CC BY
29
УДК 622.692.
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОСАЖДЕНИЯ БАЛЛАСТОВ В ПЕРЕКАЧИВАЕМЫХ НЕФТЯНЫХ СМЕСЯХ
Г.Г. ИСМАЙЫЛОВ, д.т.н., проф. Э.Х. ИСКЕНДЕРОВ, к.т.н., доцент Ф.Б. ИСМАЙЫЛОВА, к.т.н., ассистент Г.А. ЗЕЙНАЛОВА, докторант
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (Азербайджанская Республика, AZ 1010, г. Баку, пр. Азадлыг, д. 34). E-mail: [email protected]
В работе представлены результаты лабораторных исследований по изучению кинетики осаждения балластов в нефтяных смесях на примере смешения сырых нефтей меторождений Азербайджана. Показано, что в зависимости от соотношения компонентов проявляются неаддитивные свойства основных показателей смеси (плотность, вязкость, температура застывания, содержание смол, асфальтенов, парафинов и механических примесей), которые необходимо учитывать при хранении и подготовке нефтяных смесей к транспортировке с целью избегания засорения трубопроводов.
Ключевые слова: смешение нефтей, балласты, кинетика, осаждения, физико-химические свойства, трубопроводный транспорт, осадки, неаддитивность.
Как известно, поступающие в транспортную сеть потоки нефти от отдельных месторождений нестабильны во времени и неоднородны по параметрам качества (по углеводородному составу, плотности, вязкости, содержанию серы, воды механических примесей, соли и т. д.). Конструкция сети и особенности расположения районов (регионов) добычи не позволяют транспортировать нефть от конкретных месторождений в пункты поставки с сохранением ее первоначального качества. Существующие системы внутрипромысловых и магистральных нефтепроводов технологически могут обеспечить только транспортировку нефти в смеси. Кроме того, из-за развития нефтяной отрасли возникают новые транспортные направления, разрабатываются и подключаются новые месторождения, меняются рынки сбыта, изменяется структура добычи. Поэтому задача непрерывного вмешательства с целью управления качеством является актуальной.
Для достижения благоприятных экономических результатов при переработке сырой нефти часто необходимо смешивать два или больше различных вида сырой нефти до проведения процессов переработки. Однако существуют специфические проблемы, связанные со смешиванием различных видов сырой нефти. Первой основной проблемой является несовместимость друг с другом, что приводит к засорению, иногда даже остановке оборудования (трубопроводы, резервуары, теплообменники, печи, ректификационные колонны и т. д.).
Другой основной проблемой, связанной со смешиванием сырых нефтей и других углеводородов, является возникновение эмульсий нефти и воды в системе.
Результаты проведенных исследований показывают, что одной из причин, вызывающих несмешиваемость различных сырых нефтей, является присутствием органических твердых веществ в виде осажденных асфальтенов в смеси нефтей. Известно, что асфальтены растворяются в аро-матосоединениях, таких как толуол, но не растворяются в
соединениях парафина, таких как п-пентан. Основной проблемой, связанной с присутствием асфальтенов в различных видах сырой нефти, является то, что асфальтены часто выпадают в осадок из раствора смесей различных нефтей. Проблемы смешивания нефтей остаются до конца не решенными, пока существует необходимость создания практических и экономически выгодных средств и способов определения способности к смешиванию разносортных нефтей.
Следует отметить, что ресурсы и усилия, направленные на развитие новых методов и технологий для решения проблемы смешивания нефтей, позволили достичь только частичного успеха в создании практических и экономически выгодных (рациональных) способов смешивания.
Исследования последних лет привели к выводу, что нелинейные отклонения свойств смеси разносортных нефтей от существующих моделей идеальных смесей скорее всего обусловлены структурными превращениями нефтяных нанофаз [1-3]. При концентрациях асфальтенов в смеси нефтей, соответствующих границам нанофаз, возможно возникновение нежелательных проявлений несовместимости.
Существующие в настоящее время различные модели рассматриваемых процессов пока не позволяют прогнозировать изменения показателей качества испытуемых нефтяных смесей с достаточной точностью, необходимой для инженерных расчетов. Поэтому существующие рекомендации по технологиям смешивания следует дополнить критериями с учетом взаимовлияния в составе отдельных компонентов, позволяющих производить необходимую оценку недопустимых, а также оптимальных концентраций асфаль-тенов и других высокомолекулярных химических соединений в перескачиваемых нефтяных смесях [4-5].
