автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Интенсификация процесса расслоения водонефтяных эмульсий путем их магнитно-вибрационной обработки

На правах рукописи

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА РАССЛОЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ ПУТЕМ ИХ МАГНИТНО-ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (Нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2005

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и защита от коррозии» Уфимского государственного нефтяного технического университета и в ООО «Корпорация Уралтехнострой» (г. Уфа).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бугай Дмитрий Ефимович.

I

I

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зубаиров Сибагат Гарифович; ,

кандидат технических наук Султанов Марат Хатмуллинович.

Ведущая организация ГУЛ «Башкирский научно-исследовательский

и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения» (БАШНИИНЕФТЕМАШ).

Защита состоится 27 января 2006 года в íS-Ьe> на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

I

Автореферат разослан » декабря 2005 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Закирничная М.М.

•f& ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

На поздней стадии разработки нефтяных месторождений появляются значительные трудности при сборе и подготовке продукции скважин вследствие образования стойких водонефтяных эмульсий. Устойчивости эмульсий способствуют природные эмульсаторы - асфальтены, соли нафтеновых кислот и тяжелых металлов, смолы, парафины и механические примеси. Эти вещества образуют на каплях эмульсии прочные оболочки, препятствующие их коалесценции.

Нарушение устойчивости водонефтяных эмульсий осуществимо путем применения химических реагентов, тепловой обработки, отстаивания, воздействия электрического поля, а также комбинирования этих методов. В настоящее время наиболее распространенным и эффективным методом является применение химических реагентов - деэмульсаторов.

Усложнение условий подготовки продукции скважин по мере старения, месторождений требует применения все более эффективных и дорогостоящих деэмульсаторов, разработки специальных агрегатов и устройств, которые, как правило, весьма сложны и энергоемки. В результате повышается себестоимость добычи нефти.

Предпринятые в последние годы попытки применения магнитного и вибрационного полей для улучшения расслоения промысловых эмульсий (работы В.В. Леоненко, Г.А. Сафонова, A.B. Сорокина, А.Я. Хавкина и др.) доказали перспективность данного направления, однако главным недостатком проведенных исследований является отсутствие нацеленности на изучение механизма происходящих при этом процессов. В результате оказалось невозможным создание научно обоснованных методов расчета и конструирования соответствующих агрегатов и устройств, что предопределило их относительно невысокую эффективность.

В диссертации на основе теоретического и экспериментального изучения механизмов рассматриваемых процессов создана методика расчета параметров устройства и машины, разработанных

доаагяцпоию&ядаонной

БИБЛИОТЕКА j ;

обработки промысловых эмульсий,' которые объединены в установку, позволяющую существенно повысить скорость их расслоения и производительность процесса подготовки нефти.

Цель работы

Создание устройства и машины для магнитно-вибрационной обработки промысловых эмульсий на основе изучения механизма интенсификации их расслоения в магнитном и вибрационном поле.

В диссертации решались следующие задачи:

1 Исследование влияния механических примесей, парафинов и минерализации водной фазы на устойчивость модельных эмульсий, а также разработка модельной водонефтяной эмульсии со стабильным составом и физико-химическими свойствами.

2 Разработка лабораторных методик и устройств для исследования влияния магнитно-вибрационного воздействия на водонефтяные эмульсии различного состава.

3 Изучение механизма воздействия магнитных и вибрационных полей на водонефтяные эмульсии.

4 Разработка научно обоснованной методики расчета устройства для магнитной обработки эмульсий и машины для их вибрационной обработки.

5 Разработка установки для магнитно-вибрационной обработки промысловых эмульсий, включающей данные устройство и машину, и ее промышленное внедрение.

Научная новизна

1 Установлено, что среди механических примесей, распространенных в водонефтяных смесях, оксиды, гидроксиды и сульфиды железа общей формулы РехОу, Рех(ОН)у и Ре.^, обладающие ферро- и парамагнитными свойствами, в наибольшей степени стабилизируют эмульсии типа «нефть в воде».

2 Показано, что обработка водонефтяных эмульсий постоянным магнитным полем приводит к разрыхлению оболочек, бронирующих глобулы нефти, вследствие переориентации в них соединений железа. Скорость расслоения эмульсий различного состава максимальна при обработке постоянным

полем от точечных магнитов с индукцией 0,03-0,05 Тл в случае, если магниты расположены нормально направлению потока водонефтяной смеси навстречу друг другу одноименными полюсами.

3 Установлено, что наибольшая эффективность обработки эмульсий достигается, когда воздействие вибрационным полем частотой 40-300 Гц и мощностью до 30 Вт проводится после магнитной обработки, в результате чего активизируется коалесценция глобул нефти с разрыхленными в магнитном поле бронирующими оболочками.

Практическая ценность

В ООО «Корпорация Уралтехнострой» внедрены следующие разработки, выполненные при участии соискателя:

1 Установка магнитно-вибрационной обработки потока водонефтяных сред УМОП-50 в качестве пилотной установки для определения эффективности магнитно-вибрационной обработки промысловых сред в лабораторных и натурных условиях.

2 Методики «Получение лабораторной модели промысловой эмульсии» и «Исследование эффективности магнитно-вибрационной обработки промысловой эмульсии», которые используются для разработки нового перспективного оборудования подготовки нефти.

Апробация работы и публикация результатов

Основные результаты работы доложены и обсуждались на технических совещаниях «ООО Корпорация Уралтехнострой» (Уфа, 2003-2005); второй научно-практической конференции «Новые разработки в химическом и нефтяном машиностроении» (Туймазы, 2003); 54-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2003); научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья» (Уфа, 2004); VI Конгрессе нефтегазопромышленников России «Проблемы и методы обеспечения надежной и безопасной эксплуатации систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (Уфа, 2005); 4-й международной

научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2005).

По результатам работы опубликовано 6 трудов: 3 статьи и тезисы трех докладов.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и 2 приложений. Объем диссертации 122 страницы машинописного текста; приводится 20 таблиц, 62 иллюстрации, 2 приложения. Список литературы содержит 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертации, сформулированы цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена анализу проблемы образования эмульсий в нефтедобыче, применению аппаратов магнитного и вибрационного воздействия на водонефтяные эмульсии.

Обводнение продуктивных пластов нефтяных месторождений вносит значительные осложнения в технологию добычи, сбора и подготовки нефти. Эти осложнения связаны с образованием водонефтяных эмульсий, часто обладающих высокими значениями вязкости и весьма стойкими к разрушению.

Образование стойких и вязких эмульсий снижает межремонтный период работы скважин из-за обрывов штанг в штанговых скважинных насосных установках и выхода из строя установок электрических погружных центробежных насосов из-за перегрузок электродвигателя. Высокая вязкость эмульсий вызывает рост давления в системах сбора нефти, влечет за собой порывы коллекторов.

Использование установок на основе постоянных магнитов позволяет моделировать большинство используемых на практике способов магнитного воздействия на поток жидкости и решать такие проблемы нефтегазовой отрасли, как снижение коррозионной активности перекачиваемых жидкостей, предотвращение отложения солей и парафинов на стенках оборудования, расслоение водонефтяных эмульсий. Стоимость установок на постоянных

магнитах более чем в пять раз ниже аналогичных на основе электромагнитов, они практически не требуют технического обслуживания.

Во второй главе описаны расчетные и экспериментальные методы, использованные при выполнении работы.

Для осуществления магнитной и вибрационной обработки потока эмульсии использовали лабораторную установку, состоящую из емкостей для эмульсии, насоса, аппарата ультразвуковой обработки УЗУ-2, генератора сигналов ГЗ-ЗЗ со специальным звукопередающим устройством, установки для магнитной обработки жидкости УМПЛ, аппарата магнитной обработки, штативов, термометров, манометров и расходомера. Компоновка установки предусматривала возможность магнитной обработки эмульсии любого состава при варьировании величины индукции и различном расположении точечных магнитов, а также вибрационной обработки с заданной частотой и мощностью сигнала. Тарировку аппарата магнитной обработки проводили с помощью тесламетра, замеряя величину магнитной индукции в зазоре индуктора. Размер зазора изменяли штурвалами, снабженными шкалой.

Среднестатистическая относительная ошибка измерений величины магнитной индукции не превышала 3 %.

