Система разделения и обработки нефтесодержащего грязевого отстоя

011743 Предшествующий уровень техники Термин грязевой отстой является обобщенным термином, описывающим поток нефтесодержащих сточных вод, который типично имеет высокое содержание твердой фазы и переменные количества углеводородов и воды. Некоторые грязевые отстои, такие как формируемые при производстве различных углеводородных продуктов, включают в себя грязевые отстои цистерн, резервуарные донные грязевые отстои и эмульсии из систем водной обработки. Удаляемый избыточный грязевой отстой, получающийся, например, из добывающих нефтяных или газовых скважин, часто накапливается в открытых карьерах, где он может оставаться на значительное время до обработки. Во время таких периодов выдерживания грязевой отстой претерпевает химические изменения, включающие в себя эффекты разрушения под влиянием атмосферных воздействий и испарение. Желательно обрабатывать грязевой отстой для снижения риска загрязнения окружающего пространства и извлекания ценного углеводородного компонента в грязевом отстое. Традиционно дисковые пакетные центрифуги использовались для кондиционирования градиентной нефти или грязевого отстоя, но они эффективны только для неэмульгированных водяных и нефтяных смесей. Однако из-за наличия естественных эмульгаторов в месте залегания грязевые отстои выработки характеризуются устойчивыми водонефтяными эмульсиями. Для таких смесей дисковая пакетная центрифуга неэффективна. В данной области техники было бы усовершенствованием создание способа и устройства для термической и химической обработки грязевого отстоя. Сущность изобретения В одном из аспектов изобретение, в целом, относится к устройству для обработки нефтесодержащего грязевого отстоя, включающему в себя котел; теплообменник, содержащий циркуляционный паровой тракт, сообщенный с котлом; и тракт грязевого отстоя, принимающий грязевой отстой; множество последовательно расположенных смесителей, сообщенных с трактом грязевого отстоя теплообменника; разделительный резервуар, сообщенный с множеством смесителей и включающий в себя резервуар,имеющий множество стенок; гидроциклон, установленный в резервуаре, принимающий грязевой отстой из множества смесителей и включающий в себя выпускное отверстие твердой фазы, направляющее компонент твердой фазы к нижней части резервуара; и выпускное отверстие жидкой фазы, направляющее компонент жидкой фазы в резервуар; средство для перемещения отделенной твердой фазы вдоль нижней части резервуара к выпускному отверстию твердой фазы и множество выпускных отверстий жидкой фазы, расположенных вертикально вдоль стенки резервуара, при этом каждое выпускное отверстие включает в себя клапан, обеспечивающий избирательную передачу жидкой фазы из резервуара. В еще одном аспекте изобретение относится к устройству для обработки нефтесодержащего грязевого отстоя, содержащему котел, вырабатывающий пар; теплообменник, содержащий циркуляционный паровой тракт, сообщенный с котлом; и тракт грязевого отстоя, принимающий грязевой отстой; множество последовательно расположенных смесителей, сообщенных с трактом грязевого отстоя теплообменника; разделительный резервуар, сообщенный со смесителями, имеющий множество стенок, образующих резервуар, избирательно закрываемую крышку, установленную на верхней кромке по меньшей мере одной стенки резервуара, гидроциклон, установленный в части резервуара, принимающий обработанный грязевой отстой из смесителей и удаляющий компонент твердой фазы из компонента жидкой фазы в грязевом отстое, направляя твердую фазу в нижнюю часть резервуара и направляя жидкую фазу в другую часть резервуара; множество выпускных отверстий жидкой фазы, включающих, каждое, клапан, избирательно передающий жидкую фазу из резервуара, выпускное отверстие твердой фазы, включающее в себя клапан, избирательно передающий твердую фазу из резервуара, и средство для перемещения твердой фазы, находящейся вдоль нижней части резервуара, к выпускному отверстию твердой фазы. В еще одном аспекте изобретение направлено на способ для обработки нефтесодержащего грязевого отстоя, включающий в себя нагревание грязевого отстоя в теплообменнике, закачивание реагента деэмульгирования в грязевой отстой, сдвиговую деформацию грязевого отстоя и реагента