Транспортировка высоковязких нефтей при обычных условиях весьма затруднительна. Именно поэтому требуется разработка специальных методов, позволяющих снизить энергозатраты, а иногда и просто сделать возможным транспорт тяжелой нефти по трубопроводу.
Для перекачки кумкольско-акшабулакской нефтесмеси на нефтепроводе Кумколь – Каракоин – Шымкент в холодное время года в 1998 году было принято решение использовать присадку ДМН-2005. Применение данной присадки было успешно внедрено, однако в 2003 году нефтяная промышленность Казахстана расширилась до 52 млн тонн добычи и транспортировки нефти. В том же году наблюдалось так называемое «аномальное» увеличение добычи высоковязких и высокопарафинистых нефтей с аномальными реологическими свойствами. Слабая эффективность присадки ДМН-2005 в условиях нестабильного объема перекачки и повышения доли высоковязкой акшабулинской нефти в составе нефтяной смеси вызвали проблемы при транспортировке на участке Кумколь – Каракоин – Шымкент и привели его в негодность.
Для восстановления работоспособности данного участка эксплуатирующей организацией применялись различные методы, однако их эффективность имела нерегулярный характер.
Среди основных методов транспортировки высоковязких высокопарафинистых нефтей можно выделить несколько групп, направленных на улучшение реологических свойств транспортируемого продукта. Это подогрев, применение разбавителей и использование депрессорных присадок.
Перекачка предварительно подогретых нефтей – это процесс транспортировки высоковязких нефтей, которые были предварительно нагреты до температуры плавления парафинов, чтобы снизить их вязкость и обеспечить более эффективную перекачку. Для предварительного подогрева нефти используются специальные подогреватели, которые могут быть установлены на различных этапах транспортировки нефти, включая непосредственно точку ее закачки в трубопровод, путевой подогрев в ходе транспортировки, а также подогрев в местах хранения.
Нагревание нефти в головном пункте трубопровода и ее перекачка в нагретом виде являются наиболее распространенным методом транспортировки высоковязких и высокозастывающих нефтей по трубопроводам на сегодняшний день. Однако необходимо учитывать, что предварительный подогрев нефти требует дополнительных затрат на энергию, негативно сказывается на состоянии изоляционных покрытий трубопровода, что снижает срок их безопасной эксплуатации, а также приводит к увеличению риска возникновения пожара или взрыва в случае неправильного использования подогревателей.
Перекачка с разбавителями – это процесс транспортировки высоковязких нефтей с использованием разбавителей, таких как конденсат, бензин или другие легкие углеводороды.
Этот процесс используется для уменьшения вязкости нефти, что позволяет снизить требуемое давление и повысить скорость транспортировки. Кроме того, разбавители также помогают предотвратить образование парафиновых отложений во время транспортировки.
В процессе перекачки с разбавителями разбавитель и нефть смешиваются в специальных емкостях непосредственно перед транспортировкой. Затем смесь перекачивается по трубопроводу с помощью насосов и других технических средств. Использование углеводородных маловязких нефтей и разбавителей газового конденсата является одним из наиболее эффективных и доступных способов улучшения реологических свойств высоковязких и высокозастывающих нефтей. Применение таких разбавителей позволяет существенно снизить вязкость и температуру застывания нефти. Эффект снижения содержания парафина обуславливается: во-первых, понижением концентрации парафина в смеси, т.к. часть его растворяется легкими фракциями разбавителя, а во-вторых, при наличии в разбавителе асфальто-смолистых веществ последние, адсорбируясь на поверхности кристаллов парафина, препятствуют образованию устойчивой структурой решетки.
Используемый для перекачки высокозастывающей кумкольской нефти нефтепровод выполнен в двухниточном исполнении, одна с диаметром 530 мм и другая с диаметром 720 мм.
Первое и очевидное решение, которое было предложено эксплуатирующей организацией – это использование второй нитки меньшего диаметра для подачи разбавителя. В качестве разбавителя было принято использовать западносибирскую нефть с НПС «Каракоин» по трубопроводу диаметром 530 мм, которая подавалась на НПС «Кумколь», где смешивалась с кумкольской нефтью, и полученную смесь перекачивали обратно на НПС «Каракоин» по трубопроводу с диаметром 720 мм.
Протяженность пути, по которому транспортируется нефть Кумкольской группы «Кумколь – Каракоин» до нефтепровода Павлодар – Шымкент составляет 198,9 км. Такое решение позволило обеспечить работу участка МН «Кумколь – Каракоин», поскольку получаемая смесь двух нефтей имеет реологические свойства, позволяющие транспортировать ее по трубопроводу без дополнительного подогрева.
Таким образом, принятое решение позволило уменьшить энергозатраты на транспортировку кумкольской нефти, однако при этом объем перекачки существенно снизился.
Альтернативным методом может служить перекачка нефтей с депрессорными присадками, которые уменьшают температуру образования парафиновых отложений в нефти.
Депрессорные присадки добавляются к нефти непосредственно перед транспортировкой и позволяют сохранить жидкую консистенцию нефти при более низких температурах, что снижает риск образования парафиновых отложений на стенках трубопровода.
Процесс перекачки нефти с депрессорными присадками не требует дополнительных технических средств, именно поэтому применение их всегда рассматривается в первую очередь. На участке МН «Кумколь – Каракоин» также изначально применялся данный метод, однако изменившиеся условия эксплуатации трубопровода потребовали использовать альтернативные способы транспортировки, что привело к снижению мощности исследуемого участка. Тем не менее подбор оптимальной присадки остается актуальным вопросом для рассматриваемого проекта.
