CC BY
465
УДК 621.65.05
Н. Ю. Башкирцев;!, О. Ю. Сладовская
ОСОБЕННОСТИ ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Ключевые слова: высоковязкая нефть, перекачка нефти, пристенный слой, тепловые и волновые методы.
В статье приведен обзор способов трубопроводного транспорта высоковязких нефтей, основанных на перекачке нефти по маловязкому пристенному слою с применением тепловых и волновых методов воздействия, различных маловязких углеводородных разбавителей или композиционных составов.
Keywords: High viscous oil, oil pumping, wall layer, thermal and wave methods, pipeline transport.
The article provides an overview of high-viscosity oil pipeline transport, based on pumping oil at thelow-viscosity wall layer using thermal and wave methods, different low-viscosity hydrocarbon solvents and complex compounds.
Мировые геологические ресурсы тяжелых нефтей оцениваются в 700 млрд. т, что соизмеримо с мировыми запасами обычной нефти. В республике Татарстан на долю высоковязких нефтей приходится 39,5% всех запасов, а в последние годы за счет выработки активных ресурсов легких нефтей с р<0,870 г/см3, намечается тенденция к увеличению количества добычи тяжелых высоковязких нефтей. Подготовка и особенно транспортировка таких неф-тей является сложной задачей.
Оптимизация процессов транспортировки нефтяных систем по трубопроводам связана с проблемой уменьшения гидродинамического сопротивления. Частично эта проблема может быть решена в результате улучшения технических характеристик труб, насосного оборудования, резервуарного парка и т. д. Однако принципиально новое решение возможно при специальном целенаправленном воздействии на нефтяные системы до этапа транспортировки или непосредственно в ходе самой транспортировки.
Существующие способы трубопроводного транспорта высоковязких нефтей можно раз-делить на несколько групп.
1. Способы, основанные на перекачке нефти по маловязкому пристенному слою.
В этом случае в центральной стрежневой части трубопровода движется более вязкая жидкость, чем в наружной кольцевой области. Пристенный слой может образоваться за счет подлива пресной или пластовой воды с добавкой различных ПАВ, в результате чего в объеме потока образуется структура типа нефть в воде, которая обладает значительно меньшим гидродинамическим трением по сравнению с потоком безводной нефти [1-3].
В [4] описан способ транспортировки вязкой нефти, за счет образования кольцевой оболочки из жидкости - эмульсии легких углеводородов в воде, плотность которой близка или равна плотности перекачиваемой нефти.
Одним из методов снижения гидравлических сопротивлений в трубопроводе является уменьшение шероховатости стенок. При помощи малых добавок различных веществ стенки промышленных трубопроводов с естественной шероховатостью можно приблизить к гидравлически гладким, т. е. искусственно увеличить толщину пограничного
слоя и тем самым свести гидравлические потери до минимума.
В [5] периферийный кольцевой поток в трубопроводе создают путем закачки азота с температурой более 500С, затем закачивают эмульсию серного ангидрида с азотом. Благодаря химической активности серного ангидрида в полости труб создается несмываемая гидрофильная поверхность, которая препятствует адгезии высокомолекулярных компонентов и облегчает транспортировку высоковязких нефтей.
Нетрадиционный метод формирования кольцевого пристенного слоя предложен в [6]. Перед смешением с водой часть нефти обрабатывают озоном. Озонированную нефть диспергируют в потоке воды со слабощелочной реакцией. Образующиеся в результате реакции с озоном кислородосо-держащие соединения придают нефти высокую поверхностную активность и способность образовывать маловязкие эмульсии прямого типа.
Однако при подкачке пресной или пластовой воды в трубопровод можно получить и весьма нежелательный результат - образование стойких водонефтяных эмульсий, которые резко ухудшают условия перекачки. Присутствие минеральных солей в виде кристаллов в нефти и раствора в воде вызывает усиленную коррозию металла трубопроводов и оборудования, затрудняет переработку нефти. Наличие механических примесей способствует образованию трудноразделимых эмульсий, повышает абразивный износ трубопроводов, затрудняет переработку нефти.
