CC BY
50
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£
УДК 547.022.1
https://doi.org/10.24411/2310-8266-2020-10202
Влияние физико-химического воздействия на изменение вязкости тяжелых нефтей
Баку,
И.М. Руфанова1, А.Ю. Леонтьев1, О.Ю. Полетаева1, Э.Р. Бабаев2
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4620-3968, E-mail: ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3363-6841, E-mail: ORCID: http://orcid.org/0000-0002-9602-0051, E-mail:
2 Институт химии присадок им. акад. А.М. Кулиева НАН Азербайджана, AZ 1029, г. Азербайджанская Республика
ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7614-4797, E-mail: [email protected]
Резюме: В работе экспериментально исследовано совместное влияние на вязкость тяжелой нефти химического и СВЧ-воздействия. Был проведен анализ используемых реагентов и присадок для снижения вязкости тяжелых нефтей. Проведена серия экспериментов, в которых изучались изменения вязкости от продолжительности и мощности СВЧ-воздействия при введении в нефть химического реагента. Установлено влияние добавления реагента на вязкость тяжелой нефти, а также СВЧ-воздействия при разных режимах на эффективность снижения вязкости. Показана эффективность совместного физико-химического воздействия для снижения вязкости тяжелой нефти. Ключевые слова: высоковязкие тяжелые нефти, прямой нагрев, СВЧ-воздействие, химическое воздействие, реагент, ксилол, нефтяная дисперсная система, вязкость.
Для цитирования: Руфанова И.М., Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю., Бабаев Э.Р. Влияние физико-химического воздействия на изменение вязкости тяжелых нефтей // Не-фтеГазоХимия. 2020. № 2. С. 9-12. D0I:10.24411/2310-8266-2020-10202
Благодарность: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-55-06018, а также при финансовой поддержке Фонда развития науки при президенте Азербайджанской Республики № EIF-BGM-4-RFTF-1/2017-21/12/4.
CHANGE OF HEAVY OIL VISCOSITY AFTER THE PHYSICAL AND CHEMICAL IMPACT Inna M. Rufanova1, Alexander YU. Leontyev1, Olga YU. Poletaeva1, Elbay R. Babayev2
1 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4620-3968, E-mail: ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3363-6841, E-mail: ORCID: http://orcid.org/0000-0002-9602-0051, E-mail:
2 Institute of Chemistry of Additives after Academician A.M. Guliyev, Azerbaidjan National Academy of Sciences, AZ1029, Baku, Azerbaidjan Republic
ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7614-4797, E-mail: [email protected]
Abstract: In this work, combined chemical and microwave influence on the heavy oil viscosity was experimentally investigated. An analysis of the reagents and additives used to reduce heavy oils viscosity was carried out. A series of experiments was conducted in which were studied dependence of the viscosity changes from the duration and power of microwave exposure with the addition of chemical reagent in oil. It was established the effect of reagent addition, as well as microwave exposure in different modes to the heavy oil viscosity reduction. Keywords: extra heavy crude oil, direct heating, microwave irradiation, chemical treatment, reagent, oil disperse system, viscosity, xylol.
For citation: Rufanova I.M., Leontyev A.YU., Poletaeva O.YU., Babayev E.R. CHANGE OF HEAVY OIL VISCOSITY AFTER THE PHYSICAL AND CHEMICAL IMPACT. Oil & Gas Cheymistry. 2020, no. 2, pp. 9-12. DOI:10.24411/2310-8266-2020-10202
Acknowledgments: The reported study was funded by RFBR according to the research project No 18-55-06018. This work was supported by the Science Development Foundation under the President of the Republic of Azerbaijan-Grant No EIF-BGM-4-RFTF-1/2017-21/12/4.
Для улучшения реологических свойств тяжелой нефти, влияющих на ее добычу, подготовку и транспортировку, находят широкое применение методы физико-химического воздействия [1-12]. Существенное снижение вязкости нефти достигается при комбинированном физико-химическом воздействии: магнитном, СВЧ, электрическом, ультразвуковом совместно с химическими реагентами (табл. 1).
