авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Технология транспорта высокопарафинистых нефтей на основе применения депрессорных присадок

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.692.4

На правах рукописи

Тогашева Алия Ризабековна

ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТА ВЫСОКОПАРАФИНИСТЫХ НЕФТЕЙ

НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2007

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»), г. Уфа

Научный руководитель -доктор технических наук

Карамышев Виктор Григорьевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор

Азметов Хасан Ахметзиевич

кандидат технических наук

Пиядин Михаил Николаевич

Ведущее предприятие – Центр химической механики нефти

Академии наук Республики Башкортостан

(ЦХИМН АН РБ)

Защита диссертации состоится «16» ноября 2007 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, проспект Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР»

Автореферат разослан «15» октября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Л.П. Худякова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Казахстан является одним из крупнейших мировых нефтедобывающих регионов и обладает развитой трубопроводной системой. Среди разведанных и эксплуатирующихся месторождений наиболее крупные – Тенгиз, Карачаганак, Узень, Жетыбай, Каламкас, Кумколь и ряд других. Добываемые нефти по своим физико-химических свойствам, таким как вязкость, содержание асфальтенов, смол и парафинов весьма разнообразны. Нефти, обладающие такими свойствами, относятся к реологически сложным, отличающимся высокой температурой застывания.

В этой связи создание новой техники и технологии, эффективная эксплуатация действующих нефтепроводов будут определяться состоянием и уровнем разработок теоретических основ, лежащих в их основе, достигнутых на текущий момент, а также исследований направленных на изучение и интенсификацию физических процессов.

Трубопроводный транспорт парафинистых нефтей был и остается достаточно серьезной проблемой для организаций, занятых их добычей и транспортом. На нефтепроводах, перекачивающих реологически сложные нефти, применяются традиционно сложившиеся специальные технологии перекачки. Все они основаны на внесении в поток либо дополнительной тепловой энергии - «горячая» перекачка, трубопроводы с системами попутного электроподогрева, либо различного рода разбавителей, улучшающих текучесть перекачиваемой нефти (воды, маловязких нефтей, газа, депрессорных присадок и т.п.).

Несмотря на огромный объем работ в области улучшения реологических свойств аномальных нефтей, исследование их физико-химических свойств научный поиск новых методов воздействия на них является актуальным как для науки, так и нефтяной промышленности в целом.

Кроме отмеченных выше методов воздействия на высокопарафинистые нефти, актуальными являются исследования технологических и технических аспектов транспорта таких нефтей и разработка новых технологий, технических средств.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности транспорта аномальных жидкостей с применением депрессорных присадок.

Задачи исследований

1. Изучить механизм действия депрессорных присадок на высокопарафинистые нефти.

2. Исследовать реологические свойства высокопарафинистых мангышлакских нефтей с добавками депрессорных присадок.

3. Исследовать способы и условия добавления депрессорных присадок в высокопарафинистую нефть.

4. Разработать технологию применения депрессорных присадок при трубопроводном транспорте высокопарафинистых нефтей.

5. Разработать тепло-гидравлический расчет транспорта высокопарафинистых нефтей с добавками депрессорных присадок.

6. Разработать технические средства для эффективной эксплуатации магистральных нефтепроводов, транспортирующих высокопарафинистые нефти.

Поставленные в диссертационной работе задачи решены на базе теоретических и экспериментальных данных, полученных преимущественно в результате исследований, выполненных в промышленных условиях и проведения экспериментов на опытно-промышленных стендах транспорта нефти с применением при обработке данных современных методов математической статистики и вычислительной техники.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Изучен механизм влияния депрессорных присадок на высокопарафинистую нефть. Установлено, что подбор депрессорных присадок, дающих максимальный реологический эффект, носит индивидуальный характер, и должен быть выполнен экспериментально для каждой из транспортируемых нефтей.

2. Установлены закономерности улучшения транспортабельных свойств высокопарафинистых мангышлакских нефтей под влиянием различных депрессорных присадок.

