RU2792303C1 - Mobile plant for water purification from hydrogen sulfide for injection into reservoir, method for its implementation and pressure aeration device - Google Patents

Mobile plant for water purification from hydrogen sulfide for injection into reservoir, method for its implementation and pressure aeration device Download PDF

Info

Publication number
RU2792303C1
RU2792303C1 RU2022111791A RU2022111791A RU2792303C1 RU 2792303 C1 RU2792303 C1 RU 2792303C1 RU 2022111791 A RU2022111791 A RU 2022111791A RU 2022111791 A RU2022111791 A RU 2022111791A RU 2792303 C1 RU2792303 C1 RU 2792303C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
fitting
pressure
hydrogen sulfide
reservoir
Prior art date
Application number
RU2022111791A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Лавров
Евгений Игоревич Сучков
Андрей Александрович Вольцов
Радик Ильшатович Халитов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг"
Application granted granted Critical
Publication of RU2792303C1 publication Critical patent/RU2792303C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention is intended to implement the technology of water purification from hydrogen sulphide before supplying it to the reservoir pressure maintenance system (PMS) for subsequent injection into the reservoir of the oil field. Mobile installation for water purification from hydrogen sulphide is a monoblock, including pressure vessel operating under pressure (VUP), and the mass-transfer column device integrated with it (MCU). VUP and MCU are located perpendicular to each other. The MCU is equipped with regular countercurrent nozzles with vertical contact grids and is a vertical cylindrical vessel equipped with an elliptical bottom in the upper part, in which a fitting for the outlet of gas enriched with hydrogen sulphide, a fitting for a pressure sensor and a fitting for a temperature sensor are located. In the upper part of the VUP there is a pressure aeration device, which includes a pipeline placed horizontally along the entire length of the vessel with a fitting for gas supply. Vertical distribution manifolds are connected to the pipeline at an equal distance from each other, perpendicular to which horizontal ramps are attached, extending in different directions from the attachment point. Filter cartridges are attached to horizontal ramps via pipe fittings. Bottom of the VUP is configured with a purified water outlet suitable for feeding into the PMS system.
EFFECT: reduction of concentration of hydrogen sulphide in neutralized water H2S with minimal capital costs.
4 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и предназначено для осуществления технологии очистки воды от сероводорода перед подачей ее в систему поддержания пластового давления (ППД) для последующей закачки в пласт месторождения нефти.The present invention relates to the oil and gas industry and is intended to implement the technology of water purification from hydrogen sulfide before supplying it to the reservoir pressure maintenance system (RPM) for subsequent injection into the reservoir of the oil field.

На ранней стадии разработки месторождений наиболее экономически целесообразным считается использование мобильных установок подготовки нефти (МУПН), состоящих из отдельных технологических блоков полной заводской готовности, объединенных в единый комплекс и не требующих обустройства традиционными стационарными сооружениями. В процессе ранней добычи нефти возникает необходимость в стабилизации пластового давления. Самым распространенным является гидродинамический метод увеличения нефтеотдачи - закачка воды в пласт, поэтому, до сооружения стационарной блочной кустовой насосной станции (БКНС), к МУПН оперативно подключается мобильная БКНС (МБКНС). Для закачки используется попутно добываемая пластовая вода, отделяемая в процессе сепарации от водонефтяного флюида на МУПН и технологическая вода водозаборных скважин (далее - вода H2S), загрязненная сероводородом. В состав растворённого в воде сероводорода входят молекулы газообразного H2S, ионов гидросульфида HS-и сульфидов S2-поэтому перед подачей в систему ППД и закачкой в пласт, загрязненную воду необходимо очистить от сероводорода. Согласно п.1.9. ОСТ 39-225-88 в воде, нагнетаемой в продуктивные коллекторы нефтяных пластов, сероводород должен отсутствовать.At the early stage of field development, the most economically feasible is the use of mobile oil treatment units (MFTP), consisting of separate technological blocks of complete factory readiness, combined into a single complex and not requiring the arrangement of traditional stationary structures. In the process of early oil production, it becomes necessary to stabilize the reservoir pressure. The most common is the hydrodynamic method of enhanced oil recovery - injection of water into the reservoir, therefore, before the construction of a stationary block cluster pumping station (BKNS), a mobile BKNS (MBKNS) is promptly connected to the MUPS. For injection, produced formation water is used, which is separated in the process of separation from the oil-water fluid at the MUPF, and process water from water wells (hereinafter referred to as H 2 S water), contaminated with hydrogen sulfide. The composition of hydrogen sulfide dissolved in water includes molecules of gaseous H 2 S, hydrosulfide ions HS - and sulfides S 2 - therefore, before being fed into the reservoir pressure maintenance system and injected into the reservoir, contaminated water must be cleaned of hydrogen sulfide. According to clause 1.9. OST 39-225-88 in the water injected into the productive reservoirs of oil reservoirs, hydrogen sulfide should be absent.

Для очистки воды от сероводорода и сернистых соединений в промысловых условиях наиболее часто применяется метод обработки воды химическими реагентами-нейтрализаторами. Другим способом очистки является применение специально разработанных методов насыщения воды кислородом (или воздухом) в присутствии водного раствора катализатора окисления, на основе соединений железа, меди и других переменновалентных металлов, при этом катализатор и кислород (или воздух) подают непосредственно в поток воды с сернистыми соединениями. В результате реакции сернистые соединения превращаются в элементарную серу, которая в последующем выводится из воды отстаиванием, флотацией, фильтрацией или центрифугированием.To purify water from hydrogen sulfide and sulfur compounds in field conditions, the method of water treatment with chemical reagents-neutralizers is most often used. Another purification method is the use of specially developed methods for saturating water with oxygen (or air) in the presence of an aqueous solution of an oxidation catalyst based on compounds of iron, copper and other variable metals, while the catalyst and oxygen (or air) are fed directly into the water stream with sulfur compounds . As a result of the reaction, sulfur compounds are converted into elemental sulfur, which is subsequently removed from the water by settling, flotation, filtration or centrifugation.

