CC BY
214
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
шо-
УДК 547.022.1
https://doi.org/10.24411/2310-8266-2018-10204
Влияние СВЧ-воздействия на изменение вязкости высоковязких тяжелых нефтей
*
А.Ю. ЛЕОНТЬЕВ, аспирант кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин
О.Ю. ПОЛЕТАЕВА, д.т.н., проф. кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин
ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1). E-mail:[email protected] Э.Р. БАБАЕВ, к.х.н., н.с.
П.Ш. МАМЕДОВА, д.х.н., проф., руководитель лаборатории «Присадки к СОЖ» Институт химии присадок им. акад. А.М. Кулиева НАН Азербайджана (Азербайджанская Республика, AZ 1029, г. Баку, Беюкшорское шоссе, 2062 квартал). E-mail: [email protected], E-mail: [email protected]
В работе экспериментально исследовано воздействие прямого нагрева и СВЧ-воздействия на высоковязкую нефть. В качестве образцов для исследования использовали нефти Вол-го-Уральского нефтегазоносного бассейна. Была проведена серия экспериментов, в которых изучались изменения вязкости от продолжительности и мощности СВЧ-воздействия. Установлено влияние температуры на вязкость образцов нефти при прямом и СВЧ-нагреве. Показано, что СВЧ-воздействие более эффективно для снижения вязкости. Также было выявлено влияние времени физического воздействия на изменения вязкости нефти при хранении.
Ключевые слова: высоковязкие тяжелые нефти, прямой нагрев, СВЧ-воздействие, нефтяная дисперсная система, кривые течения, динамическая вязкость.
Основные мировые запасы углеводородов сосредоточены именно в тяжелой нефти. Одной из наиболее важных тенденций, наблюдаемых в современном нефтедобывающем секторе, является снижение добычи легкой нефти и нефти средней плотности. Запасы нефти, удобные для добычи и транспортировки, истощаются ускоренными темпами. В РФ степень выработанности запасов осваиваемых нефтегазовых месторождений достигла 60%, при этом добыча ведется с использованием сверхинтенсивных технологий. Другие месторождения находятся в северных районах и содержат трудноизвлекаемые запасы тяжелой нефти и сложные подгазовые залежи. В конце XX века для улучшения транспортабельных свойств активное развитие получили физические воздействия (электромагнитные излучения) на высоковязкие тяжелые нефти [1].
В работах [2-5] были рассмотрены методы физического воздействия на реологические свойства и время релаксации.
Высоковязкие тяжелые нефти относятся к слабопрово-дящим жидкостям, поэтому стоит углублено изучить возможности воздействия на них с помощью сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных полей, которые обладают большей энергией по сравнению с энергией колебаний ультразвуковой частоты.
Преимущество СВЧ по сравнению с традиционными технологиями нагревания заключается в том, что это объ-
емный экологически чистый нагрев, характеризующийся не только высоким коэффициентом преобразования СВЧ-энергии в тепловую, но и избирательностью. Поэтому открывается возможность применения так называемых гибридных схем разогрева диэлектриков, так как будут разогреваться те составляющие нефти, которые имеют высокие значения диэлектрических потерь.
Нами было исследовано СВЧ-воздействие на высоковязкие тяжелые нефти с целью снижения вязкости.
Эксперименты проводились с неф-тями Волго-Уральского нефтегазоносного бассейна (образецы № 1 и № 2).
Определение вязкости нефти образцов № 1 и № 2 проводилось на ротационном вискозиметре Брукфилда. Перед началом измерений образцы нефти помещали в криотермостат, выдерживали до достижения температуры 20 °С и снимали кривые течения. По полученным данным было установлено, что нефть образца № 1 относится к неньютоновским жидкостям, является псевдопластичной (рис. 1), так как отношение напряжения сдвига к скорости сдвига понижается на малых скоростях и становится постоянным при больших скоростях сдвига, и кривая течения становится линейной. Кривая же течения образца № 2 имеет линейный характер (рис. 2), эта нефть относится к ньютоновским жидкостям. Обе нефти не проявляют тиксотропных свойств, так как гистерезисные петли (см. рис. 1, 2), которые образовались из-за колебания температуры, находятся в пределах погрешности. Погрешность измерений до 3%, колебание температур при замерах не превышало 1 °С. Вязкость нефти: образец №1 - 7258,4512 мПа-с, образец № 2 - 184,7605 мПа-с.
