Пути улучшения низкотемпературных показателей транспортируемой парафинистой нефти

Задача улучшения низкотемпературных свойств в процессе добычи и транспортировки парафинистых и тяжёлых асфальтеновых нефтей еще далека от разрешения.

Для её решения наряду с применением различных депрессорных реагентов используют различные волновые методы. Так, например, ультразвуковое воздействие 1,2, а также сочетание его с добавками растворителей, кислот, щелочей, спиртов 3. Снижает вязкость нефти высокочастотные и сверхвысокочастотные магнитные поля 4. Волновые воздействия комбинируют, повышая эффективность методов. Для этого на поток нефти воздействуют ультразвуком мощностью до 25 Вт/см², а затем постоянным, импульсным или сверхвысокочастотным полем большой мощности 5,6.

В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований улучшения низкотемпературных свойств нефти посредством низкоэнергетических воздействий ультразвука до 45 кГц и постоянного магнитного поля до 0,31 Тл. Этот способ является эффективным, малозатратным, экологически чистым и несложным в эксплуатации.

В качестве ультразвукового излучателя использовали устройство с частотой излучателя 45 кГц, расположенное внутри емкости, через которую проходил поток исследуемой нефти. Магнитную обработку углеводородного сырья осуществляли на проточной лабораторной установке с использованием магнитного туннеля в интервале значений магнитной индукции от 0,08 до 0, 31 Тл.

Объектом исследования являлась нефть месторождения им. Ю.М. Корчагина, которая добывается и проходит стадию первичной подготовки на ЛСП-1 в Каспийском море для дальнейшей транспортировки по трубопроводам потребителю. Основные показатели качества нефти представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика нефти месторождения им. Ю.М. Корчагина

Физико-химические характеристики углеводородного сырья были исследованы стандартными методами и специальными методиками и, указанными в таблице 2.

Таблица 2 – Методы определения характеристик углеводородного сырья

В результате экспериментальных исследований (см. рис. 1, 2) было выявлено, что при воздействии магнитного поля в интервале значений магнитной индукции от 0,08 до 0, 31 Тл кинематическая вязкость нефтяного сырья снижается на 20 %, а температура застывания снижается на 4-6 ºС.

Воздействие ультразвуком практически не отражалось на вязкости нефти, но приводило к увеличению значения температуры застывания на 6 ºС.

Комбинированная обработка нефтяного сырья ультразвуком и магнитным полем позволяет достичь снижения вязкости транспортируемой нефти в среднем в 2 раза, по сравнению с ультразвуком и магнитным полем по отдельности.

Анализируя полученные экспериментальные данные, можно заключить, что в результате воздействия магнитного поля на исходное углеводородное сырье происходит высвобождение иммобилизированного внешнего слоя сложной структурной единицы (ССЕ) в дисперсионную среду, в результате чего незначительно улучшаются показатели транспортируемой нефти, такие как, вязкость и температура застывания. Ультразвук, наоборот, приводит к нарушению гомогенности системы в целом, что облегчает процесс образования кристаллов парафина в объеме, тем самым ухудшая низкотемпературные показатели сырья.

Варианты обработки:

1 – без обработки;
2 – магнитная обработка (0,08 Тл);
3 - магнитная обработка (0,15 Тл);
4 - магнитная обработка (0,31 Тл);
5 - обработка ультразвуком (45 кГц);
6 – комбинированная обработка (0,15 Тл и 45 кГц).

Рисунок 1 – Зависимость кинематической вязкости от способа обработки нефтяного сырья

Варианты обработки:

1 – без обработки;
2 – магнитная обработка (0,08 Тл);
3 - магнитная обработка (0,15 Тл);
4 - магнитная обработка (0,31 Тл);
5 - обработка ультразвуком (45 кГц);
6 – комбинированная обработка (0,15 Тл и 45 кГц)

Рисунок 2 – Зависимость температуры застывания от способа обработки нефтяного сырья

Как известно, значения вязкости нефти коррелируют со значениями плотности. Это подтверждается данными, представленными на рисунке 3.

Варианты обработки:

1 – без обработки;
2 – магнитная обработка (0,08 Тл);
3 - магнитная обработка (0,15 Тл);
4 - магнитная обработка (0,31 Тл);
5 - обработка ультразвуком (45 кГц);
6 – комбинированная обработка (0,15 Тл и 45 кГц).