Скорость потока эмульсии определяли экспериментально, используя секундомер и расходомер. Регулируя угол поворота рычага вентиля, изменяли расход эмульсии, а скорость потока рассчитывали по формуле

и=д1ГГ' (1)

где Ql - показания расходомера до опыта, м3; - показания расходомера после опыта, м3; 51 - площадь сечения трубопровода, м2; I - продолжительность опыта, с.

Среднестатистическая относительная ошибка измерений величин Q¡ и 0 не превышала 5 %.

Оценка эффективности обработки заключалась в определении количества нефти, выделившейся со временем из эмульсии в градуированных отстойниках (метод «бутылочной» пробы). Обработанную эмульсию сливали в

мерные цилиндры с нанесенной шкалой. Затем эмульсию ставили на отстаивание при комнатной температуре и проводили контроль степени ее расслоения через определенные интервалы времени.

Долю выделившейся нефти вычисляли по формуле

^ = ^-•100%, (2)

"о

где V- объем выделившейся нефти, л; У0 - объем нефти в эмульсии, л.

Среднестатистическая относительная оптибка замеров величин У я Уд составляла не более 5,5 %.

Испытания проводили при температуре (20 ± 1) °С.

Третья глава посвящена разработке методики получения модельных водонефтяных эмульсий, оценке влияния стабилизаторов на скорость их расслоения и созданию расчетного метода определения параметров магнитного и вибрационного полей, интенсифицирующих расслоение эмульсий.

С целью получения эмульсий, которые по своим свойствам (скорость расслоения, плотность, вязкость и др.) имитируют реальные промысловые эмульсии, разработана «Методика получения лабораторной модели промысловой эмульсии», позволяющая подготавливать модельные эмульсии из ингредиентов постоянного и известного состава.

В состав промысловых эмульсий чаще всего входят: асфальтены; парафины, начиная с СюН22 и выше; хлориды, карбонаты и сульфаты натрия, калия, кальция и магния; оксиды, гидроксиды и сульфиды железа общей формулы РвхОу, Рех(ОН)у и Ре^у соответственно.

Для определения оптимального состава модельной эмульсии проведен полный факторный эксперимент. В качестве факторов, влияющих на время расслоения эмульсии У, служили ингредиенты, входящие в ее состав: X, - парафины; Х2 - магнетит (РеО • Ре2Оз); Х3 - оксиэтилированный эфир алкилфе-нолов (ОГТ-Ю).

В раствор, состоящий из 50 мл дизельного топлива и 50 мл воды, в каждом опыте добавляли определенное количество ингредиентов (таблица 1).

Таблица 1 - Матрица планирования эксперимента

Номер образца Х„г Х2,г Х3,г У, мин

1 2,5 1,00 0,20 60,00

2 2,5 1,00 0,01 1,00

3 2,5 0,05 0,20 1,00

4 1,0 1,00 0,20 63,30

5 2,5 0,05 0,01 1,17

6 1,0 1,00 0,01 0,25

7 1.0 0,05 0,20 45,00

8 1,0 0,05 0,01 1,08

В результате было получено следующее уравнение регрессии: У = 21,6- 5,8X1 +9,5X2 +20,7Х3 + 5,2X1X2- 6X1X3 + 9,8X2X3. + 5Х,Х2Х3. (3)

Анализ уравнения (3) показал, что основными эмульсирующими компонентами в модельной эмульсии являются ОП-Ю и диспергированный магнетит, который обладает свойствами ферромагнетика.

Получен следующий оптимальный состав модельной эмульсии: парафины - 10 г/л; магнетит - 3 г/л и ОП-Ю - 1,5 г/л.

Изучение влияния стабилизаторов на скорость расслоения модельной эмульсии проводили при температуре 21 °С путем дозирования в нее различного количества механических примесей (порошки магнетита и технического карбоната кальция). Установлено, что магнетит оказывает большее стабилизирующее действие на эмульсию, чем карбонат кальция. Механические примеси стабилизируют эмульсию уже при содержании в ней в количестве 1 г/л. При содержании свыше 2 г/л образуется стойкая эмульсия, свыше 5 г/л -весьма стойкая.

» Исследование влияния парафинов на устойчивость эмульсии проводили

в тех же условиях. Показано, что по сравнению с парафинами механические примеси обладают более высоким стабилизирующим действием.

Минерализацию водной фазы изменяли путем варьирования содержания в ней №С1 как наиболее распространенной составляющей пластовых вод. Оказалось, что скорость расслоения эмульсии увеличивается при возрастании разности плотностей водной и углеводородной фаз.

Была разработана лабораторная установка, с помощью которой проведена магнитно-ультразвуковая обработка модельной эмульсии. Рабочая частота ультразвукового генератора составляла 18 кГц, скорость движения потока -1 ± 0,2 м/с, давление - 0,5 МПа, величина магнитной индукции - 0,01-1,00 Тл.

Установлено, что постоянное магнитное поле существенно (в среднем в 1,5 раза) повышает скорость расслоения эмульсии при величине индукции 0,03-0,05 Тл. Однако при больших значениях магнитной индукции этот эффект резко снижается.

При обработке модельной эмульсии вибрационным полем с частотой 10-18000 Гц после воздействия магнитным полем с индукцией 0,05 Тл установлено, что максимальное увеличение скорости расслоения происходит при частоте 40-300 Гц. Рост частоты вибрации снижает эффективность воздействия, а при частоте 10000 Гц приводит к инверсии влияния звуковых колебаний на расслоение эмульсии.

Для оценки влияния поля точечных постоянных магнитов на скорость расслоения эмульсии изучены различные варианты их размещения относительно потока и друг друга (рисунок 1).

а) N-8-N-8 б) крест N-8 -N-8 в)Ы-8-8-К *

Рисунок 1 - Конфигурации линий индукции магнитного поля при различном расположении полюсов

Известно, что сила, действующая в магнитном поле на частицы механических примесей, пропорциональна его градиенту, который при встречном расположении магнитов (рисунок 1, в) больше, чем при однонаправленном (рисунок 1, а и 1, б). В частности, сила, которая действует на частицы, дви-

жущиеся на расстоянии 2 мм от оси трубы с внутренним диаметром 14 мм, при встречном расположении магнитов в три раза больше, чем при однонаправленном (рисунок 2).

На частицы механических примесей, обладающих магнитным моментом, в неоднородном магнитном поле действует сила

dH

Ft=X^Vlly(-^), (4)

где х - магнитная восприимчивость частиц, ед. СИ; щ = 1,2566 • 10"6 Гн/м -магнитная постоянная; V - объем частицы, м3; Ну - напряженность магнитного поля, А/м; dH/dy - градиент напряженности магнитного поля, А/м2.

Рисунок 2 - Расположение магнитов и конфигурация магнитного поля по оси трубы между магнитами по трем профилям

Эта сила стремится переместить частицы в область более высоких значений напряженности. Поскольку частицы примесей имеют малые размеры (несколько микрометров и менее), некоторые из них могут находиться в од-

нодоменном состоянии, характеризующимся значительным магнитным моментом. В частности, однодоменная частица магтемита диаметром 0,2 мкм обладает моментом 2 ■ 10'15 А-м2. Магнетит имеет более высокие магнитные свойства, поэтому его однодоменная частица обладает еще большим магнитным моментом.

Ускорение однодоменных частиц в неоднородном магнитном поле рассчитывается по формуле

рУ р (¡у

(5)

где р - плотность вещества частицы, кг/м ; I, - спонтанная намагниченность, А/м.

Например, для профиля с координатой у = 4 мм при максимальном градиенте магнитного поля йНу/ду =5 • 106 А/м2 ускорение частиц гематита равно 2,5 м/с2. В случае однодоменных частиц магнетита их ускорение в 200 раз больше.

На рисунке 3 представлено распределение значений рассчитанной по формуле (4) силы, действующей на многодоменные частицы сферической формы диаметром 0,01 мм с магнитной восприимчивостью 10 ед. СИ, которые движутся на различных расстояниях от оси трубы. Максимальное значение силы при у = 4 мм равно 0,264 ■ 10"9 Н.

И 10"', н

0,3

0,2

0,1

■0,1

- [ге 4 ЯИ ]

I I I,

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

X, м

Рисунок 3 - Распределение силы, действующей на многодоменную частицу, по оси трубы по трем профилям

Оценка ускорения при движении частиц по тому же профилю с использованием данных, приведенных на рисунке 3, дает значение 100 м/с2 (то есть около 10 g).