Также были сняты кривые течения образцов нефти при разных температурах, с тем чтобы установить влияние температуры в результате прямого нагрева на вязкость нефти (рис. 3, 4).
Следующим этапом исследований была обработка нефти с помощи СВЧ-электромагнитного поля. Каждый образец подвергался обработке на режиме 540 Вт с продолжительностью 1 и 2 мин. После каждой обработки замеряли температуру и снимали кривую течения, затем охлаждали на криотермостате до 20 °С и так же снимались кривые течения.
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-55-06018.
2 • 2018
НефтеГазоХимия 25
-о1
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
Рис. 1
Кривая течения образца №1 (1 = 20 °С)
Скорость сдвига, сек-1
Рис. 3
Зависимость вязкости жидкости
Температура, °С
Рис. 2
Кривая течения образца № 2 (1 = 20 °С)
Скорость сдвига, сек-1
Рис. 4
Зависимость вязкости жидкости от температуры (образец № 2)
Температура, °С
После СВЧ-обработки в течение 1 мин температура нефти (образец № 1) ! = 26 °С, значение вязкости 2936,3734 мПа-с; при прямом же нагреве вязкость нефти при данной температуре составляет 7258,4512 мПа-с, а после СВЧ-обработки в течение 2 мин температура нефти (образец № 1) ! = 30 °С, значение вязкости 316,7324 мПа-с, при прямом же нагреве вязкость нефти при данной температуре составляет 3623,2578 мПа-с (см. рис. 3). После СВЧ-обработки в течение 1 мин температура второго образца нефти (образец № 2) ! = 24 °С, значение вязкости 118,7746 мПа-с; при прямом нагреве вязкость нефти при данной температуре составляет 125,0872 мПа-с, а после СВЧ-обработки в течение 2 мин температура нефти (образец № 2) ! = 26 °С, значение вязкости 65,9859 мПа-с; при прямом же нагреве вязкость нефти при данной температуре составляет 115,9856 мПа-с (см. рис. 4).
Так как значение вязкости после СВЧ-обработки ниже, чем при той же температуре при прямом нагреве, воз-
можно, при увеличении времени воздействия происходят изменения в нефтяной дисперсной системе (НДС). Причем, необходимо отметить, что СВЧ-воздействия наиболее эффективно для псевдопластичной жидкости (образец № 1).
Кроме того, с целью выявления изменения вязкости нефти после физического воздействия при хранении пробы после СВЧ-воздействия через 48 ч помещали в криотер-мостат и выдерживали до достижения температуры 20 °С, после чего и снимали кривые течения.
В результате было выявлено, что нефть (проба 1 образца № 1), которая подвергалась СВЧ-воздействию в течение 1 мин, не только восстановила свои реологические свойства при хранении, но даже наблюдается незначительное повышение вязкости при сравнении с исходным состоянием, а вот вязкость нефти (проба 2 образца № 1), которая подвергалась СВЧ-воздействию в течение 2 мин, уменьшилась по сравнению с исходным состоянием
26 НефтеГазоХимия
2•2018
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
1ИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ -#
Рис. 5
Гистограмма изменения вязкости образца № 1 после хранения
8000
Нагрев до 20 °С После обработки После обработки Хранение Хранение (48 часов) СВЧ 540 Вт СВЧ 540 Вт (48 часов) и нагрев и нагрев до
1 минута t = 24 2 минуты t = 26 до 20 'С 20 'С (проба № 2)
(проба № 1) (проба № 2) (проба № 1)
(рис. 5). А вот вязкость нефти (образец № 2) после СВЧ-воздействия в течение 1 и 2 мин при хранении, наоборот, значительно повысилась по сравнению с исходным состоянием (рис. 6). Здесь также можно предположить, что при СВЧ-воздействии произошло изменение в НДС, которое повлекло за собой образование более тяжелой НДС в образце № 2 и более легкой в образце № 1, что и повлияло на изменения вязкости образцов нефтей при хранении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бикмухаметова Г.К., Абдуллин А.И., Емельянычева Е.А.и др. Природные битумы. Перспективы использования // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, № 18.
2. Муллакаев М.С., Абрамов В.О., Баязитов В.М. и др. Исследование влияния ультразвукового воздействия и химических реагентов на реологические свойства вязких нефтей. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2011. № 5. С. 24-27.