Указанные способы очистки имеют ряд существенных недостатков: высокая стоимость реагентов; большой удельный расход нейтрализаторов требует внушительных размеров реагентного хозяйства; сложность и продолжительность технологического процесса очистки; при хранении и использовании реагентов требуются особые меры безопасности; трудности с утилизацией образующихся отходов; негативное влияние на окружающую среду из-за выбросов сероводорода в атмосферу.These purification methods have a number of significant disadvantages: high cost of reagents; a large specific consumption of neutralizers requires an impressive size of the reagent facilities; the complexity and duration of the technological process of cleaning; when storing and using reagents, special safety measures are required; difficulties with the disposal of generated waste; negative impact on the environment due to emissions of hydrogen sulfide into the atmosphere.

При низких значениях водородного показателя очищаемой воды (pH) в промысловых условиях наиболее эффективным считается применение аэрационных методов удаления - отдувка сероводорода. Преимуществами метода аэрации являются безопасность и невысокая стоимость в сравнении с другими методами очистки.At low values of the hydrogen index of treated water (pH) under field conditions, the most effective is the use of aeration methods of removal - stripping of hydrogen sulfide. The advantages of the aeration method are safety and low cost compared to other cleaning methods.

Известен способ очистки воды от сульфидов и сероводорода путем отдувки сероводорода из предварительно подкисленной воды (до рН 4,3÷5). Отдувку можно осуществлять в аэрационном бассейне, градирне или дегазаторе любого типа. При аэрации также возможно наряду с десорбцией сероводорода окисление его части до коллоидной серы. После такой отдувки остаточная концентрация сероводорода составляет 0,3 ÷ 0,5 мг/л, поэтому остаточный сероводород рекомендуется окислять хлорированием, а очищаемую воду смешивать с коагулянтом дозой 20 ÷ 30 мг/л (например, Al2(SO4)3 или FeCl3) для связывания в хлопья коллоидной серы и направлять на зернистые фильтры. После фильтров воду после повторного хлорирования рекомендуется подщелачивать с целью снижения ее коррозионной активности (В.А.Клячко, И.Э.Апельцин. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971. - с.475-479).A known method of water purification from sulfides and hydrogen sulfide by stripping hydrogen sulfide from pre-acidified water (up to pH 4.3÷5). Stripping can be carried out in an aeration basin, cooling tower, or any type of degasser. During aeration, along with the desorption of hydrogen sulfide, the oxidation of a part of it to colloidal sulfur is also possible. After such stripping, the residual concentration of hydrogen sulfide is 0.3 ÷ 0.5 mg/l, therefore it is recommended to oxidize the residual hydrogen sulfide by chlorination, and mix the treated water with a coagulant at a dose of 20 ÷ 30 mg/l (for example, Al 2 (SO 4 ) 3 or FeCl 3 ) to bind colloidal sulfur into flakes and direct to granular filters. After filters, water after re-chlorination is recommended to be alkalized in order to reduce its corrosive activity (V.A. Klyachko, I.E. Apeltsin. Purification of natural waters. - M.: Stroyizdat, 1971. - p. 475-479).

К недостаткам данного способа очистки относится необходимость использования различных реагентов (кислоты, коагулянта, хлора и щелочи) и сложное реагентное хозяйство. Кроме того, происходит загрязнение окружающей воздушной среды токсичным сероводородом, который отдувается воздухом в атмосферу. The disadvantages of this purification method include the need to use various reagents (acid, coagulant, chlorine and alkali) and a complex reagent economy. In addition, the environment is polluted with toxic hydrogen sulfide, which is blown into the atmosphere.

Известна технология очистки пластовых вод от сероводорода в вертикальной колонне (далее - реактор) каталитическим обезвреживанием на гетерогенном катализаторе(процесс «LOCOS PW»; https://ahmadullins.com/publiclist/plastovye-vody/metody-ochistki). Данный процесс реализуется по следующей схеме. Пластовая вода с установок добычи нефти накапливается и отстаивается в буферной емкости. Из буферной емкости пластовая вода через фильтр подается насосом в теплообменник, где нагревается до 60-80°С и поступает через распределительное устройство в кубовую часть реактора. Перед входом в реактор в трубопровод подачи пластовой воды компрессором подается воздух под давлением 0,8 МПа. Воздух и пластовая вода проходят с низа вверх прямотоком через плотно загруженный одним слоем по высоте реактора катализатор КСМ, на поверхности которого происходит окисление кислородом воздуха токсичных, коррозионно-активных гидросульфидов, содержащихся в пластовой воде, в инертные, не имеющие запаха гидросульфат и тиосульфат натрия. Смесь отработанного воздуха и обезвреженной пластовой воды с верха реактора отводится в емкость дегазации. Отработанный воздух с верха дегазатора через каплеотбойник направляется на свечу. Обезвреженная пластовая вода из емкости дегазатора направляется далее на закачку в пласт.Known technology for the purification of formation water from hydrogen sulfide in a vertical column (hereinafter referred to as the reactor) by catalytic neutralization on a heterogeneous catalyst (LOCOS PW process; https://ahmadullins.com/publiclist/plastovye-vody/metody-ochistki). This process is implemented according to the following scheme. Produced water from oil production units is accumulated and settled in a buffer tank. Formation water is pumped from the buffer tank through the filter to the heat exchanger, where it is heated to 60-80°C and flows through the switchgear to the bottom of the reactor. Before entering the reactor, air at a pressure of 0.8 MPa is supplied to the formation water supply pipeline by a compressor. Air and formation water pass from the bottom upwards in cocurrent flow through the KSM catalyst densely loaded with one layer along the height of the reactor, on the surface of which the toxic, corrosive hydrosulfides contained in the formation water are oxidized by air oxygen into inert, odorless hydrosulfate and sodium thiosulfate. The mixture of exhaust air and neutralized formation water is discharged from the top of the reactor into a degassing tank. Exhaust air from the top of the degasser is directed to the candle through the droplet separator. Neutralized formation water from the degasser tank is sent further for injection into the formation.

