Ланина Т.Д., Литвиненко В.И., Варфоломеев Б.Г. Процессы переработки пластовых вод месторождений углеводородов

Подождите немного. Документ загружается.

водстве, имеет состав (в г/л): NaCl – 280-310; CaSO

– 5-6; MgCl

и MgSO

–

0,2-4; CaCl

– 0,2-0,8. Плотность рассола при 15

С равна ρ = 1190-1200 кг/м

Выпаривание рассолов в заводских условиях осуществляют либо в чре-

нах, обогреваемых топочными газами, либо в вакуум-выпарных аппаратах,

обогреваемых паром.

Вакуум-выпарка значительно рентабельнее, чем чренная, за счет много-

кратного использования тепла греющего пара. Вследствие того, что раствори-

мость NaCl очень мало зависит от температуры, соль получают изотермической

кристаллизацией при температуре

кипения насыщенного рассола, удаляя рас-

творитель – воду. Добавка к рассолу сульфитцеллюлозного щелока способству-

ет уменьшению отложения накипи, т.к. замедляет переход CaSO

·0,5H

O как в

CaSO

·2H

O, так и в CaSO

. При вакуум-выпарке рассолов NaCl для уменьше-

ния отложения накипи на греющих поверхностях применяют аппараты с энер-

гичной принудительной циркуляцией.

Для установления закономерностей получения жидкости для промывки и

глушения скважин и получения товарной выварочной соли, провели исследова-

ния на пластовой воде водозаборной скважины № 24 Западно-Тэбукского ме-

сторождения ОАО «Тэбукнефть» [96]. Вода

имела следующий ионный состав,

(мг/л): НСО

– 122,0; SO

– 408,6; Cl

– 144130; Са

– 22000; Mg

– 3648;

– 61421,8; Br

– 439,6. Активность ионов водорода составила рН = 5,4 и

плотность ρ

=1160 кг/м

. Солевой состав выразился следующим образом (г/л):

хлорид натрия NaCl – 153,88; хлорид калия KCl – 1,76; хлорид кальция CaCl

–

60,46; хлорид магния MgCl

– 14,44; сульфат кальция CaSO

– 0,58 и гидрокар-

бонат кальция Ca(HCO

)

– 0,16. Общая минерализация воды – 231,7 г/л. Таким

образом, пластовая вода скв. 24 на 80 % масс. состоит из воды и на 20 % масс.

из минеральных солей.

Для предотвращения выпадения осадков минеральных солей при выпари-

вании больше, чем предусматривается равновесными условиями, были опробо-

ваны следующие ингибиторы солеотложений: ОЭДФ, ТНС, реалон, ДПФ-1 и

фосфанол. Результаты испытаний ингибиторов

солеотложений при выпарива-

нии пластовой воды скв. 24 приведены в табл. 4.1. Дозировка ингибиторов со-

леотложения изменялась от 20 до 100 мг/л. Рассолы после выпаривания выдер-

живались 30 сут. В контрольной пробе пластовой воды, выпаренной без доба-

вок ингибиторов, масса выпавшего осадка составила 10,34 % от массы исход-

ного рассола.

Все реагенты показали себя эффективно: масса осадка

оказалась меньше,

чем в контрольном опыте без реагента. При низких концентрациях (20 мг/л)

наилучшие показатели достигнуты при использовании ОЭДФ, он и был реко-

мендован для дальнейшей работы.

При проведении опытов по выпариванию упаренный раствор составлял

30, 45, 60 и 70% от первоначального объема. Проводились серии опытов с до-

зировкой ОЭДФ 20 мг/л и без

него. Изучался состав рассола и осадка в зависи-

мости от времени выдержки системы после выпаривания (0, 1, 5 и 10 сут.).

Контролировались следующие показатели: плотность и состав рассола, масса и

состав осадка, рН упаренного рассола и его выход. В табл. 4.2 приведены дан-

ные по упаренному рассолу, в табл. 4.3 – данные по получаемому осадку.

