Улучшение текучести нефти с применением комбинационного способа понижения вязкости

АННОТАЦИЯ

В статье приведено описание комбинационных (химического и механического) методов для улучшения текучести нефти. Для метода использованы отходы местных предприятий в качестве ПАВ, в результате была понижена вязкость нефти.

ABSTRACT

The article describes the application of a combination (chemical and mechanical) method to improve oil flow. This method uses waste from local enterprises and lowers the viscosity of oil.

Ключевые слова: нефть, вязкость, присадка, транспортировка, текучесть, смеситель, отход.

Keywords: oil, viscosity, additive, transportation, fluidity, mixer, waste.

Введение. В последние годы основная доля добычи нефти приходится на труднодоступные и обводненные нефти. За счет высокой вязкости таких нефтей и трения по поверхности породы движение в горных породах замедляется. Благодаря управлению вязкостью таких нефтей можно будет увеличить скорость добычи, эффективно организовать транспортировку по трубопроводам.

Обзор литературных источников. Повышенная вязкость нефти и нефтяных эмульсий обусловлена высоким содержанием в них асфальтенов, парафинов, смол, количества воды, механических примесей, особенно сульфида железа. Каждое месторождение имеет свои особые свойства, исходя из этого различают состав, физико-химические свойства нефти и нефтяных эмульсий [1; 2; 9].

Вязкость определяет скорость течения жидкости при ее движении через узкие трубопроводы и зазоры (в частности, в узлах трения), а также при движении вдоль твердых стенок, т.е. во всех тех случаях, когда число Рейнольдса мало. Заметим, что при равных вязкостях и скоростях течения турбулентность наступает раньше в широких трубопроводах, чем в узких.

Наконец, влияние вязкости на течение зависит от плотности. Несмотря на то что вязкость газов значительно меньше, чем жидкостей, ее значение для характеристики течения газов не менее велико, так как отношение плотности газов и жидкостей больше, чем отношение их вязкостей [2; 6].

Значение вязкости в течении жидкости не ограничивается тем, что она является основным фактором сопротивления течению. Существует и другое ее значение: вязкость обусловливает передачу скорости от слоя к слою текущей жидкости, т.е. действует как фактор, формирующий непрерывное скоростное поле потока. Нами изучены физико-химические характеристики местных нефтей, транспортируемых по трубопроводу (табл. 1).

Таблица 1.

Физико-химические показатели местных нефтей

Из табл. 1 видно, что нефти месторождений Амударья, Коштар, Кокайти имеют высокие плотности и вязкости, чем нефти, месторождений Кокдумалак и Акжар. Так, например, кинематическая вязкость нефтей месторождений Кокдумалак и Акжар при 20 °С равна 14,1 и 12,6 мм²/с соответственно, а месторождений Амударья, Коштар, Кокайти при этих же условиях равна 31,2; 25,7 и 41,8 мм²/с соответственно. Такая же примерно картина повторяется и при 50 °С, что еще раз подтверждает необходимость индивидуального изучения состава и свойств местных нефтей, которые проясняют причины такого изменения.

На месторождениях Узбекистана (Амударья, Коштар и Кокайти) добываемая нефть содержит парафина на 7–7,5 % больше, чем нефть месторождений Кокдумалак и Акжар. Содержание силикогелевых смол в нефтях месторождений Амударья, Коштар и Кокайти больше на 4,5–5 %, чем в нефтях месторождений Кокдумалак и Акжар. Также можно сказать и о наблюдениях по содержанию асфальтенов и серы относительно этих же месторождений Узбекистана [9; 7].

Следовательно, при транспортировке нефтей, сильно различающихся по составу и содержанию компонентов, смешивать их нецелесообразно. Согласно известной классификации к легким следует относить нефти с плотностью от 830 до 870 кг/м³, содержащие парафин в составе нефти не более 5 %; к парафинистым следует относить нефти, содержащие более 5 % парафина и имеющие температуру застывания от +5 до +35 °С; к высоковязким следует относить нефти с плотностью выше 870 кг/м³.

После такой классификация нефтей местных месторождений можно применить правильную последовательность при их смешивании, транспортировке и переработке.

Материалы и методы. Для увеличения текучести нефти и нефтяных эмульсий по трубопроводам в первую очередь надо понизить их вязкость. Существует несколько методов сделать это.

1. Увеличение температуры (требует огромного количества наличия энергии или же энергетической инфраструктуры). На рисунке 1 приведен график зависимости вязкости нефти от температуры.

Рисунок 1. Зависимость вязкости нефти от температуры

2. Смешивание с маловязкой жидкостью (усреднение вязкости) или с растворителем (усреднение вязкости с модификацией свойств исходной вязкой жидкости) (табл. 2).

Таблица 2.

Классы растворителей, понижающих вязкость нефти

3. Механическая (безреагентная) обработка без использования присадок и растворителей.

