Способ очистки отработанных проппантов от нефти

Способ очистки отработанных проппантов от нефти

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть применено при регенерации нефтезагрязненного проппанта после гидравлического разрыва пласта и последующем его использовании в качестве расклинивающего агента.

С целью интенсификации добычи нефти из скважин производят гидравлический разрыв пласта (ГРП) с использованием в качестве расклинивающего агента проппанта - алюмосиликатного материала в виде сферических шариков диаметром 1,0-2,0 мм. После ГРП загрязненный нефтью проппант не может быть повторно использован и, как правило, складируется в специально отведенных местах, представляя экологическую опасность для окружающей среды. Так ежегодно только в Ханты-Мансийском автономном округе образуется более 100 тыс.тонн отходов ГРП, которые содержат большое количество отработанных проппантов, загрязненных нефтью.

Известен способ утилизации нефтезагрязненного проппанта (патент РФ №2344006, опубл. 20.01.2009) на существующем оборудовании, включающий пропаривание проппанта при температуре не ниже 100°C для отделения его от нефтепродуктов, отмывку в моющем растворе с использованием поверхностно-активных веществ при вращательном перемешивании до полного очищения от нефтепродуктов, сушку при температуре 50-300°C. Полученный очищенный от нефти проппант может быть использован в качестве заполнителя в смеси для приготовления кирпича или бетонной смеси для заливки полов при производстве шлакоблоков.

Недостатком способа является невозможность дальнейшего использования очищенного проппанта в качестве расклинивающего агента при ГРП, так как не достигается достаточно полного удаления нефтепродуктов с поверхности проппанта.

Известен способ утилизации нефтезагрязненного проппанта (патент РФ №2353642, опубл. 27.04.2009), включающий отмывку проппанта в моющем растворе с использованием поверхностно-активных веществ при вращательном перемешивании до полного очищения от нефтепродуктов, сушку при температуре 100-300°C, нанесение на прогретые до температуры 120-180°C гранулы проппанта покрытия фенолформальдегидной смолы - новолачной с последующим остыванием, отверждением, фракционированием и использование полученного проппанта при гидравлическом разрыве пласта.

Недостатками данного изобретения являются сложность процесса регенерации загрязненного проппанта и его высокая стоимость, обусловленные необходимостью применения дорогостоящего специального производственного оборудования и химических реагентов, применение химических реагентов также может привести к изменению химического состава проппантов.

Наиболее близким по технической сущности является «Способ обработки нефтешламов» (патент РФ №2154515, опубл. 20.08.2000), включающий нагрев нефтешлама и смешивание его с 0,05-0,5%-ным водным раствором композиции, содержащей 20-50% деэмульгатора и 80-50% диспергирующиего агента, представляющего собой смесь поверхностно-активных веществ: оксифоса и дипроксамина, при ультразвуковом воздействии с частотой 15-35 кГц в течение 3-5 мин, при поддержании соотношения нефтешлама к водной среде 1:3.

Применение указанной совокупности операций известного способа для очистки проппантов от нефти имеет следующие недостатки:

- не достигается глубокая степень очистки, что не позволяет повторно использовать проппант в качестве расклинивающего агента при ГРП и получать дополнительные нефтепродукты для последующего использования;

- применение значительного количества химических реагентов (деэмульгатора и диспергатора) 2-4 килограмма на тонну удорожает и усложняет процесс, приводит к загрязнению поверхности проппанта этими веществами, что также не позволит повторно использовать проппант в качестве расклинивающего агента при ГРП.

Техническим результатом заявляемого изобретения является глубокая очистка проппантов от нефти с целью повторного использования очищенных проппантов в процессах гидравлического разрыва пласта и получение в качестве продуктов очистки дополнительных нефтепродуктов для последующего использования.

Указанный результат достигается тем, что в способе очистки отработанных проппантов от нефти, включающем подготовку пульпы смешением загрязненных нефтью проппантов с водной средой и ультразвуковую обработку полученной пульпы, согласно изобретению указанные проппанты смешивают с водой в соотношении П:В 1:3,5-5,0, обработку осуществляют в центробежном поле, образованном вращательным движением пульпы при подаче ее под давлением 1,5-3,0 атм по касательной к внутренней цилиндрической части разделительного аппарата. При этом указанную обработку осуществляют с использованием излучателей, установленных в нижней торцевой части разделительного аппарата и указанную обработку осуществляют двукратно.