В случае движения частиц по профилю у = 2 мм ускорение при прохождении области максимального градиента поля в четыре раза меньше, то есть составляет около 2,5 g.

Таким образом, частицы механических примесей в оболочках, бронирующих глобулы нефти, могут под действием неоднородного магнитного поля перемещаться внутри оболочек в сторону соответствующего полюса источника магнитного поля. В результате при движении эмульсии последовательное расположение магнитов позволяет «встряхивать» окруженные механическими примесями глобулы нефти, что приводит к их дестабилизации.

С учетом изложенных соображений и полученных экспериментальных данных была проведена магнитно-вибрационная обработка эмульсий, соответствующих по составу промысловым эмульсиям НГДУ «Уфанефть» со следующими характеристиками: плотность нефти при 20 °С - 0,870 г/см3; содержание механические примесей - 300-500 мг/л; смол - 15-20 % масс.; ас-фальтенов - 3-5 % масс.; парафинов - 3-4 % масс.; кинематическая вязкость при 20 °С - 30,0-40,5 мм2/с; плотность водной фазы -1,138 г/см3.

Исследовали эмульсии типа «нефть-вода» следующего состава (% об.): 50/50; 40/60; 30/70. Установлено, что в отсутствие магнитно-вибрационной обработки среднее время расслоения эмульсий в зависимости от степени обводненности составляет 4,5-5,0; 3-4; 2,5-3,0 ч соответственно.

В дальнейшем исследовали эмульсию состава 30/70, учитывая, что данный состав является наиболее распространенным в условиях месторождений Уральского региона и Западной Сибири.

В ходе исследования влияния температуры на скорость расслоения эмульсии установлено, что при температуре 21 °С продолжительность расслоения составляет 2,5-3,0 ч; при 30 °С - 30-40 мин; при 40 °С - 7-10 мин; при 50 °С и выше эмульсия расслаивается за несколько секунд.

Все последующие эксперименты проводили при температуре 21 °С.

Изучение влияния содержания деэмульгатора ХПД-005 на скорость расслоения эмульсии показало, что без реагента расслоение происходит за 2,5-3,0 ч; при концентрации деэмульгатора в углеводородной фазе 20 мг/л -за 1,5-2,0 ч; 30 мг/л - за 1,0-1,5 ч; 40 мг/л - за 40-60 мин.

Далее эксперименты проводили при концентрации деэмульгатора 40 мг/л.

Магнитную обработку эмульсии проводили при различном взаимном расположении точечных магнитов (см. рисунок 1). Установлено, что наиболее эффективным является расположение вида Ы-Б - Б-Ы.

Исследование влияния вибрационного воздействия на скорость расслоения эмульсии, предварительно обработанной полем точечных магнитов, показало, что наибольшее увеличение скорости происходит при частоте 50 Гц.

Оптимальными условиями и параметрами работы созданной установки магнитно-вибрационной обработки эмульсий являются использование точечных постоянных магнитов с индукцией 0,05 Тл в положении N-8 - 8-Ы и частота вибрационного воздействия 40-100 Гц.

Установлено, что магнитно-вибрационная обработка эмульсии типа 30/70 при температуре 21 °С, скорости движения потока 1 м/с, концентрации деэмульгатора ХПД-005 в нефти 40 мг/л увеличивает скорость ее расслоения в 2,5-3 раза (рисунок 4).

-

—'

т - * '

• •

//

— • — "

/' - —

0 20 40 60 80

Количество выделившейся воды, % об.

без обработки

— — с обработкой

вибрацией

— --- с обработкой

магнитным полем

— * - с обработкой

магнитным полем и вибрацией

Рисунок 4 - Влияние различных видов обработки на скорость расслоения эмульсии

На основании проведенных исследований предложен механизм коалес-ценции глобул нефти в эмульсии типа «нефть в воде», который проиллюстрирован на рисунке 5.

Рисунок 5 - Механизм коалесценции глобул нефти в эмульсии

При прохождении потока эмульсии через каскад точечных магнитов (рисунок 5) происходит разрыхление бронирующих оболочек глобул нефти (рисунок 6, а) вследствие перемещения механических примесей внутри оболочек в сторону магнитов (рисунок 6, б и 6, в). Дальнейшая обработка вибрацией способствует интенсивной коалесценции глобул нефти.

а б в

Рисунок 6 - Выделение механических примесей на поверхности бронирующих оболочек

Принимая, что величина Ну одинакова по всему сечению точечных магнитов, при их встречном расположении

ъ-ъ

где с1т - расстояние между двумя близлежащими магнитами в каскаде, м. Тогда формулу (4) можно представить в виде

Р^МрУ. (7)

Основное сопротивление передвижению частиц механических примесей в направлении магнитов оказывает сила трения. Для частиц сферической формы сопротивление трения вычисляется по формуле Стокса:

= бкруги, (8)

где р - плотность среды, кг/м3; V - кинематическая вязкость среды, м2/с; г -

2Ыи . ..

радиус частицы, м; и = —— - скорость движения частицы, м/с; Л! - смещение

частиц в бронирующих оболочках, м; V- скорость потока эмульсии, м/с.

Следовательно, для того, чтобы магнитная обработка была эффективной, должно выполняться условие:

2

> 6яр\ги > (9)

то есть

Н>

у

2. \pvud, 2 г У ХИ* '

(10)

Поскольку наиболее эффективные значения индукции находятся в пределах 0,03-0,05 Тл, что соответствует напряженности магнитного поля 24-40 кА/м, дальнейшее определение типа точечных магнитов, их размеров и расстояния между ними осуществляется на основе неравенства (10) с учетом данного критерия с помощью специальной программы на ПЭВМ. При этом следует иметь в виду, что с экономической точки зрения целесообразно

стремиться к минимальным значениям напряженности в указанном интервале, так как она обеспечивается менее мощными точечными магнитами.

Например, если средний радиус глобулы нефти составляет 2 мм; М, достаточное для разрыхления бронирующих оболочек, - 10 % от радиуса глобулы (как показывает опыт подобных исследований), то есть 0,2 мм; с1т = 2,5 ■ <1 («^ = 5 мм - диаметр точечного магнита) в случае, когда сила Ру максимальна; X - 2,5 ед. СИ; радиус частиц механических примесей - 5 мкм, получаем Ну = 25 кА/м. Магнитное поле такой напряженности обеспечивается постоянными магнитами типа «N(1 - Бе - В» высотой 3 мм.

Для выбранной схемы расположения магнитов расстояние между ними Ь подбирается из условия, что механические примеси в составе бронирующих оболочек смещаются под действием магнитного поля на расстоянии Ь/2, то есть

9пруи к 4

При невозможности создания достаточно узкого зазора I для разрыхления бронирующих оболочек во всем объеме необходимо устанавливать несколько каскадов постоянных магнитов, количество которых может быть определено по формуле

и = О2)

I со

где Ск - концентрация необработанных магнитным полем глобул нефти на йыходе эмульсий из установки, % об.; с0 - концентрация глобул в объеме эмульсии, % об.

Известно, что сила, действующая на глобулу нефти при вибрационном воздействии, вычисляется по формуле

рЖ

Р-*Ро 1 , 2(р-р0) 1

3(2р + р0) г3 (2р + р0У г5

(13)

где £> — средняя мощность источника вибрации, Вт; с — скорость звука в эмульсии, м/с; I — радиус глобулы нефти, м; р — плотность глобулы, кг/м3;

ра — плотность эмульсии, кг/м3; г — расстояние от излучателя до центра глобулы, м; к- коэффициент, зависящий от формы глобулы, м'1.

Например, для глобулы радиусом 2 мм, находящейся на расстоянии Г] - 5 мм, Л = 0,45 • 10'3 Н (см. рисунок 5), а для глобулы, находящейся на расстоянии г2 = 10 мм, Р2 = 0,014 ■ 10"3 Н. Архимедова сила Га = (Уг- объем глобулы, м3), действующая на глобулу, равна 0,32 • 10"3 Н. Следовательно, в соответствии с формулой (13), мощности источника вибрации, ? равной 30 Вт, достаточно для того, чтобы сталкивать всплывающие под действием архимедовой силы глобулы нефти для ускорения их коалесценции.

В четвертой главе рассмотрены основы конструирования промышленной установки магнитно-вибрационной обработки эмульсий и результаты экспериментов по тестированию изготовленной пилотной установки.