деэмульгирования, отделение компонента твердой фазы от жидкой фазы грязевого отстоя в гидроциклоне, выгрузку отделенного компонента твердой фазы на дно резервуара, перемещение отделенного компонента твердой фазы вдоль дна резервуара к выпускному отверстию твердой фазы, и загрузку жидкой фазы грязевого отстоя в резервуар, выгрузку жидкой фазы из резервуара в зону ее сбора. Другие аспекты и преимущества заявленного предмета изобретения будут очевидны из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения. Описание чертежей Фиг. 1 изображает вид в перспективе нагревательной секции модульного устройства обработки грязевого отстоя. Фиг. 2 изображает вид в перспективе секции разделения и осаждения модульного устройства обработки грязевого отстоя. Фиг. 3 изображает вид в перспективе модульного устройства обработки грязевого отстоя. Фиг. 4 изображает схема последовательности операций обработки грязевого отстоя. Фиг. 5 изображает вид сверху нагревательной секции модульного устройства обработки грязевого отстоя.-1 011743 Фиг. 6 изображает схему смесительной секции модульного устройства обработки грязевого отстоя. Подробное описание Настоящее изобретение относится к модульному устройству 100, показанному на фиг. 3, для обработки нефтесодержащего грязевого отстоя и способу для использования этого устройства. Устройство включает в себя три основные секции: нагревательную секцию, смесительную секцию и секцию разделения и осаждения. Нагревательная секция, показанная на фиг. 1, 3 и 5, включает в себя котел 102 и теплообменник 104. Смесительная секция, показанная на фиг. 3 и 6, включает в себя смесители 106, 108. Секция разделения и осаждения, показанная на фиг. 2 и 3, включает в себя резервуар 110, в котором расположен гидроциклон 112. Как изображено на фиг. 3, в одном из вариантов осуществления все три секции установлены на опорной раме 114, обеспечивающей легкую транспортировку всего устройства 100. Как показано на фиг. 1 и 5, нагревательная секция включает в себя котел 102 и теплообменник 104. Котел 102 используется для подачи пара в теплообменник 104. Пар, нагретый в котле 102, направляется из первого выпускного отверстия 116 пара в первое впускное отверстие 118 пара теплообменника 104. После протекания через теплообменник 104 охлажденный пар выходит через второе выпускное отверстие 120 пара и возвращается в котел 102 через второе впускное отверстие 122 пара для повторного нагрева. Грязевой отстой из зоны удерживания грязевого отстоя или резервуара (не показан) направляется в теплообменник 104 через первое впускное отверстие 124 грязевого отстоя. Грязевой отстой проходит через теплообменник 104 по тракту, отдельному от парового тракта, но прилегающего к нему, из условия, чтобы тепло из пара передавалось грязевому отстою. Давление и температура пара, входящего в теплообменник 104, предпочтительно регулируются так, чтобы тепловые свойства грязевого отстоя, нагреваемого в теплообменнике, находились в пределах предварительно определенных параметров. Грязевой отстой нагревается до температуры, достаточной для разжижения парафинистых углеводородов и понижения вязкости грязевого отстоя для обеспечения возможности его протекания через устройство 100. Температура, при которой грязевой отстой становится жидким, и соответствующий реологический профиль могут определяться с использованием вискозиметра, такого как вискозиметр Fann 35 нефтяных промыслов, доступный для приобретения у компании Fann Instrument. Так как грязевой отстой будет нагреваться много раз для расплавления парафиновых компонентов и облегчения фазового разделения,важна температура воспламенения грязевого отстоя. По мере повышения температуры давление пара возрастает, а потому увеличивается концентрация испаренной воспламеняемой жидкости в воздухе. Точка воспламенения является той минимальной температурой, при которой в воздухе присутствует достаточно испаренного топлива для начала возгорания. Точка воспламенения грязевого отстоя может определяться. Примером устройства для измерения точки воспламенения жидкости является закрытая чашка Мартина Пенски согласно способу D93B Американского общества по испытанию материалов. Грязевой отстой, нагретый паром в теплообменнике 104, выходит через первое выпускное отверстие 126 грязевого