Таблица 4.1

Результаты испытаний ингибиторов солеотложений

при выпаривании пластовой воды скв. 24

Доза реагента,

мг/л

Плотность рассо-

ла после выпари-

вания,

кг/м

Объем рассола

после выпарива-

ния, % от исход-

ного объема

Масса осадка,

% от массы ис-

ходного рассола

Ингибитор ОЭДФ

20 1226 61 2,13

40 1223 45 7,21

60 1225 61 1,82

80 1225 48 6,35

100 1226 43 7,39

Ингибитор ТНС

20 1214 47 5,41

40 1222 42 6,23

60 1220 40 7,17

80 1225 57 3,19

100 1221 64 1,18

Ингибитор реалон

20 1225 48 5,99

40 1227 47 5,98

60 1226 49 5,38

80 1227 48 5,59

100 1226 45 6,57

Ингибитор ДПФ-1

20 1226 42 7,16

40 1224 48 4,93

60 1216 47 5,30

80 1220 63 1,24

100 1220 48 5,26

Ингибитор фосфанол

20 1223 36 8,88

40 1220 47 5,36

60 1222 46 5,33

80 1221 51 4,47

100 1220 43 5,17

Из данных табл. 4.2, 4.3 видно, что время выдержки рассола после выпа-

ривания и введение в систему ОЭДФ существенно не влияют на конечные

результаты.

При анализе экспериментальных данных по изменению плотности рассо-

ла ρ

от количества выпаренной воды W (в % масс. от исходного количества

рассола) необходимо располагать расчетным уравнением ρ

= f(W).

Первоначально составляли данное уравнение из предположения, что ка-

ждая соль вносит свой вклад в плотность рассола пропорционально своему

процентному содержанию. С достаточной степенью точности можно ограни-

читься рассмотрением вклада трех солей: хлорида натрия, хлорида кальция и

хлорида магния, концентрация которых в исходной пластовой воде составляет

13,26; 5,21 и 1,24 % масс. соответственно. В сумме

эти три соли составляют

98,8 % от суммы всех солей в рассоле. Соответственно пренебрегали содержа-

нием KCL (0,15%), CaSO

(0,05%) и Ca(HCO

)

(0,014%). Тогда плотность рас-

сола определяется следующим уравнением

= ρ

+ ρ

где ρ

– плотность рассола, кг/м

;

, ρ

– вклады в плотность рассола хлоридов натрия, кальция и

магния соответственно.

При этом принимали, что истинная плотность рассола ρ

ир

определяется

уравнением

ир

= 1000 + ρ

, кг/м

При нахождении зависимости ρ

, ρ

от процентного содержания

солей в растворе воспользовались справочными данными по плотности раство-

ров NaCl, CaCl

, MgCl

в зависимости от концентрации в % масс. [98]. Спра-

вочные данные свидетельствуют о том, что зависимость плотности от концен-

трации хлорида кальция и хлорида магния практически идентичны. Зависимо-

сти удовлетворительно описываются уравнениями:

=8,67С

Са

; ρ

= 8,67С

; ρ

= 7,30С

где С

Са

, С

– массовые концентрации в растворе хлорида кальция,

хлорида магния и хлорида натрия соответственно.

Для насыщенного раствора хлорида натрия (26,4 % масс.) определенная

графическим путем плотность составляет ρ

= 190 кг/м

. Тогда до насыщения

раствора хлоридом натрия плотность рассола определяется уравнением

= 8,67(С

Са

+ С

) + 7,30 С

и после насыщения хлоридом натрия уравнением

= 8,67(С

Са

+ С

) + 19

Таблица 4.2

Состав рассола после выпаривания пластовой воды

Состав рассола, мг/л

№

п/п

Плотность

рассола,

кг/м

Минерали-

зация, г/л

Выход

рассола,

% об.

Вы-

держка

рассола,

сут.

Доза

ОЭДФ,

мг/л

НСО

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Выпаривание до 70 % от исходного объема

