Химия нефти и газа (стр. 5 из 9)

Пластовая вода. В процессе добычи нефти пластовая вода своим напором вытесняет нефть по порам водных пород горных пород в направлении к стволу скважины. В зависимости от структуры пор самого пласта скорости притока нефти к скважине, вязкости нефти и др. факторов приток воды к скважине вместе с нефтью может быть различным.

Состав пластовых вод извлекаемых вместе с нефтью чрезвычайно различен и зависит от геологического возраста, химического состава, эксплуатируемого горизонта, физико-химических свойств нефтей и газов, пластовой температуры и давления и т.д., поэтому пластовые воды, как в пределах одной нефтяной залежи, так и особенно для важных нефтеносных районов имеет существенные различия. В количественном и качественном и качественном составе растворенных солей, газов, компонентов нефти. Основные характеристики пластовых вод, учитываемых в технологических процессах сбора, транспорта и подготовки эмульсионных нефтей это плотность, общая минерализация и жесткость. В зависимости от общего содержания солей и плотности, условно выделяют три основных группы пластовых вод:

- солоноватые

- соленые

- рассольные

Промысловая вода, отделенная от нефти, используется для заводнения пластов, т.е. вновь закачивается в недра земли в технологических целях. К этой воде предъявляются следующие требования:

1) она не должна содержать больших количеств механических примесей и соединений железа;

2) не должна содержать сероводород, углекислый газ, органических примесей (водоросли, бактерии);

3) вода должна быть химически инертна к пластовым жидкостям.

Поэтому на установках подготовки воды (УПВ) имеются специальные водоочистительные устройства, позволяющие за счёт отстоя добавки коагулянтов и реагентов очистить воду до требуемой кондиции.

Минеральные соли. Минеральные соли в пластовой воде находятся практически полностью в растворенном состоянии. По классификации пластовые воды, по химическому составу распространённых в них солей, делят на:

- хлоридно-кальциевые

- щелочные

Первые наиболее распространены. Содержат в своём составе смеси хлоридов натрия, магния, кальция.

Щелочные воды могут быть представлены хлоридо-щелочными и хлоридо-сульфато-щелочными. Растворенные в воде соли нефти ведут себя различно: хлористый натрий почти не гидролизуется, хлористый кальций в соответствующих условиях может гидролизоваться в количестве до 10% с образованием HCl, хлористый магний гидролизуется на 90% и гидролиз может протекать при низких температурах. Поэтому соли могут быть причиной коррозии нефтяной аппаратуры:

MgCl₂ + H₂O « MgOHCl + HCl

Если в нефти находится сероводород в присутствии воды и при повышенной температуре сероводород начинает реагировать с металлом аппаратуры с образованием сернистого железа

Fe + H₂S « FeS + H₂

А при наличии ещё хлористого водорода

FeS + HCl « FeCl₂ + H₂S

Минерализация или соленость воды измеряются количеством сухого вещества, оставшегося после выпаривания одного литра воды. Измеряется в млг/л. Попутный газ - это лёгкая углеводородная часть нефти. Выделение газа начинается уже в стволе скважины и затем продолжается на поверхности земли в сепарирующих устройствах установок промысловой подготовки нефти. Углеводородный состав попутного газа на каждой ступени его отделения установленной в соответствии с законами фазового равновесия сложных смесей и зависит от давления и температуры. Но и после многоступенчатой сепарации газа из нефти на промыслы в ней остается в растворенном состоянии, а так же в виде мелких пузырьков. Газ определяется от нефти на стабилизированных установках. Для определения в растворенной нефти легких углеводородов С₁ – С₄. Существует несколько методов: хромотографический и дистилляционный.

Установка стабилизация нефти

Основное направление стабилизации нефти – это отделение растворенных в ней легких углеводородов от С₁ – С₄ и частично С₅ с целью предотвращения их безвозвратных потерь в атмосферу.

Если нефть не подвергать стабилизации, то на пути от промысла до НПЗ из нефти терятеся до 2% этих фракций. С₁ – С₅ ценное нефтехимическое сырье с одной стороны, а с другой загрязнитель воздушного бассейна.

