авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Магнитодинамическая коагуляция механических примесей при подготовке воды для системы поддержания пластового давления

-- [ Страница 2 ] --

Силу гидродинамического сопротивления определяли по формуле:

Fс = cxSжW 2/2, (7)

где S – площадь миделева сечения частицы, W – скорость потока на уровне центра тяжести миделева сечения частицы, ж – плотность жидкости, cx – коэффициент лобового сопротивления.

При определении силы Fс учитывались: 1) режим течения, 2) распределение скоростей потока между пластинами, 3) толщина ламинарного слоя (при наличии), 4) коэффициент лобового сопротивления в ламинарном и турбулентном слоях.

Определение влияния силы гидродинамического сопротивления проводилось для режимов: 1) Re кр<Re 10d/э; 2) 10d/ э <Re 500d/э; 3) Re >500d/э.

Результаты определения влияния сил на частицы магнетита (=6,36) и гематита (=0,019), находящиеся в потоке жидкости на поверхности магнита радиусом 5 мм, представлены на рисунках 2-4.

На рисунках 2-4 видно, что сила трения превышает величину силы гидродинамического сопротивления для частиц с высокой магнитной восприимчивостью (магнетит, =6,36) при любом режиме течения жидкости, т.е. частицы магнетита закрепляются на магнитной поверхности. Определение сил, влияющих на частицы с низкой магнитной восприимчивостью (гематит, =0,019), показало, что для частиц, скрытых в ламинарном слое (до 1 мм для первого режима и 0,56 мм для второго режима), на процесс закрепления на магнитной поверхности влияют сочетание скорости потока на уровне миделева сечения частицы и коэффициент лобового сопротивления. Так, для первого режима частицы гематита диаметром 40 мкм способны удерживаться на магнитной поверхности, а для второго режима – только гематитовые частицы диаметром 560 мкм, то есть при втором режиме течения гематитовые частицы, скрытые полностью в ламинарном слое, не способны закрепиться на магнитной поверхности.

 Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на-9  Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на-10

 Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на-11

 Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на-12

Рисунок 2. Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на магнитную силу и силу гидродинамического сопротивления для условия Re кр<Re 10d/э

Рисунок 3. Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на магнитную силу и силу гидродинамического сопротивления для условия 10d/ э <Re 500d/э

 Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на-13

 Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на-14

Рисунок 4. Влияние размера частиц, магнитной восприимчивости и режима течения на магнитную силу и силу гидродинамического сопротивления для условия Re >500d/э

Необходимо создать условия, когда даже гематитовые частицы, то есть частицы с низкой магнитной восприимчивостью будут закрепляться на магнитной поверхности. Для этого нужно либо изменить режим течения потока, либо изменить размеры магнита. В работе рассматривается создание условий для очистки воды на платформе «Моликпак» (второй режим).

С уменьшением радиуса магнита, магнитная сила, действующая на частицу на поверхности магнита, увеличивается. Это связано с тем, что для одного и того же значения остаточной намагниченности плотность магнитной энергии вблизи поверхности будет больше у магнита меньшего объема. А магнитная сила, действующая на частицу, пропорциональна градиенту плотности магнитной энергии. Следовательно, при заданной остаточной намагниченности B, меньший по диаметру магнит будет удерживать частицу сильнее.

При определении магнитной силы для гематитовой частицы (второй режим) было выявлено, что радиус магнита должен быть менее 1 мм (для частицы диаметром 10 мкм Fc=2,96*10-11 Н, Fм=2,61*10-12 Н). С технологической точки зрения изготовить такой магнит невозможно, поэтому для удерживания слабомагнитных частиц необходимо турбулизировать поток возле пластин. Таким образом, в турбулентном потоке магнит диаметром 3 мм удерживает гематитовую частицу диаметром 9 мкм, что соответствует требованиям очистки.

