Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 9
1,1.Реологические свойства вязких нефтей и нефтепродуктов 9
1.2. Асфальто-смоло-парафиновые отложения (АСПО) при добыче нефти 12
1.3. Транспорт вязких и высокозастывающих нефтеи и нефтепродуктов 14
1.4. «Горячая» перекачка 16
1.5. Тидроперскачкаи перекачка с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) 19
1.6. Регулирование реологических свойств комплексными методами„23
1.6.1.Механическое воздействие 23
1.6.2.Термообработка вязкой нефти 23
1.6.3.Применение депрессорных присадок 24
1.7. Заключение 31
ГЛАВА 2 Исследование реологических свойств мазутов и способы их регулирования 32
2.1 Физико-химические характеристики мазутов 32
2.1.1. Элементарный и фракционный состав товарных мазутов 32
2.1.2, Теплоемкость и теплопроводность 40
2.1.3. Температура вспышки 41
2.1.4, Поверхностное натяжение 41
2 Л .5. Температура застывания мазута 41
2.2. Вязкостно-температурные характеристики мазутов 44
2.2.1. Исследование вязкости образцов мазутов на вискозиметре «Энглера» 44
2.2.2. Выбор корреляционной формулы вязкостно-температурной зависимости для исследуемых образцов 49
2.3. Исследования реологических свойств мазутов и их компонентов.54
2.3.1. Методика проведения исследований на ротационном вискозиметре 54
2.3.2. Реологические свойства образцов мазутов М-40Д0О и их компонентов 56
2.4. Регулирование реологических свойств мазутов комплексными способами 63
2.4.1. Исследование реологических параметров мазутов? обработанных депрессатором ЕСА 4242 63
2.4.2. Влияние маловязких разбавителей на реологические свойства мазутов 74
2.4-3. Влияние ПАВ и депрессаторов на температуру застывания мазута 78
2.5. Выводы к главе 2 81
ГЛАВА 3. Улучшение реологических свойств вязких нефтей и эмульсий для подготовки их к трубопроводному транспорту 83
3.1. Полупромышленная экспериментальная установка, моделирующая условия перекачки вязких нефтей и эмульсий 83
3.2. Исследование реологических свойств нефти Долинского месторождения 87
3.2.1. Лабораторные исследования влияния депрессорных присадок и ПАВ на реологические свойства нефти 87
3.2.2. Моделирование трубопроводного транспорта долинской нефти яа полупромышленной экспериментальной установке 91
3.3. Исследование вязких нефтей и эмульсий Бугреватовского месторождения и их смесей с газовым конденсатом 94
3.4. Выводы к главе 3 96
ГЛАВА 4. Разработка рекомендаций по подготовке к трубопроводному транспорту вязкой нефти месторождения старый самбор 98
4 1. Состав и свойства нефти месторождения Старый Самбор 98
4.2. Существующая схема сбора и подготовки нефти 99
4.3. Исследование реологических характеристик старосамборскои нефти и их регулирование 100
4.3 1. Влияние дспрсссаторов и ПАВ на вязкость и температуру застывания нефти 100
4.3.2. Математическая модель зависимости вязкости старосамборскои нефти от температуры и концентрации депрессатора 110
4.3.3. Влияние малонязких разбавителей на реологические свойства нефти - 111
4.3.4. Исследование влияния термообработки на старосамборскую нефть 113
4.4. Расчет оптимальной толщины теплоизоляции нефтепровода для нефти с улучшенными реологическими свойствами 128
4.5. Выводы к главе 4
ГЛАВА 5. Методы предотврацщния аспо при добыче нефти вэнгая- хинского месторождения 134
ЗЛ.Физико-химческие свойства нефти и газа Вэнгаяхинского месторождения 134
5.2. Условия образования АСПО и гидратных пробок 136
5.3. Предотвращение образования АСПО путем улучшения реологических свойств флюидов с применением магнитного поля 137
5.3.1. Обработка магнитным полем пластовых флюидов 137
5.3.2. Магнитная подготовка пластовой и технологической вод 141
5.4. Устройства для ликвидации внутрискваженных парафиногидратных пробок 143
5.4.1. Обоснование принципа работы и конструкция термохимического скважинного нагревателя 144
5.4.2. Конструкция электрического скважинного нагревателя 147
5.5. Выводы к главе 5 151
Общие выводы 152
Литература
- Асфальто-смоло-парафиновые отложения (АСПО) при добыче нефти
- Элементарный и фракционный состав товарных мазутов
