МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТнефть

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ И ОЦЕНКА ИХ ВЛИЯНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМЕ ППД РД 39-3-1023-84

1984

Министерство нефтяной прокыиленност*

Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (ВНИИСПТнефть)

УТВЕРЦЦЕН

заместителем министра нефтяной промышленности

А.В.Валихановым

24 января 1964 года

ДОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА ИССЛВДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ И ОЦЕНКА ИХ ВЛИЯНИЯ НА ЭЮЕКГИШОСГЬ УТИЛИЗАЦИИ Н£,ФТЕПРОМЫСЛОВНХ СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМЕ ПОД

РД 39-3-1023-84

1964

секундомеры различных марок;

вискозиметр ВПЖ-4 по ГОСТ 10028-67 я 0,62);

промывала по ГОСТ 9737-70;

колбы мерные емкостью 50,100 мл по ГОСТ I770-74E; склянка с тубусом емкостью 2000 мл по ГОСТ 10238-74; бзнзол, ч.д.а. по ГОСТ 5955-75; воронки делительные по ГОСТ 8613-75; бумажные фильтре по ТУ 6-09-1678-77; весы аналитические различных марок.

2.5.2. Подготовка к проведению анализа

Для определения содержания эмульгированной нефти в исследуемой сточной воде строится калибровочный график по ОСТ 39-133-81.

В зависимости от физико-химических свойств исследуемой сточной воды определяется константа (К) уравнения Стокса:

(I)

кинематическая вязкость сточной воды, ст;

9- плотность эмульсии, г/см^;

9Г7    ~

q - плотность дисперсной среды, г/см°;

- плотность дисперсной фазы, г/см^; д - ускорение силы тяжести, равное 981 см/сек^;

2ч9~ коэффициент, учитывающий влияние ПАВ на форму и скорость всплывания частиц нефти в сточной воде [_ 6 ].

Расчетный размер частицы нефти, всплывшей за определенную продолжительность Отстоя в цилиндре Спильнера, определяется по следущей формуле:    _

-V?

где г - радиус частицы нефти, см;

Н - высота сточной воды в цилиндре Спид ьн ера, см; t - продолжительность отстоя, сек;

Л - константа уравнения Стокса.

Результаты расчетов сводятся в нипеследуг'цую таблицу.

Таблица I

Количество цилиндров Спильнера, необходимое .для определения дисперсного состава эмульгированной нефти в исследуемой сточной воде, соответствует пределам расчетных размеров частиц нефти от времени отстаиваниярекомендуется использовать не менее 4-5 цилиндров.

2.5.3.    Отбор сточной воды на анализ

Сточная вода на дисперсный анализ отбцраетс в склянку с нижним тубусом емкостью не менее 2000 мл в соответствии с ОСТ 39-133-81. Нижний тубус склянки закрывается пробкой, снабженной стеклянной трубкой, резиновым ид акт ом с зажимом.

Использование склянки с нижним тубусом позволяет исключать мэ анализа планочную нефть. Дисперсный анализ производится не -медленно после отбора жидкости.

2.5.4.    Проведение анализа

Сточная вода из склянки через нижний тубус заливается в цилиндр” Спильнера до верхней метки. После заполнения последнего по счету цилиндра включается секундомер (начало отсчете вре-

пени анализа). Из склянки одновременно отбирав', -.я в делительную воронку сточная вода объемом 100 мл для определения исходной концентрации эмульгированной нефти.

Из первого цилиндра (они номеруются в порядке заполнения сточной водой) через выбранное по таблице I время £у, соответствующее продолжительности всплывания частиц нефти определен -ной дисперсности, отбирается в делительную воронку через верхний краник 50 мл сточной воды (прилипшую к стенке всплывшую нефть смывают растворителем).

Из сточной воды экстрагируется содержащаяся нефть; экстракт сливается в мерную колбу емкостью 50 мл, доводится до метки и определяется оптическая плотность на фотоколориметре типа ФЭК , по калибровочному графику находят содержание нефти (нефтепродукта) в данной пробе сточной воды. Через время t_{£ t}    t_n

отбирают пробы сточной воды из второго, третьего и т.д. цилиндра и определяют концентрацию нефти.

2.5.5. Обработка результатов анализа

Исходная концентрация эмульгированной нефти в исследуемой сточной воде определяется по формуле:

л Оо ■ /ООО    / , _Л v

~ао~~ ’ ^мг/л •    ^{3)

где Оо - содержание нефти, найденное по калибровочному графику (мг/50 мл) на основании оптической плотности экстракта, мг.