На удалении от магнита характер зависимости Fм (R) существенно отличается от представленной выше Fм на поверхности магнита (рисунок 5). Так, на расстоянии от магнита, по мере увеличения его радиуса магнитная сила увеличивается, достигает максимума и затем снижается. Поэтому максимальный диметр магнита ограничивается значением магнитной силы и экономической целесообразностью. В нашем случае, в ламинарном слое, где высоко значение силы сопротивления, самую большую магнитную силу создает магнит диаметром 10 мм. Также было выявлено влияние связующего компонента (индустриальное масло И-16) на эффективность коагуляции. Экспериментально было установлено, что ферромагнитные частицы, в чистом виде и смешанные с маслом, притягиваются к магниту и срываются потоком по мере их накопления в виде укрупненных агломератов. Чистые частицы формируют под действием магнитного поля агломераты более игольчатой формы, а частицы со связующим компонентом – агломераты, близкие по форме к шару.

 Зависимость магнитной силы, действующей на гематитовую частицу радиусом 5-15

Рисунок 5. Зависимость магнитной силы, действующей на гематитовую частицу радиусом 5 мкм, от радиуса магнита R. z - расстояние от частицы до поверхности магнита

Как известно, коэффициент лобового сопротивления, имеющий важное значение для силы гидродинамического сопротивления, также зависит от формы обтекаемой частицы. Так, при одном и том же числе Re для шарообразной частицы наименьший коэффициент лобового сопротивления, чем для частиц другой формы. Поэтому для достижения силы гидродинамического сопротивления, необходимой для срыва с магнита шарообразного агломерата частиц, сам агломерат должен быть большего размера по сравнению с агломератом не шарообразной формы.

Стендовые испытания показали, что после выхода из коагулятора агломераты сохраняются в потоке как для чистых частиц, так и частиц со связующим компонентом. Причем агломераты из частиц со связующим компонентом гораздо крупнее. Здесь важную роль играет сила адгезии, которая, несомненно, больше у агломерата со связующим компонентом. Таким образом, связующий компонент способствует не только сохранению агломерата в потоке, но и формированию агломерата большего размера, что является важным для дальнейшей фильтрации, так как позволяет увеличить ее тонкость.

В третьей главе приведены разработанные устройства для очистки воды от механических примесей воды системы ППД. Устройство для обработки магнитным полем должно обеспечивать в зависимости от напряженности магнитного поля либо удаление, либо коагуляцию ферромагнитных частиц. В первом случае устанавливается только устройство для удаления ферромагнитных частиц, во втором – устройство для их коагуляции и сетчатый фильтр.

Было разработано устройство для удаления ферромагнитных частиц жидкости и газа (патент РФ № 71976), где установлены магниты разного диаметра (рисунок 6), высота магнитов равна толщине пластин. В данном устройстве антикоррозионной фиксирующей композицией залиты и пластины, и установленные в них магниты.

Рисунок 6. Устройство для удаления ферромагнитных частиц из потока жидкости или газа: 1 – корпус; 2 – пластины; 3 – магниты; 4 – фиксирующая композиция; di – диаметр отверстий пластин и магнитов; hпл – высота пластины; hм – высота магнита.

За счет разного диаметра магнитов формируется магнитное поле с большим градиентом напряженности по направлению потока жидкости. Так, в начале пластины по направлению потока, где установлены магниты с большим диаметром, формируется магнитное поле с большей силой, способной притянуть частицы с разной магнитной восприимчивостью к поверхности магнита, а также удержать на магните частицы высокой магнитной восприимчивости, а в конце пластины, где установлены магниты меньшего диаметра, высока магнитная сила, удерживающая частицы с низкой магнитной восприимчивостью. В результате происходит притягивание и удержание на магнитной поверхности частиц разной магнитной восприимчивости, что обеспечивает эффективные коагуляцию или удаление их.

Также было разработано устройство для коагуляции ферромагнитных частиц жидкости и газа (патент РФ № 69859). Пластины с закрепленными на них точечными постоянными магнитами установлены секциями, причем в первой секции точечные постоянные магниты закреплены по всей высоте пластины, а во второй и последующих секциях в нижней части пластин уровень закрепления точечных постоянных магнитов относительно оси корпуса уменьшается (рисунок 7). Так как пластины установлены секциями, то коагулированные тяжелые частицы в пространстве устройства, свободного от магнитов, падают вниз и далее выносятся потоком жидкости или газа.

