процесса очистки пластовой воды.
Высокопроизводительные гидроциклоны новейшей конструкции, забирая нефтесодержащую воду с сепаратора продукции и не подвергая эмульсию перепаду давления или атмосферному загрязнению, способны снижать содержание свободной нефти с нескольких тысяч мг/л до 30 мг/л и ниже. В профессионально спроектированной гидроциклонной установке несложно предусмотреть регулирование ее выходных характеристик в зависимости от дебита пластовой воды.
Опыт широкого применения установок в мире показал, что гидроциклонная технология является надежным и легко управляемым решением ключевой проблемы нефтяного производства — очистки пластовой воды. Производительность работы гидроциклона сильно зависит от распределения частиц нефти по размерам. Однако даже при наличии малых капель нефти диаметром менее 10 мк расширить спектр производительности гидроциклона можно за счет размещения выше по потоку дозаторов реагентов — коагулянта или реверсивного деэмулягатора. Отчасти, по крайней мере на промыслах в Северном море, внедрение гидроциклонов привело к ужесточению нормативов по содержанию нефти в выбросах — с 40 мг/л до 30 мг/л. Отчеты Департамента торговли и промышленности (ДТП) Великобритании убедительно свидетельствуют о ежегодном снижении содержания нефти в стоках. Так, в соответствии с отчетом ДТП за 2004 г., среднее значение этого показателя составляет 21,12 мг/л.
Перспективы развития технологий очистки
Несмотря на эти по существу выдающиеся достижения в области очистки пластовых вод, новые инициативы, например Конвенция по защите морской окружающей среды в Северо-Восточной Атлантике 2001 г., Киотское соглашение 1997 г., а также растущее понимание аргументов защитников окружающей среды на международном уровне привели к пересмотру позиций внутри самой отрасли. Введение лицензирования промыслов по объему выбросов в зависимости от содержания нефти в стоках и выдвижение в качестве ближайшей цели решение задачи обеспечения ее полного отсутствия в стоках означают, что упомянутые достижения сегодня уже недостаточны. Во многих случаях для слива либо обратной закачки воды в пласт требуется ее очистка до 5 мг/л свободной нефти или менее. Помимо этого, нефтяной отрасли в краткосрочной перспективе предстоит решить проблему растворенных углеводородов. Все это делает очевидным тот факт, что сегодня гидроциклоны можно рассматривать лишь как инструмент первой стадии любой технологической карты процесса очистки пластовой воды.
Установки вторичной очистки
Специалисты уже давно сходятся во мнении, что для вторичной, более тонкой очистки пластовой воды, на выходе гидроциклона целесообразно использовать дегазатор, в котором за счет газообразования при снижении давления можно добиться дополнительного снижения содержания свободной нефти в стоках. Зачастую эффективность дегазатора по времени удержания в нем воды не более двух минут может достигать до 50% от эффективности гидроциклона. Слеодвательно, такое решение повь изводительность системы целом без значительного увеличения ее веса и занимаемой пл сравнению с системой на базе гидроциклонной установки. Более того, производительность дегазатора можно повысить за счет дополнительной подачи или закачки газа, либо применения гравитационных впускных устройств — т.н. компактных флотационных установок. В этом случае гарантированно можно получать на слеве воду с концентрацией свободной нефти существенно меньше 30 мг/л
Установки третичной очистки
Системы третичной очистки используются в тех случаях, когда необходимо довести содержание свободной нефти до 5 мг/л или менее, либо когда требуется удалить растворенные углеводоро, В частности, полициклические ароматические углеводороды — ПАУ, углеводороды фенольного ряда, ббензол, толуол, этилбензол и диметилбензол. В качестве примера рассмотрим две такие системы.