Количество эмульгированной нефти в сточной воде в рабочем объеме цилиндра (между верхним к нижним краниками) определяется ха

Р = V A , мг ,    (4)

где V - объем цилиндра Спильнера до верхнего краника, л;

A - исходная концентрация нефти, иг/л.

Количество нефти, всплывшей за время    ₇    :

д^ш — 0,05'А , мг/л ,    (5)

где fl - концентрация нэфти в пробах сточной воды объема

V.../7

50 мл,взятой из цилиндров через определенное время отстоя >« иг;

Q05/J - количество нефти в 50 мд исходной эмульсии, мг. Процент всплывал й нефти за время t_fy%t_n определяется из соотношения:

(6)

По данным седиментационного анализа исследуемой сточной воды в прямоугольной координате строится график накопления эмульгированной нефти: ось ординат - количество всплывшей нефти), ось абсцисс- время накопления (всплывания) t_% ,сек. (рис. 3).

На графике накопления в точках, соответствующих врэменн всплывания    проводят касательные, которые отсекают на оси

ординат отрезки, соответствующие количеству (а %) полностью всплывшей нефти данного дисперсного состава.

Отрезок ординаты от начала координат до пересечения с первой касательной вцрадает процентное содержанке частиц в интервале между максимальным эквивалентным радиусом и наибольшим, определенным расчетным путем по седиментационной криво* (>£«*). Отрезок ординаты от отметки 100% до ближайшей касательной выражает процентное содержание частиц в интервале между 0 и наименьшим радиусом, опррделенным расчетным путем по седиментационной

кривой {<0псл ) •

Результаты обработки крииой накопления с помощью касательных записываются в нижеследующую таблицу, начиная запись с наименьших размеров частиц нефти.

Таблица 2

Время всплытия ! Радиус ’.Интервалы раз-!Содержание’Суммарное со-частиц нефти, 1 частиц,! меров частиц !фр* <ции в !дешание фрак-

сек.    !    мкм ’отдельных фрак! системе, !ция в системе

_!_1 ций, мкм ! О _t% 1 2.0 > %

По данным табл. 2 на прямоугольной координате строится зависимость размера частиц нефти (ось абсцисс)от суммарного содержания фракций (ось ординат), выражах^цая распределение частиц нефти в всплывшем количестве нефти (рис. 4).

Любая точка полученной кривой указывает на процентное содержание в сточной воде (эмульсии) частиц нефти с меньшим эквивалентным размером (радиусом) чем соответствующая ей точка на оси абсцисс.

По графику распределения частиц нефти находится величина приращения &Q содержания частиц нефти (в %) через равные интервалы размера радиусадЛ. Результаты записываются в нижеследующую таблицу.

Таблица 3.

Размер частицы ! Содержание ! Приращение содер- !    Отнс эние

нефти _Ъ(Г),    !    фракций, Q, !    жание фракций ,1    ,

***    !    *    {    *q    |    *Q/*r

По данным табл. 3 в прямоугольной координате строится зависимость размера частиц нефти ( Г ) от величины bQ/ы ддя каждой фракции (д/⁴ ). Весовое содержание каждой Фракции (Д$ ) выражается площадью соответствующего прямоугольника, так как

д СЛ /")

‘ДЛ-Дс/. Построив прямоугольники для каждой фракции и соединив плавной линией средние точки верхних сторон прямоугольников получим кривую дифференциального распределения частиц нефти в эмульсии (рис. 5>.

Фракция частиц нефти, соответствующая максимуму на дифференциальной кривой распределения, называется преимущественной данной полидисперсноЙ системы, так как частиц, отвечающих этой фракции, большинство. Дифференциальная кривая распределения частиц нефти позволяет оценить качественно и количественно дисперсные системы, в частности, эмульгированную нефть в сточной воде: чем выше максимум кривой и уже интервал радиусов, тем ближе эмульсия к монодисперсно й; если кривая растянута и максимум низкий, то система -полиднсперсна.

2.6. Исследование кинетики осаждения и компонентного состава механической примеси в нефтепромысловых водах

Кинетика осаждения механической примеси в сточных водах характеризуется количеством выделившейся примеси во времени и выражается графически кривой седиментации. Компонентный состав механической примеси выражается количеством (мг) в единице объема (л). Исследование кинетики осаждения и компонентного состава механической примеси в сточных водах проводится только во с вежеотобранными пробами жидкости.