3. Разработана методика гидравлического расчета трубопровода при перекачке нефти с добавкой депрессорной присадки как ко всему объему перекачиваемой нефти, так и с добавкой присадки к кольцевому пристенному слою нефти.

Основные защищаемые положения следующие:

1. Выводы по выбору депрессорных присадок и условиям внесения, а также получаемые эмпирические зависимости реологических параметров мангышлакских нефтей.

2. Тепло-гидравлический расчет с использованием реологических параметров нефти, обработанной депрессорными присадками, для различных условий введения депрессорных присадок.

3. Технологические схемы введения депрессорных присадок.

4. Разработанные технические средства, повышающие эффективность эксплуатации нефтепроводов, транспортирующих высокопарафинистые нефти.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Получены оптимальные условия внесения депрессорных присадок по нефтям мангышлакской группы месторождений.

2. По нефтям мангышлакской группы месторождений получены эмпирические зависимости реологических параметров нефти от температуры и концентрации присадки.

3. На основе полученных эмпирических зависимостей дан тепло-гидравлический расчет трубопроводов, осуществляющих транспорт высокопарафинистых нефтей с добавкой депрессорных присадок ко всему объему нефти и в пристенный кольцевой слой.

4. Разработаны технологические схемы введения депрессорных присадок при трубопроводном транспорте высокопарафинистых нефтей.

5. Разработаны технические средства для повышения эффективности эксплуатации нефтепроводов, транспортирующих высокопарафинистые нефти.

Достоверность результатов подтверждается сопоставлением результатов расчетов с результатами, полученными экспериментально на реально действующих трубопроводах и опытно-промышленном стенде.

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

Заседаниях Ученого совета и семинарах Института химии и природных солей АН Республики Казахстан;

Научно-практической конференции «Наука и молодежь». Актау, 2002;

Республиканской научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», (тезисы докладов), Уфа, 2007 г.

Заседаниях методического совета и секции Ученого совета Института проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР);

Международной специализированной выставке «Нефть. Газ. Технологии 2006 г.» г. Уфа.

Структура и объем работы

Диссертационная работа общим объемом 123 страницы машинописного текста состоит из введения, 4 глав, заключения (основных выводов и рекомендаций) 15 таблиц, 31 иллюстрации. Список литературы включает 80 наименований.

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 10 научных трудах, в том числе в двух патентах Российской Федерации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, дается краткая характеристика предмета изучения – высокопарафинистые нефти и области приложения результатов исследований.

В первой главе дан краткий анализ работ, посвященных вопросам движения высокопарафинистых нефтей, обработанных депрессорными присадками для улучшения их транспортабельных свойств.

Значительный вклад в развитие трубопроводного транспорта и исследования реологических свойств аномальных сред различной природы внесли как российские (советские) ученые – Черникин В.И., Скрипников Ю.В., Тугунов П.И., Пиядин М.Н., Губин В.Е., Галлямов А.К., Новоселов В.Ф., Юфин В.Н. так и ученые из стран ближнего и дальнего зарубежья - Мирзаджанзаде А.Х., Мамонов Ф.А., Муринов С.А., Касымов Т.М., Хедстрем, Бенбоу, Мерилл, Бьюкки и многие другие.

Значительный вклад в исследования тиксотропных нефтей внесли сотрудники Уфимского государственного нефтяного технического университета под руководством профессора Девликамова В.В. Однако, в их работах свойства нефтей рассматривались, в основном, применительно к пластовым условиям, что не позволяло в полной мере использовать полученные результаты для решения задач в области трубопроводного транспорта.

Основные проблемы, возникающие при подготовке к трубопроводному транспорту высокопарафинистых нефтей, связаны с их малой подвижностью, высокой температурой застывания и, как правило, отложениями парафина на внутренней поверхности трубопроводов.

На основе опыта обобщения воздействия депрессорных присадок на реологические свойства различными способами установлена корреляционная связь между эффективным дроблением парафиновых образований в нефти и реологическими свойствами. Поэтому создание технологии обработки нефти и разработка технических средств для этого направлены на предотвращение парафинистых образований, содержащихся в нефти, а полученный после обработки результат определяется измерением реологических свойств нефти.