Система коагулирования нефти и окончательной очистки
Производимая компанией Alderly система коагулирования нефти и окончательной очистки представляет собой фильтр тонкой очистки, предназначенный для отделения и сбора нефтяной эмульсии из водного потока. Используя принцип коагуляции, фильтр позволяет отделять капли диаметром до 0,5 мк, т.е. значительно меньших размеров по сравнению с обычными технологиями. Система работает за счет постепенного увеличения размера нефтяных капель при пропускании водного потока через полиуретановые кассеты, в результате чего капли коалесцируют, достигая в диаметре 150 мк и более. При таком размере капли отделяются и всплывают. Полиуретановая среда является уникальным химически инертным, не имеющим запаха и нетоксичным органическим материалом, в котором коагуляция происходит более активно, чем в любой другой известной науке среде. Эксплуатационные расходы системы, по сравнению с другими системами очистки, невелики. С точки зрения технологии важна функция автоматической обратной промывки без остановки процесса очистки, использования и хранения отфильтрованной/чистой воды. Осаждение твердой фазы в коалесцирующих системах, в т.ч. асфальтенов, до настоящего времени является самой серьезной проблемой, препятствующей развитию обсуждаемой технологии на нефтепромыслах. В то же время на многих сложных технологических установках в отрасли удавалось добиться уменьшения размера капель. Технология коагулирования нефти, предлагаемая на замену технологиям на базе фильтрования и центрифугирования, существенно поддерживает работу гидроциклона, производительность которого в значительной мере зависит от диаметра поступающих капель нефти. При этом система коагулирования нефти и окончательной очистки при необходимости может размещаться как выше, так и ниже гидроциклона по потоку. Однако наилучшее применение ей видится на завершающей стадии объединенного технологического процесса — для окончательной тонкой очистки.
Система третичной очистки RM25
Система третичной очистки RM25 спроектирована для достижения минимального уровня общего загрязнения углеводородами. Она строится на применении крахмалосодержащих капсул, покрытых поверхностно-активным веществом (ПАВ), адсорбирующим нефтяные углеводороды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фенолы, бензол, толуол, этилбензол и диметилбензол. Такая среда помещается в клиновидную сетчатую корзину внутри сосуда под давлением, через которую перед сливом или обратной закачкой в скважину пропускается загрязненная пластовая вода. Фильтрующая среда адсорбирует как растворенные, так и эмульгированные углеводороды.
Компания Shell признала систему RM25 лучшей имеющейся технологии без чрезмерных затрат, предназначенной для очистки пластовой воды от растворенных и эмульгированных углеводородов, имеющей лучшие показатели по сравнению с технологиями механической очистки.
Имея более высокое процентное содержание активных компонентов, чем любая другая фильтрующая среда, эта установка, как правило, занимает меньшую площадь по сравнению с любой конкурентной системой фильтрации. Систему RM25 можно использовать в качестве прямой замены традиционных систем с гранулированным активированным углем. Она идеально подходит для очистки жидкой фазы от растворенных и эмульгированных нефтепродуктов. В связи с большей плотностью RM25 по сравнению с активированным углем, для одинакового объема работы расходуется меньшее количество адсорбента, что снижает расходы на его замену и утилизацию.
Очистка от твердой фазы
Выше были рассмотрены только вопросы, касающиеся очистки жидкой фазы и сепарации ее составляющих. В то же время на многих производствах сегодня остро стоит дилемма накопления/отделения/удаления твердой фазы, вызывающей, помимо проблем со сбросом, эрозию и производственные потери.
Во многих случаях наилучшим решением бывает удаление твердой фазы за счет установки скважинных фильтров или гидроциклонных пескоотделителей высокого давления на устье скважины. В качестве альтернативы удаление твердой фазы возможно на последующих технологических этапах, обычно с применением гидроциклонов. Новейшие установки этого вида позволяют задерживать твердые частицы диаметром до 10 мк. Так как эти частицы могут переносить нефтепродукты, то для устранения воздействия этого фактора на содержание нефти в сливаемой в море воде пескоотделение может быть включено в технологическую схему очистки пластовой воды.
Выводы
В качестве вывода можно отметить, что использование описанных технологических решений в качестве набора инструментов предоставляет специалистам нефтяных компаний возможность применить системный инженерный подход к проблеме очистки пластовой воды. При его реализации водный поток уже не является нежелательным стоком, а представляет собой управляемый, количественно исчисляемый и контролируемый по качеству технологический поток, отвечающий запросам как оператора нефтепромысла, так и требованиям защиты окружающей среды. Существенно, что такой подход не влечет за собой излишних капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Применение описанных технологий является очередным шагом при решении задачи обеспечения нулевого опасного сброса. А также задачи снижения общего содержания углеводородов и минимального содержания твердых частиц в сбросах.