На примере различных нефтей установлено, что проявление несовместимости в нефтяных смесях может выражаться также в заметных аномалиях качественных показателей. В результате исследований были обнаружены неаддитивные свойства в нефтяных смесях [1, 4, 6].
1 • 2018
37
С целью изучения взаимовлияния компонентов в составе смеси были исследованы в лабораторных условиях различные пробы нефтей и их смеси. Согласно соответствующим ГОСТ были проведены исследования по определению содержания балластов в испытуемых системах.
Изменение количества балластов в различных смесях сырых нефтей месторождений Булла (БН) и Гарачухур (ГН) Азербайджана, представлены в табл. 1. Были исследованы изменения содержаний балластов в смеси нефтей БН и ГН в зависимости от массовой доли нефти ГН. Изменения количества балластов в нефтяных смесях - соли, воды и мехпри-месей, а также смол асфальтенов и парафинов (САП) и САП + мехпримесей в зависимости от массовой доли ГН представлены соответственно на рис. 1 и 2. Как видно, изменения содержания отмеченных балластов в смеси нефтей не происходит согласно правилу аддитивности. Это обстоятельство лишний раз подтверждает отсутствие правил аддитивности в нефтяных смесях.
Далее в стандартных лабораторных условиях исследовалась кинетика осаждения различных балластов в смеси указанных выше нефтей. Для этого сразу после приготовления каждая смесь при температуре 20 °С в течение суток была оставлена на отстой и через каждый час, согласно существующим ГОСТ, были определены количества осаждаемых балластов из нее. Результаты часовых замеров по определению количества осажденных балластов из смеси нефтей ГН и БН в процентном отношении составили 20:80
при стандартных условиях (табл. 2). В табл. 2 также приведены суммарные значения количества осадков балластов в течение одних суток.
На базе данных табл. 2 были построены зависимости изменения количества осажденных балластов: САП, мех-примеси, вода, соли, а также их суммарные значения во времени. Кинетика осаждения балластов из смеси нефтей представлена на рис. 3, а изменение суммарных значений балластов - на рис. 4. Как видно из рис. 3, основная часть всех балластов осаждается в течение 8-10 ч. Причем до 8 ч количество осадок интенсивно растет, а потом начинает резко падать. После 10 ч процесс осаждения замедляется и практически завершается.
Характер изменения суммарных значений балластов (САП + мехпримеси, воды, соли) во времени мало отличается (рис. 4). Как видно из рис. 4, суммарные количества балластов САП + мехпримеси, воды и соли, осажденных до 10 ч соответственно составляют 85, 83 и 65% от их суточных осадок.
Таким образом, проведенные нами лабораторные исследования показали, что при смешении различных нефтей в зависимости от их химического состава проявление несовместимости в смесях может выражаться также в интенсивном выпадении различных балластов, способных привести к засорению, иногда даже остановке промысловых технологических нефтепроводов.
Таблица 1
Изменение содержания балластов в смеси нефтей месторождений Булла [БН] и Гарачухур [ГН] Азербайджана
Балласты в смеси Массовая доля нефти ГН в смеси (БН+ГН)
0 1 0,05 1 0,10 1 0,15 1 0,20 1 0,30 1 0,35 1 0,40 1 0,42 1 0,44 1 0,46 1 0,48 0,50 1 0,52 1 0,54 1 0,56
Смола (С), % масс. 10,27 11,36 12,14 12,36 12,97 13,16 13,45 14,20 14,52 14,31 14,09 14,05 13,85 13,57 13,55 13,53
Асфальтены (А), % масс. 0,23 0,35 0,41 0,45 0,48 0,62 0,64 0,71 0,82 0,79 0,77 0,75 0,71 0,69 0,68 0,67
Парафины (П), % масс. 13,34 12,94 12,62 11,89 11,54 10,97 10,62 10,23 9,92 9,51 9,37 9,31 9,20 9,11 9,03 8,96
Мехпримеси (М), % масс. 5,72 Соли,мг/л 480,6
Содержание воды,% масс. 43,2
5,83 5,86 5,88 5,90 5,96 493,8 494,6 496,1 498,3 499,1 44,1 44,8 44,9 45,2 46,1
6,02 6,05 6,06 6,07 6,09 500,3 501,5 503,9 504,6 505,3 46,4 46,8 47,2 47,5 47,9
6,11 6,13 6,14 6,15 6,16 505,9 506,7 507,5 508,2 509,4 48,3 48,7 49,1 49,3 49,6
Содержание(САП + М), 29,56 30,48 31,03 30,58 30,89 30,71 30,73 31,19 31,32 30,68 30,32 30,22 29,89 29,51 29,41 29,32 % масс.