К недостаткам данной технологии очистки пластовых вод от сероводорода относятся следующие моменты:The disadvantages of this technology for the treatment of formation waters from hydrogen sulfide include the following points:

- реакция протекает при прямоточном движении с низа вверх воздуха и пластовой воды через катализатор;- the reaction proceeds with direct-flow movement from bottom to top of air and formation water through the catalyst;

- реакция каталитического окисления сероводорода молекулярным кислородом протекает в реакторе на гетерогенном катализаторе. Требуются материальные затраты на приобретение катализатора, его специальная плотная загрузка и периодическая регенерация;- the reaction of catalytic oxidation of hydrogen sulfide with molecular oxygen proceeds in a reactor on a heterogeneous catalyst. Material costs are required for the purchase of a catalyst, its special dense loading and periodic regeneration;

- необходимым условием протекания реакции окисления является поддержание давления в колонне не менее 0,5 МПа, что требует оснащения устройствами контроля и предохранительным оборудованием от превышения расчетного давления; - a necessary condition for the course of the oxidation reaction is to maintain a pressure in the column of at least 0.5 MPa, which requires equipping with control devices and safety equipment from exceeding the design pressure;

- для проведения каталитического процесса, кроме колонны, требуется дополнительное оборудование: теплообменник для нагрева воды; компрессор для нагнетания воздуха в реактор; емкость дегазации, - дополнительные материальные затраты на приобретение и обслуживание;- for carrying out the catalytic process, in addition to the column, additional equipment is required: a heat exchanger for heating water; a compressor for forcing air into the reactor; degassing capacity, - additional material costs for acquisition and maintenance;

- кроме дополнительных затрат на вспомогательное оборудование потребуются средства на строительно-монтажные работы по обустройству производственной площадки всей установки сероочистки пластовой воды, а также возведение монолитных стационарных фундаментных оснований под реактор (с учетом высоты вертикально стоящей колонны) и под компрессор (с учетом анкерного крепления агрегата).- in addition to additional costs for auxiliary equipment, funds will be required for construction and installation work to equip the production site of the entire formation water desulfurization unit, as well as the construction of monolithic stationary foundations for the reactor (taking into account the height of the vertically standing column) and under the compressor (taking into account the anchoring of the unit ).

Известно оборудование для осуществления абсорбционных и десорбционных процессов, удаления растворенных газов из растворов и наиболее эффективно - при отдувке ртути из растворов и сточных вод до требуемых санитарных норм и позволяет повысить эффективность работы колонны за счет исключения образования застойных зон по периферии дисков. (Патент SU1681923А1 МПК В01D 45/08, B01D 53/18, Опубл. 07.10.1991). Оборудование представляет вертикально ориентированную колонну и состоит из корпуса, разделенного сплошными перегородками на секции, перфорированных решеток с фильтрующими элементами, выполненными в виде пористых дисков, прижатых к решетке прижимными устройствами, переливных труб, патрубков. Пористые диски имеют диаметр, превышающий диаметр отверстий решетки на одну-две толщины диска. Благодаря тому, что диски прижаты к поверхности решетки и имеется зазор между поверхностью дисков и решетки, часть газа проходит параллельно поверхности решетки и перемешивает жидкость между отверстиями, исключая образование там застойных зон и улучшая массообмен. Исходная жидкость поступает через патрубок в верхнюю секцию и по переливным трубам перетекает из секции в секцию, а затем выходит из аппарата через патрубок. Газ подают отдельными потоками в каждую секцию через патрубки. Он поступает в пространство между перегородкой и решеткой, проходит через фильтрующие элементы и равномерно распределяется по сечению, интенсивно перемешивая жидкость. После контактирования с жидкостью газ через патрубки выходит в общий коллектор. Благодаря особенностям конструкции перфорированной решетки, заключающимся в том, что фильтрующие элементы выполнены в виде пористых дисков с шероховатой поверхностью, обеспечивается равномерное интенсивное перемешивание жидкости на всей поверхности решетки, исключаются застойные зоны. Known equipment for the implementation of absorption and desorption processes, the removal of dissolved gases from solutions and most effectively when stripping mercury from solutions and wastewater to the required sanitary standards and improves the efficiency of the column by eliminating the formation of stagnant zones around the periphery of the disks. (Patent SU1681923A1 IPC B01D 45/08, B01D 53/18, Published 10/07/1991). The equipment is a vertically oriented column and consists of a body divided into sections by solid partitions, perforated gratings with filter elements made in the form of porous disks pressed against the grating by clamping devices, overflow pipes, branch pipes. Porous discs have a diameter that exceeds the diameter of the lattice holes by one or two disc thicknesses. Due to the fact that the disks are pressed against the surface of the grate and there is a gap between the surface of the disks and the grate, part of the gas passes parallel to the surface of the grate and mixes the liquid between the holes, eliminating the formation of stagnant zones there and improving mass transfer. The initial liquid enters the upper section through the branch pipe and flows from section to section through the overflow pipes, and then exits the apparatus through the branch pipe. Gas is supplied in separate streams to each section through nozzles. It enters the space between the partition and the grate, passes through the filter elements and is evenly distributed over the cross section, intensively mixing the liquid. After contact with the liquid, the gas exits through the nozzles into a common manifold. Due to the design features of the perforated grate, which consists in the fact that the filter elements are made in the form of porous discs with a rough surface, uniform intensive mixing of the liquid is ensured on the entire surface of the grate, and stagnant zones are excluded.

К недостаткам аналога относится несовершенство конструкции разделения колонны на отдельные герметичные секции и системы трубных переливовобработанной жидкости. Не обеспечивается долговечность конструкции из-за большого количества прижимных устройств крепления фильтрующих пористых элементов к перфорированной решетке, что приведет к остановкам процесса, увеличению количества простоев и росту эксплуатационных расходов.The disadvantages of the analogue include the imperfection of the design of the division of the column into separate sealed sections and pipe systems of the overflow-treated liquid. The durability of the structure is not ensured due to the large number of clamping devices for fastening the filtering porous elements to the perforated grid, which will lead to process shutdowns, an increase in downtime and an increase in operating costs.