- Лабораторные исследования влияния депрессорных присадок и ПАВ на реологические свойства нефти
- Влияние дспрсссаторов и ПАВ на вязкость и температуру застывания нефти
Введение к работе
Актуальность работы. В течение двух последних десятилетий в Российской Федерации непрерывно ухудшается качественное состояние нефтяной сырьевой базы. Это связано с одной стороны с выработкой многих высокопродуктивных месторождений, а с другой - с вовлечением в эксплуатацию месторождений с низкопроницаемыми коллекторами и небольшими толщинами нефтенасыщенных пластов. Сдерживается вовлечение в эксплуатацию высоковязких парафинистых месторождений нефти с высоким содержанием смол и асфальтенов, запасы которых по Западной Сибири составляют около 14%. Эти месторождения представляют собой фактически неиспользованные энергетические ресурсы, разработка и использование которых требует применения нетрадиционных методов извлечения нефти из пласта, ее сбора, подготовки и трубопроводного транспорта. Серьезные проблемы вызывает трубогіроводпьш транспорт таких нефтей, для осуществления которого появляется необходимость регулирования их реологических свойств различными методами воздействия- Добыча высоковязких парафинистых нефтей приводит к кольматации призабойной зоны пласта, образованию ас-фальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) и пробок в технологической цепочке пласт - скважина - трубопровод, а, следовательно, к снижению де-битов скважин, износу и поломке внутрискнажиннт-о оборудования и. как следствие, к его внеплановой замене с необходимостью подземного ремонта скважин.
Таким образом, проблемы предупреждения образования АСПО и регулирования реологических свойств вязких нефтсЙ для ее транспорта являются актуальными. При этом вышеназванные проблемы имеют общие причины и пути решения и должны решаться индивидуальными способами с учетом в каждом конкретном случае физико-химических характеристик тяжелых нефтей и нефтепродуктов, их реологических свойств.
Целью работы является разработка комплексный методов воздействия с использованием термообработки, депрессаторов и маловязких раство-рителсй для регулирования реологических свойств вязких нефтей и мазутоії; моделирование реальных условий перекачки нефтсй? обработанных комплексными методами воздействия, для подготовки их к трубопроводному транспорту; разработка методов предотвращения образования АСПО.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
исследованы реологические свойства мазутов и их компонентов, вязких нефтей и эмульсий ряда нефтяных месторождений;
разработаны комплексные методы снижения температуры застывания и вязкости мазутов и тяжелых нефтей с использованием ПАВ, депрессаторов, маловязких разбавителей, термообработки;
- создана полупромышленная экспериментальная установка, модели
рующая реальные условия перекачки вязких нефтей и обеспечивающая ре
жимы перекачки с гюдогревом> газонасыщенния нефтей, введение депресса
торов и ПАВ;
-установлены математические зависимости вязкости от температуры для исследуемых мазутов и формула зависимости вязкости обработанной де-прессатором нефти от температуры и концентрации депрессатора;
- предложен способ омагничивания пластовой нефти и воды для пре
дотвращения образования АСПО; разработаны новые конструкции внутри-
скважинного термохимического и электронагревателя для ликвидации АСПО
и гидратопарафиновых пробок.
Научная новизна работы:
- показано, что в области температур ниже -МО'С мазуты и их парафи-
нистые компоненты являются вязкопластичными структурированными жид
костями, а реологические свойства одинаковых товарных марок мазута зави
сят от процентного содержания, физико-химических свойств их компонен
тов, условий компаундирования и процесса «старения» мазута. С использо
ванием полного спектра приемов и способов улучшения реологических
7 свойств товарных мазутон и их компонентов показано, что наиболее эффективным является способ снижения вязкости (до 40%) и температуры застывания добавлением к мазуту депрессорной присадки ЕСА 4242.
