WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

КОЗАЧОК Максим Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕКАЧКИ

ВЫСОКОПАРАФИНИСТОЙ НЕФТИ ХАРЬЯГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

Специальность 25.00.19 Строительство и эксплуатация

газонефтепроводов, баз и хранилищ

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель:        
доктор геолого-минералогических наук, профессор, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», профессор кафедры транспорта и хранения нефти и газа

Крапивский Евгений Исаакович

       

Официальные оппоненты:                                                                                  Поляков Вадим Алексеевич

доктор технических наук, профессор, Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина, доцент кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов

  Зыков Василий Александрович

кандидат геолого-минералогических  наук, доцент,  Ухтинский государственный технический университет, доцент кафедры геофизических методов, геоинформационных технологий и систем

Ведущая организация: Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск

Защита состоится 27 сентября 2012 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

       С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 24 августа 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., доцент                         А.К. НИКОЛАЕВ

Актуальность темы исследований.

Доля аномальных (неньютоновских)  нефтей в Российском балансе нефтедобычи постоянно увеличивается. Совершенствование эффективности технологии транспортировки высокопарафинистых нефтей является одной из основных задач нефтеперекачивающего комплекса России.

На сегодняшний день существует множество технологий перекачки аномальных нефтей. Однако энергозатрат на транспортировку таких нефтей по трубопроводу весьма значительны. Это связано с несовершенством технических средств и технологических процессов транспортировки и хранения нефти и является предпосылкой к разработке новых методов и технологий совершенствования процесса перекачки аномальных нефтей.

К настоящему времени опубликованы ряд работ, в которых рассматриваются вопросы физико-химического воздействия на аномальные нефти с целью улучшения их реологических характеристик: воздействие магнитного поля, высокочастного электромагнитного поля, метод магнитной виброструйной активации, ультразвуковое кавитационное воздействие. Однако еще недостаточно изучены особенности и механизмы комплексного воздействия физических полей на изменение реологических характеристик  перекачиваемых по трубопроводам высокопарафинистых нефтей.

Настоящая работа посвящена решению задачи снижения энергозатрат на транспортировку нефти Харьягинского месторождения. Характерной особенностью нефти этого месторождения является высокое содержание парафинов (в среднем 23,5%) и сераорганических соединений, что обуславливает значительные технологические трудности при ее транспортировке.

Большой вклад в исследовании нефтей обладающих неньютоновскими свойствами внесли отечественные ученые и специалисты:  Лейбензон Л.С., Черникин В.И., Яблонский В.С., Абрамзон Л.С., Агапкин В.М., Бикчентай Р.Н., Галлямов А.К., Гаррис Н.А., Губин В.Е., Дегтярев В.Н., Кривошеин Б.Л., Мирзаджанзаде А.Х., Новоселов В.Ф., Сковородников Ю.А., Тонкошкуров Б.А., Тугунов П.И., Харламенко В.И., Юфин В.А., Жуйко П.В. и др.

В этих работах затронуты различные стороны организации транспорта высоковязких и высокопарафинистых нефтей.

Магнитным и ультразвуковым методам обработки высоковязких и высокопарафинистых нефтей посвящены работы: Кузнецова О. Л., Симкина Э. М., Чилингара Дж., Лоскутовой Ю. В., Лесина В.И., Бугаутдинова Н.Я., Курочкина А.К., Бешагина Е.В. и др. Из исследований последних лет необходимо отметить диссертации  Муллакаева М.С., Хмелева С.С., Ершова М.А и др.. Однако, в этих работах изменению вязкости высокопарафинистой нефти при обработке ультразвуковыми и магнитными полями не уделено достаточного внимания.

Цель диссертационной работы

Исследование закономерностей изменения реологических характеристик и увеличения времени релаксации транспортируемой  высокопарафинистой нефти с помощью комплексной ультразвуковой и магнитной обработки для разработки технологии сокращения энергетических затрат на ее транспортировку.

Основные задачи исследования

1. Экспериментально исследовать изменение динамической вязкости высокопарафинистых нефтей под воздействием комплексной обработки постоянным, импульсным магнитным полем и ультразвуковым воздействиями.

2. Обосновать выбор оптимальных параметров ультразвука и магнитных полей, определяющих уменьшение динамической вязкости исследуемой нефти.