Известен горизонтальный стальной цилиндрический резервуар (https://asuneft.ru/dobycha/gorizontalnyj-stalnoj-tsilindricheskij-rezervuar-opisanie-yomkosti-dlya-hraneniya-nefteproduktov.html?) для хранения нефтепродуктов. Резервуары горизонтальные стальные наземные - цилиндрические резервуары, выполненные из стали или полимерных материалов, предназначенные для хранения жидкостей на предприятиях или хранилищах и располагаются на поверхности земли, на подготовленных площадках.Known horizontal steel cylindrical tank (https://asuneft.ru/dobycha/gorizontalnyj-stalnoj-tsilindricheskij-rezervuar-opisanie-yomkosti-dlya-hraneniya-nefteproduktov.html?) for storing petroleum products. Horizontal steel ground tanks - cylindrical tanks made of steel or polymeric materials, designed to store liquids at enterprises or storage facilities and are located on the surface of the earth, on prepared sites.

Известен газожидкостной сепаратор (Патент 2766135, E21B 43/34 (2006.01), B01D 19/00 (2006.01), Опубл. 08.02.2022) разделения текучих сред. Газожидкостный сепаратор состоит из корпуса, имеющего вход с как минимум одним горизонтальным перфорированным патрубком внутри корпуса с как минимум двумя выходами, причем как минимум один верхний - для отбора легких фракций, как минимум один нижний - для отбора тяжелых фракций - жидкости. Известный газожидкостный сепаратор позволяет эффективно разделять газожидкостную среду на газ и жидкость без дополнительных регулируемых элементов и блоков управления, что делает его конструкцию надежной и автономной.Known gas-liquid separator (Patent 2766135, E21B 43/34 (2006.01), B01D 19/00 (2006.01), Published 08.02.2022) fluid separation. The gas-liquid separator consists of a housing having an inlet with at least one horizontal perforated branch pipe inside the housing with at least two outlets, at least one upper one - for selection of light fractions, at least one lower one - for selection of heavy fractions - liquids. Known gas-liquid separator allows you to effectively separate the gas-liquid medium into gas and liquid without additional adjustable elements and control units, which makes its design reliable and autonomous.

Недостатком известного устройств является невозможность их использования для очистки воды от сероводорода для закачки в пласт.A disadvantage of the known devices is the inability to use them to clean water from hydrogen sulfide for injection into the reservoir.

Целью заявляемого изобретения является создание быстро возводимого устройства, обеспечивающего эффективную очистку технологической воды водозаборных скважин - вода H2S от сероводорода попутным нефтяным газом, подготовленным на МУПН, для подачи очищенной воды в систему ППД.The purpose of the claimed invention is to create a quickly erected device that provides effective purification of process water from water wells - H 2 S water from hydrogen sulfide by associated petroleum gas prepared at MUPN for supplying purified water to the RPM system.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение концентрации содержания сероводорода в обезвреженной воде H2S при минимальных капитальных затратах.The technical result of the invention is to reduce the concentration of hydrogen sulfide in the neutralized water H 2 S with minimal capital costs.

Поставленная цель достигается заявленной мобильной установкой очистки воды от сероводорода представляющей собой моноблок, включающий сосуд, работающий под давлением (СВД) и интегрированного с ним массообменного колонного аппарата (МКА), вместе с опорно-крепежной системой, образующей пространственную конструкцию в размерах стандартного 40-футового контейнера и вертикального массообменного колонного аппарата (МКА).This goal is achieved by the claimed mobile installation for water purification from hydrogen sulfide, which is a monoblock, including a pressure vessel (SVD) and an integrated mass transfer column apparatus (MCA), together with a support and fastening system, forming a spatial structure in the dimensions of a standard 40-foot container and vertical mass transfer column apparatus (MCA).

СВД и МКА расположены перпендикулярно по отношению друг к другу. МКА снабжен противоточными регулярными насадками с вертикальными контактными решетками и представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, оборудованный в верхней части эллиптическим днищем, в котором расположены: штуцер для вывода газа, обогащенного сероводородом, после процесса отдувки; штуцер для датчика давления и штуцер для датчика температуры. SVD and ICA are located perpendicular to each other. The MCA is equipped with regular counterflow nozzles with vertical contact grids and is a vertical cylindrical vessel equipped with an elliptical bottom in the upper part, in which there are: a fitting for removing gas enriched with hydrogen sulfide after the blowing process; fitting for pressure sensor and fitting for temperature sensor.

В верхней части МКА вварен штуцер для ввода вода H2S на очистку, под которым установлены узлы ввода и орошения, а по всему внутреннему периметру и на всю высоту колонны установлены секции с регулярной насадкой АВР (Патент RU2461406C2 МПКB01D3/28, Опубл.20.09.2012 «Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа»). Основными элементами конструкции секций регулярной насадки АВР являются вертикальные решетки, зажатые между перегородками зигзагообразной формы. In the upper part of the MCA, a fitting is welded for introducing H 2 S water for purification, under which the input and irrigation units are installed, and sections with a regular AVR packing are installed along the entire inner perimeter and at the entire height of the column (Patent RU2461406C2 MPKB01D3 / 28, Publ.20.09. 2012 "Mass transfer contact device for the interaction of liquid and gas"). The main structural elements of the ATS regular packing sections are vertical gratings sandwiched between zigzag-shaped partitions.

В нижней части МКА смонтирована горизонтально направленная перфорированная труба, соединенная со штуцером, приваренным на обечайке МКА, через который противотоком к очищаемой воде H2S подается попутный нефтяной газ, предварительно подготовленный на мобильной установке подготовки нефти (МУПН). A horizontally directed perforated pipe is mounted in the lower part of the MCA, connected to a fitting welded on the shell of the MCA, through which associated petroleum gas, previously prepared at a mobile oil treatment unit (MUPN), is supplied countercurrently to the treated water H 2 S.

В нижней части МКА снабжен аппаратным фланцем для присоединения МКА к СВД.In the lower part of the MCA, it is equipped with a hardware flange for connecting the MCA to the SVD.

