Очистка подпластовых вод нефтегазового комплекса

The paper considers the technology and equipment are discussed of purification installations for preparing accompanying waters of oil wells for their pumping in to underground lagers.V

Відомо [1, 2], що попутно-промислові води є джерелом забруднень водоносних горизонтів на територіях експлуатації нафтових і нафтогазових родовищ.Традиційні способи очищення малоефективні при високому вмісті забруднень наведених вище категорій вод, тому актуальною є розробка маловідходних, енергозберігаючих технологій, що забезпечують потрібне очищення води для закачування в підземний пласт. При цьому слід відмітити необхідність комплексної переробки природної сировини, що включає повторне використання технологічних відходів.Дослідження проводились на реальних природних розчинах: попутних водах нафтової свердловини Кримського регіону. Основні технологічні параметри встановлені з використанням лабораторного стенду, що включає такі елементи схеми: флотатор, відстійник, фільтр, хімічний реактор.

Ефективність процесів оцінювали за показниками хімічного складу вихідних і розчинів природних вод, що обробляються, за стандартними методиками [3].Як в нашій країні, так і за кордоном відстоювання продовжує залишатись найбільш поширеним методом розділення сировини свердловин на нафтових промислах.Відомо, що очищення стічних вод від нафти, як правило, пов’язане з труднощами, зумовленими тим, що частина нафти, інколи значна (до 1–3 г/л), знаходиться в емульгованому стані. Великі краплини нафти або її важких фракцій (мазути, бітуми) добре спливають або осідають на дно, тоді як емульгована нафта перебуває в стійкому завислому стані, особливо при концентраціях, що не перевищують 1000 мг/л, і в присутності поверхнево-активних речовин або тонких мінеральних шламів, що запобігають злипанню частинок емульгованої нафти.Для інтенсифікації процесу розділення продукції свердловин використовують метод коалесценції крапель нафти в воді, що очищується, в спеціальному обладнанні для інтенсифікації типу УИН–6, які встановлюють на вході у відстійник [4].Слід при цьому відмітити, що відчутно інтенсифікується лише процес відділення легкої фази – нафти. Відділення твердих механічних домішок прискорюється незначно.При вмісті в вихідній воді 250 мг/л нафтопродуктів рекомендована напірна флотація. Відповідно до технологічної схеми стічні води проходять крізь пісковловлювачі, нафтовловлювачі, водойми для додаткового відстоювання, флотаційні установки, кварцові фільтри і потім знову повертаються в оборотну систему. Досвід показує, що найефективнішими є способи очищення стічних вод від нафтопродуктів [5], які включають багатоступеневе очищення на установці, в склад якої входять сепаратор, реактори, флотатори тощо. При цьому в воду, що обробляється, вводять коагулянт, поліелектроліт (флокулянт). При використанні при напірній флотації реагентів – сірчанокислого алюмінію – 50 мг/л, активної кремнієвої кислоти – 10 мг/л – забезпечується залишковий вміст нафтопродуктів 30–50 мг/л (50–60 % від початкового вмісту), без використання реагентів ефект очищення становить 25–30 %.Глибоке очищення до 0,2–0,05 мг/л забезпечується тільки при використанні сорбентів (до 3–5 мг/л). Сировиною для отримання гідрофобних сорбентів для вилучення нафтопродуктів є алюмосилікатні матеріали (керамзит, перліт, цегельна крихта та ін.).При біологічному очищенні стічних вод в аеротенках вміст нафтопродуктів, а також активованого вугілля знижується до 3–5 мг/л [6]. Використання іммобілізованих мікроорганізмів дозволяє підвищити концентрацію біомаси в спорудах і ступінь очищення стічних вод у порівнянні з очищенням в аеротенках. Підвищенню ступеня очищення стічних вод від органічних забруднень сприяє також збільшення аеробності завантаження. При достатньому вмісті розчиненого кисню в завантаженні фільтрату можуть розвиватись специфічні бактерії, які мають високу окислювальну властивість стосовно важко окислюваних забруднень, і, зокрема, нафтопродуктів. Широко відомі способи очищення води, основані на введенні допоміжної магнітної речовини (ДМР). ДМР використовується також для збору забруднень, що плавають на поверхні води. При цьому застосовуються порошки феромагнітних матеріалів, проте придатні й стійкі колоїдні розчини феромагнетиків – магнітні рідини. Очищення включає в себе попередню обробку забруднень МР (омагнічування) з наступним їх вилученням у спеціальних магнітних схемах [7].Відомі [8] електрохімічні способи очищення (електрокоагуляція) стічних вод від нафтопродуктів с концентрацією 10–12 г/л. Затрати електроенергії складають 1,5–4 кВт/м3, що в 70 разів нижче в порівнянні з традиційними методами очищення. Ступінь очищення 80–82 %.

При очищенні від нафтопродуктів електрофлотацією [9] при початковій концентрації 200 мг/л залишковий вміст нафтопродуктів становить 10 мг/л. Витрата електроенергії – 0,28–0,55 кВт/1 м води, що очищується. Таким чином, в основу досліджень покладено найбільш розповсюджені технології, які базуються на таких процесах:

-                гідромеханічних (відстоювання, фільтрування, центрифугування, сепарація, флотація);

-                фізико-хімічних (коагуляція, флотація);

-                масообмінних (сорбція).При цьому найбільш високий ефект очищення від нафтопродуктів забезпечується при застосуванні коагулянтів і флокулянтів та сорбентів.У зв’язку зі специфічним складом підтоварних (підпластових) вод від окремих свердловин виникає необхідність у проведенні додаткових досліджень для визначення ефективності застосування цих процесів для очищення підтоварних вод об’єкта нафтових свердловин Семенівського родовища.