отстоя. Теплообменник 104 должен умещаться в пространстве на опорной раме 114 для сохранения транспортабельности всего устройства 100. В одном из вариантов осуществления используемым теплообменником 104 является теплообменник спирального типа. Понятно, что могут использоваться другие типы теплообменников, не выходя из объема настоящего изобретения. Некоторые нефтесодержащие грязевые отстои включают в себя парафинистые углеводороды, которые предпочтительно разжижаются до жидкого состояния в теплообменнике 104 для снижения вязкости грязевого отстоя. Реагенты обработки могут легче смешиваться с грязевым отстоем, когда вязкость грязевого отстоя ниже. Кроме того, когда вязкость ниже, уносимая твердая фаза легче высвобождается при последующей обработке. Топливный резервуар 128 может быть установлен на опорной раме 114 для подачи топлива в котел 102 для нагревания сухого пара. Пульт 129 управления также может быть расположен на опорной раме 114 для текущего контроля и управления последовательностью операций обработки. В одном из вариантов осуществления первая тепловая панель 130 установлена на опорной раме 114 между котлом 102 и теплообменником 104. Тепловая панель 130 изолирует котел 102 от теплообменника 104. Посредством изоляции котла 102 от теплообменника 104 обеспечивается лучшее поддержание предварительно определенных параметров грязевого отстоя по сравнению с ситуацией, когда тепло от котлоагрегата 102 добавляет тепло внешней поверхности теплообменника 104. В одном из вариантов осуществления вторая тепловая панель 132 установлена на опорной раме 114 между топливным резервуаром 128, и котлом 102, и теплообменником 104. Вторая тепловая панель 132 изолирует топливный резервуар 128 от обоих: котла 102 и теплообменника 104. В одном из вариантов осуществления котел 102 расположен внутри изолирующей камеры 134, как показано на фиг. 3. В определенном грязевом отстое, где нет эмульсии или присутствует только низкоконцентрированная эмульсия, тепла и силы тяжести является достаточно для поддержания разделения. Для вариантов,показанных на фиг. 3 и 6 для других типов грязевого отстоя, может потребоваться химическая присадка для обеднения эмульсии и изменения таких свойств, как смачиваемость, для уменьшения требуемого-2 011743 времени разделения. Такие реагенты могут включать в себя хлопьеобразователь для образования хлопьевидной фазы, с которой твердая фаза может коагулировать и образовывать более крупную твердую фазу. Деэмульгаторы также могут использоваться для разрушения любой эмульсии между водой и нефтью в грязевом отстое. Каждый реагент может добавляться в грязевой отстой, по мере того как грязевой отстой направляется через смесительную секцию модульного устройства 100. Смесительная секция включает в себя множество смесителей 106, 108. Реагенты хранятся в резервуарах 136, 138 до их закачки в грязевой отстой. Один или несколько дозирующих насосов 140, 142 могут использоваться для направления предварительно определенных количеств реагентов в грязевой отстой. В одном из вариантов осуществления предварительно определенные количества деэмульгатора составляют 2-3 об.% от грязевого отстоя. Некоторое количество парафина в грязевом отстое может вызвать проблемы, связанные с перекачиванием и фазовым разделением, исходя из высокой вязкости, которую оно придает, и обволакивания уносимой твердой фазы. Присадки снижения температуры застывания могут добавляться в грязевой отстой для предохранения нерастворимых молекул парафинов в нефтяной фазе от построения пространственной решетки при более низких температурах и обеспечения в результате грязевого отстоя, сохраняющего свою текучесть даже при более низких температурах. В одном из вариантов осуществления каждый реагент обработки вводится в грязевой отстой в соответствующем смесителе 106, 144. В этом варианте осуществления смеситель 108 является статическим сдвиговым смесителем, используемым для дополнительного перемешивания реагентов и грязевого отстоя. При необходимости добавления большего количества реагентов каждый реагент может добавляться через соответствующий смеситель, перед тем как смесь вводится в статический сдвиговый смеситель 108. Статический сдвиговый смеситель 108 усиливает смешивание реагентов обработки и грязевого отстоя, вызывая сдвиговую