2.6.1. Аппаратура и реактивы

Делительная воронка емкостью 1000 мл по ГОСТ 8619-75 с приваренной в нижней части трубкой длиной 100 им и тарированной иа 0,2 мл;

секундомеры различных марок;

боксы объемом 40 мл по ГОСТ 71448-70;

ексикатор по ГОСТ 6371-73;

аналитические весы различных марок;

бумажные фильтры зольные марки "синяя лента" по ГУ 6-09-1678-77;

спирт этиловый (гидролизный) высмей очистки, крепостью не менее 95,5 % по ТУ 6-09-1710-77;

бензол по ГОСТ 5955-75} азотная кислота по ГОСТ 4461-77; азотнокислое серебро по ГОСТ 1277-75; соляная кислота по ГОСТ 3118-77 ,

2.6.2. Проведение исследований к анализов

Сточная вода объемом 1000 мл авливается в делительную воронку я ставится на отстой; отстой должен осуществляться ь условиях, исключающих изменение и колебание температуры воды и попадания прямого солнечного света.

По градуированной трубке делительной воронки производят отсчет объема осевшей примеси через каждые 5, 10 , 20 , 30 , 40,

60 и 120 минут отстоя. За три минуты до каждого отсчета объема осевшей примеси делительную воронку несколько раз интенсивно вращают вокруг оси для отделения частиц примеси, прилипших к стенке воронки. По результатам наблюдения в прямоугольной координате строится кривая седиментации.

Компонентный состав механической примеси в сточной воде определяется в следующем порядке. Открыв кран делительной во -ронки, осторожно (по каплям) сливается осевший объем примеси иа тарированный фильтр; осадок промывается дистиллированной водой от хлористых солей (контроль по азотнокислому серебру), высушивается, доводится до постоянного веса и определяется общий выход осадка. Фильтр с осадком омывается кипящей парто-бензольной (1:1) спесью от нефти (контроль по окраске); отмытый фильтр с осадком вновь высушивается я доводится да постоянного веса.

Высушенный фильтр далее обрабатывается 10-1б£ соляной кислотой до прекращения газовыделения; выделение пузырьков газа указывает на растворение осадка (растворяются соли и окислы железа, карбонат кальция, соли магния), после этого фильтр промы-

вается горячей дистиллированной водой до тех пор, пока реакция с азотнокислым серебром не будет показывать отсутствие иона хлора. Отмытый фильтр вновь высушивается к доводится до постоянного веса; при этом на фильтре остаются частицы глины, песка, сульфата кальция и бария.

Содержание ионов кальция, магния, железа определяется по стандартным методикам [3,4j .

2.6.3. Обработка результатов анализа

Общее количество осадка, выделивяегося ие вяалжвируеяой сточной воды,определяется по фор<улв:

ч/_ 0-$ мг/л .    (7)

V    ~У~ ’

где О - вес фильтра с осадком, MTJ Ь - вес чистого фильтра, мг{

V    - объем жидкости, л.

Количество твердой примеси рассчитывается по формуле:

, •*/*,    ⁽⁸⁾

где С - вес фильтра после отмывки нефти, мг.

Количество нефти и нефтепродуктов, осевших вместе с частицами механической примеси,определяется как разница между общш содержанием осадка я твердой примеси:

^<9)

Количество механической примеси, растворшой в соляной кислоте, рассчитывается по формуле:

v . Czd мг/л    (10)

*Р v ¹

гдэ 4^— вес фильтра после обработки соляной жжслотоЯ, мг.

Количество примеси, нерастворимой в соляной кислотурассчж-

тыэается по формуле!

X- . кг/д .    (И)

ОСТ    |/

Допустимые расхождения результатов анализа в параллельных опытах от среднего не превышают i IOfc,

3. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕН &й ЭФФЕКТИВНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПРОМЫСЛОВ

3.1. Оценка влияния примеси на эффективность утилизации сточных вод

3.1Л. Основными показателями утилизации оточных вод на промыслах в системе ППД являются объем и продолжительность закачки, которые выражаются через приемистость нагнетательных скважин и их межремонтный период.

