CC BY
43
© H.K. Кондрашева, A.A. Бойцова, 2015
УДК: 665.613.22:544.77(470.13)
Н.К. Кондрашева, А.А. Бойцова
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ НЕФТЕЙ ТИМАНО-ПЕЧОРСКОЙ ПРОВИНЦИИ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ИХ СМЕСЕЙ ПРИ ПЕРЕКАЧКЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ
Описаны экспериментальные исследования реологических характеристик и коллоидной стабильности прогнозной смеси нефтей, ожидаемой в ближайшие 5 лет при транспортировке по магистральному нефтепроводу «Ухта-Ярославль». Изучено изменение стабильности нефтей Ярегского и Усинского месторождений при изменении процентного содержания одной нефти в другой и определено оптимальное содержание высоковязкой нефти в составе легкой в целях повышения параметров стабильности смеси и экономической эффективности. В ходе работы было изучено влияние термической и ультразвуковой обработок на предлагаемую смесь нефтей Ярегского и Усинского месторождений и представлены рекомендации по рабочему температурному диапазону. Экспериментально изучена температура застывания нефти после термообработки в течение месяца, сделан вывод о времени релаксации нефти вследствие температурного воздействия и необходимости использования данного вида обработки как метода, улучшающего температурные характеристики высоковязкой нефти.
Ключевые слова: высокопарафинистые нефти, высоковязкие нефти, смесь нефтей, коллоидная стабильность, вязкость, правило аддитивности, температура застывания.
Поступающие в сеть потоки нефти от конкретных месторождений нестабильны во времени и неоднородны по параметрам качества (по составу углеводородных компонентов, плотности, содержанию серы, воды, солей и механических примесей). Как конструкция сети, так и особенности расположения регионов добычи не позволяют транспортировать нефть от конкретных месторождений в пункты поставки (НПЗ, экспорт) с сохранением их первоначального качества. Система магистральных нефтепроводов технологически может обеспечить только транспортировку нефти в смеси, поэтому
остро встает вопрос о проблемах, связанных с совместной перекачкой разнородных нефтей.
В последние годы происходит увеличение доли высоковязких и высокозастывающих нефтей в общем объеме добычи нефти.
Для решения проблем, связанных с транспортировкой, необходимо изучить реологические свойства транспортируемых нефтей, исследовать коллоидную стабильность нефтей месторождений Тимано-Печорской нефтегазовой провинции, транспортируемых ОАО «Северные МН» по магистральному нефтепроводу «Усинск - Ухта - Ярославль».
Задачей настоящей работы является экспериментальное изучение коллоидной стабильности смеси нефтей Усинского и Ярегского месторождений, их вязкости, плотности и показателя стабильности при различных концентрациях тяжелой нефти в смеси.
Измерение параметра коллоидной стабильности исследуемых смесей проводилось на автоматическом анализаторе РОИЬА вЬХ, который является автоматическим анализатором для исследования стабильности тяжелых нефтепродуктов и определения совместимости нефтяных потоков.
В данной работе было проанализировано поведение значений Р-уа1ие и ксилольного эквивалента в зависимости от процентного содержания высоковязкой Ярегской нефти в вы-сокопарафинистой Усинской нефти. Протестировано 13 проб с содержанием Ярегской нефти от 1 до 50%.
В результате исследований было определено, что высоковязкая нефть Ярегского месторождения и высокопарафини-стая нефть, транспортируемая по магистральному трубопроводу «Усинск - Ухта» имеют низкий показатель Р-уа1ие относительно значений Р-уа1ие для их смесей.
При незначительном добавлении Ярегской нефти в Усин-скую параметр Р-уа1ие резко увеличивается, что говорит о повышении качества нефти. В промежутке от 5 до 7% имеется резкий спад показателя, который затем несколько увеличивается.
Следующим шагом было тщательное изучение физико-химических свойств и реологических характеристик смешиваемых компонентов.
В опытно-исследовательской лаборатории ООО «ЛУКОЙЛ — Ухтанефтепереработка» были приготовлены пробы смесей
различных концентраций нефти (от 0 до 100% Яреги). Измерения вязкости проводились на капиллярных вискозиметрах с различными диаметрами капилляров, которые соответствовали вязкости той или иной смеси. Анализы производились в термостате для поддержания заданной температуры.