Прототип установки УМОП-50 состоял из блоков магнитной (1) и вибрационной (2) обработки (рисунок 7). Промысловая эмульсия поступает в блок 1, где инициируется разрушение бронирующих оболочек. В блоке 2 происходит разделение эмульсии под действием вибрации пластины из нержавеющей стали.

Рисунок 7 - Схема лабораторной установки магнитно-вибрационной обработки эмульсий

При разработке блока 1 учитывали параметры трубопровода, скорость течения жидкости, давление и температуру в трубопроводе и т.д. При этом параметры блока рассчитывали по формулам (10-12).

Блок 2 состоял из трубы, внутри которой, по центру, располагалась стальная пластина с постоянным магнитом. К магниту прикрепляли лепестки из ферромагнитной стали. Пластину фиксировали и осуществляли регули-

ровку ее натяжения. Переменное магнитное поле создавали системой, состоящей из трех катушек индуктивности и магнитопровода, которые закрепляли с внешней стороны трубы.

Регулировку натяжения пластины осуществляли для достижения резонанса между собственной частотой колебаний системы «пластина - магнит -лепестки» и частотой переменного магнитного поля.

Установку подключали к сети через лабораторный автотрансформатор.

Была проведена обработка эмульсии типа «нефть в воде» следующего состава (% об.): 50/50; 30/70.

Показано, что данная установка магнитно-вибрационной обработки обеспечивает существенное повышение эффективности процесса разделения эмульсии и сокращает его продолжительность в среднем в два раза.

На фотографиях (рисунок 8) видно, что глобулы нефти в обработанной (б) эмульсии значительно больше, чем в необработанной (а).

а б

Рисунок 8 - Необработанная (а) и обработанная (б) эмульсии (х 8)

Устройство магнитной обработки в составе пилотной установки представляло собой трубу диаметром 50 мм, внутри которой были установлены три пластины с прикрепленными в определенном порядке точечными магнитами (рисунок 9). Промысловая эмульсия поступала в устройство, где под действием однополярно направленных постоянных точечных магнитов создавалось пульсирующее неоднородное магнитное поле напряженностью 24-

40 кА/м и с градиентом напряженности <1Н/с1у = (2-5) • 106 А/м2. Таким путем инициировался процесс деэмульсации.

Рисунок 9 - Схема устройства магнитной обработки

Вибрационная машина в составе пилотной установки состояла из силового блока (вибратора и усилителя) и блока управления на базе персонального компьютера. Вибратор представлял собой емкость, на крышке которой устанавливали генератор звуковых колебаний. Вибрация от генератора через тонкую пластину передавалась потоку эмульсии и интенсифицировала процесс массопереноса и слияния капель нефти (рисунок 10).

Звуковые частоты регулировали усилителем, сигнал на который задавали с помощью программы Sound Forge 7.0. В процессе настройки звуковых частот определили резонансную частоту колебания (245 Гц), максимально способствующую коалесценции. На данную пилотную установку получено решение о выдаче патента РФ по заявке № 200412372/03(025534).

Для проведения пилотных испытаний на промысловых эмульсиях был изготовлен стенд, состоящий из насоса для создания потока эмульсии, емкостей для необработанной и обработанной эмульсии, счетчиков расхода, пробоотборников, манометров. Рабочая среда - модель пластовой эмульсии следующего состава: вода - 1,0 м3, нефть - 300 мг/л, механические примеси -200 мг/л.

Результаты испытаний приведены на графиках изменения содержания нефти и механических примесей в отобранных пробах модели пластовой воды со временем (рисунки 11 и 12).

Испытания УМОП-50 показали уменьшение содержания нефти в обработанной пробе на 33 % (со 117 до 78 мг/л) относительно аналогично отобранной необработанной модели пластовой воды в течение первых пяти минут отстаивания. При дальнейшем отстаивании скорости расслоения обработанной и необработанной моделей пластовой воды примерно одинаковы. Наблюдается снижение содержания механических примесей в пробах обработанной модели пластовой воды относительно необработанной. Возможно, это связано со всплытием механических примесей вместе с нефтью.

Установка УМОП-50 позволяет снижать металлоемкость и стоимость оборудования для подготовки нефти за счет сокращения продолжительности отстаивания водонефтяных эмульсий, а также затраты на очистку призабой-ной зоны водонагнетательных скважин вследствие повышения качества подготовки воды для систем поддержания пластового давления, которое достигается путем уменьшения концентрации нефти и механических примесей в закачиваемой воде.

140 120 2 100 I" 80

х Ф

| 60 40 20 0

I

О

15

••

1--

"1?

-до обработки

-после обработки

V = 0,55 м/с

после обработки

У= 1,2 м/с

25 Время, мин

Рисунок 11 - Изменение содержания нефти в модели пластовой воды со временем

250

200

15

-до обработки

-после обработки V = 0,55 м/с

-после обработки V = 1,2 м/с

25 Время, МИН

Рисунок 12 - Изменение содержания механических примесей в модели пластовой воды со временем

выводы

1 Показано, что при продолжительной эксплуатации нефтяных месторождений возрастание в промысловых эмульсиях содержания ферро- и парамагнитных соединений железа, являющихся продуктами коррозии, способствует активной стабилизации эмульсий.

2 Установлен механизм воздействия постоянного магнитного поля на бронирующие оболочки глобул нефти в воде, заключающийся в разрыхлении оболочек вследствие перемещения в них соединений железа в сторону источников магнитного поля. Установлен также механизм воздействия вибрационного поля на глобулы нефти, согласно которому их коалесценция активизируется в результате увеличения числа столкновений из-за отличия в скорости перемещения глобул, находящихся на различных расстояниях от источника вибрации.

3 Разработан математический аппарат и методика расчета параметров устройства и машины для магнитной и вибрационной обработки водонефтя-ных эмульсий.

4 Показано, что воздействие на модельные и промысловые эмульсии постоянным магнитным полем напряженностью 24-40 кА/м от четырех каскадов точечных магнитов при расстоянии между одноименными полюсами 20 мм с последующей обработкой вибрацией частотой 40-300 Гц при мощности источника 30 Вт позволяет ускорять их расслоение в 2-3 раза.

5 Разработана, изготовлена и внедрена в ООО «Корпорация Уралтехно-строй» пилотная установка магнитно-вибрационной обработки водонефтя-ных эмульсий УМОП-50, состоящая из устройства магнитной обработки и вибрационной машины. Испытания установки УМОП-50 показали уменьшение на 33 % содержания нефти в обработанной пробе модели пластовой воды уже в течение первых пяти минут отстаивания.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1 Вольцов A.A., Лаптев А.Б., Бугай Д.Е., Максимочкин В.И. Интенсификация процесса подготовки нефти путем воздействия магнитного и вибраци-

••-юн

-/0/6

онного полей на промысловые эмульсии //Новые разработки в химическом и нефтяном машиностроении: матер, второй науч.-практ. конф, - Уфа: изд-во ООО «Выбор», 2003. - С. 42-44.

2 Вольцов A.A., Лаптев А.Б., Бугай Д.Е., Максимочкин В.И. Интенсификация первичной подготовки нефти //Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья: сб. тез. докл. науч.-практ. конф. - Уфа: изд-во ТРАНСТЭК, 2004.-С. 131-132.

3 Лаптев А.Б., Бугай Д.Е., Вольцов A.A., Гаязова Г.А. Разработка модели водонефтяных эмульсий для исследования механизма их расслоения //Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. - Уфа: изд-во УГНТУ, 2004. - № 16. - С. 46 - 54.

4 Вольцов A.A. Стабилизирующее влияние механических примесей на устойчивость водогазонефтяных эмульсий //Прочность и разрушение материалов и конструкций: матер. 4-й Междунар. науч. конф. - М.: изд-во Академии естествознания, 2005. - Т. II. - С. 25.

5 Вольцов A.A., Лаптев А.Б., Бугай Д.Е. Влияние концентрации эмульгаторов на стабильность водонефтяных эмульсий //Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья: сб. тез. докл. науч.-практ. конф. - Уфа: изд-во ТРАНСТЭК, 2005. - С 342.

6 Вольцов A.A., Лаптев А.Б., Бугай Д.Е. Установка для магнитно-вибрационной обработки водонефтяных эмульсий //Энергоэффективность. Проблемы и решения: сб. тез. докл. науч.-практ. конф. - Уфа: изд-во ТРАНСТЭК, 2005. - С. 39-43.