Исследования влияния физического воздействия на высоковязкие тяжелые нефти проводились в работах [3, 4, 13, 14].
В работе нами было исследовано влияние физико-химического воздействия на вязкость тяжелой нефти месторождения Волго-Уральского нефтегазоносного бассейна. Свойства исследуемой нефти представлены в табл. 2, 3.
В работе проведена серия экспериментов по исследованию изменения вязкости тяжелой нефти при комбинированном воздействии электромагнитного СВЧ-поля и химического реагента.
Ранее нами было исследовано влияние реагента Az-5 (щелочная композиция присадок на основе отходов нефтеперерабатывающей (КЩО) и жироперерабатывающей (соапсток) промышленностей) на вязкость тяжелой нефти. Данный реагент обладает защитным эффектом от сероводородной и бактериальной коррозии, является эффективным компонентом композиций для повышения коэффициента нефтеизвлечения и позволяет снизить вязкость нефти, но только на 5-11%. Так как реагент не позволяет значительно снизить вязкость, нами на основе анализа результатов химического воздействия (см. табл. 1), был выбран доступный недорогой ксилол. Концентрация реагента в нефти составляла 2% об.
Определение вязкости нефти проводилось на ротационном вискозиметре Брукфилда на образцах нефти до и после добавления реагента и СВЧ-воздействия. Перед началом измерений образцы помещали в криотермо-
2 • 2020
НефтеГазоХимия 9
Таблица 1
Химические реагенты для снижения вязкости тяжелых нефтей
Присадка Концентрация Изменение вязкости, % Источник Вывод
СИМ:И-40А (алкенилсукциминид мочевины и индустриальное масло) 0,03-0,05% мас. 11-14 [1] Улучшение реологических свойств парафинистых и высокопарафинистых нефтей.
СНПХ-2005 800 г/т 28,5-86,3 В условиях ламинарного режима течения нефти
Полиэфир 3603-2-12 100 г/т 40-54,4 [2] полиэфир 3603-2-12 оказывает более стабильное и значительно большее влияние на снижение вязкости нефти, чем реагент СНПХ-2005
Ксилол 2% масс. 27
Бутилацетат 2% масс. 23 [3] Наибольшего эффективного снижения вязкости нефти удается достичь при совместном воздействии ультразвука и химического реагента
Ксилол и последующая УЗО 2% об. 44
Бутилацетат и последующая УЗО 2% об. 38
Толуол 2% об. 26 [4] Наибольшего снижения вязкости нефти удается
Толуол и последующая УЗО 2% об. 35 достичь при совместном воздействии УЗ и химического реагента
Бензол 15-60 Введение соединений с достаточно сильным
Этилбензол 1-5% об. 15-57 [5] межмолекулярным взаимодействием приводит к изменению вязкостных свойств битуминозной нефти, причем это зависит от способа смешения
Изопропилбензол 14-55
Метилнафталин 10-61 добавки с нефтью и от природы вводимого реагента.
ТНХС-15.0 (12,5% масс. раствор в толуоле композиции синтезированных по верхностно-активных веществ) 100-200 г/м3 35-55 [6] Эффективен в качестве ингибитора образования АСПО
Нафтеновая кислота 200-500 г/т 25 [7] Способствуют увеличению скорости течения
Эфир нафтеновой кислоты 20-80 г/т эмульсионной нефти
Карбоксилат натрия 20-50% масс. 25 [8] Присадка для снижения вязкости тяжелых фракций нефти - гудронов
Депрессорная присадка, в состав которой входят неионогенное ПАВ, реагент с депрессорными свойствами и растворитель 0,02 и 0,04% масс. 43,82-55,71 [9] Снижает температуру застывания и вязкостные свойства высокопарафинистых нефтей при их добыче, транспорте и хранении.