4. Комбинация первых трех пунктов.

В нашем исследовании мы использовали комбинационной способ –добавление химических реагентов (депрессорных присадок) – и механическую обработку (со смесителем) для того, чтобы понизить вязкость нефти Акжарского месторождения в лабораторных условиях. Добавили депрессорные присадки к нефтям и тяжелым нефтепродуктам – это нефтерастворимые синтетические полимерные продукты, которые при введении в небольших количествах в нефть с повышенным содержанием парафина способны изменять ее вязкость и напряжение сдвига [4; 10; 5].

Результаты и обсуждения. В данной работе мы использовали депрессорную присадку, полученную на основе этих отходов, для снижения вязкости нефти. На Шуртанском газохимическом комплексе полиэтилен получают в процессе полимеризации этилена раствором циклогексана с использованием катализатора Циглер-Натта (Al(C₂H₅)₂Cl+ТiCl₄), в течение процесса в качестве дополнительного продукта образуются отходы низкомолекулярного полиэтилена (НМПЭ). Было установлено, что эти отходы содержат 5–10 % низкомолекулярного полиэтилена, в зависимости от типа полиэтилена его объем составляет в среднем 1,5–2,0 тыс. тонн полиэтилена в год. В настоящее время эти отходы утилизируются и используются в различных целях.

Введение такой присадки в целом изменяет процесс кристаллизации в нефтях с высоким содержанием парафина. Механизм действия депрессаторов заключается в поглощении их молекул кристаллами парафина, что затрудняет их агрегирование и накопление. Снижение прочности и увеличение пластичности нефти с депрессором следует объяснить образованием комплексов из молекул присадки и парафина, создающих пространственное препятствие формированию контактов кристаллического геля и уменьшающих их упорядоченность. В этом случае образуются смешанные кристаллы депрессор-парафин, что мешает объединению частиц в пространственную сетку.

Рисунок 2. Принципиальная схема транспортировки вязкой нефти с использованием комбинационного способа:

1 – товарный резервуар; 2 – головной насос; 3 – место введения химреагента; 4 – смеситель; 5 – нефтепровод; 6 – промежуточный насос

Рисунок 3. Зависимость числа оборотов перемешивания от динамической вязкости нефти

Для этого мы добавляли 1 мл растворителя в 100 мл нефти. Перемешивали смесь смесителем с разными оборотами. После перемешивания вязкой нефти от 500 об/мин до 2000 об/мин вязкость нефти снизилась относительно первоначального значения (рис. 2, 3).

Выводы. При транспортировке для применения этого метода мы рекомендуем установить в начале трубопровода смеситель с добавлением растворителя 100:1 [3; 6].

Таким образом, результаты настоящего исследования показывают перспективность использования комбинационного метода при понижении вязкости нефти. Причем понижение вязкости улучшает текучесть нефти и снижает энергозатраты.

Список литературы:

1. Башкирцева Н.Ю., Сладовская О.Ю. Особенности применения ПАВ в процессах транспортировки высоковязких нефтей // Вестник технологического университета. – 2014. – Т. 17. – Вып. 14. – С. 449–451.
2. Ершов М.А., Баранов Д.А., Муллакаев М.С. Снижение вязкости парафинистых нефтей обработкой в гидродинамическом реакторе // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2011. – № 7. – С. 16–19.
3. Набиев А.Б. Интенсификация транспортировки высоковязких нефтей по трубопроводу : монография. – Ташкент, 2017. – С. 138.
4. Набиев А.Б. Разработка технологии получения веществ, снижающих вязкость тяжелых нефтей, и их применение: Автореф. дис. … д-ра филос. (PhD) по техн. наукам. – Ташкент, 2018. – С. 50.
5. Очилов А.А., Абдурахимов С.А., Адизов Б.З. Тяжелые нефти Узбекистана и их устойчивые водонефтяные эмульсии // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2019. – № 9 (66) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7824.
6. Понизитель вязкости тяжелых нефтей на основе хлопкового соапстока / Б.Р. Рахимов [и др.]. // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 5 (74) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/9362.
7. Сатторов М.О. Разрушение устойчивых эмульсий местных нефтей Узбекистана // Наука, техника и образование. – М., 2016. – № 2 (20). – С. 61–63.
8. Сатторов М.О., Ямалетдинова А.А., Бакиева Ш.К. Анализ эффективности деэмульгаторов, применяемых при разрушение местных водонефтяных эмульсий // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. – 2020. – № 4 (73) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/9271.
9. Способ уменьшения вязкости нефтей и нефтепродуктов // Патент 93047039 А МПК 6 F17D1/16 // Петросян Ф.Н., Друян Ю.И. [и др.].
10. Ямалетдинова А.А., Абдуллаева Ш.Ш. Физико-химические основы процесса подготовки нефти на месторождении Кокдумалак // Наука, техника и образование. – 2016. – № 2 (20). – С. 58–60.