- показана высокая эффективность сочетания воздействия депреесато-
ра и термообработки с оптимальной температурой начального подогрева и
оптимального темпа охлаждения на реологические свойства вязкой старо-
самборской нефти для подготовки се к транспорту;
- в промысловых условиях обнаружено улучшение реологических
свойств нефти Вэнгаяхинского месторождения и возможность предотвраще
ния выпадения АСПО путем ее (нефти) обработки в постоянном магнитном
поле.
Практическая ценность раПоты
создана полупромышленная экспериментальная установка, моделирующая реальные условия перекачки вязких нефтей и ^обеспечивающая подогрев, газонасыщение, ввод дспрессаторов и ПАВ, смешение с маловязкими разбавителями, отбор проб перекачиваемого продукта из любой точки потока в динамическом режиме;
для улучшения транспортабельных свойств товарных мазутов и их компонентов предложено использование депрессорной присадки ЕСА 4242, определены ее оптимальные условия нвода и концентрация. Выданы рекомендации по регулированию реологических свойств вязких нефтей Долин-ского, Бугреватовского и Старо-Самборского месторождений путем применения дспрессаторов, термообработки и смешения с маловязкими разбавителями для трубопроводного транспорта;
для предотвращения выпадения АСПО в процессе эксплуатации Вэн-гаяхинского месторождения с вязкими нефтями предложен способ и внедрены устройства омагничивания пластовой жидкости, позволяющие увеличить дебиты и межремонтный период работы скважин. Предложены и внедрены на месторождениях ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» новые конструкции внутрискважинных нагревателей, позволяющих проводить растепление с
* 8
удалением АСГТО простаивающих скважин без подхода бригады подземного ремонта;
- предложен способ и внедрены устройства омагничивания вод, приме
няемых для закачки в пласт, на Муравленковском, Суторминском и Вэнгая-
хинском месторждениях ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз».
* Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на III научно-технической конференции молодых ученых и специалистов института Укр-ГИПРОНИИнефть (Киев, 1976), XII и XIII научно-технических, конференциях профессорско-преподавательского состава Ивано-Франковского института нефти и газа ( Ивано-Франковск, 1976,1977), Республиканской научно-технической конференции „Повышение эффективности и качества научных исследований и проектно-конструкторских работ в нефтяной и газовой промышленности Украинской ССР" ( Киев, 1978), семинаре Государственного комитета ло охране окружающей среды ЯНАО РФ„0 проблемах обращения отходов производства и потребления ка территории округа" ( Муравленко, 1998), конференции молодых ученых и специалистов при Объединенном научно - техническом совете ОАО „Сибнефть - Ноябрьскнефтегаз'^ Ноябрьск, 1999), конференции „Стратегические направления экологических исследований на Урале и экологическая политика"( Екатеринбург, 1999), 11 Всероссийской научной конференции «Проблемы природопользования в районах со сложной экологической ситуацией» (Тюмень,2003).
По результатам работы опубликованы 8 печатных работ и получено пять авторских свидетельств.
Структура и объем работи.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, обших выводов и списка литературы. Работа содержит 164 с, включает 52 рис., 25 табл., библиогра-фию из 110 наименований.
*
Асфальто-смоло-парафиновые отложения (АСПО) при добыче нефти
В последнее время возрастает доля добычи высоковязкик и высокопарафинистых нефтей в таких перспективных нефтяных районах как: Ямало-Ненецком и Ханты-Мансийском автономных округах, Республике Коми? Севере европейской части Российской Федерации, большое внимание уделяется интенсификации добычи нефти на старых месторождениях Казахстана (Мангышлак), Туркмении, Украины[6,7,29334 51].
Нефти всех вышеперечисленных и некоторых других районов относятся к высоковязким, вьгеокопарафиновым нефтям с большим процентным содержанием парафинов, смол, асфальтенов и высохши температурой застывания. Транспортировка этих нефтей по трубопроводам связана со значительными трудносіями[52,83,98].