ДМН-2005 (композиция на основе сополимеров этилена и винилацетата в специально подобранном ароматическом растворителе) 65,5-68,6 [10] Снижает температуру застывания и улучшает прокачиваемость нефти при пониженных температурах, позволяет предотвратить отложения парафинов в нефтепроводах
25% АФ9-6 в абсорбенте 50/370 с водой в соотношении 1:2 (НПАВ8,3, растворитель - 25,0 вода - 66,7), % об. 0,05% 16
10% АФ9-6 в нефрас 150/330 (НПАВ10, растворитель - 90), % об. 20 [11] Смешение углеводородного раствора НПАВ со сверхвязкой нефтью многократно снижает вязкость нефти
15% АФ9-6 в бензине висбрекинга с водой в соотношении 1:2 (НПАВ5,0, растворитель - 28,3, вода - 66,7), % об. 44
15% АФ9-4 в абсорбенте А-2 (НПАВ15, растворитель - 85), % об. 8,4
ТНПС (темные нефтеполимерные смолы) 0,03-0,05 4,75-35,0 [12] Наблюдается эффективное снижение вязкости нефти в интервале температур от 20 °С до близкой к температуре застывания
Таблица 2
Свойства и компонентный состав исследуемой тяжелой нефти
Свойства при 20 °С
Компонентный состав, % масс.
вязкость, углево-
ность,
, 20 мПа-с дороды
бензольные смолы
спир-
тобен- асфаль-зольные тены смолы
0,9487 ~1000
69,3
16,7
9,4
4,6
Таблица 3
Элементный состав тяжелой нефти
Содержание элемента, %
ST
Зола
Следы (0,24)
82,08
12,72
4,5
Отсутствует
N
С
Н
S
4
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£ ■о-
Зависимость вязкости нефти (без добавления реагента) от температуры (при 20 С показаны результаты замера вязкости после хранения проб после СВЧ-воздействия в течение 48 ч)
— зависимость вязкости от температуры
после обработки СВЧ 800 Вт 1 мин t=20
после обработки СВЧ 800 Вт 2 мин t=20
-х- после обработки СВЧ 540 Вт 1 мин t=20
-и- после обработки СВЧ 540 Вт 2 мин t=20
после обработки СВЧ 800 Вт 2 мин t=25
после обработки СВЧ 800 Вт 1 мин t=23
-«- после обработки СВЧ 540 Вт 1 мин t=1f
после обработки СВЧ 540 Вт 2 мин t=22
1 600
1 500
1 400
1 300
1 200
1 100
о
CD 1 000
IZ
900
ь G 800
§
СП к 700
m
600
500
400
300
200
100
0
30 40 Температура, °С
60
Зависимость вязкости нефти с добавлением реагента от температуры (при 20 °С показаны результаты замера вязкости после хранения проб после СВЧ-воздействия в течение 48 ч)
700
зависимость вязкости от температуры
после обработки СВЧ 540 Вт 1 мин t=20
после обработки СВЧ 800 Вт 1 мин t=20
после обработки СВЧ 800 Вт 2 мин t=20
после обработки СВЧ 540 Вт 2 мин t=20
после обработки СВЧ 540 Вт 1 мин t=24
после обработки СВЧ 540 Вт 2 мин t=26
после обработки СВЧ 800 Вт 2 мин t=27
после обработки СВЧ 800 Вт 1 мин t=30
30 40 50 Температура, °С
гистерезисные петли практически не наблюдаются или из-за колебания температуры находятся в пределах погрешности.
На рис. 1, 2 по кривой зависимости вязкости от температуры (при прямом нагреве) видно, что добавление 2% об. существенно снижает вязкость тяжелой нефти (на 45%).