деформацию, из условия,чтобы поток был турбулентным. Смесь грязевого отстоя направляется в секцию разделения и осаждения, изображенную на фиг. 2 и 3. Секция разделения и осаждения включает в себя резервуар 110 и гидроциклонный сепаратор 112. Гидроциклонный сепаратор 112 предпочтительно размещен в резервуаре 110 вблизи края 133. Смесь грязевого отстоя и реагента подается прямо в гидроциклонный сепаратор 112, который отделяет более тяжелую твердую фазу из смеси. Отделенная твердая фаза выводится через выпускное отверстие 148 твердой фазы в нижней части 150 гидроциклонного сепаратора 112. Жидкая часть смеси грязевого отстоя подается через выпускное отверстие 152 жидкой фазы гидроциклонного сепаратора 112 в резервуар 110. Резервуар 110 имеет множество стенок, предпочтительно две противоположные торцевые стенки 154, 156 и две противоположные боковые стенки 158, 160, соединенные между собой для образования резервуара 110. Нижняя часть 164 резервуара 110 вместе с верхней частью 162 образуют отстойник для размещения материала. Нижняя часть 164 предпочтительно включает в себя пару противоположных наклонных стенок 166, 168, которые направляют грязевой отстой в зону 170 накопления твердой фазы вдоль дна 172 резервуара. Твердая фаза из гидроциклонного сепаратора 112 направляется на дно 172 резервуара под выпускным отверстием 148 твердой фазы. Более тонкая твердая фаза, остающаяся в жидкой части отделенного грязевого отстоя после выхода из гидроциклонного сепаратора 112, может осаждаться из жидкости на дно 172 резервуара, в то время как грязевой отстой находится в резервуаре 110. Средство для перемещения осажденной твердой фазы 174 расположено вдоль зоны 170 накопления твердой фазы по дну 172 резервуара. Средство для перемещения осажденной твердой фазы 174 перемещает твердую фазу в зоне 170 накопления к выпускному отверстию 176 твердой фазы. В одном из вариантов осуществления для перемещения твердой фазы используется шнек. Специалистам в данной области техники понятно, что для перемещения осажденной твердой фазы 174 также может использоваться другое средство. Крышка 178, показанная на фиг. 3, может быть установлена на резервуар 110 для закрывания отстойника, образованного верхней частью 162 и нижней частью 164. Крышка 178 предпочтительно установлена с возможностью избирательного открытия для обеспечения доступа в резервуар 110. В крышке 178 может быть выполнено воздуховыпускное отверстие 180 для удаления газов, которые могут скапливаться в резервуаре 110. Вакуумный насос (не показан) может использоваться для удаления воздуха из резервуара, а в воздуховоде (не показан) может быть предусмотрен угольный фильтр (не показан) для дезодорирования воздуха перед его выпуском в атмосферу. Кроме того, фильтры могут использоваться для очистки воздуха перед его выпуском. Как показано на фиг. 2 и 3, в одном из вариантов осуществления паровые змеевики 182 встроены в боковые стенки 158, 160 и нижнюю часть 164 резервуара 110. Паровые змеевики 182 имеют впускное отверстие 184 для приема пара из котла 102. Пар возвращается в котел 102 через выпускное отверстие 186 из паровых змеевиков 182. Паровые змеевики 182 направляют пар по бокам и низу резервуара 110. Циркуляция пара через боковые стенки 158, 160 и нижнюю часть 164 резервуара 110 подает тепло в жидкую фазу отделенного грязевого отстоя, а также твердую фазу по дну 172 резервуара. В одном из вариантов осуществления единственный паровой змеевик 182 встроен в боковые стенки 158, 160 и нижнюю часть 164 резервуара 110. В одном из вариантов осуществления паровые змеевики 182 прилегают непосредственно к внешней поверхности боковых стенок 158 и 160 и нижней части 164. В одном из вариантов осуществления единственный паровой змеевик 182 прилегает непосредственно к наружной по-3 011743 верхности боковых стенок 158 и 160 и нижней части 164. Крышка 178, показанная на фиг. 3, изолирует резервуар 110 для снижения тепловых потерь из верхней части резервуара 110. Тепло сохраняет жидкую фазу при более низкой вязкости, что улучшает осаждение твердой фазы из жидкости. Тепло также помогает размягчать твердую фазу, делая ее более легкой для перемещения. Как показано на фиг. 2, резервуар 110 может включать в себя множество вертикально расположенных клапанов 188 вдоль одной стенки 