В процессе проведения исследований установлено, что обработка депрессорными присадками при определенной температуре нагрева с последующим охлаждением с темпом 20 оС в час обеспечивает значительное снижение предельного динамического напряжения сдвига в 3 с лишним раза, а пластическую вязкость приблизительно в 2.5 раза.

В этой же главе приводится анализ основных факторов, влияющих на процесс парафинообразования. Исследованиями установлено, что зона максимального отложения парафина на внутренней поверхности труб наблюдается в местах, где температура перекачки находится в пределах температуры массовой кристаллизации парафина. При более высокой температуре отложений образуется мало, так как парафин находится в растворе и лишь незначительная часть его выкристаллизовывается на поверхности трубы. При температуре нефти ниже температуры массовой кристаллизации обычно образуется незначительное количество отложений.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию реологических свойств высокопарафинистых мангышлакских нефтей отдельных месторождений и их смеси, составленной на основе средних параметров.

Трубопроводный транспорт высокопарафинистых нефтей с добавками депрессорных присадок является одним из наиболее перспективных способов транспорта. Как показали исследования, использование депрессорных присадок позволяет значительно снизить гидравлические потери при перекачке высокопарафинистых нефтей, уменьшить количество парафиновых отложений на стенках трубопровода и облегчить условия эксплуатации трубопроводов. Приводятся физико-химические характеристики депрессорных присадок и механизм их действия на высокопарафинистые нефти.

Для выявления оптимальных параметров обработки высокопарафинистых нефтей депрессорными присадками исследовались четыре вида депрессорной присадки ЕСА. Результаты исследований представлены в виде линий течения исходных нефтей и с добавлением присадок на рисунках 1-3. Депрессорные присадки добавляли в нефть, нагретую до определенной температуры.

Этот нагрев обусловлен механизмом действия присадки на процесс кристаллизации парафина в нефти.

Как видно из рисунков 1-3 все перечисленные присадки оказывают на исследуемые нефти депрессорное действие. Наиболее эффективной присадкой для мангышлакской нефти является присадка ЕСА 4242.

На рисунке 4 показана зависимость эффективной вязкости высокопарафинистых нефтей с добавкой 0,15 % вес. присадки при градиенте скорости введения100 с-1 от температуры введения присадки в нефть 20 оС.

Из рисунка 4 видно, что наиболее эффективной температурой нагрева для мангышлакской нефти является 70 оС. Для узеньской и жаножольской нефтей оптимальная температура введения присадки – 60 оС. Добавление присадки при температуре нагрева большей 70 (60) оС снижает депрессорное действие присадки на нефть

1 – исходная нефть; 2 – ЕСА 841;

3 – ЕСА 4242; 4 – ЕСА 5317; 5 – ЕСА 5234

Рисунок 1 – Линии течения мангышлакской нефти,

исходной и с добавками депрессорных присадок

 1 – исходная нефть; 2 – ЕСА 841; 3 – ЕСА 4242; 4 – ЕСА 5217;5 – ЕСА 5234  Линии течения-1

1 – исходная нефть; 2 – ЕСА 841;

3 – ЕСА 4242; 4 – ЕСА 5217;5 – ЕСА 5234

Рисунок 2 – Линии течения узеньской нефти,

исходной и с добавками депрессорных присадок

 1 – исходная нефть; 2 – ЕСА 841; 3 – ЕСА 4242; 4 – ЕСА 5234; 5 – 5217 Линии течения-2

1 – исходная нефть; 2 – ЕСА 841;

3 – ЕСА 4242; 4 – ЕСА 5234; 5 – 5217

Рисунок 3 - Линии течения жаножольской

нефти, исходной и с добавками депрессорных

присадок

1 - мангышлакская; 2 – узеньская;

3 – жаножольская нефти

Рисунок 4 – Зависимость эффективной вязкости

высокопарафинистых нефтей с добавкой 0,15 % вес.

