Способы улучшения вязкости высокопарафинистых нефтей для обеспечения их транспортировки

АННОТАЦИЯ

В последние годы важная часть добычи и транспортировки нефти обеспечивается включением в процесс разработки месторождений с тяжелыми, высоковязкими нефтями. Высокое содержание парафина в нефти осложняет и удорожает процессы ее добычи, транспортировки и переработки. В работе изучены и проанализированы основные направления добычи и транспортировки высокопарафинистых нефтей.

ABSTRACT

In recent years, an important part of oil production and transportation is provided by the inclusion of heavy, high-viscosity oils in the development process. High paraffin content in oil complicates and increases the cost of its production, transportation and processing. The main directions of production and transportation of high-paraffin oils were studied and analyzed.

Ключевые слова: нефть, вязкость, поверхностно-активные вещества, разбавитель, гидротранспорт, термообработка.

Keywords: oil, viscosity, surfactants, diluents, hydrotransport, heat treatment.

В отличие от обычных нефтей, высокопарафинистой нефти являются ассоциированными дисперсными системами. Это усложняет не только их извлечение, но также обработку и транспортировку. Высокое содержание парафина в нефти не только увеличивает стоимость ее добычи и транспортировки, но и усложняет процесс. Такие нефти невозможно добывать, перерабатывать и транспортировать без использования специальных технологий. Поэтому необходимо всесторонне изучить технологии добычи, транспортировки и переработки. Ниже мы анализируем основные методы, используемые в этой области.

1. Горячая перекачка. Это один из первых методов, разработанных для разогрева парафиновых нефтей, упрощения транспортировки и улучшения их реологических свойств.

Во время процесса «горячая перекачка» нефть нагревается до температуры ньютоновской жидкости [5], таким образом, она становится более подвижной и легче прожигается по трубам. Обычно температуру высокозастывающей нефти принудительно повышают на головной и промежуточных тепловых станциях, которые оборудованы печами или теплообменниками. Такой способ транспортировки нефти с подогревом используется как в странах СНГ, так и в других странах Европы и Азии [6]. Это связано с тем, что в этих районах широко распространены нефтеперерабатывающие заводы и месторождения нефти с высоким содержанием парафина. Однако у этого метода есть некоторые недостатки:

• загрязнение окружающей среды продуктами переработки;
• частичная потеря перекачиваемой нефти в нагревательных печах;
• невозможность обеспечить теплоизоляцию, которая является дорогостоящим процессом;
• неудобство использования этого метода транспортировки парафиновой нефти по магистральным трубопроводам.

2. Нефтяной гидротранспорт. Нефтяной гидротранспорт – это транспортировка стабильной эмульсии «нефть в воде» с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ). Этот способ значительно распространен с 60-х годах ХХ века в Европе. После смешивания с водным раствором ПАВ нефть распространяется в воде, а ПАВ адсорбируются на поверхности капелек нефти. Вязкость эмульсий уменьшается за счет потери контакта между частицами нефти и внутренней поверхностью трубопроводов. Таким образом, благодаря образованию водяного кольца по всей внутренней поверхности трубы смесь нефть – вода перемещается вдоль трубы [6; 2].

Эмульсия подготавливается на головных сооружениях нефтепровода при температуре 25 °С в специальных сепараторах или центробежных насосах. Эмульсия должна быть нестабильной при высоких температурах (90–97 °С), чтобы была возможность отделить воду от нефти в конце трубопровода [8]. Сегодня используются более ста различных поверхностно-активных веществ, количество и качество которых растут день ото дня.

Основные недостатки гидротранспорта нефти, т.е. способа повышения текучести высокопарафинистой нефти:

• затраты энергии при водной перекачке;
• в нормальных условиях составляют 25–30 % объема от общего количества добываемой нефти;
• необходимость очистки воды от ПАВ на конечной стадии перед выполнением следующих этапов.

3. Использование разбавителей. Этот способ считается наиболее эффективным способом, применяемым для транспортировки высокопарафинистых нефтей.

В качестве разбавителей используются маловязкие нефти и газовый конденсат или же нефтепродукты (дизельное топливо, легкие дистилляты и т.д.). Вязкость смеси уменьшается, что приводит к снижению энергозатрат на перекачку. Этот способ улучшения реологических свойств нефтей хорошо изучен. Однако единственным препятствием для его распространения является экономически необоснованный процесс доставки разбавителя в место добычи высокопарафинистых нефтей. Получить разбавители возможно посредством термического нагрева перекачиваемой высoкoпарафинистой нефти [1]. С помощью способа термического нагрева перекачка нефти может производиться с изъятием легкой фракции или без него. При этой технологии нефть передается непосредственно в перегоночную установку, где она сортируется по дистиллятам, газам и остаткам. Остатки с перегоночной установки поступают на установку легкого крекинга, и осуществляется процесс термического разложения при 430–460 °С. В этом процессе термическое разложение тяжелых нефтяных фракций в трубопроводе приводит к снижению средней молекулярной массы и вязкости остатка. В результате термического разложения образуются различные фракции, которые объединяются, образуя новую систему с улучшенными реологическими свойствами по отношению к исходному компоненту [2; 7]. В этом процессе можно использовать установку стабилизации газа вместо устройства прямой перегонки нефти и передавать сырую нефть на линию термического разложения.

