CC BY
1ENGINEERING SCIENCES
CHOICE OF EFFECTIVE MEASURES TO PREVENT THE "WAXING" OF PIPES
I. Berdzenishvili, Professor, Georgian Technical University, Tbilisi, Georgia M. Siradze, Professor, Georgian Technical University, Tbilisi, Georgia G. Mamedova, Bachelor, Georgian Technical University, Tbilisi, Georgia
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30012022/7750
ARTICLE INFO ABSTRACT
Received: 12 November 2021 The article deals with the process of "waxing" of pipes and the choice of
Accepted: 12 January 2022 effective measures to prevent these negative phenomena. To assess the
Published: 30 January 2022 nature of asphalt-resin-paraffin deposits (ARPD) and select a further
- investigation scheme, the X-ray Spectral analysis was used. It is shown,
KEYWORDS that ARPD is a complex system structured by resinous-asphaltene
. . „ substances and paraffin-naphthenic or paraffin-aromatic hydrocarbons.
etfectiye measures5, waxing , Mass transfer of solid deposits to the pipe wall is described by the Fick's
deposits, pipe, glass-enamel c°atmgs. differential equation. In order to prevent "waxing" of pipes, compositions
of antiadhesive fluorine glass-enamel coatings with a high class of surface cleanliness are proposed.
Citation: I. Berdzenishvili, M. Siradze, G. Mamedova. (2022) Choice of Effective Measures to Prevent the "Waxing" of Pipes. World Science. 1(73). doi: 10.31435/rsglobal_ws/30012022/7750
Copyright: © 2022 I. Berdzenishvili, M. Siradze, G. Mamedova. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Введение. На сегодняшний день практически во всех системах транспорта нефти существует проблема отложения на стенках трубопровода парафина, смол, продуктов полимеризации и других осадков, что ухудшает гидродинамические характеристики трубопроводов. Проблема формирования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) стоит и при добыче нефти: существенно осложняется работа скважин, снижается эффективность эксплуатации нефтепромыслового оборудования [1-4].
Несмотря на применение различных мер по предотвращению комплексных отложений, проблема профилактики и борьбы с АСПО по-прежнему весьма актуальна для нефтяной промышленности.
Для облегчения понимания процесса «парафинизации» труб и выбора эффективных мер предупреждения этих негативных явлений в работе проведен анализ характера и состава комплексных отложений. Отметим, что в широком понимании «парафинизация» - это совокупность всех процессов, приводящих к образованию твердых органических отложений на поверхности оборудования [5].
Результаты исследований.
Тяжелые органические компоненты нефти, такие как асфальтены, парафины, смолы, адамантаны и их производные, металлоорганика содержатся в сырой нефти в различных формах и количествах. Именно эти соединения, выделяясь из нефти, являются основной причиной «парафинизации» труб.
Рентгеноспектральным методом при анализе АСПО установлено, что это не просто смесь различных органических и неорганических соединений, а сложная система, структурированная смолисто-асфальтеновыми веществами и парафино-нафтеновыми или парафино-ароматическими углеводородами.
18 1 (73), January 2022
RS Global
При изменении состояния газожидкостной смеси (колебания Т и Р) на внутренней поверхности труб и другого промыслового оборудования откладывается парафин и смолисто-асфальтеновые вещества, что приводит к образованию наростов и уменьшению исходного сечения труб.
Следует отметить, что смолы индивидуально не выделяются, а входят в состав смолисто-асфальтенового коллоида, чем и содействуют парафинообразованию. На долю этих веществ приходится 40-70 % от тяжелого нефтяного остатка (рис. 1).
Рис.1. Структура компонентов нефти, осаждающихся на поверхности стальных труб
В нефти также содержится около 30 углеводородов ряда адамантана. Шероховатость поверхности стальных труб, взаимодействия, происходящие на границе нефть-металл, пространственная молекулярная структура и адгезионные свойства углеводородов способствуют их прилипанию к твёрдым поверхностям. Часто наблюдаются скопления меркаптанов и металлоорганических соединений в области дефектов стенки трубы. Сформировавшиеся отложения содержат и продукты коррозии.
Массоперенос твердых отложений к стенке трубы описывается кинетическим уравнением диффузии Фика [6]:
йМ = —Б — йЛй1, йх
где йМ — количество продиффундированного вещества (отложений) за время Ж;
йС
--градиент концентрации по расстоянию от стенки трубы;
йх
Б — коэффициент молекулярной диффузии; йЛ — площадь осаждения.
