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:     | 1 ||

Обоснование технологии перекачки высокопарафинистой нефти харьягинского месторождения с использованием комплексного воздействия магнитного поля и ультразвуков

-- [ Страница 2 ] --

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.)

  Зависимость КПД для каждого из воздействий при различных температурах -16

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.

 Исследования изменения времени релаксации ВПН после воздействием-17

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.


Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.