 Устройство для коагуляции ферромагнитных частиц жидкости и газа:1 –-18

Рисунок 7. Устройство для коагуляции ферромагнитных частиц жидкости и газа:1 – корпус; 2 – фланцы; 3 – пластины; 4 – точечные постоянные магниты; h1 и h2 – уровень закрепления магнитов относительно оси устройства

Были разработаны устройство и способ количественного определения механических примесей. На рисунке 8 представлена схема монтажа съемного элемента с магнитной системой на трубопровод. Способ количественной оценки ферромагнитных частиц в потоке действует следующим образом. Съемный элемент с магнитной системой сначала взвешивают, затем с помощью фланцев устанавливают параллельно трубопроводу и пропускают через него поток жидкости. Магнитная система в съемном элементе улавливает ферромагнитные частицы. По окончании времени экспозиции съемный элемент с магнитной системой снимают, освобождают от оставшейся жидкости и взвешивают. По разнице масс до и после прохождения потока жидкости или газа определяют количество ферромагнитных частиц.

 Схема монтажа одного или нескольких съемных элементов с магнитной системой-22

Рисунок 8. Схема монтажа одного или нескольких съемных элементов с магнитной системой

Для улавливания частиц любого размера, а, следовательно, и массы, устанавливаются съемные элементы с магнитной системой на разных уровнях трубопровода. Данный способ определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа позволяет проводить все операции в процессе эксплуатации трубопровода.

В четвертой главе рассмотрено совершенствование существующей схемы подготовки воды для системы ППД на платформе «Моликпак».

Разработанное устройство для коагуляции ферромагнитных частиц для данной схемы было установлено и опробовано ранее для очистки и подготовки пластовой воды в системе ППД в АНК «Башнефть», а устройство для удаления ферромагнитных частиц из потока жидкости и газа было установлено и опробовано в Управлении по компримированию газа ОАО «Самотлорнефтегаз».

Устройство для коагуляции ферромагнитных примесей было установлено 16.12.2008 г. на водоводе дожимной насосной станции «Бузовьязы» ООО «НГДУ «Уфанефть» АНК «Башнефть» между резервуаром с пластовой водой и системой фильтров грубой и тонкой очистки. После установки коагулятора изменилась периодичность очистки фильтров грубой и тонкой очистки и фильтра тонкой очистки перед БКНС с 7 суток до 3 суток. Анализ проб воды в период эксплуатации системы очистки с 01.02.2009 г. по 31.03.2009 г. показал, что содержание нефтепродуктов в сточной воде снижается с 30 мг/л до 19 мг/л, а содержание механических примесей с 52 мг/л до 40 мг/л (рисунок 9).

Также известно, что мехпримеси и нефтепродукты собираются на фильтре тонкой очистки перед БКНС. Для анализа был предоставлен осадок с фильтров грубой и тонкой очистки, а также с фильтра тонкой очистки перед БКНС, на котором отфильтровывается 64% всех примесей. По результатам анализа эффективность очистки воды от нефтепродуктов составляет 98% (с 30 мг/л до 2 мг/л), механических примесей – 58% (с 52 мг/л до 22 мг/л). Таким образом, промысловые данные подтверждают эффективность работы коагулятора и влияние связующего компонента (в данном случае нефтепродукты) в воде.

Рисунок 9. Эффективность очистки пластовой воды на водоводе дожимной насосной станции «Бузовьязы» ООО «НГДУ «Уфанефть»

Так как в существующей схеме на платформе «Моликпак» полностью отсутствует процесс очистки воды от механических примесей, предлагается установить устройство для коагуляции ферромагнитных частиц и фильтровальную установку перед деаэратором (рисунок 10).

Рисунок 10. Предлагаемая усовершенствованная схема подготовки воды для системы ППД

На участке между водяной скважиной и деаэратором устанавливается байпасно устройство для оценки состава механических примесей в воде, затем в воду добавляется органический биоцид для предотвращения жизнедеятельности макро- и микроорганизмов. Далее вода поступает в устройство для коагуляции ферромагнитных частиц, кроме того магнитное поле оказывает ряд дополнительных воздействий: выделение кислорода в отдельную фазу, повышение эффективности действии биоцида (что позволит снизить подачу биоцида), очистка от углеводородной составляющей, так как нефть, содержащаяся в воде, является связующим компонентом коагулированных агломератов.