Рисунок 3 – Зависимость плотности от способа обработки нефти

Установлено также, что средний размер частиц дисперсной фазы после воздействия магнитным полем уменьшается в среднем на 20 %, после комбинированной обработки – на 40 %, т.е. дисперсная система становится более однородной (см. табл. 3).

Таблица 3 – Зависимость среднего диаметра частиц дисперсной фазы от способа обработки нефтяного сырья в динамическом режиме

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при волновых воздействиях происходит перераспределение углеводородов и органических соединений в надмолекулярных образованиях: ультразвуковые колебания «расшатывают и дробят» ассоциаты – сложные структурные единицы, а магнитное поле не только выводит из них внешние слои, но и упорядочивает ССЕ, содержащие парамагнитные компоненты в направлении вектора магнитного поля. Гомогенность НДС возрастает 8. При этом освобождённые из ССЕ компоненты внешних слоёв переходят в дисперсионную среду, разбавляя её и, таким образом, препятствуя росту кристаллов парафинов при понижении температуры системы. Кроме того, молекулы смол, обладающие, как известно парамагнитной активностью, склонны к гомолитической диссоциации 9. Она ведёт в образованию новых парамагнитных центров, которые в магнитном поле также ориентируются в соответствии с вектором магнитного поля, повышая гомогенность и упорядоченность нефтяной дисперсной системы. В результате рост кристаллов парафинов и образование пространственной сетки в нефти затрудняется, что отражается на показателях вязкости и температуры застывания.

Таким образом, воздействуя на нефть ультразвуком или магнитным полем на характер взаимодействий между компонентами в нефтяной системе можно управлять структурообразованием в ней, а вместе с тем и низкотемпературными характеристиками, имеющими принципиальное значение при транспортировке нефти.

Литература.

1. Каберник, Е.А. Регулирование низкотемпературных и реологических свойств высокозастывающей нефти методом ультразвуковой обработки. / Е.А. Каберник, Е.А. Чернышева, Фыонг Лыу Хоай.// Актуальные вопросы развития науки. Сб. статей Международной научно-практ. конференции. 14 февраля 2014. – Изд-во Башкирский государственный университет. – 2014, - С.55-58.

2. Муллакаев, М.С. Исследование влияния ультразвукового воздействия и химических реагентов на реологические свойства вязких нефтей. / М.С. Муллакаев, В.О. Абрамов, Г.И. Волкова, И.В. Прозорова.// Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2010. - №5. – С. 31-34.

3. Ширяева, Р.Н. Влияние на реологические свойства высоковязких нефтей неионогенных ПАВ и магнитного поля. / Р.Н. Ширяева, Ф.Х. Кудашева, Р.Н. Гимаев.// Химия и технология топлив и масел, - 2008. - №3. – С. 31-33.

4. Винокуров, В.А. Исследование влияния волнового воздействия на нефти./ В.А. Винокуров, В.И. Фролов, М.П. Крестовников, С.В. Лесин // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2012. - №8. – С.3-8.

5. Козачок, М.В. Обоснование технологии перекачки высокопарафинистой нефти харьятинского месторождения с использованием комплексного воздействия магнитного поля и ультразвуковых колебаний./ Автореферат на соиск. уч. ст. к.т.н. наук. – Нац. Минерально-сырьевой институт «Горный» СПб. – 2012.

6. Пивоварова, Н.А. Магнитные технологии добычи и переработки углеводородного сырья: Обз. информ. – М.: ООО «Газпромэкспо», 2009. – 120 с.

7. Глаголева О.Ф., Клокова Т.П., Володин Ю.А. Определение параметров частиц дисперсной фазы в нефтяных системах колориметричеким методом. Метод.руководство. – Москва, Издательство РГУ НиГ, 1996. – 141 с.

8. Пивоварова Н.А. Интенсификация процессов переработки углеводородного сырья воздействием постоянного магнитного поля: диссертация ... доктора технических наук: 05.17.07. – Москва, 2005. – 362 с.

9. Унгер Ф.Г Фундаментальные и прикладные результаты исследования нефтяных дисперсных систем / Ф.Г. Унгер. – Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2011, - 264 с.