САП, % масс. 23,84 24,65 25,17 24,7 24,99 24,75 24,71 25,14 25,26 24,61 24,23 24,11 23,76 23,37 23,26 23,16
СА, % масс. 10,5 11,71 12,55 12,81 13,45 13,78 14,09 14,91 15,34 15,1 14,86 14,8 14,56 14,26 14,23 14,2
Окончание таблицы 1
Массовая доля нефти ГН в смеси (БН+ГН)
Балласты в смеси 0,58 0,60 0,62 0,68 0,75 0,80 0,85 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98
Смола (С), % масс. 13,51 13,48 13,46 13,45 13,41 13,31 13,26 13,23 13,22 13,21 13,20 13,18
Асфальтены (А), % масс. 0,66 0,65 0,64 0,63 0,58 0,55 0,56 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63
Парафины (П), % масс. 8,83 8,72 8,21 7,83 6,78 6,11 5,37 4,83 4,52 4,01 3,75 3,14
Мехпримеси (М), % масс. 6,17 6,18 6,19 6,22 6,25 6,29 6,32 6,35 6,36 6,37 6,38 6,40
Соли,мг/л 510,4 511,3 512,1 513,2 516,9 519,6 521,1 524,7 525,1 525,9 526,7 527,9
Содержание воды,% 50,1 50,3 50,4 51,2 51,8 52,3 53,1 53,8 54,9 55,1 55,4 55,7
масс.
Содержание(САП+М), % масс. 29,17 29,03 28,50 28,13 27,02 26,26 25,51 25 24,7 24,02 23,95 23,35
САП, % масс. 23 22,85 22,31 21,91 20,77 19,97 19,19 18,65 18,34 17,83 17,57 16,95
СА, % масс. 14,17 14,13 14,1 14,08 13,99 13,86 13,82 13,82 13,82 13,82 13,82 13,81
Рис. 1. Изменение содержания балластов соли (а) и воды (б) в смеси в зависимости от массовой доли ГН
530 525 520 515 510 505 500 495 490
0
0,8 1 Массовая доля ГН
0,8 1 Массовая доля ГН
Рис. 2. Изменение содержания балластов в смеси ГН-БН в зависимости от массовой доли ГН: 1 - содержание САП + мехпримеси; 2 - содержание САП; 3 - содержание СА
35
30
25
20
сц
15
10
6,5 6,4 6,3 6,2 6,1 6
5,9 5,8 5,7
—— 1 4—\
\ 2
^3
Таблица 2
Количество осажденных балластов из смеси ГН:БН (20:80%) при £ = 20 °С
0,2
0,4
0,6
0,8 1 Массовая доля ГН
0,7 0,8 0,9 1 Массовая доля ГН
а
0
б
Балласты Время, ч
123456789 10 11 12
САП + мехпримеси, % масс. 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,11 0,19 0,28 0,18 0,09 0,05 0,04
Суммарные САП+мехпримеси, 0,03 0,07 0,12 0,18 0,26 0,37 0,56 0,84 1,02 1,11 1,16 1,20 % масс.
Вода, % масс. 0,9 1,1 1,2 1,3 1,8 2,1 3,8 5,9 2,7 1,6 0,9 0,8
Суммарная вода, % масс. 0,9 2,0 3,2 4,5 6,3 8,4 12,2 18,1 20,8 22,4 23,3 24,1
Соли, мг/л 10,1 11,3 11,6 12,1 12,5 13,2 14,3 20,5 16,3 12,1 11,2 10,1
Суммарные соли, мг/л 10,1 21,4 33,0 45,1 57,6 70,8 85,1 105,6 121,9 134,0 145,2 155,3
Окончание таблицы 2
Балласты Время, ч
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
САП + мехпримеси, % масс. 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01
Суммарные САП + мехпримеси, 1,23 1,26 1,29 1,32 1,34 1,36 1,38 1,40 1,42 1,43 1,44 1,45 % масс.