Подписано в печать Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16.

Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. /. Тираж Яй Заказ 2/6.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета. Адрес типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов,!.

ВВЕДЕНИЕ.

1 А1МЛИТИЩСКИЙ ОБЗОР.

1.1 Эмульсеобразование в нефтедобыче.

1.2 Борьба с образованием стойких эмульсий.

1.3 Аппараты для воздействия на эмульсии.

1.3.1 Установки магнитной обработки жидкости УМЖ.

1.3.2 Установки магнитной обработки жидкости УМП.

1.3.3 Лабораторная установка магнитной обработки жидкости УМПЛ.

1.3.4 Преимущества и недостатки аппаратов с постоянным и переменным магнитным полем.

1.3.5 Установка подготовки продукции скважин.

1.4 Динамика частиц в эмульсии при воздействии вибрации.

1.4.1 Краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований образования устойчивых скоплений частиц в колеблющейся несущей среде.

1.4.2 Об эффектах, происходящих в потоках частиц при воздействии вибрации.

2 РАСЧЕТНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Лабораторная установка магнитной и ультразвуковой обработки ^ * эмульсий.

2.2 Экспериментальная установка для магнитно-вибрационной обработки эмульсий.

2.3 Методика оценки эффективности работы магнитно-вибрационной лабораторной установки

2.4 Статистическая обработка результатов наблюдений при измерении

3 ЛАБОРАТОРНАЯ МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ МОДЕЛЬНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ВЛИЯНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ НА СКОРОСТЬ ИХ РАССЛОЕНИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО МАГНИТНОЙ И ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ ЭМУЛЬСИЙ.

3.1 Создание модельных водонефтяных эмульсий.

3.2 Влияние стабилизаторов на скорость расслоения модельных эмульсий.

3.2.1 Механические примеси.

3.2.2 Асфальтены.

3.3 Минерализация водной фазы.

3.4 Влияние магнитно-вибрационного воздействия на скорость расслоения модельной эмульсии.^g

3.5 Выбор магнитной системы.

3.6 Магнитно-вибрационная обработка промысловых эмульсий.

4 ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ МАГНИТНО-ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЭМУЛЬСИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ТЕСТИРОВАНИЮ ИЗГОТОВЛЕННОЙ

ПИЛОТНОЙ УСТАНОВКИ.

4.1 Лабораторная установка магнитно-вибрационной очистки нефти.

4.1.1 Магнитный блок установки.^

4.1.2 Магнитно-вибрационный блок установки.

4.2 Результаты экспериментальных исследований.

4.3 Эксперименты по тестированию изготовленной пилотной установки.

ВЫВОДЫ.

На поздней стадии разработки нефтяных месторождений появляются значительные трудности при сборе и подготовке продукции скважин вследствие образования стойких водонефтяных эмульсий. Устойчивости эмульсий способствуют природные эмульгаторы - асфальтены, соли нафтеновых кислот и тяжелых металлов, смолы, парафины и механические примеси. Эти вещества образуют на каплях эмульсии прочные оболочки, препятствующие их коалесценции.

Нарушение устойчивости водонефтяных эмульсий осуществимо путем применения химических реагентов, тепловой обработки, отстаивания, воздействия электрического поля, а также комбинирования этих методов. В настоящее время наиболее распространенным и эффективным методом является применение химических реагентов - деэмульсаторов.

Усложнение условий подготовки продукции скважин по мере старения месторождений требует применения все более эффективных и дорогостоящих деэмульсаторов, разработки специальных агрегатов и устройств, которые, как правило, весьма сложны и энергоемки. В результате повышается себестоимость добычи нефти.

Предпринятые в последние годы попытки применения магнитного и вибрационного полей для улучшения расслоения промысловых эмульсий (работы В.В. Jleo-ненко, Г.А. Сафонова, А.В. Сорокина, А.Я. Хавкина и других [1-5]), достижения в области магнитной обработки промысловых сред (работы В.И. Лесина [6-9], А.Х. Мирзаджанзаде [10-13] и других), научно-исследовательские работы, проведенные в Новочеркасском политехническом институте, Московском энергетическом институте, Азербайджанском государственном научно-исследовательском и проектном институте нефти, Уфимском государственном нефтяном техническом университете [14-24] и других организациях [25-46], показали перспективность данного направления, однако главным недостатком проведенных исследований является отсутствие нацеленности на изучение механизма происходящих при этом процессов. В результате оказалось невозможным создание научно обоснованных методов расчета и конструирования соответствующих агрегатов и устройств, что предопределило их относительно невысокую эффективность.

В диссертации на основе теоретического и экспериментального изучения механизмов рассматриваемых процессов создана методика расчета параметров агрегата и машины, разработанных для магнитно-вибрационной обработки промысловых эмульсий, которые объединены в установку, позволяющую существенно повысить скорость их расслоения и производительность процесса подготовки нефти.

Научная новизна

1 Установлено, что среди механических примесей, распространенных в водо-нефтяных смесях, оксиды, гидроксиды и сульфиды железа, обладающие ферро- и парамагнитными свойствами, в наибольшей степени стабилизируют эмульсии типа «нефть в воде».

2 Показано, что обработка водонефтяных эмульсий постоянным магнитным полем приводит к разрыхлению оболочек, бронирующих глобулы нефти, вследствие переориентации в них соединений железа. Скорость расслоения эмульсий различного состава максимальна при обработке постоянным полем от точечных магнитов с индукцией 0,03-0,05 Тл в случае, если магниты расположены нормально направлению потока водонефтяной смеси навстречу друг другу одноименными полюсами.

3 Установлено, что наибольшая эффективность обработки эмульсий достигается, когда воздействие вибрационным полем частотой 40-300 Гц и мощностью до 30 Вт проводится после магнитной обработки, в результате чего активизируется коа-лесценция глобул нефти с разрыхленными в магнитном поле бронирующими оболочками.

Практическая ценность

В ООО «Корпорация Уралтехнострой» внедрены следующие разработки, выполненные при участии соискателя:

1 Установка магнитно-вибрационной обработки потока водонефтяных сред УМОП-50 в качестве пилотной установки для определения эффективности магнитно-вибрационной обработки промысловых сред в лабораторных и натурных условиях.

2 Методики «Получение лабораторной модели промысловой эмульсии» и «Исследование эффективности магнитно-вибрационной обработки промысловой эмульсии», которые используются для разработки нового перспективного оборудования подготовки нефти.

Основные результаты работы доложены и обсуждались на технических совещаниях «ООО Корпорация Уралтехнострой» (Уфа, 2003); второй научно-практической конференции «Новые разработки в химическом и нефтяном машиностроении» (Туймазы, 2003); 54-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2003); научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья» (Уфа, 2004); VI-ом Конгрессе нефтега-зопромышленников России «Проблемы и методы обеспечения надежной и безопасной эксплуатации систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (Уфа, 2005); 4-й международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2005).

По результатам работы опубликовано 6 трудов: 3 статьи и тезисы трех докладов.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и 2 приложений. Объем диссертации 122 с. машинописного текста; приводится 20 таблиц, 62 иллюстрации, 2 приложения. Список литературы содержит 117 наименований

выводы

1 Показано, что при продолжительной эксплуатации нефтяных месторождений возрастание в промысловых эмульсиях содержания ферро- и парамагнитных соединений железа, являющихся продуктами коррозии, способствует активной стабилизации эмульсий.

2 Установлен механизм воздействия постоянного магнитного поля на бронирующие оболочки глобул нефти в воде, заключающийся в разрыхлении оболочек вследствие перемещения в них соединений железа в сторону источников магнитного поля. Установлен также механизм воздействия вибрационного поля на глобулы нефти, согласно которому их коалесценция активизируется в результате увеличения числа столкновений из-за отличия в скорости перемещения глобул, находящихся на различных расстояниях от источника вибрации.

3 Разработан математический аппарат и методика расчета параметров устройства и машины для магнитной и вибрационной обработки водонефтяных эмульсий.

4 Показано, что воздействие на модельные и промысловые эмульсии (30 % -нефть, 70 % - вода) постоянным магнитным полем напряженностью 5-20 кА/м от четырех каскадов точечных магнитов при расстоянии между одноименными полюсами 20 мм с последующей обработкой вибрацией частотой 40-300 Гц при мощности источника 30 Вт позволяет ускорять их расслоение в 2-4 раза.