На обечайке СВД оборудована цилиндрическая переходная стойка (строго вертикально вверх), размер отверстия которой равен внутреннему диаметру МКА для обеспечения сквозного беспрепятственного стекания обработанной вода H2S из МКА в полость СВД. На цилиндрической переходной стойке над отверстием в месте сопряжения вертикально стоящего массообменного колонного аппарата и горизонтального сосуда приварен ответный аппаратный фланец. Соединение двух сосудов выполняется посредством аппаратных фланцев.A cylindrical adapter post (strictly vertically upwards) is equipped on the SVD shell, the hole size of which is equal to the inner diameter of the MCA to ensure through unhindered flow of the treated H 2 S water from the MCA into the SVD cavity. On the cylindrical adapter post above the hole at the interface between the vertically standing mass-exchange column apparatus and the horizontal vessel, a mating hardware flange is welded. The connection of two vessels is carried out by means of hardware flanges.

В верхней части СВД размещено устройство напорной аэрации, которая включает размещённый горизонтально по всей длине сосуда трубопровод со штуцером для подачи газа. К трубопроводу на равном расстоянии друг от друга присоединены вертикальные распределительные коллекторы, перпендикулярно к которым присоединены горизонтальные рампы, отходящие в разные стороны от места крепления. На горизонтальных рампах посредством патрубков крепятся фильтр-патроны.In the upper part of the SVD there is a pressure aeration device, which includes a pipeline placed horizontally along the entire length of the vessel with a fitting for gas supply. Vertical distribution manifolds are connected to the pipeline at an equal distance from each other, perpendicular to which horizontal ramps are attached, extending in different directions from the attachment point. Filter cartridges are attached to horizontal ramps by means of nozzles.

В нижней части СВД оборудован штуцер для вывода очищенной воды, пригодной для подачи в систему ППД.At the bottom of the SVD there is a fitting for the outlet of purified water suitable for supply to the RPM system.

Совмещение двух технологических аппаратов в один моноблок дает преимущества в виде двухступенчатой технологии очистки: первая стадия - десорбция сероводорода в МКА с противоточными регулярными насадками с вертикальными контактными решетками; вторая стадия - доочистка вода H2S напорной аэрацией в СВД.The combination of two technological devices into one monoblock gives advantages in the form of a two-stage purification technology: the first stage is the desorption of hydrogen sulfide in an MCA with countercurrent regular packings with vertical contact grids; the second stage - post-treatment water H 2 S pressure aeration in SVD.

Заявляемая мобильная установка очистки воды от сероводорода поясняется чертежами фиг.1, фиг.2, где: The inventive mobile installation for water purification from hydrogen sulfide is illustrated by the drawings of figure 1, figure 2, where:

1 - сосуд, работающий под давлением (СВД);1 - pressure vessel (SVD);

2 - массообменный колонный аппарат (МКА);2 - mass transfer column apparatus (MCA);

3 - штуцер Б2 для вывода газа;3 - fitting B2 for gas outlet;

4 - штуцер для датчика давления;4 - fitting for pressure sensor;

5 - штуцер для датчика температуры;5 - fitting for temperature sensor;

6 - штуцер А1 для ввода воды на очистку;6 - fitting A1 for introducing water for treatment;

7 - аппаратный фланец;7 - hardware flange;

8 - переходная стойка;8 - transition post;

9 - перфорированная труба;9 - perforated pipe;

10 - штуцер Б1 для подачи газа в колонну на отдув;10 - fitting B1 for supplying gas to the column for exhaust;

11 - узлы ввода и орошения;11 - input and irrigation nodes;

12 - секции регулярной насадки АВР;12 - sections of the regular ATS packing;

13 - штуцер Б3 для подачи газа в СВД на аэрацию13 - fitting B3 for supplying gas to the SVD for aeration

14 - трубопровод подачи газа;14 - gas supply pipeline;

15 - вертикальный распределительный коллектор;15 - vertical distribution manifold;

16 -штуцер А2 для вывода очищенной воды. 16 - fitting A2 for the output of purified water.

17 - горизонтальная рампа;17 - horizontal ramp;

18 - патрубок18 - branch pipe

19 - фильтр-патрон.19 - filter cartridge.

Мобильная установка очистки воды от сероводорода должна быть герметизирована по отношению к окружающей среде. Класс герметичности 5 по ОСТ 26.260-14-2001. The mobile plant for water purification from hydrogen sulfide must be sealed against the environment. Tightness class 5 according to OST 26.260-14-2001.

Для обеспечения разгрузки места сопряжения двух сосудов МКА и СВД, и удержания МКА от воздействия ветровой нагрузки, к раме горизонтального СВД жестко закреплена вертикальная ферма (на схеме не показана), внутри которой и размещается МКА. To ensure unloading of the junction of two vessels of the SVD and SVD, and to keep the SVD from the effects of wind load, a vertical truss (not shown in the diagram) is rigidly fixed to the frame of the horizontal SVD, inside which the SVD is located.

Мобильная установка очистки воды от сероводорода работает следующим образом.Mobile installation of water purification from hydrogen sulfide operates as follows.