присадки при градиенте скорости введения100 с-1 от

температуры введения присадки в нефть при 20 оС

В процессе исследований установлено, что на реологические свойства нефти с добавлением депрессорной присадки оказывает влияние также скорость охлаждения нефти после добавления депрессорной присадки. С целью определения скорости охлаждения, обеспечивающей наибольший депрессорный эффект были проведены эксперименты. Результаты экспериментов представлены на рисунке 5. Установлено, для мангышлакских нефтей скорость охлаждения 20 оС в час обеспечивает наибольший депрессорный эффект присадок. Уменьшение или увеличение скорости охлаждения ухудшает реологические свойства нефти, причем при увеличении скорости охлаждения реологические свойства нефти ухудшаются медленнее, чем при уменьшении.

 1 – мангышлакская; 2 – узеньская; 3 – жаножольская нефти Рисунок 5– Зависимость-3

1 – мангышлакская; 2 – узеньская;

3 – жаножольская нефти

Рисунок 5– Зависимость эффективной

вязкости высокопарафинистых нефтей с добавкой присадки при градиенте скорости 100 с-1 от скорости охлаждения нефти

В главе также приводятся результаты исследований влияния гидродинамических условий охлаждения нефти с добавкой депрессорных присадок на ее реологические параметры.

Высокопарафинистую нефть с добавкой депрессорной присадки охлаждали в статических и в динамических условиях – в ротационном вискозиметре при ламинарном и турбулентном режимах течения.

Установлено, что охлаждение нефти в статических условиях (при ламинарном режиме течении) практически не ухудшает реологических свойств нефти, а в динамике (при турбулентном режиме) – наблюдается их ухудшение.

Получены реологические параметры мангышлакских высокопарафинистых нефтей исходных и добавками депрессорных присадок при различных температура нагрева нефти и различных концентрациях присадки. Установлена оптимальная концентрацию присадки в нефти 0,2 %.

Депрессорные присадки наиболее эффективны в области температур нефти на 5-10 оС ниже температуры ее застывания. Повышение или понижение температуры нефти снижает эффективность действия депрессорной присадки. Повышение температуры нефти на 8-10 оС выше температуры застывания исходной нефти почти полностью исключает депрессорное действие присадки на нефть.

Установлено, что концентрация 0,2 % вес. Обеспечивает наибольший депрессорный эффект для исследуемых нефтей.

На рисунках 6, 7 приведены зависимости пластической вязкости и предельного статического напряжения сдвига мангышлакской нефти от концентрации депрессорной присадки.

Рисунок 6 – Зависимость

пластической вязкости мангышлакской нефти от концентрации депрессорной присадки ЕСА 4242

Рисунок 7 - Зависимость предельного статического напряжения сдвига

мангышлакской нефти от концентрации депрессорной присадки

Для проведения гидравлических расчетов трубопроводов необходимо иметь зависимости реологических параметров высокопарафинистых нефтей от температуры и концентрации депрессорной присадки.

Исследуемую нефть, как исходную, так и с добавками депрессорной присадки можно отнести к вязкопластичным жидкостям, состояние которых с достаточной степенью точности может быть аппроксимировано уравнением Бингама – Шведова. Это позволило на основании экспериментальных данных получить формулы для расчета пластической вязкости, предельного динамического напряжения сдвига, эффективной вязкости и предельного статического напряжения сдвига в зависимости от температуры нефти и концентрации присадки.

Пластическая вязкость

. (1)

Предельное динамическое напряжение сдвига нефти от температуры и концентрации присадки:

при

; (2)

при

. (3)

Эффективная вязкость

при

; (4)

при

. (5)

Предельное статическое напряжение сдвига нефти

. (6)

Экспериментальные и расчетные значения параметров дают хорошую сходимость результатов.

Третья глава посвящена технологии применения присадок при трубопроводном транспорте высокопарафинистых нефтей. Рассмотрены способы добавления депрессорных присадок в нефть, а именно в резервуары на головной перекачивающей станции и в трубопровод до или после головной насосной и подогревательной станций. Приведены как преимущества, так и недостатки каждого способа.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.