3. Установить зависимости увеличения времени релаксации  (восстановления первоначальных свойств) высокопарафинистой нефти от комплексного воздействия ультразвуковым, магнитным и тепловым полем.

4. Разработать  технологию  улучшения  реологических  характеристик транспортируемых  нефтей  с  высоким содержание  парафинов  путем снижения динамической вязкости  при  комплексным воздействием постоянным, импульсным магнитным полем и ультразвуковыми колебаниями.

5. Провести анализ  технико-экономической эффективности применения разработанной комплексной технологии улучшения  реологических  характеристик  транспортируемых высокопарафинистых нефтей.

Идея работы

Для снижения энергетических затрат на перекачку по трубопроводу высокопарафинистых нефтей следует применять методы улучшения их реологических характеристик на основе комплексного воздействия ультразвукового и магнитного полей.

Научная новизна работы

1.  Установлено, что  комплексное воздействие постоянного, импульсного магнитного поля и ультразвуковых колебаний приводит к более значительному уменьшению динамической вязкости высокопарафинистых нефтей, чем при раздельной обработке магнитным полем или ультразвуковыми колебаниями.

2. Определены параметрические характеристики магнитного поля и ультразвуковых колебаний, позволившие разработать методику изменения реологических свойств аномальных нефтей с целью сокращения энергетических затрат на их транспортировку.

3. Установлено увеличение времени релаксации высокопарафинистой нефти (по сравнению с тепловой обработкой) не менее 3х суток при комплексном воздействии магнитного поля и ультразвуковых колебаний.

Защищаемые научные положения

1. Для снижения динамической вязкости высокопарафинистой нефти при температурах близких к ее кристаллизации необходимо использовать ультразвуковое воздействие с интенсивностью не менее 15 Вт/см2 и магнитную обработку с индукцией не менее 1Тл.

2. В результате снижения динамической вязкости  высокопарафинистой нефти, которое достигается комплексным воздействием высокоэнергетическим ультразвуковым полем (не менее 15 Вт/см2), магнитным полем с индукцией 1-2 Тл при времени обработки нефти не менее 3 минут и  магнитных импульсов с индукцией до 2,0 Тл и длительностью не менее 1 мс, достигается уменьшение энергетических затрат на транспортировку высокопарафинистой нефти.

3. Использование комплексного ультразвукового и магнитного воздействий приводит к увеличению до 3 суток времени релаксации вязкости транспортируемой высокопарафинистой нефти (по сравнению с тепловой обработкой), что позволяет транспортировать высокопарафинистую нефть на значительные расстояния  без применения повторной тепловой обработки.

Методика исследований

При решении поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение данных по существующим методам изменения реологических характеристик высоковязких и высокопарафинистых нефтей; теоретический анализ целесообразности применения комплексного воздействия постоянного или импульсного магнитного поля и ультразвукового воздействия на аномальные нефти; экспериментальные исследования включали в себя проведение исследований при широком диапазоне регулирования основных параметров на современном, высокоточном оборудовании. Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью современных компьютерных технологий.

Достоверность научных положений подтверждена теоретическими исследованиями, результатами лабораторных экспериментов, сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическое значение работы

1. Обоснована целесообразность использования комплексного воздействия постоянного и импульсного магнитного поля и ультразвукового воздействия на высокопарафинистые нефти для улучшения их реологических характеристик.

2. Предложена комплексная технология улучшения реологических характеристик высокопарафинистых нефтей.

3. Обоснованы оптимальные параметры физических полей, определяющих комплексное воздействие на нефть с высоким содержанием парафинов.

4. Разработан метод увеличение времени релаксации транспортируемой высокопарафинистой нефти.

Реализация результатов работы

Разработанная методика совершенствования методов транспортировки высокопарафинистых нефтей может быть применима на предприятиях нефтегазовой отрасли, осуществляющих транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, при проектировании нефтепроводов и резервуаров.

Научные и практические результаты диссертационной работы могут быть использованы также в учебном процессе СПГГУ при изучении дисциплины «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» студентами специальности 130501.

Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на: Межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (г. Ухта, Ухтинский государственный технический университет, 2009г.), Международной конференци «СПб – 2010. К новым открытиям через интеграцию геонаук» (г. Санкт-Петербург, 2010г.), Межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (г. Ухта, Ухтинский государственный технический университет, 2010г.), Международной конференции Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering“ and “Doctoral School of Energy and Geotechnology II” (г. Пярну, Эстония, 2011г.).

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований, разработке методики и проведении лабораторных экспериментов, разработке и обосновании метода изменения реологических свойств высоковязких и высокопарафинистых нефтей.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящем в перечень журналов ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 126 страниц, содержит 10 таблиц и 16 рисунков, а также список литературы из 112 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Крапивскому Е.И., профессору  УГТУ Некучаеву В.О., директору - главному конструктору ООО «УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕХНИКА ИНЛАБ» - Новику А.А. за создание аппаратуры для исследования нефтей, а также сотрудникам кафедры ТХНГ Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за помощь в подготовке диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, определены цель, идея, задачи работы, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе диссертационной работы проведен обзор и анализ научно-информационных источников по проблеме транспортировки аномальных (неньютоновских) нефтей. Приведен краткий анализ исследований результатов ранее выполненных работ в области применения ультразвуковых колебаний, магнитного поля и других физических полей на свойства высоковязких (ВВН) и высокопарафинистых нефтей (ВПН).

Анализ материалов этих исследований показывает, что магнитные и ультразвуковые методы обработки высокопарафинистых нефтей  оказывает большое влияние на эффективность их перекачки. Однако в настоящий момент данные методы в основном применяются с целью интенсификации добычи нефти на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами. В этой связи, вопросы дальнейшего совершенствования методов транспортировки аномальных высокопарафинистых нефтей являются актуальными

Несмотря на многообразие методов изменения реологических характеристик вязкопластичных нефтей на практике, при перекачке по трубопроводу, применяется в основном подогрев, добавление ПАВ или разбавление более легкими углеводородами.

Показана необходимость разработки новых методов перекачки аномальных нефтей для уменьшения затрат на транспортировку таких нефтей по трубопроводам. Проведен анализ особенностей подготовки ВПН.

Во второй главе приводится краткое описание приборов, высокотехнологичного оборудования и методик проведения экспериментальных исследований, использованных при изучении воздействия магнитных полей и ультразвуковых колебаний на реологические характеристики высокопарафинистой нефти Харьягинского месторождения.

При проведении лабораторных исследований использовались следующие приборы и оборудование:

-  импульсный магнитный излучатель с магнитной индукцией 2,0 Тл – воздействие импульсным магнитным полем на различные материалы;

- ультразвуковая ванна с системой нагрева – обработка нефти УЗ колебаниями интенсивностью до 10 Вт/см;

-  УЗ генератор и стержневой магнитострикционный преобразователь мощностью 4 кВт - обработка нефти УЗ колебаниями интенсивностью до 25 Вт/см;

- постоянные неодимовые магниты (Nd2Fe14B) – для обработки нефти постоянным МП;

-  ротационный вискозиметр Rheotest RN 4.1 – исследование изменения реологических характеристик аномальной нефти при различных температурных режимах, до и после обработки магнитными полями и ультразвуковыми колебаниями.

За исключением ротационного вискозиметра, все приборы были разработаны и изготовлены  ООО «УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕХНИКА ИНЛАБ» (Санкт-Петербург) по техническому заданию кафедры ТХНГ НМСУ «Горный» и при участии автора.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований изменения реологических характеристик (эффективной вязкости) высокопарафинистой нефти (ВПН) Харьягинского месторождения под воздействием физических полей.

Харьягинская нефть представляет собой типичную неньютоновскую жидкость и обладает вязкопластическими свойствами характеризуемыми начальным напряжением сдвига (рис.1), которое имеет значение 0,6 при температуре 20 С. Вязкопластичные свойства данной нефти исчезают при достижении температуры 35 С.

Рисунок 1 – Зависимость начального напряжения сдвига о  Харьягинской нефти от температуры

Рисунок 2 – Зависимость динамической вязкости Харьягинской нефти от температуры

Компонентный состав ВПН Харьягинского месторождения: от 10 до 30% парафинов, до 6% смол и до 3% асфальтенов. Температурная зависимость вязкости нефти Харьягинского месторождения (рис. 2) свидетельствует, что при повышении температуры от начальной 20 С до 40 С и более вязкость снижается в несколько сот раз.