Технологическая вода водозаборных скважин - вода H2S, с растворенным в ней сероводородом концентрацией 300 ÷ 350 мг/л, через штуцер ввода А1 (6), подается в МКА (2), который представляет собой цилиндрический сосуд с диаметром обечайки 1000 мм, на верхнюю секцию массообменной насадки АВР снабженной системой орошения (11), позволяющей равномерно распределить воду H2S по всему сечению МКА. По всему внутреннему периметру и на всю высоту МКА установлены секции насадки АВР (12). Давление воды на входе в колонну 0,04 МПа. Вода стекает сквозь отверстия контактной вертикальной решетки, и по зигзагообразной перегородке последовательно, на каждой ступени распыляется газом, поступающим из перфорированной трубы (9) в нижней части МКА с давлением 0,2 МПа. При этом образуется капельный поток, формирующий пленочное движение. Подача орошения в АВР происходит по нормали к поверхности. Капли эффективно проникают в жидкостную пленку, чем достигается максимально возможная степень возмущения пленочного течения и наибольшая эффективность процесса массопереноса. Аппараты с насадкой класса АВР совмещают в себе клапанный, струйный и эжекционный режимы взаимодействия фаз, с эффективной реализацией массообмена на предельно высоких скоростях орошения. В результате процесса десорбции концентрация сероводорода на выходе из колонны снижается до 50 мг/л.Process water from water wells - water H 2 S, with hydrogen sulfide dissolved in it at a concentration of 300 ÷ 350 mg / l, through the inlet fitting A1 (6), is fed into the MCA (2), which is a cylindrical vessel with a shell diameter of 1000 mm, for the upper section of the ATS mass-transfer nozzle equipped with an irrigation system (11), which makes it possible to evenly distribute H 2 S water over the entire section of the MCA. ATS nozzle sections (12) are installed along the entire inner perimeter and at the entire height of the SSC. The water pressure at the column inlet is 0.04 MPa. Water flows down through the openings of the contact vertical grid, and sequentially, at each stage, it is sprayed along the zigzag partition with gas coming from the perforated pipe (9) in the lower part of the MCA with a pressure of 0.2 MPa. In this case, a droplet flow is formed, which forms the film motion. Irrigation is supplied to the ATS along the normal to the surface. Drops effectively penetrate into the liquid film, which achieves the maximum possible degree of perturbation of the film flow and the highest efficiency of the mass transfer process. Apparatuses with AVR class nozzles combine valve, jet and ejection modes of phase interaction, with effective implementation of mass transfer at extremely high irrigation rates. As a result of the desorption process, the concentration of hydrogen sulfide at the outlet of the column is reduced to 50 mg/l.

Из МКА (2) через отверстие переходной стойки (8), обработанная вода свободно стекает в СВД (1) емкостью40 м3, вместе с опорно-крепежной системой, образующей пространственную конструкцию в размерах стандартного 40-футового контейнера. На попавшую в полость СВД воду с концентрацией сероводорода 50 мг/л, начинается воздействие процесса напорной аэрации. По трубопроводу подачи газа (14) газ под давлением 0,2 МПа, проходя по вертикальным распределительным коллекторам (15), через горизонтальные рампы (17) и патрубки (18) подается в фильтр-патроны (19), и, проходя сквозь их пористую оболочку, образует мелкодисперсное газовое облако из капелек диаметром 0,5÷1,5 мм, которое заполняет все водное пространство в нижней части СВД площадью 1200х6000 мм и, поднимаясь вверх, вступает в реакцию с растворенным сероводородом. В результате аэрации газом концентрация сероводорода в воде H2S падает до 20÷30 мг/л. From the MCA (2) through the opening of the transition rack (8), the treated water flows freely into the SVD (1) with a capacity of 40 m 3 , together with the support and fastening system, forming a spatial structure in the dimensions of a standard 40-foot container. Water with a hydrogen sulfide concentration of 50 mg/l that has entered the cavity of the SVD begins to be affected by the pressure aeration process. Through the gas supply pipeline (14), gas at a pressure of 0.2 MPa, passing through vertical distribution manifolds (15), through horizontal ramps (17) and pipes (18) is fed into the filter cartridges (19), and, passing through their porous shell, forms a fine gas cloud of droplets with a diameter of 0.5 ÷ 1.5 mm, which fills the entire water space in the lower part of the SVD with an area of 1200x6000 mm and, rising up, reacts with dissolved hydrogen sulfide. As a result of aeration with gas, the concentration of hydrogen sulfide in water H 2 S drops to 20÷30 mg/l.

Фильтр-патроны представляют собой жесткие цилиндры с толщиной фильтрующей перегородки 20 мм, и изготовлены из пористого материала на основе физически сшитого порошкообразного полиэтилена низкого давления. Заданная пористость патронов (40-55%) обеспечивает распыление (диспергирование) поступающего газа пузырьками в пределах 0,5÷1,5 мм. Под действием гидродинамического напора газафильтр-патрон не деформируется, фильтрующие поры с течением времени не расширяются, дисперсность пузырьков газа остается постоянной. Для полного насыщения обрабатываемой воды диспергированным газом над фильтр-патронами поддерживается расчетный уровень воды. Filter cartridges are rigid cylinders with a 20 mm thick filtering septum, and are made of a porous material based on physically crosslinked low-pressure polyethylene powder. The specified porosity of the cartridges (40-55%) provides atomization (dispersion) of the incoming gas with bubbles within 0.5÷1.5 mm. Under the action of hydrodynamic pressure, the gas filter cartridge is not deformed, the filter pores do not expand over time, and the dispersion of gas bubbles remains constant. For complete saturation of the treated water with dispersed gas, the calculated water level is maintained above the filter cartridges.

Обработанная вода через патрубок со штуцером А2 (16) выводится из мобильной установки. Далее вода H2S с минимальным остаточным содержанием сероводорода, направляется на мобильную установку нейтрализации для окончательной очистки высокоэффективными реагентами, обладающими высокой скоростью реакции и большой емкостью поглощения.The treated water is discharged from the mobile unit through a branch pipe with a fitting A2 (16). Further, H 2 S water with a minimum residual content of hydrogen sulfide is sent to a mobile neutralization unit for final purification with highly effective reagents with a high reaction rate and large absorption capacity.

Контроль концентрации H2S на выходе воды после каждой стадии очистки (колонны МКА, сосуда СВД) осуществляется поточными анализаторами сероводорода. Данные анализаторов передаются на АРМ-оператора. Кроме этого, степень очистки контролируется результатами лабораторных анализов проб, проводимых по установленному графику (2 раза в сутки). The concentration of H 2 S at the outlet of water after each stage of purification (column MCA, vessel SVD) is controlled by in-line hydrogen sulfide analyzers. Analyzer data is transmitted to the operator's workstation. In addition, the degree of purification is controlled by the results of laboratory analyzes of samples carried out according to the established schedule (2 times a day).

Очищенная технологическая вода водозаборных скважин после отдувки и окончательной нейтрализации сероводорода, подается на блок манифольда МБКНС, где происходит смешивание с пластовой водой от мобильной установки подготовки нефти. Объединенный поток поступает на вход насосов МБКНС для закачки в пласт по системе ППД.Purified process water from water wells after stripping and final neutralization of hydrogen sulfide is supplied to the MBKNS manifold block, where it is mixed with formation water from a mobile oil treatment unit. The combined flow enters the inlet of the MBKNS pumps for injection into the reservoir through the reservoir pressure maintenance system.