Следующим этапом исследований была обработка нефти с помощью электромагнитного СВЧ-поля на режиме 540 Вт и 800 Вт с продолжительностью 1 и 2 мин. После каждой обработки замеряли температуру и снимали кривую течения, а чтобы оценить, как изменяется вязкость со временем, проводили замеры вязкости после 48 ч хранения при температуре 20 °С (температура поддерживалась криотермостатом).
В результате экспериментов было выявлено, что наиболее существенное снижение вязкости достигается при комбинированном воздействии СВЧ-полей мощностью 540 Вт и введении химического реагента - 2% об. ксилола. СВЧ-воздействие мощностью 540 Вт в течение 1 мин вызвало снижение динамической вязкости на 40% по сравнению с аналогичным СВЧ-воздействием без введения реагента. Увеличение мощности СВЧ-воздействия до 800 Вт и времени воздействия до 2 мин позволило снизить динамическую вязкость на 33% по сравнению с аналогичным СВЧ-воздействием без введения реагента. СВЧ-воздействие мощностью 800 Вт на нефть с реагентом в течение 1 мин привело к снижению вязкости на 30%. По сравнению с вязкостью исходных образцов нефти снижение вязкости нефти при физико-химическом воздействии составило 55-60%.
Безусловно, совместное воздействие эффективно снижает вязкость тяжелой нефти. Но СВЧ-воздействие позволило снизить вязкость нефти без реагента с 900-700 мПа-c до 400-150 мПа-c; для нефти с добавлением реагента изменение составило с 400-300 мПа-c до 330-120 мПа-c. Наиболее эффективным является режим СВЧ-воздействия при 800 Вт в течение 2 мин (необходимо отметить, что влияние добавления реагента при данном воздействии незначительно).
При хранении эффект от физического воздействия сохраняется, так как вязкость тяжелой нефти без реагента после СВЧ-воздействия снижается с 1055 мПа-c до 700-600 мПа-c, а при добавлении реагента до 500-400 мПа-c.
Заключение
Рис. 1
Рис. 2
стат, выдерживали до достижения заданной температуры после чего снимали кривые течения. Погрешность измерений - до 3%, колебание температур при замерах не превышало 1 °С.
Экспериментально получено, что кривые течения нефти как до, так и после добавления реагента имеют линейный характер, что позволяет отнести ее к ньютоновским жидкостям. Нефть не проявляет тиксотропных свойств, так как
Исследования показали, что нефти при СВЧ-воздействии, несомненно, изменяют свои реологические свойства в зависимости от режима и продолжительности обработки, очевидно потому, что формируется новая нефтяная дисперсная система. Так, можно отметить, что по отдельности химическое и физическое воздействие для данной нефти более эффективно и совместное воздействие нецелесообразно.
2 • 2020
НефтеГазоХимия 11
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ № 2 337 942 C1 Депрессорная присадка для парафинистых и высокопарафинистых нефтей / Егоров С.А., Сироткин Е.Г., Раченко А.Ф., Прозорова И.В., Лоскутова Ю.В., Юдина Н.В., Хомченко Н.А. Опубл. 10.11.2008. Бюл. № 31.
2. Мурсалова М.А., Асадов М.Ф., Рзаев Ю.Р. Исследования полимерных ПАВ в качестве вязкостных присадок нефтей месторождений южного региона Азербайджана // Журнал Всесоюзного НИИ по строительству, эксплуатации трубопроводов и объектов ТЭК. 2011. № 2. С. 35-38.
3. Толмачев П.В., Градов О.М. Изучение воздействия кавитации и реагентов на реологические свойства высоковязкой нефти // Сб. науч. тр. Межд. науч.-техн. конф., посв. 105-летию со дня рождения А.Н. Плановского. М.: Изд-во РГУ им. А.Н. Косыгина, 2016. Т. 2. С. 188-191.
4. Ершов М.А., Муллакаев М.С., Баранов Д.А. Снижение вязкости нефти с применением ультразвуковой обработки и химических реагентов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2011. № 4. С. 22-26.