3.1.2.    Качество (содержание примеси) сточных вод оказывает влияние на приемистость нагнетательных скважин и на продолжительность межремонтного периода. Количественную оценку влияния примеси в сточных водах на ети показатели можно получить с помощью метода эмпирических зависимостей, который заключается в

статистической обработке показателей утилизации сточных вод с применением корреляционного и регрессионного анализа [б \

3.1.3.    Математически задача сводится к отысканию аналитического выражения зависимости исследуемых величин: технико-экономических показателей утилизации от определяющих факторов, в частности, показателей качества сточных вод, т.е. уравнения регрессии:

и-*1X. х у. )

(12)

3.1.4. Нахождение уравнения регрессии прежде всего означает определение его параметров, для чего чаще используют метод н&именывих квадратов [7]. Метод наименьших квадратов поз-

Данная методика предназначена для руководства по проведению исследования состава и свойств сточных вод нефтепромыслов я оценки влияния примеси на эффективность утилизации сточных вод в системе поддержания пластового давления. Методика позволяет выявить причины образования примесей в сточных водах в процессе их сбора и подготовки, разработать мероприятия по повынению качества их подготовки, оценить экономическую эффективность внедрения новой техники и технологии очистки сточных вод.

Методика разработана сотрудниками ВНИИСПТнефть а Уфимского нефтяного института: зав.сектором, х.т.н. Брилем Д.М„ (разделы I, 2, приложение I), стартам научным сотрудником Ниязовым Р.С. (разделы 1,2), стартам научным сотрудником, к.э.м. Крайновой Э.А. (раздел 3, приложение 2), младшим научным сотрудником Макаровой Д.П. (раздел 3, приложение 2).

Настоящая редакция методики осуществлена под руководством к.т.ш. Брилл Д.М.

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Методика исследования условий образования примесей и оценка их влияния на эффективность утилизации нефтепромысловых сточных вод в системе ППД РД 39-3-1023-84

Вводится впервые

Црнказом Министерства нефтяной промыпленностн от 18 апреля 1984 г, » 242

Срок введения установлен с 01.Об.64 года

Срок действия до 31.12.88 года

Настоящий руководящий документ включает методику обследования объектов сбора к подготовки продукции нефтяных скважин для выявления причин образования примеси в сточной воде в процессе ее сбора и подготовки, а также оценки влияния содержащейся цримеси на технико-экономические показатели утилизации сточных вод в системе поддержания пластового давления (ПЦД). Основными целями методики являются: определение показателей качества сточной *оды на объекта.*, сбора и подготовки продукции скважин;

сравнение уровня подготовки сточной воды с предельно-допустимыми нормами содержания примеси при закачке в нефтяные пласты;

выявление причин появления принеси в сточной воде; экономическое обоснование выбора технологии подготовки сточных вод, используемых в системе заводнения нефтяных место -рождений;

оценка влияния примеси на экономическую эффективность утилизации сточных вод в процессе нефтедобычи.

Мотодика распространяется на лабораторные и промысловые исследования по определена качества подготовки сточных вод иеф-

тепромысдов на месторождениях как разрабатываемы, так и вновь вводимых.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Сточные воды нефтепромыслов образуется на объектах сбора и подготовки продукции нефтяных скважин и представляют собой смесь стоков технологических аппаратов установки подготовки нефти (УПН), а также промливневых и бытовых стоков нефтес^гирного парка (НСП); основную часть (более 90%) сточных вод составляют стоки аппаратов обезвоживания нефти.

1.2.    Технологические стоки характеризуются высокой минерализацией, содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ), растворенные газы, ионы железа, сероводород , эмульгированную нефть и механические примеси. Концентрация примеси, в частности эмульгированной нефти,в ряде случаев достигает I-23& (по объему),хотя в пластовой воде, извлеченной совместно с нефтью,содержание цри-м^лси не превшает 20 мг/л [i} .

1.3.    Поваленная концентрация эмульгированной нефти в стоках УПН обусловлена существующей технологией подготовки нефт:' - обезвоживание продукции скважин осуществляется с применением реагентов-деэмульгаторов, которые,снижая межфазное натяжение системы "нефть-вода", способствуют диспергированию частиц нефти в вод -ной фазе и образованию тонкодясперсной эмульсии типа "нефть в воде".

1.4.    Промливневые и прочие стоки характеризуются слабой минерализацией, высокой концентрацией механической примеси в виде частиц песка, глины, грунта; стоки кроме того содержат нефтепродукты, растворенный кислород, так как канализуются по открытой системе.

1.5.    Смешение минерализованных стоков, содержащих раство -

ренные ионы железа, с промливневьгмн стоками, содержащими кислород, способствует окислению ионов железа с образованием гядро -окиси железа, которая выпадает в осадок; смешение железо- и сероводородсодержащих стоков приводит к образованию сульфида железа; последний образуется также при заражении нефтяного пласта сульфатвоостанавливающими бактериями (СББ), которые выделяют свободный Н23 в результате жизнедеятельности.