Методы
Применение депрессорных присадок имеет ряд неоспоримых преимуществ, в числе которых повышение эксплуатационной надежности нефтепровода за счет снижения пусковых давлений; увеличение пропускной способности трубопровода без необходимости реконструкции участка; снижение загрязнения внутренней поверхности стенок трубопровода асфальтосмолопарафиновыми отложениями (АСПО).
Механизм действия присадок (депрессаторов) основан на том, что молекулы присадки адсорбируются на поверхности кристаллов парафина и предотвращают их рост. В результате в нефти образуется жидкая суспензия кристаллов парафина, покрытая оболочкой, состоящей из молекул присадки.
Основными недостатками применения депрессорных присадок являются необходимость нагрева всего количества транспортируемой нефти до температуры плавления парафинов и относительно высокая стоимость самих депрессаторов.
Транспортировка нефти в условиях низких температур и на участках, не оборудованных нагревательными установками, может быть осложнена проблемами текучести и отложения парафинов, смол и асфальтенов при соприкосновении с холодными стенками трубы. Именно с такими осложнениями пришлось бороться при транспортировке товарной нефти по магистральному трубопроводу «Кумколь – Каракоин – Шымкент».
Данный магистральный маршрут не оборудован подогревательными агрегатами, а транспортируемая нефтесмесь обладает средней температурой текучести близкой к +9…+15 ºС. В зимнее время температура грунта и транспортируемой нефтесмеси может опускаться до +2 ºС и +3 ºС соответственно. Для решения данной проблемы АО «Казтрансойл» обязало недропользователей, которые сдают нефть в магистральный трубопровод «Кумколь – Каракоин – Шымкент», использовать депрессорную присадку в период сентябрь–апрель ежегодно. Депрессорная присадка была призвана бороться со всеми вышеперечисленными осложнениями транспортировки.
Однако у применяемой до 2015 года депрессорной присадки имелся ряд недостатков. Присадка поставлялась в виде вязкой массы, которую необходимо было растворить в дизельном топливе перед вводом. Осложнялся данный процесс также необходимостью разогревать депрессорную присадку до 60 ºС перед смешением и только после этого растворять ее в дизельном топливе. Данный процесс требовал от недропользователей дополнительных затрат на обогрев и специальные установки для приготовления депрессорной смеси. Нестабильные цены на зимнее дизельное топливо также вносили свою лепту в процесс планирования бюджета для закупки депрессорной присадки на каждый год.
Результаты
Подбор и испытание присадки для магистрального нефтепровода Кумколь – Каракоин – Шымкент длились достаточно продолжительное время. Еще в 2010 году начались работы по разработке отечественной депрессорной добавки с пробами, взятыми со всех месторождений, которые затем были сформированы для транспортировки по маршруту Кумколь – Каракоин – Шымкент. Отобранные и исследованные образцы, представленные в таблице 1, показывают значения температуры стока коммерческой сырой нефти на месторождениях Кумкольского района.
Далее было изучено влияние предлагаемой депрессорной присадки «Рандеп 5102» на реологические характеристики и температуру текучести, транспортируемой нефтесмеси
Промышленные испытания предлагаемой присадки также показали хорошие результаты, они представлены в таблицах 3 и 4.
График изменения динамической вязкости в зависимости от температуры образца представлен на рисунке 1.
По завершении лабораторных исследований разрабатываемая присадка была рекомендована к применению на рассматриваемом участке.
Заключение
В рамках статьи рассмотрен участок нефтепровода Кумколь – Каракоин – Шымкент, который пришел в непригодность после повышения доли высоковязкой акшабулинской нефти. Принятое решение по применению депрессорной присадки стало результатом многолетних испытаний. Снижение температуры застывания транспортируемой нефти после применения присадки особенно ярко проявляется на пониженных температурах, что актуально для рассматриваемого участка в холодное время года.
Литература
1. Черникин В.А. О совершенствовании методов определения эффективности применения противотурбулентных присадок на магистральных нефтепродуктопроводах / В.А. Черникин, Н.С. Челинцев // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2011. № 1. С. 58–61.
2. Годовой отчет Zhaikmunai LP (ТОО Жаикмунай) за 2017 г. Астана, 2018.
3. Тронов В.П. Механизм образования смолопарафиновых отложений и борьба с ними. – М.: Недра, 1970. – 192 с.
4. Махмутов Е.С., Сигитов В.Б., Боранбаева Л.Е., Дидух А.Г., Алексеев С.Г. Нефтесмеси, транспортируемые по магистральным нефтепроводам АО «КазТрансОйл». Справочник на 3-х языках (казахский, русский и английский). Ч. 2. – Алматы: Жибек жолы, 2009. – 530 с.
5. Инновационный патент РК 30239. Депрессорная присадка комплексного действия «Рандеп 5102» / Ажгалиев Б.У., Беглеров Е.А., Бекбасов Т.М. –Опубл. 17.08.15, Бюл. № 8.
6. Махмотов Е.С., Сигитов В.Б., Боранбаева Л.Е., Дидух А.Г., Алексеев С.Е. Нефтесмеси, транспортируемые по магистральным нефтепроводам АО «КазТрансОйл». Справочник на 3-х языках (казахский, русский и английский). Ч.2 – Алматы: Жибек жолы, 2009. – 532 с.
7. Нечваль М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И. Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам. – М.: Недра, 1976. – 221 с.
8. Лурье М.В., Марон В.И., Мацкин Л.А., Юфин В.А. Оптимизация последовательной перекачки нефтепродуктов. – М.: Недра, 1979. – 256 с.