Развитие энергетической базы, перевод значительного числа электростанций на жидкое нефтяное топливо, возрастающий объем продуктов переработки нефти также требует перемещения больших количеств темных нефтепродуктов к местам потребления. В настоящее время,все большее распространение получает наиболее перспективный и экономически выгодный способ транспорта мазутов - трубопроводный взамен железнодорожного и автомобильного[ 13,41 ].
Трубопроводный транспорт высоковязких нефтей и нефтепродуктов ставит перед исследователями много проблсм7 связанных со значительными потерями энергии на ірение? путевым подогревом, необходимостью луско-остановочных операции вследствие сложного физико-химического состава перекачиваемых продуктов и неблагоприятных реологических свойств, меняющихся в зависимости от режима течения, температуры и т. п. Повышение эффективности трубопроводного транспорта должно происходить за счет создания новых способов перекачки высоковязких нефтей и нефтепродуктов, улучшения существующей технологии и внедрения новой техники. Изучение литературных и патентных источников показывает, что в настоящее время существуют разнообразные способы, позволяющие улучшить условия транспортирования высоковязких и высокозасгьтвающих продуктов по трубопроводу [25,54,57,63,65,84,91]. Большинство способов, предложенных для транспорта высоковязких нефтей, применимо и для перекачки мазутов, хотя в силу их специфического физико-химического состава (высокого процента содержания парафинов, смол и асфальтенов) имеется много исследований специально посвященных разработке новых и усовершенствованию существующих способов транспортирования мазутов по трубопроводам.
Условно способы и методы перекачки высоковязких высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов можно классифицировать следующим образом: А) -горячая перекачка - с начальным и промежуточным подогревом, - с путевым подогревом; б) -гидроперекачка - с созданием пристенного слоя маловязкой жидкости, - на водяной подушке; -перекачка с применением маловязких разбавителей; в) -перекачка с применением ПАВ и водорастворимых полимеров; г) -перекачка газонасыщенных нефтей и мазутов, дерегулирование реологических свойств вязких нефтей комплексными методами: - гермообработкой, - механическими способами, - применением депрессорных присадок, - обработкой электрическим полем, - применением ультразвука. Проблемами транспорта высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов занимались ученые: Л, С. Абрамзон, В. Е. Губин, В. Н, Дегтярев, В. Г. Котен, Л.С. Лейбензон, A. X Мирзаджанадзе, В. Ф. Новоселов, П. И. Тугунов, К. Д. Фролов, B. И, Черникин, В. Г. Шухов, В. С. Яблонский и другие. Теоретические основы гидравлического и теплового расчетов „горячих трубопроводов при различных режимах были разработаны академиком В. Г. Шуховым, который предложил формулу для определения средней температуры нефти в сечении трубопровода на любом расстоянии от его начала. Перекачка с подогревом является самым распространенным видом трубопроводного транспорта высокояязких нефтей и нефтепродуктов. В настоящее время в эксплуатации находится самый большой в мирс,эгорячий" нефтепровод Узень - Гурьев - Куйбышев (длина 1200 км., производительность 1800 т/час) и ряд других нефтепродуктопроводов, а всего в мире насчитывается несколько сотен действующих,,горячих нефте и мазутопроводов [33].
На головных станциях ,,горячего" трубопровода нефти и мазуты подогреваются до температуры 50-80 С в паровых или огневых теплообменниках и закачиваются в магистраль, после чего подогреваются на промежуточных тепловых сіянциях, как правило, совмещенных с нефтеперекачивающими станциями. Выбор оптимальной температуры подогрева, определение числа и расстановка по трассе насоспо-тенловых станций (НТО) имеют большое значение для определения производительности трубопровода, теплового и гидравлического расчета, режима течения жидкости.
Эти вопросы, а также гидравлические и тепловые расчеты изотермических и неизотермических трубопроводов достаточно полно разработаны в монографиях и исследованиях В. И. Черникина, В. С Яблонского, В. С. Новоселова, П. И Тугунова, К. Д. Фролова и др. [28,33,39,49,54,94].