1.6.    На развитой поверхности частиц гидроокиси и сульфида железа адсорбируются частицы вмульгдрованной нефти, ПАВ и дру -гай взвеси, образуя микро агрегаты, которые не всплывают и не оседают в сточной воде, так как плотность микро агрегатов близка к плотности жидкости.

1.7.    Использование сточных вод в системе заводнения нефтяных месторождений для поддержания пластового давления является единственным экономически целесообразным путем их утилизации кв промыслах;закачка сточных вод в нефтяные пласты существенно сокращает объем пресных вод, используемых в системе ПЦД, повивает нефтеотдачу пласта, предотвращает загрязнение окружающей среды.

1.8.    Утилизация сточных вод на промыслах связана с необходимостью подготовки стоков для обеспечения устойчивой приемке -тости нагнетательных скважин путем удаления содержащейся принеси до предельно допустимых норм, устанавливаемых для каждого нефтяного к< ''торожденвя_| пробной закачкой сточной воды либо ие -ходом прогнозирования L 2 3-

1.9.    Содержание примеси в сточных водах, используемых в системе заводнения нефтяных месторождений, в ряде случаев превышает предельно допустимые нормы, что ямяется причиной резкого снижения приемистости нагнетательных скважин и, следовательно, необходимости проведения ремонтных работ по восстановлению приемистости последних.

1.10.    Настоящая методика позволяет оценить качество сточ -

ной веды на стадиях ев формирования, систему водоподготовки, а также определить величину экономического эффекта от снижения содержания примеси в сточнпД воде, используемой в системе ППД, и обосновать выбор технологии и техники ее подготовки по каждому нефтяному месторождению.

2, ПОРЯДОК ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ

2Л« Исследование условий образования примесей в сточных водах сводится к детальному изучению физико-химических свойств стоков УПН в процессе их формирования путем анализа проб жидкости, а также системы их сбора и подготовки.

2.2.    Пробы жидкости на анализ отбираются по ОСТ 39-133-81 последовательно со следующих точек технологической схемы подготовки нефти (рис. I):

точка I - пластовая вода из нефт©сборного коллектора;

точка 2 - дренажная вода с аппаратов предварительного обезвоживания;

точка 3 - дренажная вода с аппаратов глубокого обезвоживания;

точка 4 - промливн^еые стоки;

течка 5 - смесь стоков, поступающих на очистку.

2.3.    В отобранных пробах жидкости определяются показатели качества: содержание нефти и ее дисперсность, содержание примеси, в том числе растворимая и нерастворимая в соляной кислоте (в растворимой в соляной кислоте части примеси определяется содержание магния, кальция я железа); физимо-химические показатели: плотность жидкости и нефти, величина поверхностного натяжения, pH, температура, химический состав воды.

2.4.    Физико-химические показатели стоков определяются общепринятыми методиками[3,4,5] ; содержание нефти (нефтепродуктов) - по

ОСТ 39-138-81, а дисперсность ее частиц и компот житный состав твердой примеси - по методикам БНИИСПТнефть.

2.5. Определение дисперсного состава эмульгированной нефти в сточных водах нефтепромыслов

Настоящий анализ предназначен для определения размера частиц эмульгированной нефти в сточных водах объектов промыслового сбора и подготовки продукции скважин, а также оценки эффективности работы аппаратов (оборудования) установок подготовки нефти и сточной воды.

В основу определения дисперсности (размера) частиц эмульгированной нефти в сточной воде положен седиментационный анализ с использованием цилиндра Спильнера. Известно, что скорость всплывания частицы нефти в жидкости подчиняется закону Огокса, т.е. зависит от ее размера.

В отстойнике с заданной высотой (глубиной) за определенное время всплывают лишь частицы нефти, у которых скорость выше или равна расчетной; последнее обстоятельство позволяет по количеству всплывшей нефти за _пределейный промежуток времени определить расчетным путем эквивалентный размер частиц нефти.

Анализ применим для исследований в лабораторных и промысловых условиях независимо от концентрации эмульгированной нефти в сточной воде.

2.5.1. Оборудование и реактивы

Цилиндры Спильнера (ряс. 2);

фотоколориметры различных марок;

набор ареометров по ГОСТ 1300-74 со шкалой измерения от

0,800 до 1,2 г/см^;