Было изучено изменение плотности Ярегской и Усинской нефтей при 20 и 50 °С. Установлено, что при 20 °С имеются 2 пика отклонения показаний от правила аддитивности, в то время как при 50 °С второй пик смещается в сторону первого. Следует отметить, что значения плотности при смешении уменьшаются, что свидетельствует о существующем взаимодействии исследуемых нефтей. При содержании Ярегской нефти в пределах от 70 до 100% плотность полученных смесей соответствует значениям, полученным расчетным методом.
Следующим этапом был анализ значений вязкости от температуры проведения испытания. Исследуемую смесь Усинской и Ярегской нефти поместили в термостаты в широком диапазоне температур: от 2 до 50°С. При увеличении температуры вязкость исследуемой смеси уменьшается также не по правилу аддитивности.
Установлено, что концентрации Ярегской нефти до 20 % в смеси приводят к незначительному росту вязкости смеси. Например, 15% Ярегской нефти в смеси увеличивают вязкость смеси всего в полтора раза, при том что вязкости этих нефтей отличается в 130 раз. Установлено также, что небольшое добавление маловязкой Усинской нефти в Ярег-скую резко снижает вязкость смеси. Например, 20% Усинской нефти снижает вязкость смеси в 6 раз. Таким образом, целесообразно компаундировать парафинистую нефть и тяжелую нафтен-ароматическую для улучшения вязкостно-температурных характеристик и показателей стабильности, что в свою очередь улучшит не только транспортировку такой смеси, но и переработку.
Основными факторами, влияющими на отложение АС-ПО, являются физико-химические и реологические свойства перекачиваемой нефти, изменение температурного режима (охлаждение) нефти во время ее перекачки по трубопроводу, изменение содержания растворенных газов, характер режима перекачки (изменение давления, остановки и др.)
В последние годы происходит увеличение доли высоковязких и высокозастывающих нефтей в общем объеме добычи нефти.
Перекачка такой нефти в зимнее время по магистральным трубопроводам затруднительна. При охлаждении такой нефти увеличивается ее вязкость, а следовательно, повышается давление перекачки или же понижается пропускная способность (при постоянном давлении). При дальнейшем охлаждении нефть может образовать парафиновые пробки и вызвать серьезное повреждение, в результате чего нефтепровод надолго выводится из строя. Освобождение нефтепровода от застывшей нефти — тяжелая операция, на выполнение которой требуются длительное время и большие затраты труда.
Надежная и коммерчески выгодная эксплуатация таких трубопроводов в условиях, благоприятных для образования асфальто-парафиновых пробок требует не только создания методов борьбы с ними, но и профилактики появления таких застоев.
В настоящее время в основном используются методы разогрева (паром или горячей водой), химические, а также механические методы очистки трубопроводов. Все методы требуют больших финансовых затрат, технологически сложны, а иногда имеют негативное влияние на окружающую среду.
В связи с этим представляет интерес использования электромагнитного излучения для теплового воздействия на АСПО.
Первые и основные работы по применению электромагнитного излучения в нефтяной промышленности были направлены на интенсификацию добычи нефти путем воздействия на нефтяные пласты высокочастотным электромагнитным излучением. Электромагнитное поле, поглощаясь в них, приводит к уменьшению вязкости нефти при ее нагреве, разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул.
Ультразвук способствует еще и протеканию в нефтяных системах химических превращений, а также физической перестройки коллоидных систем. По этой причине в Ухтинском государственном техническом университете совместно с Санкт-Петербургским горным университетом были проведены исследования по влиянию ультразвука на снижение вязкости тяже-
лых нефтей. В наибольшей степени (при грамотном подборе режима) под влиянием УЗ-обработки снижается вязкость па-рафинистых нефтей, что, возможно, связано с перестройкой и разрушением «пространственного парафинистого каркаса», что, в конечном счете, еще и приведет к высвобождению воды и солей из него. Аналогичного рода исследования проводились и в рамках данной работы применительно к нефти Тимано-Печорской нефтегазовой провинции, транспортируемой ОАО «Северные МН» по магистральному нефтепроводу «Усинск -Ухта - Ярославль».
В данной работе был использован ультразвуковой технологический аппарат серии «Волна-М», назначение которого состоит в интенсификации процессов в жидких и жидкодисперс-ных средах методом полного погружения колебательной системы.
При нагревании нефти до определенной температуры и последующем охлаждении реологические параметры нефти претерпевают значительные изменения.
Методика исследования заключалась в следующем. Исследуемую пробу нефти тщательно перемешивали, заливали в 2 контейнера: один обрабатывали ультразвуком до заданных температур (40, 60, 80 °С), а другой нагревали в термошкафу до тех же температур в течение 30 минут. Затем измеряли значения вязкости в термостате при 10 °С.