В результате обработки экспериментальных данных была получена зависимость для определения динамической вязкости. 

µ = 182442,7 – 15749 · Т + 451,6 · Т2 – 4,3 · Т3.         (1)

Магнитную обработку можно осуществлять постоянными магнитными полями, создаваемыми неодимовыми магнитами (Nd2Fe14B). В эксперименте использовались прямоугольные магниты различной площади. В диссертации приведены их характеристики.

При моделировании стенда для обработки нефти постоянным магнитным полем был предложен следующий подход: с использованием экспериментального стенда (рис.3.) производился подбор наиболее эффективного расположения магнитов, при котором происходит максимальное воздействие МП на потоки соответственно максимальное изменение реологических характеристик ВВН транспортируемой по трубопроводу;  N-S –магниты расположены перпендикулярно потоку (рисунок 3-1); N-N - магниты расположены перпендикулярно потоку (рисунок 3-2);  N/S –магниты расположены параллельно потоку (рисунок 3-3); N/N – магниты расположены параллельно потоку (рисунок 3-4).

Рисунок 3 – Варианты расположения магнитов вокруг трубопровода

Максимальная напряженность постоянного магнитного поля составляла около 8·103А/м. Обработка образца длилась в течение 15 мин при различных температурах (от 20 до 35 С) Исследования динамики изменения эффективной вязкости ВПН после обработки постоянными магнитными полями (с помощью постоянных неодимовых магнитов Nd2Fe14B) показали достаточную эффективность применения данного метода для уменьшения динамической вязкости ВПН (рис.4).

  а)  б)

в)  г)

Рисунок 4 – Исследования изменения динамической вязкости Харьягинской нефти под воздействием магнитного поля

Однако по окончании обработки вязкость нефти постепенно увеличивается (табл. 1). Это дает основания полагать, что применение постоянных магнитов более эффективно совместно с другими физико-химическими методами уменьшения вязкости ВПН.

Существует несколько гипотез влияния магнитного поля на реологические характеристики аномальных нефтей. Предполагаемый механизм воздействия магнитного поля основан на «коллоидной теории». По этой теории механизм действия магнитного поля на вещества основывается на поведении диамагнитных и парамагнитных молекул во внешнем магнитном поле.

Таблица 1 – Результаты изменения динамической вязкости и периода релаксации ВПН Харьягинской нефти при температуре 25 С

Тип нефти

Тип МО

Динамическая вязкость µ, мПа*с

Время релаксации t,ч.

(не менее)

ВПН Харьягинского месторождения

Исходное состояние

3660

-

  1. N-S

1895

3,75

  1. N-N

1877

3,5

  1. N/S

1980

3,1

  1. N/N

2011

2,8

Из анализа данных, представленных на рисунке  4 и в таблице 1 следует целесообразность применения магнитной обработки для улучшения реологических характеристик высокопарафинистых нефтей. При этом более эффективна обработка постоянным магнитным полем при расположении магнитов в положении 1 N-S  и 2 N-N. Таким образом, проведенные испытания позволяют  делать вывод, что изменение реологических свойств ВПН необходимо проводить с использованием установок для магнитной обработки переменным магнитным полем, а также возможности использования в качестве источника МП кольцевых магнитов.

Как показали реологические исследования, период релаксации (восстановления первоначальной вязкости) при магнитной обработке увеличивается до 3-х суток (более длительные исследования не проводились), при этом наиболее интенсивное уменьшение эффективной вязкости приходится на первые сутки обработки МП. При исследовании влияния импульсного магнитного воздействия на аномальную нефть важную роль играет количество импульсов и максимальная индукция МП. Установка «Импульсный магнитный излучатель» дает возможность использовать магнитные импульсы с индукцией до 2,0 Тл и длительностью около 1 мс., при этом обрабатывается участок трубопровода по меньшей мере несколько метров длиной.

Всего в ходе эксперимента  исследовано более 25 образцов высокопарафинистой нефти Харьягинского месторождения. Основанием для выбора  количества импульсов (16), обусловлено началом незначительного ухудшения результатов обработки.