Большое внимание уделяется теоретическим и технологическим разработкам таких вопросов, как пуск и остановки„горячих1 нефтепроводов, расчет температурного режима трубопровода после остановки, определение безопасного времени остановки, вытеснение высоковязкого продукта из трубопровода и г. п.
Как правило, пуск горячих" трубопроводов производится после предварительного прогрева трубопровода и окружающего грунта путем закачки в трубу горячего маловязкого нефтепродукта или воды с последующим вытеснением подогретым перекачиваемым продуктом.
При неполной загрузке нефтепродуктопровод может работать в нестационарном режиме с циклической перекачкой вязких продуктов.
Выбор оптимального числа циклов, времени циклической перекачки, обоснование ее целесообразности проводится на основании технико-экономических расчетов.
В работах [29,50,82,93] приводятся расчеты теплового режима „горячего" нефтепровода с учетом тепла трения потока и показано, что значения конечных температур, рассчитанных по формуле Шухова и Лсйбензона может быть завышено на 20 - 30 %, а потеря напора при расчете с учетом тепла трения потока меньше ее величины без учета тепла трения на 6 -7%.
Элементарный и фракционный состав товарных мазутов
В химический состав мазутон входят углерод, водород (в первую очередь обеспечивающие высокую теплоту сгорания мазута), кислород, азот, сера и зола Вязкие мазуты содержат до 88,5% углерода, до 11,5% водорода и повышенное количество серы и азота, В маловязких мазутах содержание углерода понижается, что приводит к снижению их вязкости и плотности.
Нефтяные мазуты представляют собой смесь тяжелых остатков, получаемых после первичной и вторичной перегонок нефти, В зависимости от качества поступившего на завод сырья (высокосерн истой или высокопарафиновой нефти), режима его переработки, условий компаундирования и, наконец, от условий хранения, физико-химические свойства мазутов могут меняться в широких пределах [56,66,95,105].
Мазуты марки Ф5 получают из продуктов прямой перегонки нефти с добавлением до 22% керосиногазойлевых фракций каталитического или термического крекинга. Флотские топочные мазуты, используемые в котельных судовых установках? должны изготовляться с добавлением не менее 0,2% присадки ВНИИ НП-102,
Топочные мазуты 40В, 40, 100В, 100 являются наиболее массовыми товарными продуктами для сжигания в промышленности.
По физико-химическим показателям мазут должен соответствовать нижеприведенным требованиям и нормам (см табл. 2.1). Однако компонентный состав мазута не регламентируется и5 изменяясь в соответствии с технологией получения меняет его физико-химические свойства, могущие значительно отличаться друг от друга даже для одних марок продукта (см. табл. 2.2.).
Например, исследование компаундирования товарного мазута марки М40 Надворняпского НПЗ показывает, что основными компонентами для смешения были: 1) тяжелое парафиновое масло (TITM) с вакуумной колонны АВТ., 2) мазут с установки АВТ(ПМ)Э 3) фильтрат из парафинового цеха, 4) тяжелый газойль, 5) легкий газойль, 6) крекинг-остаток с установки термокрекинга.
Процентное содержание зтих продуктов в товарном мазуте различно в разные месяцы года и показано на рис. 2.1., из которого виден широкий
Приведенный в табл. 2.4. химический состав компонентов мазута , их лабораторной смеси, составленной по заводской технологической карте, и товарного мазута М40 из резервуарного парка завода, дает возможность сравнить свойства товарного продукта с его составляющими.
Анализируя таблицу можно отмстить то, что основными химическими соединениями, составляющими мазут, являются тяжелые масла и смолы. Смолы, основная часть которых сосредотачивается в тяжелых и остаточных продуктах перегона понижают стабильность мазутов и, наоборот, повышают стабильность водной эмульсии ухудшают процессы горения, отрицательно действуют на реологические свойства мазутов.