1 1222 316,07 56,0 0 0 18,3 79101 35000 4499 427 197025

2 1227 335,49 52,5 1 0 24,4 81790 38000 5594 273 209805

3 1222 328,70 56,0 5 0 18,3 82305 35200 5594 394 205190

4 1228 326,51 57,5 10 0 12,2 80117 35200 6552 151 204480

5 1223 322,23 60,0 0 20 24,4 49631 34000 25900 359 212290

6 1220 310,73 60,5 1 20 18,3 45489 34000 25658 359 205190

7 1224 310,39 60,0 5 20 24,4 44773 34200 25901 301 205190

8 1222 308,41 61,5 10 20 24,4 44579 34000 25658 376 203770

Выпаривание до 60 % от исходного объема

9 1228 334,45 42,5 0 0 61,0 74065 45200 5229 444 209450

10 1223 316,23 55,0 1 0 61,0 75443 37200 5350 439 197735

11 1230 325,41 48,5 5 0 24,4 73380 42400 5350 482 203770

12 1228 320,44 48,5 10 0 12,2 72380 41200 5594 325 200930

13 1225 329,43 46,5 0 20 24,4 58822 39000 18240 340 213000

14 1225 329,53 49,0 1 20 24,4 57942 40000 18118 423 213000

15 1227 293,13 49,0 5 20 30,5 25034 39000 31008 402 198090

16 1230 307,20 49,2 10 20 24,4 32102 39000 29914 257 205900

Выпаривание до 45 % от исходного объема

17 1241 336,7 31,5 0 0 122,0 54771 52400 13376 546 215485

18 1242 351,4 24,0 1 0 36,6 17309 74200 21402 1055 220100

Окончание табл.4.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

19 1243 358,97 27,0 5 0 24,4 2795 46600 9576 535 113600

20 1243 351,3 26,5 10 0 12,2 60348 62000 6566 175 222230

21 1243 346,9 27,0 0 20 24,4 63214 56400 7539 387 219390

22 1246 343,6 25,5 1 20 30,5 54636 59600 9971 720 218680

23 1253 353,4 27,0 5 20 15,3 30225 67000 30224 186 232880

24 1245 329,1 28,5 10 20 30,5 26458 58000 25718 233 218680

Выпаривание до 30 % от исходного объема

25 1267 377,0 7,0 0 0 38,0 40690 71190 17260 470 206850

26 1269 377,2 7,1 1 0 42,0 41700 72200 18420 481 208120

Таблица 4.3

Состав осадка после выпаривания пластовой воды

Состав рассола, % масс.

№

п/п

Плотность

рассола,

кг/м

Минерали-

зация, г/л

Выход

осадка,

кг/м

Вы-

держка

рассола,

сут.

Доза

ОЭДФ,

мг/л

NaCl KCl CaCl

MgCl

CaSO

a(HCO

)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Выпаривание до 70 % от исходного объема

1 1222 316,07 41,00 0 0 95,7 0,73 2,17 1,21 0,16 0,03

2 1227 335,49 60,80 1 0 95,38 0,72 2,56 1,02 0,29 0,03

3 1222 328,70 52,50 5 0 94,49 0,73 2,31 0,41 0,02 0,03

4 1228 326,51 50,60 10 0 95,71 0,73 2,34 1,14 4,07 0,04

5 1223 322,23 33,46 0 20 98,05 0,75 0,52 0,54 0,07 0,07

6 1220 310,73 38,95 1 20 98,97 0,75 0,21 0,05 0,008 0,007

7 1224 310,39 40,00 5 20 95,43 0,73 1,72 1,98 0,11 0,03

8 1222 308,41 34,66 10 20 97,11 0,74 1,78 0,32 0,02 0,04

Выпаривание до 60 % от исходного объема

9 1228 334,45 90,65 0 0 97,08 0,74 1,77 0,11 0,15 0,15

10 1223 316,23 68,25 1 0 95,27 0,72 2,70 1,20 0,01 0,02

11 1230 325,41 82,37 5 0 96,10 0,73 2,75 0,40 2,44 0,003

12 1228 320,44 83,00 10 0 98,29 0,75 0,31 0,20 0,43 0,03

13 1225 329,43 75,60 0 20 96,27 0,73 2,21 0,69 0,06 0,03

14 1225 329,53 77,80 1 20 97,75 0,74 1,04 0,38 0,05 0,03

15 1227 293,13 66,55 5 20 97,70 0,74 1,09 0,40 0,04 0,03

16 1230 307,20 77,70 10 20 98,25 0,75 0,51 0,41 0,05 0,03

Окончание табл. 4.3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Выпаривание до 45 % от исходного объема