2. Способы, в которых улучшение реологических свойств и повышение эффективности транспорта перекачиваемой нефти достигается за счет физических воздействий.
Здесь можно выделить большую группу методов основанных на образовании тепловых эффектов под воздействием различных физических полей. В ряде работ [7] сообщается о положительном влиянии переменного
электрического поля на реологические свойства неньютоновских нефтей. В [8] и [9] в качестве источника тепла для высоковязких нефтей используют мощный ультразвук.
Применение высокочастотных
электромагнитных полей в областях частот,
совпадающих с собственными частотами вращения дипольных моментов жидкости, способствует возникновению магнитореологи-ческого эффекта [10]. Этот метод является эффективным для улучшения реологических свойств аномально вязких нефтей.
Известным является факт изменения физико-химических свойств углеводородов при ударно-волновом воздействии. При этом про-цессы, протекающие в нефти являются не только следствием изменения давления и температуры; по-видимому, под действием ударной волны происходит механохимическия деструкция, то есть разрыв макромолекулярных цепей. Увели-чение содержания в нефти более простых и, следовательно, маловязких компонентов приво-дит к уменьшению вязкости нефтей и улучшению их реологических характеристик после прохож-дения ударных волн [11].
При проведении опытов с нефтями, содержащими значительные количества САВ, было установлено, что под действием магнитного поля происходит существенное уменьшение предельного напряжения сдвига и вязкости. В [12] описан способ транспортировки нефти с обработкой импульсно-циклическим магнитным полем переменной напряженности. В результате обработки изменяются реофизические характе-ристики жидкости.
3. Способы, в которых за счет введения различных маловязких углеводородных разбавителей или композиционных составов уменьшается вязкость и температура застывания нефтей.
В качестве разбавителей могут использоваться маловязкий углеводородный компонент [13], топочный газ [14], простые или сложные эфиры с числом атомов углерода С5-12 [15], продукты переработки попутных нефтяных газов (смесь легких ароматических углеводородов - бензола, толуолов и ксилолов) [16].
Для снижения температуры застывания вводятся депрессорные присадки, которые представляют собой смеси поверхностно-активных веществ: нафтенат алюминия [17], смесь азотистых ПАВ и смачивающих реагентов [18], гидроксилаты алюминия на основе нафтеновых кислот, промышленных фракций синтетических жирных кислот С17-20; С18-23; С10-16 или жирных кислот С10-18 [19].
Однако, введение растворителей приводит к существенному удорожанию транспортировки неф-тей, а добавка депрессантов эффективна лишь для парафинистых нефтей, вязкость которых увеличивается вследствие наличия большого количества вы-сокозастывающих парафиновых углеводородов.
Еще один способ снижения вязкости нефтей это применение добавок - противотурбулентных присадок. При переходе к развитому турбулентному течению, характеризующемуся большими потерями энергии, чем при ламинарном режиме течения, происходит резкое изменение скорости от пристеночной области к объемной. Физико-химический механизм добавок [20] связан с ламинаризацией турбулентного потока, изменением его структуры, уменьшением интенсивности поперечных турбу-
лентных пульсаций и поперечного переноса импульса при одновременном увеличении толщины пристенного слоя.
Таким образом, перечисленные способы трубопроводного транспорта нефтей направлены на повышение эффективности транспортировки высоковязких нефтей и водонефтяных эмульсий посредством:
- снижения структурной вязкости, статического и динамического напряжения сдвига нефти;
- предотвращения образования АСПО и их сорбции на поверхности трубы;
- предотвращения образования обратных эмульсий в потоке и разрушения ранее образованных;
- уменьшения реальной шероховатости трубы и увеличения диаметра проходного сечения за счет отмыва с ее поверхности АСПО;
- олеофобизации внутренней поверхность
трубы.
