Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0120

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0120
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского"
Название доклада
Разработка унифицированной импортозамещающей и энергосберегающей технологии для очистки пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод
Докладчик
Григоров Виталий Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является разработка и создание производства конкурентноспособного на мировом рынке комплектного унифицированного оборудования очистки пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод на основе технологий струйно-пленочного разделения фаз «жидкое - твердое» и новых типов металлокерамических мембран.

Основными задачами проекта являются:
1. Решение проблемы доступа частных российских компаний к недорогому и качественному продукту.
2. Выполнение комплексных исследований по созданию производства комплексного оборудования по очистке загрязненных вод в РФ.
3. Создание уникального кластера по очистке пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод на основе российских технологий.
4. Решение проблемы экологии для многих предприятий, тем самым улучшение экосистемы России в целом.

Решение поставленных задач основано на разработке новых блоков использующих следующие научно-технические решения:
- струйно-пленочное разделения фаз «жидкое-твердое» с обеспечением непрерывной самоочистки с транспортом осадка в накопитель (отстойник) и последующим удалением осадка без разборки конструкции;
- использования новых типов металл-керамических мембран, обеспечивающих полное удаление механических абразивных частиц из жидких сред.
Актуальность и новизна исследования
Закачка в пласты большого количества загрязненной воды сопровождается кольматацией пор, каналов и трещин, снижением приемистости нагнетательных скважин и как следствие требует увеличения давления нагнетания в системе поддержания пластового давления (ППД).
Основными элементами загрязнений воды влияющими на вышеуказанные проблемы являются: нефть, водоросли, продукты коррозии, накипь, сульфиды, бактерии и их продукты. Кольматация не будет иметь места, или будет вялотекущей, в случае глубокой очистки воды.
Требования к закачиваемой воде, используемой для систем ППД, предъявляются по трем основным показателям: содержанию эмульгированной нефти (нефтепродуктов), размеров и концентрации частиц твердых взвешенных частиц (ТВЧ), микробиологической и химической совместимости ее с пластовой водой и породой коллекторов. При этом приоритетным параметром является допустимый размер ТВЧ.
В настоящее время на рынке РФ сложилась ситуация, что более 95 % поставляемого оборудованияявляется иностранным (M-I SWACO, Exterran, Pall Corporation и др.). Используемое на Российском рынке оборудование западных компаний для очистки сточных и пластовых вод не всегда удовлетворяет заказчика по своим технико-экономическим характеристикам, требует доработки и адаптации к российскому потребителю.
На сегодняшний день отсутствует отечественное оборудование по очистке пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод, превосходящее зарубежные аналоги и удовлетворяющее потребителя. В этой связи, является актуальной задача создания отечественного оборудования очистки пластовых водонефтяных эмульсий.
Описание исследования

Разрабатываемое комплексное оборудование очистки пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод будет иметь модульную архитектуру. В зависимости от типа загрязнений нефтесодержащей пластовой воды и требований, предъявляемых к ее техническим показателям, в состав оборудования будет входить конкретная (под заказчика) комбинация модулей.Основные модули, входящие в систему, будут следующие: модуль грубой очистки, модуль окисления/флотации и модуль тонкой мембранной очистки.

Предлагаемая в проекте унифицированная технология на основе струйно-пленочного разделения фаз «жидкая – твердая» и новых типов металлокерамических мембран включает создание макета, будет обеспечивать очистку пластовой водонефтяной эмульсии по следующим показателям:

  • очистка от твердых взвешенных частиц с 800 до 10 мг;
  • очистка от нефтепродуктов с 550 до 10 мг/л;
  • очистка от растворенного кислорода с 2,5 до 0,01 мг/л;
  • очистка от взвешенных механических частиц размером более 0,3 мкм;
  • очистка от сероводорода до содержания не более 0,3 %.

Модуль грубой очистки.

Модуль грубой очистки предназначен для удаления механических загрязнений размером более 150 мкм. с эффективностью не менее 99%. Работа модуля основана на принципе струйно-пленочного разделения фаз «жидкое» «твердое» и обеспечивает непрерывную гидромеханическую самоочистку с транспортом осадка в накопитель (отстойник) с последующим удалением его без разборки конструкции. Работа фильтра основана на методе разделения очищаемой среды на два потока при обтекании фильтрующей поверхности. Сочетание гидромеханического струйно-пленочного отделения взвесей и тангенциальной фильтрации на сетчатых элементах позволяет увеличить ресурс работы фильтра, как минимум в 2 раза. На основе программы расчета по оптимизации режимов фильтрации  (с учетом поведения примесных частиц вблизи фильтрующей поверхности) конструкция разрабатываемого фильтра позволяет обеспечивать саморазгрузку этой фильтрующей поверхности. Причем второй поток очищаемой воды (10-15% от общего расхода) с массовым содержанием примесей попадает в зазор между корпусом фильтра и фильтрующим элементом в дренаж и далее в канализацию, либо на возврат этого потока на вход фильтра.

Модуль окисления/флотации 

Модуль окисления воздухом основан на сочетании использования инжекционной подачи воздуха и струйно-пленочного флотатора, позволяющего получать пузырьки размером ~ 100 мкм в водонефтяной эмульсии для обеспечения развитой поверхности реакции окисления и флотации. Такое сочетание обеспечивает максимальное насыщение воды воздухом и повышенную эффективность окисления органических примесей при малых габаритах модуля.