Заявленная мобильная установка очистки воды от сероводорода, обеспечивает десятикратное снижение концентрации содержания сероводорода в технологической воде водозаборных скважин с 300 ÷ 350 мг/л до 20÷30 мг/л, за счет применения двухступенчатой технологии отдувки сероводорода из воды попутным нефтяном газом в массообменном колонном аппарате с регулярными насадками АВР и сосуде, работающем под давлением, объединенных в единый моноблок.The claimed mobile plant for water purification from hydrogen sulfide provides a tenfold reduction in the concentration of hydrogen sulfide in the process water of water wells from 300 ÷ 350 mg / l to 20 ÷ 30 mg / l, due to the use of a two-stage technology for stripping hydrogen sulfide from water with associated petroleum gas in a mass transfer column apparatus with regular ATS nozzles and a pressure vessel combined into a single monoblock.

Кроме того, за счет замкнутой системы процесса аэрации в герметичном моноблоке исключается риск попадания сероводорода в окружающую среду.In addition, due to the closed system of the aeration process in a sealed monoblock, the risk of hydrogen sulfide entering the environment is eliminated.

Заявляемое техническое решение позволяет на ранней стадии разработки месторождения оперативно ввести в работу мобильную БКНС и, организовав своевременную закачку воды, стабилизировать пластовое давление и обеспечить прирост темпов добычи ранней нефти. The proposed technical solution allows at an early stage of field development to quickly put into operation a mobile BKNS and, having organized timely injection of water, stabilize reservoir pressure and ensure an increase in the rate of production of early oil.

Кроме экономической и технологической эффективностей очистки, заявленная мобильная установка обеспечивает следующие преимущества:In addition to the economic and technological efficiency of cleaning, the claimed mobile unit provides the following advantages:

- оперативность ввода в эксплуатацию, за счет безфундаментной установки МКА;- efficiency of commissioning, due to the non-foundation installation of the MCA;

- оптимизация технологической схемы: отпадает необходимость в коммуникациях двух отдельно стоящих технологических аппаратов (МКА и СВД);- optimization of the technological scheme: there is no need for communications of two separate technological devices (MCA and SVD);

- оптимизация реагентного хозяйства установки подготовки воды; - optimization of the reagent facilities of the water treatment plant;

- кратное сокращение эксплуатационных расходов на водоподготовку;- multiple reduction of operating costs for water treatment;

- снижение рисков воздействия опасных производственных факторов на окружающую среду (выбросы сероводорода в атмосферу).- reducing the risks of exposure to hazardous production factors on the environment (emissions of hydrogen sulfide into the atmosphere).

Заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна» вследствие того, что совокупность заявляемых признаков не существует в объектах известного уровня техники (общедоступных сведений, знаний, информации).The claimed invention meets the criterion of "novelty" due to the fact that the totality of the claimed features does not exist in the objects of the known level of technology (public information, knowledge, information).

Заявляемое изобретение является промышленно применимым, так как оно осуществлено промышленным способом, смонтировано на мобильной УПН вновь разрабатываемого месторождения одной из нефтяных компаний и отличительные признаки устройства позволили получить заданный технический результат.The claimed invention is industrially applicable, since it is carried out industrially, mounted on a mobile OTU of a newly developed field of one of the oil companies, and the distinctive features of the device made it possible to obtain the desired technical result.

Claims (4)