  а) б)

в)  г)

Рисунок 5 - Влияние количества магнитных импульсов на изменение динамической вязкости аномальной нефти при различных температурах

Установлено, что  обработка высокопарафинистой Харьягинской нефти импульсным МП также, как и в случае обработки постоянным полем, приводит снижению динамической вязкости. При этом при более высокой температуре относительное снижение вязкости более значительно (рис. 5).

Для проведения лабораторных исследований и определения оптимальных параметров ультразвуковых колебаний (УЗ) компанией ООО «Ультразвуковая техника ИНЛАБ» по техническому заданию НМСУ «Горный» были сконструированы установки, с помощью которых возможно выполнить достаточно широкий спектр задач по обработке нефти ультразвуковыми колебаниями.

Влияние УЗ колебаний и магнитного поля исследовалось раздельно. УЗ установка состоит из ультразвуковой ванны (нержавеющая сталь)  с нагревателем и 6 плоскими ультразвуковыми излучателями мощностью по 300 Вт каждый, расположенными под нижней стенкой  и стержневого магнитострикционного УЗ излучателя мощностью 4 кВт, помещаемого в ванну  (рис. 1). Из за большого объема воды в ванне образец (цилиндрическая или плоская кювета) практически не нагревался, что дало возможность исследовать влияние УЗ колебаний без учета термального эффекта. Возможность регулирования выходной мощности генератора стержневого излучателя позволила обрабатывать образец нефти ультразвуком интенсивностью 10-35 Вт/см.

Рисунок 6 - Схема экспериментальной УЗ установки: 1 - ультразвуковой генератор, 2 – магнитострикционный преобразователь, 3 – ультразвуковая ванна с системой нагрева, 4 – волновод-излучатель, 5 - ёмкость с обрабатываемой нефтью, 6 – установка автономного охлаждения.

Рисунок 7 - Ультразвуковой стержневой магнитострикционный преобразователь  мощностью 4 кВт;

В качестве индикатора мощности (интенсивности0 УЗ колебаний использовалась алюминиевая фольга. Потеря массы фольги связывалать с параметрами УЗ воздействия. Глубина действия УЗ колебаний в экспериментальных условиях доходила до 25 см. Это дает основания полагать, что влияние УЗ колебаний способны распространятся в трубопроводе на необходимое расстояние.

Благодаря возможности регулирования параметров УЗ установлено, что при увеличении интенсивности УЗ воздействия на образец, установлено, что увеличение его мощности в 2 раза приводит к уменьшению динамической вязкости нефти более, чем в 2 раза (рис. 7). Диапазон температур от 24 до 30 C был выбран в связи с тем, что 24 C являются температурой кристаллизации исследуемой нефти, а при нагреве более 35 C она ведет себя практически как ньютоновская жидкость.

Для измерения реологических характеристик нефти использовался ротационный вискозиметр Rheotest RN4.1

Рисунок 7 - Зависимость изменения динамической от температуры при обработке УЗ различной интенсивности

Рисунок 8 - Влияние времени УЗ обработки на динамическую вязкость

Оптимальное время обработки высокопарафинистой нефти составило около 5 мин (рис.8). Для сокращения времени обработки целесообразно использовать более мощные излучатели, располагаемые на внешней поверхности нефтепровода.

Согласно наиболее распространенной теории, влияние УЗ на вязкость нефти обуславливается кавитационным эффектом (схлопывание пузырьков газа), который в свою очередь ускоряет диффузию нефти в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина. Харьягинская нефть до определенной температуры не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому система оказывает значительное сопротивление силам сдвига. Визуально изучено (снят фильм) растворение чистого парафина (свечки) при воздействии УЗ колебаний стержневого излучателя.

Кроме того, кавитация разрывает цепочку С–С связей нефти и парафина (более слабых, чем С–Н связи в молекулах углеводорода), вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса,  температуры кристаллизации и др.) и свойств нефтепродуктов  (вязкости,  плотности,  температуры вспышки и др.).

С помощью установки «ультразвуковая ванна с системой нагрева» использованной совместно и «ультразвуковой стержневой магнитострикционный преобразователь  мощностью 4 кВт»  был проведен ряд исследований направленных на исследование скорости нагрева нефти от воздействия УЗ колебаний. УЗ ванна создает эффект «объемного нагрева» где явно наблюдается эффект кавитации, при этом одновременно повышается температура и уменьшается ее динамическая вязкость

Также были проведены исследования по комплексному воздействию физических полей на ВПН Харьягинского месторождения. Эксперимент включил в себя все три воздействия, описанные ранее (тепловое, МП, импульсное МП и УЗ). По результатам исследования была получена зависимость (рис.9.)