5 Разработана, изготовлена и внедрена в ООО «Корпорация Уралтехнострой» пилотная установка магнитно-вибрационной обработки водонефтяных эмульсий УМОП-50. Её испытания показали уменьшение на 33 % содержания нефтепродуктов в обработанной пробе модели пластовой воды уже в течение первых пяти минут отстаивания.

1. Леоненко В.В., Сафонов Г.А. Магнитно-акустическая обработка нефти та-лаканского месторождения //Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2005. - № 3. - С. 10-14.2. Пат. 2149886. РФ

2. Пивоварова Н.А., Кленова Н.А., Белинский Б.И., Туманян Б.П. //Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003. - № 12. - С. 2326.

3. Kobe A. and McKetta, etc. Advances in petroleum chemistry and refining. Founded by Kennet. Vol. 4. New York: Interscince Publishers, 1961. - P. 349.

4. Пат. № 2149260 РФ. Установка подготовки продукции скважин /Хавкин А.Я., Сорокин А.В., Лесин В.И., Василенко И.Р. //Б.И. -1999.

5. Лесин В. И. Физико-химическая модель изменения нефтевытесняющих свойств воды после ее магнитной обработки //Нефтепромысловое дело, 2001, № 3, С. 15-17.

6. В.И. Лесин. Физико-химические основы применения магнитных полей в процессах добычи, транспортировки, разработки и подготовки нефти //Фундаментальный базис нефтегазовых технологий, М., Геос, 2003, С. 130-135.

7. Ю.Пат. РФ № 2021497. Способ увеличения приемистости нагнетательных скважин /А.Х. Мирзаджанзаде, И.М. Ахметов, Т.Ш. Салаватов и др. //Б.И. 1994. -№ 19.

8. Пат РФ № 2077659. Способ эксплуатации нефтяных скважин /А.Х. Мир-заджанзаде, А.Х. Шахвердиев, Г.М. Панахов и др. //Б.И. 1997. - №11.

9. Мирзаджанзаде А.Х., Алиев Н.А., Юсифзаде Х.Б. и др. Фрагменты разработки морских нефтегазовых месторождений. Баку: Изд. "Елм", 1997.

10. Огибалов П.М., Мирзаджанзаде А.Х. Механика физических процессов.-М.: изд-во МГУ им. Ломоносова, 1976.

11. Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. М.: Энергия, 1977. - 184 с.

12. Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1978. - 240 с.

13. Мартынова О.И., Копылов А.С., Тебенихин Е.Ф., Очков В.Ф. К механизму влияния магнитной обработки воды на процессы накипеобразования и коррозии //Теплоэнергетика, 1979. № 9. - С. 21-25.

14. Копылов А.С., Тебенихин Е.Ф., Очков В.Ф. О механизме изменения свойст технических водных растворов при магнитной обработке //Труды МЭИ, 1979. вып. 405.-С. 57-65.

15. Martynova O.I., Kopylov A.S., Ochkov V.F. Mechanism and scale formation in MSF-plant using an electromagnetic apparatus. In: Proc of 8-th Intern. Simp. "Fresh Water from Sea", 1978. Vol. 2. - P. 231-240.

16. Голубцов В.А., Тебенихин Е.Ф., Клевайчук К.А. Использование магнитного поля для предотвращения накипи в испарителях, работающих на высокоминерализованных водах //Теплоэнергетика, 1971. N 5. - С. 57-59.

17. Дыхно Ю.А. Использование морской воды на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1974. 269 с.

18. Тебенихин Е.Ф., Кишневский В.А. Влияние окислов железа на процессы кристаллизации дигидрата сульфата кальция под воздействием магнитного поля. //Труды МЭИ, 1975. Вып. 238. - С. 89-94.

19. Тебенихин Е.Ф., Кишневский В.А. //3-й Всесоюз. науч. семинар «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем»: Тез. докл. -Новочеркасск, 1973. С. 166-168.

20. Валеев М.Д., Голубев В.Ф., Голубев М.В. Исследование влияния переменного магнитного поля низкой частоты на устойчивость водонефтяных эмульсий //Нефтяное хозяйство. 2001. -№11.- С.37-39.

21. Инюшин Н.В., Каштанова Л.Е. и др. Магнитная обработка промысловых жидкостей. Уфа: ГИНТЛ Реактив, 2000. - 58 с.

22. Busch K.W., М.А. Busch, D.H. Parker, R.E. Darling, and J.L. McAtee, Jr. 1986. Studies of a water treatment device that uses magnetic fields. Corrosion 42 (4): 211-221.

23. Chechel, P.S. and G.V. Annenkova. 1972. Influence of magnetic treatment on solubility of calcium sulphate. Coke Chem. USSR. 8: 60-61.

24. Daly, J. 1995. Miracle cure. Motor Boating and Sailing. October, p. 36. Denver, E., executive ed. 1996. Magnets that don't do much to soften water. Consumer Reports. February, p. 8.

25. Donaldson, J.D. 1988. Magnetic treatment of fluids preventing scale. Finishing. 12: 22-32.

26. Duffy, E.A. 1977. Investigation of Magnetic Water Treatment Devices. Ph.D. dissertation, Clemson University, Clemson, S.C.

27. Gehr R.Z., A. Zhai, J.A. Finch, and S.R. Rao. 1995. Reduction of soluble mineral concentrations in CaS04 saturated water using a magnetic field. Wat. Res. 29 (3): 933-940.

28. Harrison J. 1993. WQA Glossary of Terms. Water Quality Association. Lisle, 111. Hasson D. and D. Bramson. 1985. Effectiveness of magnetic water treatment in suppressing СаСОЗ scale deposition. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 24: 588-592.

29. Higashitani K. and J. Oshitani. 1997. Measurements of magnetic effects on electrolyte solutions by atomic force microscope. Process Safety and Environmental Protection. Transactions of the Institution of Chemical Engineers 75 (Part B): 115-119.

30. Joshi, К. M., and P. V. Kamat. 1966. Effect of magnetic field on the physical properties of water. J. Ind. Chem. Soc. 43: 620-622.

31. Kronenberg, K.J. 1985. Experimental evidence for effects of magnetic fields on moving water. IEEE Trans, on Magnetics, vol. Mag-21, no. 5: 2059-2061.

32. Lin, I., and Y. Yotvat. 1989. Electro-magnetic treatment of drinking and irrigation water. Water and Irrigation Rev. 8:16-18.

33. Lipus, L., J. Krope, and L. Garbai. 1994. Magnetic water treatment for scale prevention. Hungarian J. Ind. Chem. 22: 239-242.

34. Marshall, S.V,. and G.G. Skitek 1987. Electromagnetic Concepts and Applications. 2nd ed. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, Inc.

35. McNeely, M. 1994. Magnetic fuel treatment system designed to attack fuel-borne microbes. Diesel Progress Engines and Drives. November, p. 16.

36. Mirumyants, S.O., E.A. Vandyukov, and R.S. Tukhvatullin. 1972. The effect of a constant magnetic field on the infrared absorption spectrum of liquid water. Russ. J. Phys. Chem. 46: 124.

37. Parsons, S.A., S.J. Judd, T. Stephenson, S. Udol, and B.-L. Wang. 1997. Magnetically augmented water treatment. Process Safety and Environmental Protection. Transactions of the Institution of Chemical Engineers 75 (Part B): 98-104.

38. Raisen, E. 1984. The control of scale and corrosion in water systems using magnetic fields. Corrosion 84. Conference proceedings, Nat. Assoc. of Corrosion Engineers, Houston, paper no. 117.

39. Singley, J.E. 1984. Municipal water treatment. In Kirk-Othmer Encyl. of Chemical Technology. 3rd ed. Edited by Martin Grayson. New York: John Wiley and Sons. Vol. 24, pp. 385-406.

40. Spear, M. 1992. The growing attraction of magnetic treatment. Process Engineering. May, p. 143.

41. Welder, B.Q., and E.P. Partridge. 1954. Practical performance of water-conditioning gadgets. Ind. Eng. Chem. 46: 954-960.

42. Wilkes, J.F., and R. Baum. 1979. Water conditioning devices an update. Int. Water Conf.: 40th Annual Meeting, paper no. IWC-79-20.

