В системе магистральных нефтепроводов ПАО «Транснефть» в последнее время наблюдается тенденция снижения приема сернистой и увеличение приема высокосернистой и особовысокосернистой нефти, что приводит к снижению качества нефти по содержанию серы. Например, содержание серы в потоке по направлению на Новороссийск в 2018 году составило 1,49%, а прогноз на 2019 год составлял 1,5-1,55% [1]. В этих условиях для получения товарной нефти или при подготовке нефти к переработке могут применяться технологии смешивания (компаундирования).
Выбор сортов нефти для последовательной перекачки следует производить с учетом их возможной «несовсестимости», приводящей к выпадению твердых осадков, а также заметным аномалиям объема, плотности, вязкости и других практически важных параметров. Например, при смешении нефтей с разностью плотностей больше 40 килограммов на кубический метр, может проявляться эффект «потери объема [2,3].
Третий сорт нефти поступает на конечный пункт как монопродукт. Дополнительным условием является обеспечение заданного массового расхода смеси из трех нефтей.
Рисунок 1. Упрощенная схема смешения потоков нефти на конечном пункте.
С целью обеспечения при смешивании на конечном пункте трех сортов нефти требуемого показателя качества по плотности с заданным массовым расходом в результирующем потоке (Рисунок 1), массовые расходы в магистральных нефтепроводах рассчитываются по следующим формулам:
где
– требуемый массовый расход, получаемый после смешивания нефти на конечном пункте, 
– расчётные массовые расходы для последовательной перекачки двух сортов нефти и как монопродукт соответственно, 
– требуемый показатель плотности, который обеспечивается при смешении двух потоков нефти,
- заданные значения плотности для каждого сорта нефти, 
Для определения расчетной часовой пропускной способности магистральных нефтепроводов используются соотношения [4]:
где
– коэффициент неравномерности перекачки для каждого нефтепровода;
– расчётные часовые пропускные способности для магистральных нефтепроводов с различными способами перекачки; 
– общее значение расчетной пропускной способности потока нефти при смешении.
Расчет объемов партий нефти, перекачиваемых последовательно прямым контактированием, производится с учетом необходимого показателя качества по сере потока последовательной перекачки, значение которого можно определить по следующей формуле:
где
– требуемое значение показателя общего получаемого потока нефти по сере;
– необходимый показатель качества нефти по сере, получаемый при смешении партий нефти;
– показатель качества нефти по сере для потока монопродукта.
Из-за особенностей последовательной перекачки прямым контактированием на границах партий образуется смесь, объем которой зависит от скорости перекачки. При использовании данного метода транспортировки, расчет часовой пропускной способности магистрального нефтепровода рекомендуется проводить при максимальной скорости движения нефти для уменьшения объема образуемой смеси в трубопроводе [5,6].
В рассматриваемом случае это не является определяющим фактором, поскольку при смешении партий на конечном пункте, показатель качества по сере для конечной смеси, будет доведен до необходимого значения путем подмешивания в резервуар с образовавшейся в трубопроводе смесью, необходимого объема нефти из исходных партий. Для этого на конечном пункте имеется три группы резервуаров (Рисунок 2). В первой и второй группах находятся объемы нефти 
из исходных партий с показателями качества по сере 
соответственно. В третью группу поступает образовавшаяся в трубопроводе смесь объемом 
с содержанием серы определяемым лабораторно.
Рис. 2 – Схема смешения потоков нефти с учетом последовательной перекачки партий.
Объем образующейся смеси в трубопроводе, для нефтей с одинаковой вязкостью, рассчитывается по следующей формуле [5,6]:
где
– коэффициент гидравлического сопротивления;
– внутренний диаметр трубопровода, [м];
– длина трубопровода, [м];
– объем трубопровода, [м3].
Расчетные значения объемов партий:
где
– объем партий нефти первого и второго сорта необходимых для смешивания на конечном пункте, м3;
– объем резервуарного парка на конечном пункте для приема исходных партий и образовавшейся в трубопроводе смеси, м3;
– показатель качества нефти по сере для каждой партии.
Смесь, получаемая в процессе последовательной перекачки прямым контактированием, на конечном пункте принимается в отдельные резервуары. Для определения объема нефти из исходной партии, вошедшего в смесь, можно воспользоваться следующими формулами:
где
– показатель качества нефти по сере для образовавшейся в трубопроводе смеси, определяемый лабораторно.
Объемы каждой партии нефти, сохранивших первоначальные показатели качества по сере 
уменьшатся, их новые значения рассчитываются по формулам:
Для приведения содержания серы в смеси, принятой из трубопровода в резервуарный парк, до необходимого показателя в нее нужно добавить определенный объем нефти из партии, с исходными показателями качества. Этот объем определяется следующим образом:
-
в случае если
то в резервуар со смесью добавляется нефть с показателем качества по сере
Объем добавляемой нефти рассчитывается по формуле:
-
если
то в резервуар со смесью добавляется нефть с показателем качества по сере
объем которой рассчитывается по формуле:
где
– объем нефти, которые необходимо добавиться в смесь из исходной партии для доведения ее значения показателя по сере до значения потока последовательной перекачки, в соответствии с заданным условием
Поскольку рассматриваемый режим перекачки, не предполагает подкачек и откачек, то из закона сохранения масс баланс объемов будет описываться следующими уравнениями:
-
если
-
если :
Таким образом, с использованием описанного выше подхода могут быть определены массовая и объемная производительности системы из двух магистральных нефтепроводов, по которым на пункт смешения поставляется нефть трех сортов: один сорт поставляется как монопродукт, два других транспортируются последовательной перекачкой прямым контактированием. Также может быть определен объем нефти с исходным показателем содержания серы, добавляемый на конечном пункте к смеси, образовавшейся в ходе последовательной перекачки, для доведения содержания серы до заданных значений. Полученные в результате расчетов значения, позволяют обеспечить заданные показатели качества по плотности и сере в выходном потоке нефтяной смеси.
ЛИТЕРАТУРА:
-
ПАО «Транснефть» Качество нефти в системе [электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.transneft.ru/news/view/id/19651?print=1
-
Фесан А.А. Необходимость учета аномалий свойств нефтяных смесей при прогнозировании энергопотребления нефтегазопромыслового оборудования// Сборник тезисов 65-й Международной Студенческой Научной конференции «Нефть и газ». – 2011. - с.66.
-
Евдокимов И.Н., Лосев А.П., Фесан А.А. Отсутствие аддитивности свойств нефтяных смесей// Бурение и нефть. – 2012. - №1. – с.27-28.
-
РД-24.040.00-КТН-062-14. С Изм. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Магистральные нефтепроводы. Нормы проектирования (редакция с изменениями № 2 от 21.09.2016). – М.: ОАО «АК «Транснефть», 2016, – 169 с.
-
Коршак А. А. Специальные методы перекачки: – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001.
-
СО-06-16-АКТНП-003-2004. Инструкция по транспортированию нефтепродуктов по магистральным нефтепродуктопроводам системы ОАО «АК «Транснефтепродукт» методом последовательной перекачки. – ОАО «АК «Транснефтепродукт», 2004, 35 с.