Смолы представляют собой высокомолекулярные продукты окислительного прекращения и уплотнения нестабильных углеводородов и неуглеводородных примесей. Количество смол возрастает в условиях длительного хранения продуктов под влиянием повышенных температур, каталитически активных металлов, контакта с кислородом воздуха. Известна классификация смол, по которой различают: нейтральные смолы - не растворимые в щелочах и кислотах, но полностью растворимые в нефтяных листиллятах; асфалътсны - нейтральные вещества, не растворяющиеся в легких бензинах, но полностью растворимые в бензоле, хлороформе, сероуглероде; карбены — продукты уплотнения асфалыенов не растворяющиеся в бензоле, хлороформе и сероуглероде, но частично растворяющиеся в пиридине. карбоиды - вещества, образующиеся из асфальтенов при повышенных температурах, не растворяющиеся Б бензоле и других растворителях; асфальтеновые кислоты — смолы, растворимые в щелочах и растворителях тина бензола.
Элементарный состав смол нефти и мазутов, ее нерастворимой в углеводородной смеси высоком оj пекулярной части (асфальтенон) мало отличаются друг от друга и характеризуются большим содержанием серыэ азота и кислорода.
Теплоемкость и теплопроводность мазутов необходимо знать при расче піх расхода тепла на разогрев продукта, а также при расчетах теплообменных устройств. Коэффициент теплопроводности с достаточной степенью точности можно определить по формуле: X = —(U 0 00054 ) і де и - плотность нефтепродукта при 15" С в кг/м3, t - температура определения теплопроводности.
Температура вспышки топлива характеризует его огнеопасность и зависит от его физических свойств. Чем легче фракционный состав и выше давление паров, тем ниже температура вспышки. Для мазутов и тяжелых топлив температура вспышки нормируется по двум значениям - в открытом и закрытом тигле. В открытом тигле температура вспышки на 15-20С выше, чем в закрытом. Температура вспышки в закрытом тигле гостируется только juw флотских мазутов, которые содержатся в хранилищах вблизи котельных.
Поверхностное натяжение - это сила, с которой жидкость сопротивляется изменению своей поверхности. Поверхностное натяжение тем выше, чем больше вязкость топлива. Для мазута поверхностное натяжение характеризует размер капель топлива при распылении из форсунки. Высокое поверхностное натяжение не позволяет достигнуть хорошего смешения с воздухом при распылении и нормального процесса горения. Для мазута оно составляет 35-40 дин/см при температуре 50С и 27-29 дин/см при температуре 120 №С.
Лабораторные исследования влияния депрессорных присадок и ПАВ на реологические свойства нефти
Характеристика нефти Долинекого месторождения, относящейся по технологической классификации к парафиновым, приведена в табл. 3.1. Температура застывания Снятые на ротационном вискозиметре реологические характеристики долинской нефти позволяют судить о том, что при температурах выше 25 С нефть относится к ньютоновским жидкостям. При температуре 25 - 20 С зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига является степенной (см. табл. 3.2.), т. е. нефть проявляет аномальные вязкостные свойства, а при температурах 25 С и ниже, нефть становится структурированной жидкостью.
При этих температурах в нефти появляется статическое напряжение сдвига, и ее вязкостные характеристики описываются уравнениями Баркли-Гершеля или Шведова-Бингама [21,32].
В области низких температур перекачка высоко парафиновой нефти сопровождается значительным увеличением гидравлических потерь на трение, а также появлением ряда факторов, ухудшающих технологический процесс перекачки, как-то: замораживание" трубопровода при его остановке,
С целью улучшения реологических свойств долинской нефти автором были испытаны депрессатор ЕСА4242 и,синтезированное в АзНИГТИнефть нефіерастворимос ПАВ - диалкилдиамидодитиофосфат [72], испытанный в промысловых и лабораторных условиях Азербайджана.
Для лабораторных исследований долинской нефти принимались концентрации реагентов ЕСА 4242 и диалкилдиамидодитиофосфата (ДДД) 0,05; ОД; 0,15; 0,2; и 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 весовых процентов соответственно. Поскольку оптимальная температура ввода присадок для их максимального воздействия должна быть выше температуры плавления парафина в нефти, она принималась равной 55 С [68,69]. Смеси нефтей приготовлялись с соблюдением постоянных термодинамических условий: нефть нагревалась до 55 С, в нее вводился депрессатор, после чего при постоянной температуре 55 С смесь перемешивалась в течение 20 мин. на пропеллерной мешалке. Центробежное число Рейнольдса было постоянным и составляло:
Динамическое напряжение сдішиа т (дин/см") is зависимости от скорости сдвига, температуры и добакки дспреесатора ЕСА 1242.