43. Yarows, S.A., W.E. Fusilier, and A.B. Weder. 1997. Sodium concentration of water from softeners. Arch. Intern. Med. 157: 218

44. Антипин Ю.В., Валеев М.Д., Сыртланов А.Ш. Предотвращение осложнений при добыче обводненной нефти. Уфа: Башк. кн. изд-во, 1987. - 168 с.

45. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение эмульсий. М.: Недра, 1982. - 222 с.

46. Разработка нефтяных месторождений: В 4 т. /Акад. естеств. наук. нефт. компания ЮКОС «АО «Юганскнефтегаз» НПФ «Нефтегазсервис»: Под ред. Хиса-мутдинова Н. И., Ибрагимова Г.З. /Т. 3: Сбор и подготовка промысловой продукции. -М.: ВНИИОЭНГ, 1994. 149 с.

47. Смирнов Ю.С., Мелошенко Н.Т. Химическое деэмульгирование нефти как основа ее промысловой подготовки //Нефтяное хозяйство. 1989. - № 8. - С. 46-50.

48. Персиянцев М.Н., Гришагин А.В., Андреев В.В., Рябин А.Н. О влиянии свойств нефтей на качество сбрасываемой воды при предварительном обезвоживании продукции скважин //Нефтяное хозяйство. 1999. - № 3. - С. 47-49.

49. Ребиндер П.А., Поспелова К.А. Вступительная статья к книге Клейтона «Эмульсии», ИЛ, 1950.

50. Каплан Л. С. Особенности эксплуатации обводнившихся скважин погружными центробежными насосами. М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - 77 с.

51. Мамедов A.M., Аббасов З.Я., Нагиев А.И. и др. Особенности эмульгирования водонефтяной смеси газом. РНТС ВНИИОЭНГ, сер. Нефтепромысловое дело, № 4, 1973.-с. 17-19.

52. Муравьев И.М., Ибрагимов Г.З. Влияние газовой фазы на образование водонефтяных эмульсий. Нефть и газ, № 11, 1967. с. 17-19.

53. Гарипов Ф.А., Валеев М.Д., Фазлутдинов И.А. и др. Оценка эмульгирующей роли газа в обводненных скважинах. РНТС ВНИИОЭНГ, сер. Нефтепромысловое дело, №3, 1981.-с. 12-14.

54. Гловацкий Е.А. Влияние промежуточного слоя на эффективность обезвоживания нефти в резервуарах //Тр. СибНИИНП, 1980. Тюмень. - Вып. 17. -С. 104-107.

55. Гловацкий Е.А., Черепние В.В. Экспериментальное исследование процесса разделения водонефтяных эмульсий в аппаратах отстойниках //Тр. СибНИИНП, 1981. Тюмень. - Вып. 22. - С. 70-76.

56. Звегтнцев И.Ф., Бывальцев В.П. Применение способа холодной деэмульса-ции при предварительном сбросе пластовой воды. В сб.: Совершенствование методов подготовки нефти на промыслах Татарии. Бугульма, 1980. - С. 62-64.

57. Лапига Е.Я., Логинов В.И. Учет процесса коалесценции капель при определении передаточных функций отстойных аппаратов //Нефть и газ. 1981. - № 6. -С. 51-55.

58. Маринин Н.С., Гловацкий Е.А., Скипин B.C. Подготовка нефти и сточных вод на Самотлорском месторождении //Обзорная инф. ВНИИОЭНГ, сер. Нефтепромысловое дело. 1981. - Вып. 18. - 39 с.

59. Тронов В.П., Ахмадеев Г.М., Саттаров У.Г. Развитие техники и технологии промысловой подготовки нефти в Татарии. В сб.: Совершенствование методов подготовки нефти на промыслах Татарии. Бугульма. - 1980. - С. 13-34.

60. Шарипов И.М., Фассахов Р.Х., Лазарев Д.П. Обессоливание и сдача нефти в режиме динамического отстоя. В сб.: Совершенствование методов подготовки нефти на промыслах Татарии. Бугульма. - 1980. - С. 57-61.

61. Еремин И.Н. Исследование и разработка отстойников для подготовки нефти //Тр. ВНИИСПТнефть, Уфа. 1980. - С. 81-88.

62. Еремин И.Н., Мансуров Р.И., Пелевин Л.А., Алпатов Г.К., Приписнов А.С. Исследование гидродинамических характеристик базовых отстойников с применением радиоактивного изотопа //Нефтепромысловое дело. 1980. - № 4. - С. 35-37.

63. А. с. № 889093 СССР. Отстойник для разрушения эмульсий /Мансуров Р.И., Еремин И.Н., Скрябина Т.Г., Маринин Н.С., Малясов Ю.Д., Байков Н.М. //Б.И. -1981.-№46.

64. А. с. № 1143764 СССР. Устройство для регулирования процесса обезвоживания нефти /Мансуров Р.И., Абызгильдин Ю.М., Еремин И.Н., Яковлева Н.А., Беляков В.Л. //Б.И. 1985. - № 9.

65. Еремин И.Н. Интенсификация обезвоживания нефтяных эмульсий. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Уфа, Ротапринт ВНИИСПТнефти.- 1985.

66. А.с. № 98102712 РФ. Способ обезвоживания и обессоливания нефти /Гаева Е.Г., Климова Л.З., Магадов Р.С. и др. //Б.И. 1998. - № 2.

67. А.с. № 98100984 РФ. Деэмульгирующие композиции для обезвоживания и обессоливания водонефтяных эмульсий /Сомов В.Е., Залищевский Г.Д. и др. //Б.И. -1998. -№ 1.

68. А.с. № 98100986 РФ. Состав для обезвоживания и обессоливания нефтяных эмульсий / Сомов В.Е., Залищевский Г.Д. и др. //Б.И. 1998. - № 1.

69. Пат. № 2125081 РФ. Способ обезвоживания нефти /Лесничий В.Ф., Баженов В.П. и др. //Б.И. 1997. - № 5.

70. А.с. № 97100210 РФ. Состав для обезвоживания и обессоливания нефти /Орехов А.И., Габдулханова А.З., Нуруллина И.И., Юдина И.Г. //Б.И. 1997. - № 1.

71. А.с. № 98103494 РФ. Состав для обезвоживания и обессоливания нефти, обладающий также свойствами ингибитора общей и микробиологической коррозии / Гудрий Г.А., Рябинина Н.И. и др. //Б.И. 1998. - № 3.

72. А.с. № 97101936 РФ. Состав для разрушения водонефтяных эмульсий, ин-гибирующий асфальто-смоло-парафиновые отложения /Шакирзянов Р.Г., Хлебников В.Н., Садриев З.Х и др. //Б.И. 1997. - № 2.

73. Гурвич Л.М., Шерстнев Н.М. Многофункциональные композиции ПАВ в технологических операциях нефтедобычи. М.: ВНИИОЭНГ, 1994. - 226 с.

74. Маганов Р., Саяхов Ф. //Нефть России. 1998. - № 1. - С. 46-47.

75. Хакимов B.C. Разработка технологии разрушения стойких водонефтяных эмульсий высокочастотными электромагнитными полями на нефтяных промыслах. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: ВНИИОЭНГ. - 1984. - 25 с.

76. Пат. № 206742 РФ. Устройство для повышения эффективности деэмульга-торов и ингибиторов коррозии /Перекупка А.Г. и др. //Б.И. 1993. - № 17.

77. Рекламный лист Сибирского химического комбината, 2000.

78. А.с. № 1183459 СССР. Устройство для очистки сточных вод от эмульгированных маслонефтепродуктов /Кучеренко Л.В., Темченко Н.Ш. //Б.И. 1985. - № 37.

79. Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. М.: Энергия, 1977. - 184 с.

80. Solner К., Bondy С. The mechanism of congulation by ultrasonic waves. -Trans. Furud. Soc., 1938, 344.

81. Brandt O., Freundt., Hiedevann E. Zur Theorie der akustischen koagulation. -Kolloid. Zc., 1936, 77, 103.

82. Amy E.V. Dispersing particles suspended in air. Пат. США № 1980171, 1934.

83. Gies J. R. Answendung des Ultraschalls auf die Reinigung von Industriegasen. -Z.V.P.I. Bech. Verfahranstechn., 1938. 6, 177.

84. Черноусько Ф.Л. О движении твердого тела с полостью, содержащей иде-лальную жидкость и пузырь воздуха. ПММ, 1964, - С. 24.