Эта технология в основном предназначена для нефти с высокой вязкостью и высоким содержанием асфальто-смолистых веществ, а также нефтей с содержанием тяжелых углеводородов нафтеного-aрoмaтического ряда и небольших количеств бензиновых фракций. Серьезным недостатком этого способа является снижение качества легких фракций из-за значительного увеличения количества ненасыщенных углеводородов.

4. Термическая обработка. Практика перекачки подогретых высокопарафинистых нефтей показывает, что термическая обработка при низких температурах может снизить кристаллическую структурную прочность нефти и уменьшить вязкость нефти. Суть этого метода состоит в том, чтобы нагреть нефти до определенной температуры (около 90 °С) и охладить ее с определенной скоростью (10–20 К/ч) в статическом и динамическом режиме. [4].

Твердые парафиновые углеводороды растворяются при процессе термообработки. При последующем охлаждении нефти образуются кристаллы парафинов. Этих кристаллы можно комбинировать с асфальто-смолистыми веществами. В результате изменяется структура кристаллов парафиновых углеводородов. Это означает, что асфальто-смолистые вещества нейтрализуют процесс парафинового склеивания и передвигают старт процесса образования структур в область пониженных температур.

Скорость охлаждения различна для каждого нефти. В этом процессе температура застывания, сопротивление сдвигу в статическом потоке и эффективная вязкость являются минимальными. Условия охлаждения также играют значимую роль в качестве реологических свойств термически обрабатываемой нефти.

Экспериментальные исследования показывают, что кристаллизация парафинов, которые плавятся при низких температурах, не зависит от скорости охлаждения воска [2; 3]. Поэтому для большинства схем термообработки рекомендуется приводить в движение первое охлаждение, пропуская горячую нефть через теплообменники, в которых происходит процесс нагревания потока нефти, движущегося навстречу. Последующие этапы охлаждения выполняются в нормальных условиях с заданной частотой.

Основными недостатками этого метода являются:

• вторичный нагрев термически обработанной нефти до 250–470 °С, что в высокой степени уменьшает эффект термической обработки;
• реологические свойства нефти ухудшаются из-за условий транспортировки и хранения;
• восстановление начальных реологических свойств добываемой нефти задерживается на 3–4 дня из-за теплового воздействия частиц, что способствует появлению беспросветной структурной сетки.

Заключение. Растущий спрос на нефть и нефтепродукты также требует быстрого развития нефтеперерабатывающей промышленности. Необходим инновационный подход для решения таких проблем, как разработка новых нефтяных месторождений, создание более эффективных методов добычи и транспортировки, широкое внедрение безотходных технологий в нефтеперерабатывающей промышленности. Широкое использование современных технологий позволяет увеличить скорость переработки (коэффициент извлечения нефти). Поэтому новые технологии, направленные на привлечение всех типов нефтяных остатков на месторождениях, являются приоритетными.

Список литературы:
1. Агапкин В.М. Трубопроводы для транспортировки высоковязкой и застывающей нефти. – М. : Информнефтегазстрой, 1982. – С. 23.
2. Изучение реологических свойств нефти с высоким парафином для трубопроводного транспорта / Нгуен Дак Тханг, С.В. Ларионов, И.Н. Гришина, В.А. Винокуров // Технологии нефти и газа. – 2018. – № 4. – С. 41–44.
3. Инструкция по применению классификации запасов и перспективных ресурсов нефти и газа. TCVN 5133-90.
4. Инструкция по технологии бурения скважин в породах фундамента при поглощениях бурового раствора. РД СП 78-04. – Вунгтау, 2004.
5. Карамышев В.Г., Мамонов Ф.А., Садуева Г.Х. Подготовка высокопарафинистой нефти к трубопроводному транспорту // Труды Института проблем транспорта энергоресурсов. – 2004. – Вып. 63. – С. 87–88.
6. Комплексный сервис при трубопроводном транспорте. – 2012 / [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mirrico.ru/files/presentations.
7. Осложнения в нефтедобыче: монография / Н.Г. Ибрагимов, А.Р. Хафизов, В.В. Шайдаков [и др.]. – Уфа, 2003. – С. 133.
8. Применение присадок для снижения гидравлического сопротивления и увеличения производительности трубопроводов / Д.Л. Рахманкулов, Б.Н. Мастобаев [и др.] // Башкирский хим. журнал. – 2003. – Т. 10. – № 4. – С. 59–62.