Скорости сдеига, сек"1: 6а - 48,6; 9а - 243,0; !.2в - бгіб: 12а - 1312. Рис. 33. Зависимость вязкости долинской нефти от концентрации депрессатора ЕСА 4242 при температуре t= 30С. Оптимальная концентрация депрессатора ЕСА 4242, как видно из графика на рис. 3.3., равна 0,1 % вес. Во всем исследуемом диапазоне температур нефть с добавкой депрессатора оставалась ньютоновской жидкостью.
Анализируя график на рис. 3.4, можно проследить общую тенденцию снижения вязкости нефти, обработанной различными концентрациями депрессатора ЕСА 4242, по сравнению с „чистой", начиная с температур 35-30 С. Особенно быстрое снижение вязкости происходит при температурах ниже 25 С.
Вязкость долинской нефти с содержанием депрессатора 0,1% вес. при температуре 20 С уменьшилась в 3 рада. Температура застывании в зависимости от концентрации депрессатора показана в табл. 3,3 Табл.3.3. Изменение температуры застывания долинской нефти.
Значения потерь давления остаются постоянными в течение всего цикла перекачки, что свидетельствует о стабильности действия депрессатора во времени. Таким образом, эксперименты по перекачке нефти на полупромышленной установке показали, что при фиксированном расходе в случае перекачки необработанной депрессатором нефти и нефти с добавлением депрсссатора, путевые потери давления уменьшаются в 2-6,5 раз[12,15].
Одновременно, следует отмстить, что температура застывания нефти, обработанной данным депрессатором, снизилась с 16,5 до 10 градусов, что позволяет предотвратить «замораживание» трубопровода при его длительной остановке.
Исследование вязких нефтей и эмульсий Бугревятовского месторождения и их смесей с газовым конденсатом
Нефти Буїреватовского месторождении 14, 16 и 17 продуктивных горизонтов характеризуется суммарным содержанием смол и асфальтенов -32%, при относительно низких концентрациях парафинов - в среднем 7%, что обуславливает их аномальные реологические свойства[58],
В процессе разработки месторождения происходит обводнение пластовой нефти, что приводит к созданию водонефтяных эмульсий, что еще больше ухудшат реологию пластового флюида но сравнению с чистой нефтью [24,107].
Влияние дспрсссаторов и ПАВ на вязкость и температуру застывания нефти
Исследуемый образец нефти помещался в коаксиальные измерительные цилиндры и термостатировался гам в течение 20 мин, при температуре опыта. Измерения производились после вращения цилиндра с заданной угловой скоростью на протяжении 10 мин., чем добивалось полное разрушение кристаллической решетки парафино-смолистых структур. Анализируя графики зависимости (рис, 4.2.) напряжения сдвига от скорости сдвига [т = Г (у)] можно сделать вывод о том, что в диапазоне температур 0 +- 15 С в нефти образуется парафиновая кристаллическая решетка, характеризуемая наличием начального напряжения сдвига TQ Реологические свойства нефти в этом диапазоне температур описываются уравнением Балкли-1 ерпіеля:
При температурах +15 +- 25 "С нефть сохраняет свойства неньютоновской жидкости, вязкость которой описывается степенной зависимостью. В диапазоне выше 25 С нефть имеет ньютоновские свойства. На рис. 4.2 , это соответствует прямым т=і {у) , выходящим из начала координат.
Введение депрессаторных присадок в небольших количествах (от 0,05 до 0,2% вес.) позволяет значительно снизить статическое и динамическое напряжение сдвига, температуру застывания и динамическую вязкость. Они могут действовать как поверхностно, адсорбируясь на поверхности кристаллов парафина, так и объемно, становясь центрами кристаллизации и образуя с парафинами смешанные кристаллы в ниде компонентных друз, которые уже не могут соединяться в кристаллическую рептетку[ 10,36].