После обработки магнитным полем вода поступает в фильтрационную установку. Была выбрана установка фильтрационная двухмодульная УФ10-40М. Определение периода фильтрования жидкости для уменьшения содержания механических примесей с 20 мг/л до 3 мг/л показало, что один блок работает трое суток, затем поток переключается во второй блок, первый в это время проходит регенерацию. После фильтрационной установки для контроля эффективности очистки от ферромагнитных примесей вода может пропускаться через байпасное устройство для определения количества ферромагнитных частиц. Также рекомендуется отбирать в данной точке воду на анализ содержания неорганических солей и растворенного кислорода, так как необходимо подтверждение существующей теории выделения кислорода в отдельную фазу. Уменьшение содержания растворенного кислорода в воде позволит уменьшить подачу поглотителя кислорода. Далее вода поступает в деаэратор, а затем также возможен контроль содержания примесей через байпасно установленное устройство для определения количества ферромагнитных частиц.

В случае, когда пластовая вода будет также направляться в деаэратор, необходимо смешивать потоки морской и пластовой вод до внесенных в схему устройств. Таким образом, смешанный поток пройдет весь цикл обработки и магнитное воздействие снизит вероятность осаждения неорганических солей, образование которых на стенках трубопровода и оборудования возможно при смешении вод. В связи с тем, что пластовая вода после очистки содержит углеводороды, то при коагуляции данная углеводородная составляющая будет являться связующим компонентом, необходимым для эффективной коагуляции и, следовательно, очистки.

Основные выводы

1. На основании анализа технологии подготовки воды для системы поддержания пластового давления на Пильтун-Астохском месторождении выявлено, что с изменением условий добычи нефти, связанных с ростом потребляемой воды, а также смешением вод морской и пластовой, необходимо совершенствовать технологию водоподготовки, предусматривая кроме снижения содержания растворенного кислорода, также удаление механических примесей, предотвращение отложения неорганических солей, подавление роста макро- и микроорганизмов, очистку от нефтепродуктов, содержащихся в пластовой воде.

2. На основе анализа патентной и научно-технической литературы выявлено, что для решения вышеуказанных проблем возможно использование магнитодинамического воздействия на поток воды. Аналитически обосновано и экспериментально подтверждено влияние на магнитодинамическую коагуляцию ферромагнитных частиц в потоке жидкости режима ее течения, наличия связующего компонента в жидкости, размеров постоянных магнитов.

3. Аналитически показано, что управлять процессом коагуляции ферромагнитных частиц, в том числе частиц с низкой магнитной восприимчивостью, можно изменяя режим течения жидкости. Экспериментально подтверждено, что ферромагнитные частицы, объединенные в укрупненные агломераты, после их срыва с постоянных магнитов, сохраняются в потоке жидкости, причем связующий компонент позволяет создавать агломераты больших размеров. В промысловых условиях подтверждено, что при использовании магнитодинамического воздействия происходит одновременно очистка воды от механических примесей и нефти, как связующего компонента.

4. На основе постоянных магнитов из сплава неодим-железо-бор (Nd2Fe14 B) разработаны конструкции магнитных коагуляторов, включающие трубный корпус, внутри которого на параллельных оси пластинах располагаются постоянные магниты, вектор магнитной индукции которых перпендикулярен потоку жидкости (патенты № 69859, 71976). Для оценки количественного и качественного состава ферромагнитных примесей в потоке жидкости, эффективности работы устройств очистки воды от механических примесей разработан способ, включающий определение количества ферромагнитных примесей, собранных на поверхности постоянных магнитов, размещенных в байпасно установленном относительно анализируемого трубопровода съемном элементе с магнитной системой (патент № 2349900).

5. Обосновано и предложено использование усовершенствованной схемы подготовки воды на нефтедобывающей платформе «Моликпак», включающей установку магнитодинамической обработки воды с целью повышения качества очистки ее от механических примесей и получения дополнительного эффекта от магнитного воздействия на процессы дегазации, рост микроорганизмов, процессы отложения неорганических солей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах, в том числе:

в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Шайдаков В.В. Коагуляция механических примесей в потоке жидкости / В.В. Шайдаков, С.Ф. Урманчеев, О.Ю. Полетаева, Д.М. Балапанов, М.В. Мусаев, Е.В. Шайдаков // Нефтепромысловое дело. -2009. -№ 9. – С.53-55.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.