5. Фахрутдинов Р.З., Ганиева Т.Ф., Каримова Р.Р., Галиуллин Э.А. Влияние поляризуемых добавок на вязкостные свойства битуминозной нефти // Нефтепереработка и нефтехимия, 2015. № 4. С. 48-50.
6. Нелюбов Д.В., Шабаров А.Б., Важенин Д.А. Реагент комплексного действия для трубопроводного транспорта нефти // Нефтепромысловое дело. 2016. № 6. С. 56-61.
7. Мамедов Э.А., Асадов М.Ф., Мусаев Т.П. Исследование влияния химических реагентов на вязкость эмульсионных нефтей // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. № 5. С. 156-162.
8. Патент РФ № 2 537 843 C2 Присадка для снижения вязкости тяжелых фракций нефти / Шпербер Е.Р., Боковикова Т.Н., Шпербер Д.Р., Шпербер Р.Е., Шпербер Б.Е., Дун Л.И., Дун М.И. Опубл. 10.01.2015. Бюл. № 1.
9. Матиев К.И., Ага-Заде А.Д., Алфасарова М.Э., Ахмедов Ф.М. Депрессорная присадка для высокозастывающих парафинистых нефтей // Науч. тр. НИПИ Нефтегаз ГНКАР, 2018. № 3. С. 32-37.
10.Безгина А., Шапкина Л., Литвинова В. и др. Применение депрессорных присадок при транспортировке нефти // Бурение и нефть. 2004. № 4. С. 34-36.
11.Амерханов М.И., Рахимова Ш.Г., Андриянова О.М. Исследование возможности применения углеводородных растворов неионогенных поверхностно-активных веществ для снижения вязкости сверхвязких нефтей // Сб. науч. тр. ТатНИПИнефть, 2011. С. 158-166.
12.Копытов М.А., Бондалетов В.Г., Прозорова И.В., Филатов Д.А. Исследование присадок на основе влияющих на реологические свойства нефти темных нефтеполимерных смол // Экологический вестник России. 2016. № 10. С. 29-34.
13.Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю., Мовсумзаде Э.М. Влияние физико-химического воздействия на вязкость тяжелых высоковязких нефтей // Нефтепереработка и нефтехимия. 2017. № 6. С. 10-12.
14.Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю. Современные методы снижения вязкости высоковязких тяжелых нефтей // Тез. докл. XII Межд. учеб.-науч.-практ. конф. «Трубопроводный транспорт - 2017». Уфа: Изд-во УГНТУ, 2017. С. 429-430.
REFERENCES
1. Yegorov S.A., Sirotkin YE.G., Rachenko A.F., Prozorova I.V., Loskutova YU.V., Yudina N.V., Khomchenko N.A. Depressornaya prisadka dlya parafinistykh
i vysokoparafinistykh neftey [Depressor additive for paraffinic and highly paraffinic oils]. Patent RF, no. 2 337 942, 2008.
2. Mursalova M.A., Asadov M.F., Rzayev YU.R. Research of polymeric surfactants as viscous additives of oils from fields in the southern region of Azerbaijan. Zhurnal Vsesoyuznogo NII po stroitel'stvu, ekspluatatsii truboprovodov i ob"yektov TEK, 2011, no. 2, pp. 35-38 (In Russian).
3. Tolmachev P.V., Gradov O.M. Izucheniye vozdeystviya kavitatsii i reagentov na reologicheskiye svoystva vysokovyazkoy nefti [Study of the impact of cavitation and reagents on the rheological properties of high-viscosity oil]. Trudy Mezhd. nauch.-tekhn. konf., posvyashchennoy 105-letiyu so dnya rozhdeniya A.N. Planovskogo [Proc. of Int. scientific and technical Conf., dedicated to the 105th anniversary of the birth of A.N. Planovsky]. Moscow, 2016, pp.188-191.
