4.3. Предварительный сброс пластовой воды

Для уменьшения коррозии трубопроводов и повышения производительности установок подготовки нефти применяется предварительный сброс пластовой воды. Согласно РД применение предварительного сброса воды целесообразно при обводненности продукции более 30%.

В зависимости от места осуществления предварительного сброса воды в технологической цепи сбора и подготовки нефти можно выделить:

1. Путевой сброс;

2. Централизованный сброс: на ДНС и непосредственно перед установками подготовки нефти.

Путевой сброс воды из продукции скважин может осуществляться по отдельным коллекторам, вблизи наиболее обводненных кустов скважин, на пониженных участках трассы, где скапливается свободная вода, вблизи существующих кустовых насосных станций системы ППД.

Основным требованием к технологии путевого сброса воды является его осуществление без применения сложного технологического оборудования, требующего присутствия обслуживающего персонала, и при естественной температуре продукции скважин. При необходимости для разрушения эмульсии продукция может обрабатываться реагентом-деэмульгатором. Степень предварительного обезвоживания нефти при путевом сбросе должна соответствовать агрегативной устойчивости эмульсии (на входе в установку), чтобы при дальнейшем транспорте не происходило выделение свободной воды из эмульсии или оно было минимальным.

При сбросе воды в любом случае должна имееться возможность ее утилизации.

Если сброс воды на ДНС осуществляется под избыточным давлением, то обеспечивается транспорт газонасыщенной нефти до узлов подготовки и второй ступени сепарации.

Разрушение эмульсий

Разрушение эмульсии, т.е. оседание капель воды или всплытие капель нефти в среде воды, описывается законом Стокса:

W_r = d² _*(_Ч-_СР) _* g / 18 _СР.

где W_r – скорость оседания шарообразной частицы.

Известно:

=4/3*d(_Ч-_СР)g/(W²_Ч*_СР),

где  - коэффициент гидравлического сопротивления среды.

Проведем преобразование:

d(_Ч-_СР)g /_СР =  _* 3/4 _* W²_Ч (4.37)

Для того, чтобы получить обобщенное уравнение для определения скорости осаждения W_0, перемножим левую и правую части уравнения (4.37) на d²/². Получим:

d³ _* (_Ч-_СР) _* g /(²) = *3/4*W²_{0 *} d ²/ ² = Re² (4.38)

или

Ar = *3/4 _* Re² (4.39)

где Ar – критерий Архимеда.

Ar = d ³ _*  _* (_Ч-) g /² (4.40)

Подставив в уравнение (4.39) значение , можно найти W₀ для всех режимов движения частицы: ламинарный, переходный, турбулентный.

Область ламинарного режима осаждения частицы характеризуется значениями параметра Рейнольдса: 10^-4  Re  2.

Коэффициент гидравлического сопротивления среды движению капли при этом режиме равен:

_о = 24 / Re (4.41)

С учетом уравнения (4.39):

Re = Ar / 18 (4.42)

Граничные значения критерия Ar для ламинарного режима осаждения капель:

18*10^-6  Ar  36 (4.43)

В области переходного режима осаждения:

2  Re  500 _о=18.5 / Re^0.6 – по формуле Аллена, отсюда Re = Ar^0.714 / 6.545

36  Ar  83.3*10³ (4.44)

Т.к. критерий Re:

Re = W_{0 *} d _* _СР / _СР, (4.45)

то при известном диаметре частицы и Re, скорость осаждения частицы:

W_о = Re _* _СР / (d _* _СР) (4.46)

Таким образом, в области ламинарного режима скорость осаждения частицы равна:

W_о = Ar _*  / (18d _* _СР) , (4.47)

в области переходного режима осаждения:

W_о = Ar^0.714 _*  / (6.545 _* d _* _СР) (4.48)

Таким образом, чтобы рассчитать скорость свободного оседания капель при известном диаметре капель: 1) рассчитываем критерий Архимеда; 2) вычисляем скорость свободного оседания капель по (4.47) или (4.48), в зависимости от режима.

Однако, исследованиями было установлено, что при содержании дисперсной фазы более 5% об. необходимо учитывать стесненность осаждения (всплытия) капель:

W_оg = W_{о *} (1-)ⁿ, (4.49)

где W_оg – скорость стесненного осаждения частицы;

 - объемная доля дисперсной фазы в системе, т.е., например, обводненность эмульсии;

W_о – скорость свободного осаждения частицы;

n – в первом приближении может быть принят равным + 4.7.

Тогда в области ламинарного режима осаждения, относительную скорость оседания капель воды в нефти в зависимости от ее обводненности можно определить:

W_оg / W_о = (1-В)^4.7, (4.50)

где В – обводненность нефти (% объемн.).