Подача подготовленной пульпы с загрязненными нефтью проппантами под давлением 1,5-3,0 атм. по касательной к внутренней цилиндрической части разделительного аппарата обеспечивает ее вращательное движение и нефть, не закрепленная на поверхности проппантов, перемещается к оси вращения и удаляется с восходящим потоком воды. Проппанты с нефтяной оболочкой концентрируются в периферической зоне у стенки цилиндрической части разделительного аппарата и при своем движении к выходному отверстию проходят операцию оттирки части нефтяной оболочки с поверхности проппантов за счет стесненного движения проппантов во вращающемся потоке пульпы. Поддержание соотношения отработанных проппантов к воде 1:3,5-5,0 обеспечивает более энергичное протекание поверхностных реакций и более интенсивную оттирку нефтяной оболочки с поверхности проппантов. Нефть, снятая с поверхности проппантов за счет эффекта оттирки, также перемещается к оси вращения и удаляется из разделительного аппарата с восходящим потоком. Совместное воздействие центробежного поля и ультразвуковой обработки усиливает воздействующие факторы на эффективность и скорость удаления нефти с поверхности проппантов при их стесненном движении в потоке, что позволяет провести глубокую очистку поверхности проппантов от тонких пленок нефти. В связи с разнонаправленным движением нефти и проппантов в центробежном поле резко снижается вероятность вторичного загрязнения проппантов нефтью ранее удаленной с их поверхности.

Заявляемый способ обработки загрязненных нефтью проппантов позволяет путем кратковременного совместного воздействия центробежного поля и ультразвуковой обработки снизить содержание нефти в отработанных проппантах до 0,1% и сохранить форму и первичные размеры проппантов. Это позволяет использовать очищенные от нефти проппанты для повторного применения в технологии гидравлического разрыва пластов.

Кроме того, при обработке не используются химические реагенты и нагрев пульпы.

Пример 1

Навеска загрязненных нефтью проппантов (П) в количестве 10 кг с содержанием нефти 10% смешивалась с оборотной водой (В) в количестве 50 литров в емкости с мешалкой (П:В=1:5). Полученная пульпа подавалась насосом через верхний патрубок разделительного аппарата по касательной в цилиндрическую его часть под давлением 1,5 атм. Нефть, удаляемая с поверхности проппантов, за счет центробежного ускорения и разницы в плотностях воды и нефтепродуктов перемещается к центру вращения пульпы и восходящим потоком выносится из аппарата через верхний центральный патрубок. Ультразвуковая обработка проппантов, движущихся в стесненных условиях по спиральной траектории у стенок цилиндрической части разделительного аппарата от верхнего патрубка ввода пульпы к нижнему патрубку вывода, проводится ультразвуковыми излучателями, установленными в нижней торцевой части цилиндрической разделительной камеры с частотой ультразвукового воздействия 20,0 кГц. Время обработки пульпы в разделительном аппарате составляло 20 секунд. Очищенные от нефти проппанты, выведенные через нижний патрубок, установленный по касательной к цилиндрическому корпусу разделительного аппарата, высушивались и подвергались анализу на остаточное содержание нефтепродуктов. Содержание нефтепродуктов в очищенных от нефти проппантах составляло 1,1%, степень очистки 89%. Достаточно глубокая очистка проппанта достигнута без использования химических реагентов.

Пример 2

Для более глубокого удаления нефти очищенные проппанты с содержанием нефтепродуктов 1,1% подвергались повторной очистке обработкой ультразвуком в центробежном поле, создаваемым вращением пульпы в цилиндрической части разделительного аппарата. Принципиальная схема очистки проппантов приведена на рисунке. Частота ультразвукового воздействия 20,0 кГц. Время воздействия соответствует времени пребывания в центробежном поле двухступенчатого разделительного аппарата. Форма и размеры пропаннтов, очищенных ультразвуком в центробежном поле, не меняются, что подтверждалось данными гранулометрического анализа и исследованиями фактора формы первичных и очищенных проппантов.

Содержание нефтепродуктов в очищенных от нефти проппантах после двукратной ультразвуковой обработки в центробежном поле составило 0,1%, а эффективность очистки - 99%.

Результаты очистки проппантов известным и предлагаемым способами приведены в таблице.

Очищенные проппанты можно вновь использовать в качестве добавки к расклинивающему агенту при ГРП, а также в строительной индустрии, производстве стройматериалов и в качестве дорожного покрытия. Но последнее экономически гораздо менее привлекательно, так как проппанты стоят 1000 долларов за тонну.

Способ очистки отработанных проппантов от нефти

1. Способ очистки отработанных проппантов от нефти, включающий подготовку пульпы смешением загрязненных нефтью проппантов с водной средой и ультразвуковую обработку полученной пульпы, отличающийся тем, что указанные проппанты смешивают с водой в соотношении П:В 1:3,5-5,0, обработку осуществляют в центробежном поле, образованном вращательным движением пульпы при подаче ее под давлением 1,5-3,0 атм по касательной к внутренней цилиндрической части разделительного аппарата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную обработку осуществляют с использованием излучателей, установленных в нижней торцевой части разделительного аппарата.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную обработку осуществляют двукратно.