3. Бойцова А.А., Кондрашева Н.К. Изменение свойств тяжелой ярегской нефти под действием магнитных полей и СВЧ // Химическая технология. 2016.
Рис. 6
Гистограмма изменения вязкости образца № 2 после хранения
350 -
Нагрев до 20 °С После обработки После обработки Хранение Хранение (48 часов) СВЧ 540 Вт СВЧ 540 Вт (48 часов) и нагрев и нагрев до 1 минута t = 24 2 минуты t = 26 до 20 'С 20 'С (проба № 2)
(проба № 1) (проба № 2) (проба № 1)
Заключение
Исследования показали, что нефти при СВЧ-воздействии несомненно, изменяют свои реологические свойства в зависимости от режима и продолжительности обработки. Можно предположить, что формируется новая нефтяная дисперсная система, которая, в свою очередь, может не только улучшать реологические свойства, но и ухудшать их.
Т. 17. № 1. С. 14-18.
4. Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю., Мовсумзаде Э.М. Влияние физико-химического воздействия на вязкость тяжелых высоковязких нефтей // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2017. № 6. С. 10-12.
5 Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю. Современные методы снижения вязкости высоковязких тяжелых нефтей. Уфа. Трубопроводный транспорт - 2017: Тез. докл. XII Междунар. учеб.-науч.-практ. конф. 429-430 с.
INFLUENCE OF MICROWAVE EXPOSURE ON THE CHANGE OF THE VISCOSITY OF HIGHLY VISCOUS HEAVY OIL
leontyev a.yu., Postgraduate Student of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines poletaeva o.Yu., Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines Ufa State Petroleum Technological University (USPTU) (1, Kosmonavtov St., 450062, Ufa, Russia). E-mail: [email protected] babayev e.r., Cand. Sci. (Chem.), Researcher.
mamedova p.sh., Dr. Sci. (Chem.), Prof., Head of laboratory «Additives to Cutting Fluids».
Institute of Chemistry of Additives after Academician A.M. Guliyev (Azerbaijan Republic, AZ1029, Baku, Beyukshor Highway, Block 2062). E-mail: [email protected], E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The effect of direct heating and microwave exposure on highly viscous oil has been experimentally investigated. Oils from the Volga-Ural oil and gas-bearing basin were used as test item. There were carried out a series of experiments in which were studied changes of viscosity from the duration and power of microwave exposure. Influence of the temperature on the viscosity of oil samples during direct and microwave heating were determined. It is shown that microwave exposure is more effective for viscosity reducing. The influence of time of physical action on changes in oil viscosity during storage was also revealed.
Keywords: highly viscous heavy oil, direct heating, microwave exposure, oil disperse system, flow curves, dynamic viscosity.
REFERENCES
1. Bikmukhametova G.K., Abdullin A.I., Yemel'yanycheva Ye.A., Sibgatullin R.I., Mullakhametova L.I., Mustafina A.M. Natural bitumen. Prospects of use. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta, 2016, vol. 19, no. 18 (In Russian).
2. Mullakayev M.S., Abramov V.O., Bayazitov V.M., Baranov D.A., Novotortsev V.M., Yeremenko I.L. Investigation of the influence of ultrasonic action and chemical reagents on the rheological properties of viscous oils. Oborudovaniye
1 tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa, 2011, no. 5, pp. 24-27 (In Russian).
3. Boytsova A.A., Kondrasheva N.K. Change in the properties of heavy Yaregh oil under the influence of magnetic fields and microwave. Khimicheskaya
2 • 2018
tekhnologiya, 2016, vol. 17, no. 1, pp. 14-18 (In Russian).
4. Leont'yev A.YU., Poletayeva O.YU., Movsumzade E.M. Influence of the physicochemical effect on the viscosity of heavy highly viscous oils. Neftepererabotka i neftekhimiya. Nauchno-tekhnicheskiye dostizheniya i peredovoy opyt, 2017, no. 6, pp. 10-12 (In Russian).
5. Leont'yev A.Yu., Poletayeva O.YU. Sovremennyye metody snizheniye vyazkosti vysokovyazkikh tyazhelykh neftey [Modern methods of reducing the viscosity of high-viscosity heavy oils]. Trudy XII Mezhdunarodnoy^ uchebno-nauchno-prakticheskoy konferentsii [Proc. the XII International scientific and practical conference]. Ufa, 2017, pp. 429-430.
He$Tefa3oXMMMfl 27