17 1241 336,7 137,25 0 0 96,7 0,7 1,8 0,5 0,2 0,1

18 1242 351,4 213,45 1 0 91,9 0,7 0,6 0,9 0,3 0,2

19 1243 358,97 133,60 5 0 94,6 0,7 3,6 1,0 0,02 0,02

20 1243 351,3 133,55 10 0 96,5 0,7 1,9 0,3 0,5 0,03

21 1243 346,9 137,55 0 20 94,2 0,7 2,6 0,9 1,5 0,03

22 1246 343,6 142,25 1 20 95,1 0,7 3,6 0,4 0,03 0,03

23 1253 353,4 130,50 5 20 97,5 0,7 1,4 0,2 0,2 0,03

24 1245 329,1 128,95 10 20 96,6 0,7 2,1 0,4 0,1 0,03

Выпаривание до 30 % от исходного объема

25 1267 377,0 230,0 0 0 95,79 0,73 2,6 0,5 0,4 0,03

26 1269 377,2 231,0 1 0 96,79 0,74 0,8 0,6 0,4 0,03

Целесообразно иметь явный вид уравнения ρ

= f(W). Известно, что кон-

центрация растворенного вещества С от количества выпаренной воды W изме-

няется по уравнению:

100

−

где С

– начальная концентрация в растворе.

Учитывая значения начальных концентраций хлоридов кальция, магния и

натрия в исходном рассоле зависимость примет вид:

−

100

15270

при W = 50%,

190

100

5590

−

для W ≥ 50%.

На рис. 4.1 изображены расчетная и экспериментальная зависимости

= f(W). Экспериментальные данные с точностью до ± 1% удовлетворительно

описываются уравнением

168

100

4000

−

, кг/м

Это уравнение является окончательным для расчета плотности рассола от

количества выпаренной воды.

Рис.4.1. Зависимость плотности рассола от количества

выпаренной воды W

1180

1200

1220

1240

1260

1280

1300

1320

1340

0 10203040506070

Количество выпаренной воды, W, % масс.

Истинная плотность рассола, кг/м3

экспериментальная расчетная

Технологическими показателями процесса выпаривания пластовой воды

нефтяного месторождения, кроме конечной плотности рассола, являются выход

рассола повышенной плотности V

в % об. от начального объема пластовой во-

ды и выход осадка хлорида натрия М

ос

в кг из 1 м

исходной пластовой воды.

Для установления зависимости V

и М

ос

от W построили графические зависи-

мости (рис. 4.2) по данным итоговой таблицы 4.4.

Рис. 4.2. Выход рассола V и осадка М от количества

выпаренной воды W

100

150

200

250

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Количество выпаренной воды W, % масс.

Выход осадка М (кг/м3)

Выход рассола V (% об.)

осадок рассол

Таблица 4.4

Усредненные экспериментальные данные

по выпариванию пластовой воды

Объем рассола по-

сле выпаривания, %

об. от начального

объема

Количество

выпаренной

воды, W, %

масс.

Конечная

плотность

рассола, ρ

ир

кг/м

Выход рас-

сола повы-

шенной

плотности,

, % об.

Выход

осадка

NaCl,

ос

, кг/м

70 26 1223 58,0 44,0

60 34 1227 48,5 77,7

45 47 1245 27,1 144,6

30 60 1268 7,0 230,0

Как видно из рис. 4.2 зависимость V

= f(W) линейна; она удовлетвори-

тельно (с ошибкой ± 3%) описывается уравнением:

= 100 – 1,55W,

где зависимость М

ос

= f(W) (рис. 4.2) степенная М

ос

= К·W

где К и n

– коэффициенты, которые определяются графически в логариф-

мических координатах.

Для исследуемого состава воды итоговое уравнение имеет следующий вид:

8,12

95.1

ос

Данное уравнение описывает экспериментальные данные с ошибкой ± 3%.

Таблица 4.5

Химический состав соли

Содержание, % масс

№

п/п

Соль

NaCl MgCl

CaCl

CaSO

MgSO

KCl

Нераствори-

мый осадок

Выварочная соль из пла-

стовой воды скв. 24 За-

падно-Тэбукского ме-

сторождения

96,29

0,63

1,82

0,46

0,73

Поваренная соль из

озерной рапы оз. Саки

93,16 0,4 0,9 0,68 0,11

Каменная артемовская

немолотая соль

97,7-

99,6

0,35-0 0,15-0 1,3-0 0,65-0

Соликамская выварочная

чренная соль

91,8 0,3 2,04 0,45

Соликамская выварочная

вакуумная соль

95,28 Следы 0,11 0,83 Следы