Вода, % масс. 0,6 0,5 0,7 0,6 0,4 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1
Суммарная вода, % масс. 24,7 25,2 25,9 26,5 26,9 27,2 27,4 27,6 27,8 28,0 28,2 28,3
Соли, мг/л 9,1 6,2 9,3 8,3 5,2 4,8 4,5 4,1 3,9 3,5 3,7 3,6
Суммарные соли, мг/л 164,4 170,6 179,9 188,2 193,4 198,2 202,7 206,8 210,7 214,2 217,9 221,5
1 • 201 8 39
Рис. 3. Кинетика осаждения балластов из смеси ГН-БН Рис. 4. Изменение суммарных значений балластов
[20:80%] при Ь = 20 °С]
0,3
0
СО
5 0,25
1 0,2
I 0,15
X си
+ 0,1 <
° 0,05 0
7 6 5
ЕЙ 4 * 3
СО
° 2
со с 1 0
25 20
о
Л 15
£ 10
о о
5 0
12 16 20 24 Время осаждения, час
12 16 20 24 Время осаждения, час
12
16 20 24 Время осаждения, час
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евдокимов И.Н., Лосев А.П. Особенности анализа ассоциативных углеводородных сред. Применимость рефрактометрических методов // Химия и технология топлива и масел, 2007. № 2. С. 38-41.
2. Евдокимов И.Н., Лосев А.П. Проблема инверсии в промысловых водонефтяных эмульсиях. Традиционные представления и их экспериментальное обоснование // Бурение и нефть, 2010. № 3. С. 16-17.
3. Евдокимов И.Н. Нанотехнологии управления свойствами природных нефтегазовых флюидов. М.: МАКС-Пресс, 2010. 364 с.
4. Нурмамедова Р.Г., Исмайылов Г.Г. Об изменении показателей качества нефтей при их смешении // Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2013. № 1 (24). С. 19-27.
5. Исмайылов Г.Г., Серкебаева Б.С., Адыгезалова М.В. О некоторых проблемах промысловой подготовки нефти и воды // Известия вузов Азербайджана. 2016. Т. 18, № 1. С. 29-38.
6. Исмайылов Г.Г., Зейналов Р.Л., Адыгезалова М.В. Проявление несовместимости в нефтяных смесях // Теоретическая и прикладная механика, 2016. № 3-4 (43-44). С. 114-117.
INVESTIGATION OF DEPOSITION KINETICSOF OF BALLASTS IN THE PUMPED OIL
MIXTURES
ISMAILOV G.G., Dr. Sci. (Tech.), Prof.
ISKENDEROV E.KH., Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof.
ISMAILOVA F.B., Cand. Sci. (Tech.), assistant
ZEYNALOVA G.A., Doctoral Student
Azerbaijan State University of Oil and Industry (34, Azadlyg Ave., AZ 1010, Baku,
Azerbaijan Republic). E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The paper presents the results of laboratory studies on the kinetics of deposition of ballasts in oil mixtures on the example of mixing crude oil fields in Azerbaijan. It is shown that, depending on the ratio of components, non-additive properties of the main indicators of the mixture (density, viscosity, pour point, the content of resins, asphaltenes, paraffins and mechanical impurities) can appear, which must be taken into account when storing and preparing oil mixtures for transportation in order to avoid clogging of pipelines.
Keywords: oil mixing, ballasts, kinetics, deposition, physico-chemical properties, pipeline transport, precipitation, nonadditivity.
REFERENCES
1. Yevdokimov I.N., Losev A.P. Features of the analysis of associative hydrocarbon media. Applicability of refractometric methods. Khimiya i tekhnologiya topliva i masel, 2007, no. 2, pp. 38-41 (In Russian).
2. Yevdokimov I.N., Losev A.P. The problem of inversion in field water-oil emulsions. Traditional ideas and their experimental justification. Bureniye i neft, 2010, no. 3, pp. 16-17 (In Russian).
3. Yevdokimov I.N. Nanotekhnologii upravleniya svoystvami prirodnykh neftegazovykh flyuidov [Nanotechnology of management by properties of natural oil and gas fluids]. Moscow, MAKS-Press Publ., 2010 364 p.
4. Nurmamedova R.G., Ismayylov G.G. On the change in oil quality indicators when mixing them. VESTNIK Kazakhstansko-Britanskogo Tekhnicheskogo Universiteta, 2013, no. 1 (24), pp. 19-27 (In Russian).
5. Ismayylov G.G., Serkebayeva B.S., Adygezalova M.V. On some problems of oil and water production processing. Izvestiya vuzovAzerbaydzhana, 2016, vol. 18, no. 1, pp. 29-38 (In Russian).
6. Ismayylov G.G., Zeynalov R.L., Adygezalova M.V. Manifestation of incompatibility in oil mixtures. Teoreticheskaya i prikladnaya mekhanika, 2016, no. 3-4 (43-44), pp. 114-117 (In Russian).
1 • 2018
41