Действие струйно-пленочного флотатора основано на дроблении газовых пузырей в жидкости при прохождении водовоздушного потока вдоль "шершавой" поверхности при большой продольной скорости. При этом  реализуется следующие важные технические преимущества:

  • увеличение поверхности и времени контакта пузырьков воздуха с водой и соответственно увеличение скорости и глубины протекания реакции окисления;
  • возможность автоматизированного регулирования подачи воздуха;
  • надежность работы, энергоэкономичность, малая металлоемкость;
  • по сравнению с озонированием значительно меньшее влияние на развитие коррозионных процессов в системе.

Модуль тонкой мембранной очистки.

Наиболее перспективным методом очистки пластовых водонефтяных эмульсий является их мембранная очистка с помощью фильтрующих элементов с наноструктурными мембранами. Использование новейшего мембранного материала обеспечивает ряд решающих технико-экономических преимуществ по сравнению с аналогами, в том числе:

 

  • практически полное удаление взвесей и органических примесей более 0,3 мкм из воды и достижение идеальной прозрачности воды после фильтрации через мембрану;
  • рекордная удельная проницаемость мембран благодаря особой развитой нанощелевой пористости;
  • возможность многократного повторения цикла «накопление – сброс осадка» благодаря приданию мембране специфических антиадгезионных свойств по отношению к осадку, обеспечение длительного ресурса работы мембраны;
  • высокая прочность в широком интервале температур (10 – 100 ºC) и диапазоне давлений фильтрации (1,0 – 10 атм.), технологичность и химическая стойкость мембран;
  • возможность широкой адаптации мембран к различным условиям работы благодаря модификации свойств на стадии изготовления;
  • отсутствие биообрастания мембран за счет подбора наноструктурных материалов.
Результаты исследования

При очистке пластовых водонефтяных эмульсий от твердых взвешенных частиц как правило применяют механические фильтры. Использование традиционного фронтального фильтрования, когда весь поток очищаемой жидкости перпендикулярен фильтрующей поверхности, не всегда является оптимальным решением, поскольку может сопровождаться быстрым забиванием фильтрующей поверхности и необходимостью в связи с этим частого проведения регенерации или замены фильтроэлемента на новый, тем самым имеет место ограниченный ресурс (до забивания) или емкость по примеси.  

В рамках проекта разрабатывается модуль струйно-пленочного разделения фаз «жидкая – твердая» обеспечивающий очистку от твердых взвешенных частиц с 800 до 10 мг методом тангенциальной фильтрации. Конструкция фильтра обеспечивает тангенциальное направление потока вдоль поверхности фильтроэлемента за счет чего обеспечивается снос частиц на его периферию. 

Предварительные лабораторные испытания и испытания макетов (проведенные в рамках проекта к настоящему времени) модуля струйно-пленочного разделения фаз «жидкая – твердая»  подтверждают следующие основные технические преимущества перед аналогами:

  • непрерывная самоочистка поверхности сетчатых фильтрующих элементов потоком очищаемой сточной воды;
  • непрерывная эвакуация примесей в накопительный отстойник с последующей выемкой и утилизацией осадка или со сбросом его в канализацию;
  • длительный ресурс работы без замены;
  • малые и экономичные массогабаритные характеристики.

Очистка от взвешенных механических частиц размером более 0,3 мкм – это блок микро – и ультрафильтрации, в котором в качестве функционального элемента используется наноструктурная мембрана.

В рамках проекта к настоящему времени лабораторными исследованиями подтверждены основные функциональные характеристики оборудования очистки пластовых водонефтяных эмульсий. На основании проведенных лабораторных исследований разработаны лабораторный технологический регламент технологии очистки и изготовления системы пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод, а также  эскизная конструкторская документация на ​макетные образцы блоков технологии для очистки пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод которые будут удовлетворять следующим техническим характеристикам:

  • производительность - не менее 1 м3/ч;
  • очистка от твердых взвешенных частиц - с 800до 10 мг/л;
  • очистка от нефтепродуктов - с 550 до 10 мг/л;
  • рН - ≤8;
  • растворенный кислород - с 2,5 до 0,01 мг/л.
Практическая значимость исследования
Эффект от внедрения разработки позволит в 1,5 – 2 раза снизить стоимость очистки пластовых водонефтяных эмульсий, нефтешламов, химических и нефтехимических сточных вод, за счет повышенного ресурса работы оборудования очистки (не менее чем в 1,5 раза) и сокращения издержек на водоподготовку (не менее чем на 20%).
Указанный эффект будет получен путем использования комплексного подхода основанного на разработке и внедрении новых металлокерамических мембранах и устройств струйно-пленочного разделения фаз позволяющего повысить производительность оборудования (в 1,5 -2 раза по сравнению с иностранными аналогами) при тех же массогабаритных характерастиках, и как следствие повысить коэффициент полезного использования оборудования не менее чем в 2 раза, в т.ч. за счет снижения трудозатрат на эксплуатацию, хим. реактивы и др.).
Основные потребители результатов разработки: предприятия нефтедобывающей промышленности, в том числе ПАО "ГАЗПРОМ", ООО «ЛУКОЙЛ», ОАО «НК «РОСНЕФТЬ».
Коммерциализацию результатов проведенных ПНИЭР будет обеспечивать индустриальный партнер ООО «Интек».