Рисунок 9 – Зависимость КПД для каждого из воздействий при различных температурах

Таким образом, проведенные исследования определили оптимальные параметры воздействия (как в отдельности, так и при комплексном воздействии) каждого из физических полей на ВПН нефть. Уменьшение энергетических затрат на транспортировку высокопарафинистой нефти Харьягинского месторождения возможно в результате сокращения динамической вязкости до 35% и достигается комплексным УЗ воздействием (более 15-25 Вт/см), временем обработки нефти УЗ колебаниями (не менее 3-5 минут), количеством магнитных импульсов с индукцией до 2,0 Тл (не менее 10 раз), а также индукцией постоянного магнитного поля около 1,2 Тл. Наибольшее влияние на вязкость высокопарафинистой нефти оказывает УЗ воздействие. Это обусловлено также и тем, что  до 50% энергетических затрат  УЗ расходуется на нагрев нефти. При комплексном воздействии на ВПН, то максимальный эффект был получен при температуре нефти 25C. Это связано с физико-химическими свойствами самой нефти, температура кристаллизации которой находится в диапазоне от 23 – 25C. 

Результаты проведенных исследований изменения времени релаксации ВПН под воздействием физических полей  приведенные на рисунке 10 показали, что совместное использование УЗ колебаний и магнитных полей значительно увеличивает время восстановления первоначальных свойств аномальной нефти. Образцы нефти нагревались до температуры 50 C и подвергались обработке физическими полями. В течение 3-5 суток снимались показания изменения динамической вязкости. Полученные результаты достигаются преимущественно за счет эффектов описанных при воздействии каждым из физических полей в отдельности.

Рисунок 10 - Исследования изменения времени релаксации ВПН после воздействием физических полей

В четвертой главе предложена технология  транспортировки аномальной нефти с включенными в нее узлами комплексного воздействия на высокопарафинистую нефть ультразвуковым и магнитным полем (рис.11).

Рисунок 11 – Принципиальна схема  транспортировки аномальной нефти оборудованная системой подогрева на основе воздействия физических полей: 1 – подводящий трубопровод; 2 – резервуарный парк оборудованный системой подогрева на основе воздействия физических полей; 3 – подпорный насос; 4 – головная перекачивающая станция; 5 – магистральный трубопровод; 6 – подогреватели на основе воздействия физических полей; 7 – основной насос; 8 – промежуточная подогревающая станция;

В соответствии с разработанной технологией на рисунке 12 схематично представлен узел УЗ обработки транспортируемой ВПН. Количество УЗ излучателей зависит от длины участка L трубопровода, его диаметра D, средней скорости потока нефти ср, характеристик перекачиваемой нефти (вязкость µ).

Рисунок 12 – Схема узла УЗ обработки транспортируемой нефти:  1 – излучатели; 2 – нефтепровод; 3 – генератор; 4 – блок кабелей;

Рисунок 13  – Схема узла магнитной обработки транспортируемой нефти:  1 – тиристорный преобразователь; 2 – электромагнит с трехфазной обмоткой; 3 – трубопровод; 4 – схема управления тиристорным преобразователем;

В качестве источников магнитного поля могут быть использованы несколько электромагнитов (рис. 13) с трехфазной обмоткой расположенных последовательно, в зависимости характеристик перекачиваемой нефти и от возможных условий установки на магистральном трубопроводе.

Использование системы подготовки ВПН нефти с применением физических полей, рекомендовано проводить в следующем порядке:

  • первичная подготовка (обработка УЗ воздействием с помощью погружных устройств) ВПН осуществляет на этапе сбора высокопарафинистой нефти в резервуарном парке и подготовки к дальнейшей транспортировке по трубопроводу. Целесообразна также обработка постоянным магнитным полем с помощью погружных магнитов;
  • комплексная обработка (УЗ, МП, ИМП) исследованными физическими полями производится на  головной насосной станции;
  • при необходимости, повторная комплексная магнитная и ультразвуковая обработка  на участке трубопровода, где понижается до заданных пределов вязкость нефти и повышается вероятность выпадения парафинов, расположенного между головной и промежуточной перекачивающими станциями;
  • подготовка ВПН к дальнейшей транспортировке производится на промежуточной перекачивающей станции.