158 и одной из наклонных стенок 166 в нижней части 164 резервуара 110. Один или несколько клапанов 188 могут открываться для направления текучей среды в зону разделительной обработки или зону сбора (не показано). Если используются деэмульгаторы для улучшения отделения нефтяного компонента текучей среды от водного компонента текучей среды, клапаны 188 вдоль или ближе к нижней части 164 резервуара могут открываться для удаления водяного компонента из резервуара 110. В качестве альтернативы клапаны 188, ближе к верху резервуара 110, могут открываться для удаления нефтяного компонента из резервуара 110. Клапаны 188 могут приводиться в действие вручную или дистанционно. Пластина 190 может быть расположена внутри резервуара 110 для отделения части резервуара 110,в которой находится гидроциклонный сепаратор 112, от его остальной части. Пластина 190 может наклонно располагаться в резервуаре 110 из условия, чтобы она была ближе к одной торцевой стенке 156 резервуара 110 у верхней кромки 192 и ближе к противоположной торцевой стенке 154 резервуара 110 у нижней кромки 194 пластины 190. Пластина 190 имеет форму, обеспечивающую проем между нижней кромкой 194 и дном 172 резервуара, через который средство 174 для перемещения направляет твердую фазу из гидроциклонного сепаратора 112. Пластина 190 может избирательно располагаться в резервуаре 110 для регулирования объема части резервуара, в которой расположен гидроциклон 112, и остальной части резервуара. На фиг. 4 проиллюстрирован способ обработки нефтесодержащего грязевого отстоя с использованием модульного устройства. 100. Нефтесодержащий грязевой отстой 202 из зоны 200 сбора перемещается в модульное устройство 100. Перемещение из зоны сбора в модульное устройство 100 может производиться непосредственно благодаря использованию устройства 210 транспортировки вязкой текучей среды. В качестве альтернативы перемещение может происходить посредством использования мобильной системы выгрузки и загрузки, включающей в себя прицеп 204 для грузового автомобиля. Грязевой отстой из зоны 200 сбора перемещается в автомобильный прицеп 204. Затем грузовик подвозит грязевой отстой к зоне обработки. Зона обработки включает в себя модульное устройство 100, описанное ранее. Зона обработки дополнительно может включать в себя другое устройство 206 обработки, такое как фракционный резервуар. В модульном устройстве 100 твердая фаза удаляется и собирается. Нефть и вода могут разделяться в модульном устройстве 100, как описано ранее, и выводиться для дальнейшей обработки. Несмотря на то что заявленное изобретение было описано посредством вариантов его осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть предложены другие варианты осуществления изобретения, которые не выходят из объема заявленного предмета изобретения, раскрытого в настоящем описании.Соответственно, объем заявленного предмета изобретения должен ограничиваться только приложенной формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для обработки нефтесодержащего грязевого отстоя, содержащее котел, теплообменник, имеющий циркуляционный паровой тракт, сообщенный с котлом, и тракт грязевого отстоя, принимающий грязевой отстой, множество последовательно расположенных смесителей, сообщенных с трактом грязевого отстоя теплообменника, разделительный резервуар, сообщенный с множеством смесителей, и содержащий резервуар, имеющий множество стенок, гидроциклон, установленный в резервуаре,принимающий грязевой отстой из множества смесителей и включающий в себя выпускное отверстие твердой фазы, направляющее компонент твердой фазы по направлению к нижней части резервуара, и выпускное отверстие жидкой фазы, направляющее компонент жидкой фазы в резервуар, средство для перемещения отделенной твердой фазы вдоль нижней части резервуара к выпускному отверстию твердой фазы и множество выпускных отверстий жидкой фазы, расположенных вертикально вдоль стенки резервуара и включающих каждое клапан, обеспечивающий избирательную передачу жидкой фазы из резервуара. 2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее первый резервуар реагентов, содержащий реагент деэмульгирования, и первый насос, закачивающий заданное количество реагента деэмульгирования в грязевой отстой. 