На підставі проведених досліджень встановлений ефект вилучення нафтопродуктів та завислих речовин шляхом аерації для утворення твердої фази гідроксидів заліза та солей жорсткості. Утворення твердої фази супроводжується можливим “схопленням” в структуру органічних сполук, у тому числі нафтопродуктів. Завись, що утворюється характеризується високо розвинутою поверхнею та може розглядатись як адсорбент для вилучення з води нафтопродуктів (та інших органічних компонентів), а також мінеральних компонентів. Спосіб відноситься до фізико-хімічних методів очищення води і відомий як “обробка коагулянта”. Проте на відміну від існуючих технологій в даному випадку генерація коагулянта здійснюється з компонентів води, що обробляються. З точки зору механізму ці перетворення можна охарактеризувати як хімічне співосадження.З метою інтенсифікації процесу освітлення води, прискорення утворення пластівців, осадження завислих речовин і видалення нафтопродуктів були проведені дослідження для визначення впливу мінеральних і органічних коагулянтів, флокулянтів на ці процеси.При цьому були визначені можливості розділення зависі нафтопродуктів та мінеральних компонентів при відстоюванні, фільтруванні крізь фільтр з пінополістирольним завантаженням, флотацією, сорбцією. 

 Таблиця 1. Результати дослідів з визначення ефекту очищення попутних вод нафтогазозових свердловин при застосуванні коагулянтів та сорбентів

 На основі проведених досліджень була розроблена технологічна схема обробки попутних вод нафтових свердловин, яка основана на використанні існуючих рішень в області флотації, освітлення, фільтрації і сорбції на спеціальному завантаженні.

Технологічна схема очищення попутних вод нафтових свердловин функціонує наступним чином.Очищена вода самопливом поступає в усереднювач-накопичувач пластових вод (1), де проходить усереднення стічних вод за концентрацією, а також проходить скаламучування забруднень за допомогою системи трубопроводів від вакуум-насоса (2) з ресивером.З усереднювача-накопичувача (1) попутні води насосної групи (3) через змішувач-флокулятор (4) потрапляють у флотатор (5), після чого в освітлювач зі зваженим шаром осаду (6), а потім у фільтр (7).У змішувач (4) вводиться розчин хлорного заліза з бака-дозатора (8), а також розчин флокулянта і сорбенту з вузлів їх приготування (9, 10). У камерах “газового шару” флотатора (5) подається робоча рідина для напірної флотації із сатуратора (11).У змішувачі (4) утворюються пластівці коагулянта, які взаємодіють у камерах “газового шару” флотатора з повітрям, що виділяється з робочої рідини для напірної флотації при зниженні тиску до атмосферного. Утворені флотокомплекси виносяться потоком із камери з “газовим шаром” в зону флотації, де вони спливають в пінний шар, утворюючи шлам. Після флотації вода поступає в освітлювач (6), в якому проходить укрупнення дрібних частинок, їх осадження і накопичення в відстійній частині освітлювача зі зваженим шаром осаду (6).Фільтр (7) періодично виводиться на промивку, яка здійснюється з допомогою гідророботів (12). Для промивки використовується вода, яка зберігається в надфільтровому просторі фільтрів. Промивна вода гідророботами (12) скидається в усереднювач-накопичувач (1).З освітлювача (6) вода поступає на двоступеневий фільтр (7), який забезпечує її доочищення від частинок нерозчинних сполук при фільтруванні через шар плаваючого пінополістирольного завантаження.Осад із відстійної частини освітлювача (6) скидається в ємкість осаду (13).Шлам, який накопичився на поверхні флотатора (5), періодично видаляється з допомогою спеціального пристосування. Це пристосування гнучким шлангом зі спеціальною насадкою зв’язано з ресивером (14), вакуум у якому створюється з допомогою вакуум-насоса (15).Після фільтру (7) очищена вода самопливом поступає в першу проміжну ємкість (16), яка використовується для зберігання об’єму води на напірну флотацію і особисті потреби станції, а також для подачі води на доочищення на блок касетних фільтрів (17).Із ресивера (14) шлам через ємкість осаду (13) направляється на фільтр-прес (18) на зневоднення.Осад із ємкості осаду (13) самопливом періодично направляється на зневоднення на фільтр-прес (18).Зневоднений осад з допомогою візка (19) вивозиться на утилізацію або захоронення. Фільтрат від обладнання (7) скидається в усереднювач-накопичувач (1). Очищена вода насосами (20) подається на фінішне доочищення на касетні фільтри (17), завантажені сорбентом (активоване вугілля). Після чого скидається в резервуар очищеної води, звідки перекачується в пожежну водойму. Та частина рідини, що залишилася, із ємкості (16) насосами (20) закачується в свердловину. 

Таблиця 2. Склад осадів, що утворюються при очищенні попутних вод нафтових свердловин