Установка стабилизация нефти

1 – сепаратор

2 – ректификационные колонны

3 - газосепараторы

4 – нагреватель

5 – конденсатор

6 – газовый компрессор

I, V – нестабильная и стабильная нефть

II, III – углеводородный газ

IV – сжиженный газ

VI – водный конденсатор

Нефть из сепаратора 1 направляется в ректификационную колонну 2, где за счёт отвода тепла внизу колонны нагревателем 4 от неё отпариваются лёгкие углеводороды. Последние конденсируются в конденсаторе 5 и в сепараторе 3 разделяются на неконденсированный газ III и жидкую фазу IV содержащих углеводород от C₃ до C₅ с небольшой примесью гексана.

Подготовка газа к переработке

Природный газ выносит из скважины взвешенную капельную жидкость (газовый конденсат, воду) и мелкие частицы горной породы, т.е. газ является дисперсной системой с дисперсной жидкой и твёрдой фазой.

Необходимо отделить эти фазы с помощью различных сепарационных устройств. Для очистки газа используются различные по конструкции и эффективности очистки сепарационного устройства, которые по своему принципу действия делятся на гравитационные инерционного типа (насадочные), центробежные и фильтрующие. В большинстве случаев конструкции объединяют в себе несколько из этих принципов. Рассмотрим каждый из этих сепараторов:

Гравитационный.

Бывают горизонтальные, вертикальные и шарообразные. Общим для них является

наличие отстойной зоны, где отделения дисперсных частиц происходят под действием сил тяжести, кроме этого на ходе газа имеются, обычно, отбойные пластины, а перед выбором газа из сепаратора каплеулавливающий сетчатый пакет. Внизу сепаратора имеется вынесенный отдельно или встроенный сборник уловленной жидкости и пыли.

1 и 3 – входная, осадительная зоны

4 – сборник конденсата

2 – сепаратор

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

Инерционные сепараторы насадочного типа.

Представляют собой сепараторы, заполненные насадками с развитой удельной поверхностью контакта. Улавливание капель происходит за счёт их ударения о поверхность насадки и редких многократных поворотах потока газа в каналах самой насадки. В качестве насадки применяют кольца Рашига, сетчатые пакеты из проволоки, жалюзи и т.д. Степень улавливания капель такими сепараторами достигает 99%.

Центробежные сепараторы.

Для отделения жидкости от газа в этом случае используют центробежные силы, возникающие в предварительно закрученном потоке газа.

1 – корпус

2 – внутренняя газоотводная трубка

3 – завихвитель

4 – сборный газоконденсат

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

Центробежные сепараторы имеют эффективность от 90 до 95% и используются если много механических примесей.

Фильтрующие сепараторы.

Используются для окончательной тонкой очистки газа от частиц жидкости, неулавливаемых другими типами сепараторов.

1 – входная зона отбойника

2 – фильтр элемента

3 – каркас

4 – фильтрующий материал

5 – выходной отбойник

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

Очистка от газа и вредных примесей.

К вредным примесям относят ядовитые, серосодержащие и негорючие инертные газы, снижающие теплоту сгорания углеводородных газов.

В углеводородном газе могут содержаться такие серосодержащие соединения, как сероводород, серооксид, сероуглерод, меркаптан, а в газовом конденсате сульфиды и сульфиты.

В состав инертных газов входят диоксид углерода, азот и гелий.

ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Сероводород.

Наиболее активная из серосодержащих соединений. В нормальных условиях бесцветный газ с неприятным запахом тухлых яиц. Очень ядовит. Острое отравление человека наступает при концентрации 0,2 – 0,3 млг/м³, а концентрация выше 1 млг/м³ смертельна.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) сероводорода в воздухе установлена не более 0,008 млг/м³. Сероводород хорошо растворим в воде. При контакте с металлами вызывает сильнейшую коррозию.

Серооксид углерода.

В нормальных условиях бесцветный, легко воспламеняемый газ, не имеющий запаха, конденсируется при t=-50 ⁰C. Хорошо растворим в сероуглероде, толуоле, этаноле и воде. При нагревании разлагается с образованием оксида углерода, диоксида углерода, и серы.

Сероуглерод.

В нормальных условиях бесцветный газ. Хорошо растворим в этаноле и хлороформе. При нагревании реагирует с водородом, образуя сероводород. Сероуглерод ядовит, вызывает острые отравления.

Меркаптаны (тиолы).

Это сераорганические соединения с резким запахом, нерастворяемые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях. При контакте с металлами вступают с ними в реакцию, образуя меркаптиды металла, а при нагревании до 300⁰ меркаптаны разлагаются с образованием сульфидов и сероводорода.