В этой же главе было выполнено технико-экономическое сравнение эффективности применения печей подогрева и предложенной технологии. Для проведения такой оценки были условно заданы два участка нефтепровода длиной 50 км и диаметром d = 0,51 м, по которому перекачивают нефть с расходом G = 165,3 кг/с., на одном из которых была применена предлагаемая комплексная технология обработки нефти, а на другом - стандартная система подогрева с помощью печи подогрева. Все прочие параметры рассматриваемых участков приняты идентичными. Применение комплексной системы обработки с использованием физических полей позволяет снизить энергозатраты на транспортировку нефти на 30-50%.. Период окупаемости подобной системы в благоприятных условиях составит от двух до трех лет.

В заключении приводятся общие выводы и рекомендации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

  1. Анализ результатов экспериментальных исследований по исследованию динамической вязкости высокопарафинистой нефти при ее обработке ультразвуковым и магнитным полями свидетельствует о перспективности такой технологии при ее транспортировке по магистральным и промысловым трубопроводам.
  2. Разработана технология подготовки и транспортировки высокопарафинистых нефтей, обладающих вязкопластическими свойствами,  на основе применения магнитного поля и ультразвуковых колебаний.
  3. Экспериментально установлены рабочие параметры для УЗ воздействия (не менее 15-25Вт/см), количество магнитных импульсов с индукцией до 2,0 Тл (не менее 10 раз), а также индукция постоянного магнитного поля около 1,2 Тл.
  4. Установлено, что при применении предложенной системы подготовки и транспортировки высокопарафинистых нефтей время  восстановления первоначальных свойств (по сравнению с ее подогревом) увеличивается до 3 суток даже при ее остывании до 25 0С, что дает возможность существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
  5. Проведенный сравнительный технико-экономический анализ эффективности применения печей подогрева и предложенной технологии показал, преимущества последней (период окупаемости стандартной технологии оказался выше почти в 2 раза).

Основные положения и научные результаты опубликованы в  8 работах, основные из них:

  1. Козачок М.В. О возможности изменения реологических свойств транспортируемой высоковязкой нефти с помощью физических полей / М.В. Козачок,  Е.И. Крапивский, В.О. Некучаев // Межрегиональная научно-техническая конференция «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» УГТУ (г. Ухта). 2009. – Т.4. -  С. 194-196.
  2. Козачок М.В. Влияние физических полей на реологические свойства транспортируемых высоковязких нефтей / М.В. Козачок,  Е.И. Крапивский, В.О. Некучаев  //  «СПб – 2010. К новым открытиям через интеграцию геонаук»: материалы всероссийской конференции (5-8 апреля 2010г.). 2010. – Т.1. – С. 118-120.
  3. Козачок М.В. Применение ультразвука мощностью 1,5 Вт/ см с целью изменения реологических характеристик аномальной нефти / М.В. Козачок,  Е.И. Крапивский, В.О. Некучаев  // Межрегиональная научно-техническая конференция «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (г. Ухта 18-19 ноября 2010 г.) УГТУ, 2010. – С. 268-272.
  4. Козачок М.В. Применение программного комплекса ANSYS/FLUENT при анализе транспортировки аномальных нефтей обработанных ультразвуком / М.В. Козачок,  Е.И. Крапивский, И.А. Вишняков // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2011. – Т.7. – С. 334-339.
  5. Козачок М.В. Исследование влияния ультразвуковой кавитации на состояние трубопровода при помощи комплекса дистанционной электромагнитной диагностики /  М.В. Козачок,  Е.И. Крапивский, П.А. Пахотин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2011. – Т.9. – С. 386-390.
  6. Kozachok M.V. Abnormal oil rheological properties changing by ultrosound using different power /  M.V. Kozachok, E.I. Krapivsky, S.M.  Sabanov // Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering“and “Doctoral School of Energy and Geotechnology II” Prnu Estonia, January 10-15, 2011. – р.р. 127-129.
 






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.