Опыт показывает, что указанные проблемы можно решить, если вместо стальных труб применять трубы с внутренним стеклоэмалевым покрытием [7, 8].
Поставленная цель достигается использованием разработанных в Грузинском техническом университете функциональных составов стеклопокрытий для стальных труб. Состав используемых силикатных фтористых фритт приведен в таблице 1.
RS Global
1(73), January 2022 19
Таблица 1. Химический состав разработанных стеклофритт (мас. %)
Компоненты фритт Содержание, мас. %
X(SiO2+ TiO2 + ZrO2) 40,5 - 52,6
ЛАШ3+ B2O3) 10,7 - 20,3
I(Na2O+K2O + Na2SiF6) 30,8 - 36,3
I(Со2Oз+ ZnO+CuO) 2,5- 4,2
В работе использовался режим быстрого индукционного эмалирования внутренней поверхности труб при температуре 760-780°С. Исследования на микроанализаторе «MS-46 Cameca» контактной зоны «фтористое стеклопокрытие - металлическая подложка» показало, что с ростом времени обжига усиливается диффузия железа в расплав и скорость процесса
колеблется в пределах: 2 — 4 • 10 8 см2/сек.
Тонкий слой сформировавшегося в процессе обжига безгрунтового покрытия, толщиной около 470 мкм, отличается высокими электроизоляционными свойствами (0293 > 1010), стабильностью эксплуатационных свойств во времени, высокой сплошностью, прочностью на сжатие и истирание, высокими гладкостными характеристиками (степень чистоты поверхности: 0,10-0,12 мкм), обусловливающими весьма низкий коэффициент трения и отсутствие адгезии асфальтосмолопарафиновых выделений из нефтепродуктов.
Выводы. В качестве эффективных мер для предотвращения «парафинизации» труб нефтяного сортамента предложены составы однослойных антиадгезионных фтористых силикатноэмалевых покрытий с высоким классом чистоты поверхности.
В заключении отметим, что процесс «парафинизации» труб способны предотвратить и другие, например, эпоксидные, полимерные или полиэтиленовые покрытия. Однако наличие SiO2 песка в транспортируемой нефти приводит к истиранию таких покрытий, росту их шероховатости,
а, следовательно, и сил адгезии к парафину и смолисто-асфальтеновым веществам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бельтюков К.С. Анализ и выбор способов борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями на Камышловском месторождении нефти. Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых: материалы XIII Всерос. науч.-техн. конф. (г. Пермь, 18-19 ноября 2020 г.): в 2 т. - Пермь - Екатеринбург, 2020. Т. II. с. 41-47.
2. Moradi, S.; Amirjahadi, S.; Danaee, I.; Soltani, B. Experimental investigation on application of industrial coatings for prevention of asphaltene deposition in the well-string. J. Petrol. Sci. Eng. 2019, p. 181.
3. Nurgalieva, K.S.; Saychenko, L.A.; Riazi, M. Improving the Efficiency of Oil and Gas Wells Complicated by the Formation of Asphalt-Resin-Paraffin Deposits. Energies 2021, 14, 6673. https:// doi.org/10.3390/en14206673
4. Глущенко В.Н., Силин В.Н. Предупреждение и устранение асфальтеносмолопарафиновых отложений. Нефтепромысловая химия. - М.: Интерконтракт Наука, 2009. - 475 с.
5. Иванова Л.В., Буров Е.А., Кошелев В.Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения. Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №1. с. 268-284.
б. Diffusion and Kinetics. In: Modeling in Biopharmaceutics, Pharmacokinetics, and Pharmacodynamics. Interdisciplinary Applied Mathematics, vol 30. Springer, New York, NY. (2006) https://doi.org/10.1007/0-387-31910-7_2
7. I. Berdzenishvili, M. Siradze. To the Issue of Increasing the Efficiency of Operation of Energy Transmission Systems/ Journal of Energy and Power Engineering. USA, August 2016, Volume 10, Number 8, pp. 486-488.
8. Enerclear Team. Understanding a New Trend: In Situ Cleaning and Coating. May 14, 2018. https://www.corrosionpedia.com/understanding-a-new-trendin-situ-cleaning-and-coating/2/1841
20 1(73), January 2022
RS Global