1. Мобильная установка очистки воды от сероводорода для закачки в пласт, представляющая собой моноблок, в состав которого входят два взаимно перпендикулярно размещенных сосуда: горизонтальный сосуд высокого давления с расположенным в нем устройством напорной аэрации и интегрированный с ним вертикальный массообменный колонный аппарат, снабженный регулярными насадками с вертикальными контактными решетками.1. Mobile unit for water purification from hydrogen sulfide for injection into the reservoir, which is a monoblock, which includes two mutually perpendicularly placed vessels: a horizontal high-pressure vessel with a pressure aeration device located in it and a vertical mass-transfer column apparatus integrated with it, equipped with regular nozzles with vertical contact grids. 2. Мобильная установка очистки воды от сероводорода для закачки в пласт по п. 1, включающая вертикальный массообменный колонный аппарат, снабженный регулярными насадками с вертикальными контактными решетками, который в верхней части оборудован эллиптическим днищем, в котором расположены штуцер для вывода газа, обогащенного сероводородом, после процесса отдувки; штуцер для датчика давления, штуцер для датчика температуры; штуцер для ввода технологической воды водозаборных скважин, под которым установлены узлы ввода и орошения; в нижней части смонтирована горизонтально направленная перфорированная труба, соединенная со штуцером, через который противотоком к очищаемой воде подается попутный нефтяной газ, предварительно подготовленный на мобильной установке подготовки нефти; кроме того, нижняя часть массообменного колонного аппарата снабжена аппаратным фланцем для присоединения массообменного колонного аппарата с сосудом, работающим под давлением.2. Mobile plant for water purification from hydrogen sulfide for injection into the reservoir according to claim 1, including a vertical mass-transfer column apparatus equipped with regular nozzles with vertical contact grids, which is equipped with an elliptical bottom in the upper part, in which a fitting is located for outputting gas enriched with hydrogen sulfide, after the blowing process; fitting for pressure sensor, fitting for temperature sensor; fitting for the input of process water from water wells, under which input and irrigation units are installed; in the lower part, a horizontally directed perforated pipe is mounted, connected to a fitting, through which associated petroleum gas, previously prepared at a mobile oil treatment unit, is supplied countercurrently to the treated water; in addition, the lower part of the mass transfer column apparatus is provided with a hardware flange for connecting the mass transfer column apparatus with a pressure vessel. 3. Мобильная установка очистки воды от сероводорода для закачки в пласт по п. 1, в которой на обечайке горизонтального сосуда, работающего под давлением, оборудована цилиндрическая переходная стойка, размер отверстия которой равен внутреннему диаметру массообменного колонного аппарата для обеспечения сквозного беспрепятственного стекания обработанной очищаемой технологической воды водозаборных скважин, для этого на цилиндрической переходной стойке над отверстием в месте сопряжения вертикально стоящего массообменного колонного аппарата и горизонтального сосуда, работающего под давлением, приварен ответный аппаратный фланец; в нижней части СВД оборудован штуцер для вывода очищенной воды, пригодной для подачи в систему поддержания пластового давления для последующей закачки в пласт месторождения нефти, при этом горизонтальный сосуд содержит устройство напорной аэрации, включающее горизонтальный трубопровод со штуцером для подачи газа, к которому на равном расстоянии друг от друга приварены вертикальные распределительные коллекторы, перпендикулярно к которым присоединены горизонтальные рампы, отходящие в разные стороны от места крепления, в свою очередь к горизонтальным рампам посредством патрубков прикреплены фильтр-патроны.3. Mobile plant for water purification from hydrogen sulfide for injection into the reservoir according to claim 1, in which on the shell of a horizontal vessel operating under pressure, a cylindrical adapter post is equipped, the hole size of which is equal to the inner diameter of the mass transfer column apparatus to ensure through unhindered flow of the treated process being cleaned water from water wells, for this, on a cylindrical transition rack above the hole at the junction of a vertically standing mass-exchange column apparatus and a horizontal pressure vessel, a response hardware flange is welded; in the lower part of the SVD, a fitting is equipped for discharging purified water, suitable for supplying to the reservoir pressure maintenance system for subsequent injection into the reservoir of the oil field, while the horizontal vessel contains a pressure aeration device, including a horizontal pipeline with a fitting for gas supply, to which at an equal distance vertical distribution manifolds are welded from each other, perpendicularly to which horizontal ramps are attached, extending in different directions from the attachment point, in turn, filter cartridges are attached to the horizontal ramps by means of nozzles. 4. Способ очистки воды от сероводорода для закачки в пласт, включающий процесс двухступенчатой очистки, первая ступень представляет собой десорбцию сероводорода в вертикальном массообменном колонном аппарате с противоточными регулярными насадками с вертикальными контактными решетками; вторая ступень - доочистка воды напорной аэрацией в горизонтальном сосуде, работающем под давлением, при этом доочистка напорной аэрацией осуществляется посредством диспергирования обессеренного газа через устройство напорной аэрации.4. The method of water purification from hydrogen sulfide for injection into the reservoir, including a two-stage purification process, the first stage is the desorption of hydrogen sulfide in a vertical mass transfer column apparatus with countercurrent regular nozzles with vertical contact grids; the second stage is post-treatment of water by pressure aeration in a horizontal vessel operating under pressure, while post-treatment by pressure aeration is carried out by dispersing desulfurized gas through a pressure aeration device.
RU2022111791A 2022-04-29 Mobile plant for water purification from hydrogen sulfide for injection into reservoir, method for its implementation and pressure aeration device RU2792303C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792303C1 true RU2792303C1 (en) 2023-03-21

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU955976A1 (en) * 1981-02-24 1982-09-07 Предприятие П/Я М-5478 Device for removing gas from liquid
SU1204572A1 (en) * 1983-03-28 1986-01-15 Институт Прикладной Физики Ан Мсср Apparatus for removing hydrogen sulfide and fluorine from water
RU2751667C1 (en) * 2020-08-18 2021-07-15 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭКОФЕС" Method for purification of water from hydrogen sulfur
RU2766135C1 (en) * 2021-06-11 2022-02-08 Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина Gas-liquid separator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU955976A1 (en) * 1981-02-24 1982-09-07 Предприятие П/Я М-5478 Device for removing gas from liquid
SU1204572A1 (en) * 1983-03-28 1986-01-15 Институт Прикладной Физики Ан Мсср Apparatus for removing hydrogen sulfide and fluorine from water
RU2751667C1 (en) * 2020-08-18 2021-07-15 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭКОФЕС" Method for purification of water from hydrogen sulfur
RU2766135C1 (en) * 2021-06-11 2022-02-08 Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина Gas-liquid separator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8728318B2 (en) Settling device, purifier comprising a settling device and methods for anaerobic or aerobic purification of waste water
US7651612B2 (en) Device for the purification of contaminated liquid
US3986954A (en) Method and apparatus for clarifying contaminated liquids
PL215891B1 (en) Reactor with rotating fluids
US10449491B2 (en) Integrated system for wet desulfurization using a suspension bed and regeneration
KR20000030128A (en) An ozone oxidizing apparatus
JPS62183835A (en) Method and device for desulfurizing gas containing hydrogen sulfide
US20230030307A1 (en) Integrated filtration and gas floatation water treatment system and process
RU2792303C1 (en) Mobile plant for water purification from hydrogen sulfide for injection into reservoir, method for its implementation and pressure aeration device
US5147620A (en) Process for the purification of gaseous streams
RU2207985C1 (en) Water ozonizer and water ozonizing method
CN108516651A (en) Processing method for incineration plant landfill leachate
US7727311B2 (en) Installation and method for mixing and distributing a liquid phase and a gaseous phase
EP0385555B1 (en) Apparatus for carrying out a combined air and water purification, and also a method for operating such a purification
EP3511310B1 (en) Device and method for increasing the content of methane in a current of biogas by means of a low-pressure airlift system
JPH0237208B2 (en)
CN212396335U (en) Sulfur-containing process gas wet desulphurization device
KR20230126271A (en) Digestive gas recycling system
RU2375311C2 (en) Device for reagentless water purification - module for intense aeration and degassing (miad)
KR101223159B1 (en) Apparatus for eliminating poisonous gas using liquid catalyst
CN114477584B (en) Benzene hydrogenation sewage treatment system
CN113620486B (en) Sewage treatment device for organic chemistry experiment
CN202038929U (en) Waste water purification device used for wet desulphurization process
RU2150341C1 (en) Method of cleaning storage tanks for crude oil and petroleum derivatives involving reuse of cleaning products
CN101172689A (en) Strong alkalinity, high-sulfureous, high-concentration organic alkaline residue waste liquor PH modifying and treating equipment