4. Yershov M.A., Mullakayev M.S., Baranov D.A. Reducing oil viscosity using ultrasonic treatment and chemical reagents. Oborudovaniye i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa, 2011, no. 4, pp. 22-26 (In Russian).
5. Fakhrutdinov R.Z., Ganiyeva T.F., Karimova R.R., Galiullin E.A. Influence of polarizable additives on the viscosity properties of bituminous oil. Neftepererabotka ineftekhimiya, 2015, no. 4, pp. 48-50 (In Russian).
6. Nelyubov D.V., Shabarov A.B., Vazhenin D.A. Complex action reagent for pipeline transportation of oil. Neftepromyslovoye delo, 2016, no. 6, pp. 56-61 (In Russian).
7. Mamedov E.A., Asadov M.F., Musayev T.P. Study of the effect of chemical reagents on the viscosity of emulsion oils. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta, 2018, vol. 20, no. 5,
pp. 156-162 (In Russian).
8. Shperber YE.R., Bokovikova T.N., Shperber D.R., Shperber R.YE., Shperber B.Ye., Dun L.I., Dun M.I. Prisadka dlya snizheniya vyazkosti tyazhelykh fraktsiy nefti [Additive for reducing the viscosity of heavy oil fractions]. Patent RF, no. 2 537 843 C2, 2015.
9. Matiyev K.I., Aga-Zade A.D., Alfasarova M.E., Akhmedov F.M. Depressant additive for highly solidifying paraffinic oils. Nauchnyye trudy NIPI Neftegaz GNKAR, 2018, no. 3, pp. 32-37 (In Russian).
10. Bezgina A., Shapkina L., Litvinova V. Use of depressants in oil transportation. Bureniye ineff, 2004, no. 4, pp. 34-36 (In Russian).
11. Amerkhanov M.I., Rakhimova SH.G., Andriyanova O.M. Investigation of the possibility of using hydrocarbon solutions of nonionic surfactants to reduce the viscosity of super-viscous oils. Sborniknauchnykh trudov TatNIPIneff, 2011, pp. 158-166 (In Russian).
12. Kopytov M.A., Bondaletov V.G., Prozorova I.V., Filatov D.A. Study of additives based on dark oil-polymer resins affecting the rheological properties of oil. Ekologicheskiy vestnikRossii, 2016, no. 10, pp. 29-34 (In Russian).
13. Leont'yev A.Yu., Poletayeva O.YU., Movsumzade E.M. Influence of physicochemical effects on the viscosity of heavy high-viscosity oils. Neftepererabotka ineftekhimiya, 2017, no. 6, pp. 10-12 (In Russian).
14. Leont'yev A.YU., Poletayeva O.YU. Sovremennyye metody snizheniye vyazkosti vysokovyazkikh tyazhelykh neftey [Modern methods for reducing the viscosity of high-viscosity heavy oils]. TrudyXII Mezhd. ucheb.-nauch.-prakt. konf. «Truboprovodnyy transport - 2017» [Proc. of XII Intern. academic-scientific-practical Conf. "Pipeline transport - 2017»]. Ufa, 2017, pp. 429-430.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Руфанова Инна Михайловна, к.т.н., доцент кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Леонтьев Александр Юрьевич, аспирант кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Полетаева Ольга Юрьевна, д.т.н., проф. кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Бабаев Эльбей Расимович, к.х.н, в.н.с., Институт химии присадок им. академика А.М. Кулиева НАН Азербайджана.
Inna M. Rufanova, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines. Ufa State Petroleum Technological University.
Alexander YU. Leontyev, Postgraduate Student of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines. Ufa State Petroleum Technological University.
Olga YU. Poletaeva, Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines. Ufa State Petroleum Technological University.
Elbey R. Babaev, Cand. Sci. (Chem.), Leading Researcher, Institute of Chemistry of Additives after Academician A.M. Kuliev, Azerbaidjan National Academy of Sciences.