В процессе работы было проведено несколько серий исследований образцов товарной старо самборской нефти, отобранной в разное время с различными концентрациями добавок[62]. Смеси нефтей приготовлялись с соблюдением одинаковых термодинамических условий: 1- нагрев нефти до температуры 55 -60С (что соответствует температуре плавления парафинов, содержащихся в испытуемой нефти). 2, после добавки присадок или разбавителя смесь перемешивалась пропеллерной мешалкой в течение 20 минут.
Наряду с исследованием реологических характеристик образцов нефти, приготовленных с помощью пропеллерной мешалки, были проведены контрольные эксперименты, для которых образцы нефти приготавливались мешалкой типа „бесконечный трубопровод", имитирующей динамические условия перекачки по реальному трубопроводу.
Как видно из рис. 4,3, нефть, подготовленная по принятой в работе методике, по своим вязкостным свойствам полностью соответствует нефти, после ее перекачки по ,,бесконечному трубопроводу . Для исследования влияния присадок на реологические свойства нефти принимались следующие концентрации, % вес: ЕСА4242 - 0,05; ОД0; 0,15; 0?20, ПАВ диалкилдиамидодитиофосфата (ДДД): 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8. По результатам экспериментов построены усредненные кривые вязкостно-температурной занисимости,,чистой" нефти и нефти, обработанной различными концентрациями присадок (рис. 4.4.).
Анализируя эти графики можно отметить, что для нефти с добавками присадок 0,05% вес. и менее, переход ее свойств от неньготоновскои к ньютоновской системе наблюдается при температуре выше 36 С. Максимально достигаемое улучшение вязкостных свойств нефти, соответствующее вводу 0,15% вес. депрессатора ЕСА 4242, позволяет снизить границу существования нефти как ньютоновской жидкости на б - 8
Как видно из рис. 4.5. добавка ПАВ ДДД 40% активности снижает ее вязкость в незначительной степени. При температуре 25 С вязкость нефти при концентрации ПАВ 0,1; 0,2; 0,4; 0,6% вес. - снизилась соответственно в 1,6; 1,4; 1?2; 150 раз. По сравнению с действием ПАВ ДДД добавка депрессатора ЕСА 4242 оказала более эффективное влияние, начиная значительно снижать вязкость нефти в области температур 35-30 С и ниже (рис 4.6.) На рис. 4.7. показаны вязкостно-температурные характеристики чистой и обработанной оптимальными концентрациями присадок нефти в полулогарифмической системе координат,
Оптимальная концентрация депрессатора ЕСА4242, как нидно из ірафика (рис. 4.8.) для нефти месторождения Старый Самбор составила ОД 5% вес. Вязкость нефти, обработанной оптимальной концентрацией депрессатора при 25 С по сравнению с необработанной снизилась в 2,4 раза.
Механизм действия присадок на температуру застывания парафинистых нефтей показан в работах [37, 38].
Изменение температуры застывания, образцов старосамборской нефти в зависимости от концентрации депрессатора и ПАВ приведены в табл. 4.2,(температура застывания образца чистой нефти +18 )
Присутствие ПАВ не оказывает влияния на температуру застывания, а введение депрессатора ЕСА4242 с увеличением концентрации до 0,2%, четко показывает тенденцию снижения температуры застывания с плюс 1SC до плюс 3С, оптимальная же концентрация депрессатора составляет 0,15% вес. и снижает температуру застывания до н-9С.
Результаты опытов по определению реологических параметров старосамборской нефти в зависимости от содержания депрессаторов были математически описаны методом регрессионного аналнза[ 18,22,86]. Расчет коэффициентов уравнения регрессии производился по методу наименьших квадратов на ПЭВМ. Эффективная вязкость нефти с депрессатором может определяться по формуле: ck+dt2 V =VH e ,ГДЄ - расчетная вязкость нефти, \/ п - эффективная вязкость нефти, Л - концентрация депрессатора, с, а - рассчитанные эмпирические постоянные. Среднее отклонение значений эффективной вязкости , рассчитанных по вышеприведенной формуле, от экспериментальных значений составляет 8,2%.