Анализируя полученные результаты, можно сделать выводы о том, что влияние ультразвука и термообработки при температурах до 80 °С приводит к отрицательным результатам, т.е. транспортабельные характеристики нефти ухудшаются. Пиком ухудшения реологических свойств является температура термообработки 60 °С. В результате термообработки при 60 °С динамическая вязкость при 10 °С возросла в 1,7 раза. Только термообработка смеси нефтей при 80 °С приводит к улучшению реологических свойств. Снижение температуры застывания составило 20 °С, динамическая вязкость при 10 °С снизилась в 1,9 раза.
Таким образом, можно сделать вывод, что для данной нефти эффективнее использовать термообработку, либо ультразвуковое воздействие около 80°С, что не приведет к увеличению показателей вязкости, а также уменьшит вероятность выпадения АСПО нефти, которые в свою очередь опасны заку-
поркой проходного сечения трубопровода и выводу его из строя.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евдокимов, И.Н. Молекулярные механизмы вязкости жидкости и газа [Текст] / И.Н. Евдокимов, Н.Ю. Елисеев. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. - 59 с.
2. Евдокимов, И.Н. Отсутствие аддитивности свойств нефтяных сме-сей.[Текст] / И.Н. Евдокимов, А.П.Лосев, А.А.Фесан. -Бурение и нефть, 01, 2012. с.27-28.
3. Сюняев, З.И. Нефтяные дисперсные системы [Текст] / З.И. Сюняев, Р.З. Сюняев, Р.З. Сафиева. - М.: Химия, 1990. - 226 с.
4. ГОСТ 20287 «Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания»
5. ГОСТ 33 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости»
6. ГОСТ 2177 «Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава». ШИН
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Кондрашева Наталья Константиновна — профессор, зав. кафедрой,
Бойцова А.А. — аспирант, [email protected],
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
UDC 665.613.22:544.77(470.13)
INFLUENCE OF THE COMPOSITION AND PROPERTIES OF OILS TIMAN-PECHORA PROVINCE ON STABILITY MIXTURES DURING TRANSFER AND PROCESSING
Kondrasheva Natalia Konstantinovna, Doctor of technical science, Professor,Headof Department, e-mail: [email protected], National mineral resources university «University of Mines», Russia,
Boytsova Alexandra Alexandrovna, post-graduate student, e-mail: [email protected], National mineral resources university «University of Mines», Russia.
The present work is devoted to experimental research of rheological characteristics and colloidal stability forecast mixture of oil, expected in the next 5 years when transported through the trunk pipeline «Ukhta-Yaroslavl». We studied the change in the stability of oils Yarega and Usinsk fields in percent change one oil to another and found optimal percentage heavy oil in light oil for increasing value of stability and economy efficiency. In the course of work, the influence of thermal and ultrasound treatments on offer a mixture of oils Yarega and Usinsk fields and showed recommendation for working temperature range. Experimentally studied the pour point of an oil after heat treatment in a month, made a conclusion about oil relaxation time in consequence of temperature influence and a conclusion on necessity of use of this type of treatment as a method that improves thermal performance of petroleum oil.
Key words: high wax oil, high viscosity oil, oils mix, colloidal stability, viscosity, additivity law, temterature of solidification.
REFERENCES
1. Evdokimov, I.N. Molekuljarnye mehanizmy vjazkosti zhidkosti i gaza (Molecular mechanisms of viscosity of liquids and gas production) / I.N. Evdokimov, N.Ju. Eliseev. Moscow: RGU nefti i gaza im. I.M. Gubkina, 2005. 59 p.
2. Evdokimov, I.N. Otsutstvie additivnosti svojstv neftjanyh smesej (The lack of additiv-ity properties of the oil mixtures) / I.N. Evdokimov, A.P.Losev, A.A.Fesan. Burenie i neft', 01, 2012. pp.27-28.
3. Sjunjaev, Z.I. Neftjanye dispersnye sistemy (Oil disperse systems) / Z.I. Sjunjaev, R.Z. Sjunjaev, R.Z. Safieva. Moscow: Himija, 1990. 226 p.
4. GOST 20287 «Nefteprodukty. Metody opredelenija temperatur tekuchesti i zasty-vanija»
5. GOST 33 «Nefteprodukty. Prozrachnye i neprozrachnye zhidkosti. Opredelenie ki-nematicheskoj vjazkosti i raschet dinamicheskoj vjazkosti»
6. GOST 2177 «Nefteprodukty. Metody opredelenija frakcionnogo sostava».