3. Устройство по п.2, в котором по меньшей мере один из смесителей является статическим сдвиговым смесителем, обеспечивающим достаточную сдвиговую деформацию для смешивания грязевого отстоя и реагента деэмульгирования. 4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее опорную раму, на которой установлены теплообменник, котел, множество смесителей и разделительный резервуар.-4 011743 5. Устройство по п.4, дополнительно содержащее топливный резервуар, установленный на опорной раме и подающий топливо в котел, и пульт управления, установленный на опорную раму для управления давлением и температурой пара, входящего в теплообменник. 6. Устройство по п.5, дополнительно содержащее первую тепловую панель, установленную на опорной раме и отделяющую котел от теплообменника, и вторую тепловую панель, установленную на опорной раме и отделяющую котел и теплообменник от топливного резервуара и пульта управления. 7. Устройство по п.1, дополнительно содержащее изолирующую камеру, охватывающую котел. 8. Устройство по п.1, в котором разделительный резервуар дополнительно содержит пластину, избирательно расположенную в резервуаре и, по существу, изолирующую гидроциклон от остального пространства в резервуаре. 9. Устройство для обработки нефтесодержащего грязевого отстоя, содержащее котел, вырабатывающий пар, теплообменник, содержащий циркуляционный паровой тракт, сообщенный с котлом, и тракт грязевого отстоя, принимающий грязевой отстой, множество смесителей, сообщенных с трактом грязевого отстоя теплообменника и расположенных последовательно, разделительный резервуар, сообщенный со смесителями и имеющий множество стенок, избирательно закрываемую крышку, установленную на верхнюю кромку по меньшей мере одной стенки резервуара, гидроциклон, установленный в части резервуара и принимающий обработанный грязевой отстой из смесителей и удаляющий компонент твердой фазы из компонента жидкой фазы в грязевом отстое, направляя твердую фазу в нижнюю часть резервуара и направляя жидкую фазу в другую часть резервуара, множество выпускных отверстий флюида, каждое из которых включает в себя клапан, избирательно подающий жидкую фазу из резервуара, выпускное отверстие твердой фазы, включающее в себя клапан, избирательно подающий твердую фазу из резервуара, и средство для перемещения твердой фазы, расположенной вдоль нижней части резервуара, к выпускному отверстию твердой фазы. 10. Устройство по п.9, в котором разделительный резервуар дополнительно содержит пластину, избирательно расположенную в резервуаре для, по существу, отделения части резервуара, содержащей в себе гидроциклон, от другой части резервуара. 11. Устройство по п.9, дополнительно содержащее нагревательную трубу, расположенную вдоль противоположных стенок разделительного резервуара и сообщенную с котлом, при этом котел подает пар в нагревательную трубу для нагрева стенок разделительного резервуара. 12. Устройство по п.11, дополнительно содержащее насос, подающий выборочные порции реагента деэмульгирования в грязевой отстой в смесителях, и по меньшей мере один контейнер, вмещающий реагент деэмульгирования, сообщенный с насосом. 13. Устройство по п.12, в котором множество смесителей содержит по меньшей мере один статический сдвиговый смеситель, вызывающий сдвиговую деформацию в смеси грязевого отстоя и реагента деэмульгирования для обеспечения дополнительного смешивания грязевого отстоя и реагента деэмульгирования. 14. Способ обработки нефтесодержащего грязевого отстоя, содержащий следующие стадии: нагрев грязевого отстоя в теплообменнике; закачка реагента деэмульгирования в грязевой отстой; осуществление сдвиговой деформации грязевого отстоя и реагента деэмульгирования; отделение компонента твердой фазы от жидкой фазы грязевого отстоя в гидроциклоне; выгрузка отделенного компонента твердой фазы на дно резервуара; перемещение отделенного компонента твердой фазы вдоль дна резервуара к выпускному отверстию твердой фазы; загрузка грязевого отстоя в резервуар и выгрузка жидкой фазы из резервуара в зону ее сбора. 15. Способ по п.14, дополнительно содержащий стадии отделения нефтяного компонента грязевого отстоя от водного компонента текучей фазы грязевого отстоя, выгрузки водяного компонента грязевого отстоя в зону сбора воды, выгрузки нефтяного компонента грязевого отстоя в зону сбора нефти.