Все это можно достичь, изменяя условия взаимодействия на границах раздела фаз дисперсная фаза - дисперсионной среда и дисперсионная среда - металл [21]. Наиболее эффективным в этой системе будет применение ПАВ и композиций на их основе обладающих многофункциональным действием.
Литература
1. А. с. 465501 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ трубопроводного транспорта высокопарафинистой нефти.
2. А. с. 1260632 СССР, МКИ И7 Б 1/17. Способ транспортирования высоковязких нефтей.
3. А. с. 1642189 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ транспортировки по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов.
4. А. с. 485277 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ транспортировки вязкой нефти.
5. Патент РФ 2028538, МКИ И7 Б 1/16. Способ транспортирования высоковязких нефтей.
6. Патент РФ 2105923, МКИ И7 Б 1/16. Способ трубопроводного транспорта высоковязких нефтей.
7. Саяхов Ф. Л. Радиофизические методы в процессах добычи высоковязких нефтей. -/ РЖ «Горное дело», 1984, -12с. -Деп. в ВИНИТИ №6129-83.
8. Патент РФ 2042876, МКИ И7 Б 1/16. Способ снижения температуры застывания высокопарафинистых неф-тей.
9. Гаврина Т. Е. и др. Применение акустического прогрева для повышения продуктивности нефтяных скважин // Ядерногеофизические и геоакустические методы исследования скважин при целенаправленном воздействии на пласт. -М.: РЖ «Горное дело», 1983. -С.64-67.
10. Дыбенко В. П. Пути практического применения высокочастотного электромагнитного воздействия на пласты высоковязких нефтей и битумов. -М.: РЖ «Горное дело», 1983, -15с. -Деп. в ВНИИОЭНГ №1002.
11. Изменение свойств нефтей при ударно-волновом воздействии /А. Ф. Максименко, Н. Ю. Елисеев, Ю. С. Ша-хиджанов, А. А. Максименко, Д. Ю. Елисеев // Известия ВУЗов. Серия «нефть и газ». -2000, -№3. -С.24-31.
12. Шаммазов А. М. Исследование влияния оптимальных концентраций асфальтосмолистых веществ и парафина на реологические характеристики высоковязких нефтей при транспорте по магистральным трубопроводам // Инженерно-физич. журн. -1984, -Т.46, №6. -с.984-986.
13. А. с. 492703 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ трубопроводного транспортирования смеси высокозасты-вающей нефти с маловязким низкозастывающим углеводородным разбавителем.
14. А. с. 631746 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ трубопроводного транспорта высоковязких и смолосодержа-щих нефтей.
15. А. с. 1451435 СССР, МКИ И7 Б 1/17. Способ подготовки высоковязкой тяжелой нефти к трубопроводному транспорту.
16. Патент РФ 2089778, МКИ И7 Б 1/16. Способ подготовки высоковязких и парафинистых нефтей к трубопроводному транспорту.
17. А. с. 504046 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ подготовки высоковязкой парафинистой нефти к транспорту.
18. А. с. 987277 СССР, МКИ И7 Б 1/16. Способ подготовки высоковязкой парафинистой нефти к транспорту.
19. А. с. 145434 СССР, МКИ И7 Б 1/17. Способ подготовки и транспортировки по трубопроводу высоковязких нефтей и нефтепродуктов.
20. Патент РФ 2124160, МКИ И7 Б 1/16. Способ транспортировки неньютоновской парафинсодержащей углеводородной жидкости по трубопроводу.
21. Ахматов А. С. Молекулярная физика граничного трения. -М.: Физматгиз, 1963. -257с.
© Н. Ю. Башкирцев; - д.т.н., проф., зав каф. ХТПНГ КНИТУ, bashkircevan@bk.ru; О. Ю. Сладовская - к.т.н., доцент той же кафедры, olga_sladov@mail.ru.
© N. Yu. Bashkirceva, doctor of technical sciences, prof., head of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of KNRTU, bashkircevan@bk.ru; O. Yu. Sladovskaya, PhD in technical sciences, associate professor of technology of petroleum and gas processing" department of KNRTU, olga_sladov@mail.ru.