85. King L.V. On the acoustic radiation pressure on sphere. Proc. Roy. Soc. A., 1934, 147,212.

86. Горьков Л.П. О силах, действующих на малую частицу в акустическом поле в идеальной жидкости. ДАН СССР, 1961, С. 140.

87. Westervelt P.J. The mean pressure and velocity in a plane acoustic wave in a gas.-J. Acoust. Soc. Amer., 1950, 312-315.

88. Волынский M.C. О дроблении капель в потоке воздуха. ДАН СССР, 1944,-с. 8.

89. Калинин В.И., Герштейн Г.М., Введение в радиофизику. М.: гостехте-риоиздат, 1957.

90. Капцов М.А. Радиофизическая электроника. М.: Изд-во Моск. Ун-та,1960.

91. Клен В. Введение в электронику сверхвысоких частот. -М.: Советское радио, 1963.

92. Капчинский И.М. Динамика частиц в линейных резонансных ускорителях. -М.: Атомиздат, 1966.

93. Лышевский А.С. Закономерности дробления жидкостей механическими форсунками дробления. Новочеркасск, Изд-во Новочеркасского политехи. Ин-та,1961.

94. Ганиев Р.Ф. Пучка Г.Н. Цапенко А.С. Динамика твердых и газовых включений в жидкости при воздействии вибраций. //Проблемы нелинейных колебаний механических систем /тезисы докладов. Киев, из-во «Наукова думка», 1974.

95. Ганиев Р.Ф. Украинский Л.Е. Синхронизация и устойчивость демпфированных систем тел и частиц. //Совещание по вопросам рассеяния энергии при колебаниях механических систем /тезисы докладов. Киев, 1972

96. Ганиев Р.Ф. Украинский Л.Е. К динамической теории группирования. -Киев, изд-во «Наукова думка», 1972.

97. Ганиев Р.Ф. Украинский Л.Е. О явлении группирования механических частиц. //Изв. АН СССР. Механика твердого тела, 1974.

98. Лаптев А.Б., Бугай Д.Е., Вольцов А.А., Гаязова Г.А. Разработка модели водонефтяных эмульсий для исследования механизма их расслоения //Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - № 16.-С. 46-54.

99. Маринин Н.С., Тарасов М.Ю., Савватеев Ю.Н. и др. Подготовка высоковязких нефтей на месторождениях Крайнего Севера // Обзорная инф. ВНИИОЭНГ, сер. Нефтепромысловое дело. 1983. - Вып. 18 (67). - 44 с.

100. Байваровская Ю.В., Гординский Е.И., Шипигузов JI.M. и др. Влияние механических примесей на процесс подготовки нефти //Нефтепромысловое дело. -1983.-№7.-С. 18-19.

101. Becker J. R. Crude Oil Waxes, Emulsions, and Asphaltenes. Portland, USA,1997.

102. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. М.: Недра, 1982.-220 с.

103. Вольцов А.А. Стабилизирующее влияние механических примесей на устойчивость водогазонефтяных эмульсий //Прочность и разрушение материалов и конструкций: Материалы 4-ой Междунар. науч. конф. М: Изд-во Акад. естествознания, 2005. - Т. II. - С. 25.

104. Разработка нефтяных месторождений: в 4 т. /РАЕН. Нефтяная компания ЮКОС АО «Юганскнефтегаз» НПФ «Нефтегазсервис»: под ред. Н.И. Хисамутдино-ва, Г.З. Ибрагимова /т. 3: Сбор и подготовка нефтепромысловой продукции М.: ВНИИОЭНГ, 1994. - 149 с.

105. Персиянцев М.Н., Гришагин А.В., Андреев В.В., Рябин А.Н. О влиянии свойств нефтей на качество сбрасываемой воды при предварительном обезвоживании продукции скважин. //Нефтяное хозяйство. 1999, № 3. - С. 47-49.

106. Савельев И.В. Курс общей физики том 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука., 1978. - 480 с.

107. Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ, 1969

108. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма, т.2. Магнитные характеристики и их техническое применение. М.: Мир, 1987. - 419 с.

109. Вольцов А.А., Лаптев А.Б., Бугай Д.Е., Установка для магнитно-вибрационной обработки водонефтяных эмульсий //Энергоэффективность. Проблемы и решения: Сб. тез. докл. науч.-практ. конф. Уфа: Изд-во ТРАНСТЭК, 2005. -С. 39-43.

110. Утверждаю» генеральный директор ОООж1£ орпорация Уралтехнострой» СигЩтМ:-.;:

111. Методика получения лабораторной модели промысловой эмульсии

112. Согласовано Начальник ОНТиО1. Исполнители

113. Руководитель темы, д.т.н., профессор1. Г.Ш. Исламов УГНТУ1. Д.Е. Бугай

114. Ответственный исполнитель, к.т.н., с.н.с. УГИТр1. А.Б. Лаптев1. Аспирант УГЦХУ1. АЛ. Вольцов1. Уфа 20051 Основание

115. Основанием для разработки методики является необходимость подготовки модельных эмульсий нефтепромысловых сред для изучения влияния магнитного поля и вибрационных нагрузок на скорость их расслоения.2 Цель методики

116. Разработка последовательности действий, позволяющих получать пробные эмульсии, имитирующие по составу и свойствам промысловые эмульсии нефтегазовых месторождений.

117. Должна существовать корреляция между значениями следующих характеристик модельной и промысловой эмульсий:- плотность;- вязкость;- время расслоения;- состав эмульгаторов.

118. Реактивы, используемые для анализа, должны быть категории х. ч. или ч. д. а.

119. Получение модели промысловой эмульсии

120. Приготовление асфальтосмолистых веществ (АСВ)

121. Приготовление механических примесей

122. В качестве механических примесей служат кварцевый песок и железный сурик. В фарфоровой ступке указанные соли перетирают до пылеобразного состояния (размер частиц не более 10 мкм).

123. Приготовление нефтяной фазы

124. Для приготовления водной фазы используют 4,5 л дистиллированной воды, в которую добавляют необходимое количество солей. Полное растворение солей вдистиллированной воде достигается перемешиванием или подогревом смеси до температуры не выше 60 °С.

125. Приготовление модельной эмульсии

126. При выполнении перечисленных работ необходимо соблюдать правила работы в химической лаборатории.

127. Требования охраны окружающей среды

128. Специальных мероприятий по охране окружающей среды не предусмотрено.

129. Слив использованных нефтепродуктов необходимо производить в специально предназначенные емкости с последующей их утилизацией.

130. Утверждаю» генеральный директор ООО «Корпорация Уралтехнострой» Си^щЙ > '

131. Методика исследования эффективности магнитно-вибрационной обработкипромысловой эмульсии1. Согласовано Исполнители

132. Начальник ОНТиО Руководитель темы, д.т.н., профессорfjZ^/ Г.Ш. Исламов УГНТУ дчг--> 1. Д-Е-Бугай

133. Ответственный исполнитель, к.т.н., с.н.с. УГНТ^1. А.Б. Лаптев1. Аспирант УГЩУ1. У ^ А.А. Вольцов-. ■ ■••1. Инж&нер-технолог ОНТиО1. P.P. Музиров1. Уфа 20051 Основание

134. Одним из возможных инновационных способов интенсифицировать этот процесс является комбинированное воздействие акустической вибрацией и магнитными полями.

135. В рамках НИОКР «Корпорацией Уралтехнострой» в сотрудничестве с УГНТУ ведется работа по разработке установки, реализующей вышеназванное воздействие на промысловые водонефтяные эмульсии.

136. Определение эффективности экспериментальной установки магнитной обработки потока (УМ017-50) в сочетании с установкой вибрационного воздействия.

137. Установка магнитной обработки потока Установка представляет собой трубу диаметром 50мм, внутри которого установлена 3 пластины с прикрепленными точечными магнитами в определенном порядке. Конструкция УМОП-50 представлена на рисунке 1.

138. УМ0П-50 Устанодка магнитной

139. Магнитно-вибрационная обработка промысловых эмульсий

140. Звуковые частоты регулируется с помощью компьютера программой Sound Forge 7.0. Настройкой звуковых частот определили резонансную частоту колебания 245 Гц.

141. Установка вибрационного доэдейст&ия но поток

142. Рисунок 2 Установка вибрационного воздействия на поток 5 Схема подключения установки

143. Испытательный стенд состоит из сатуратора, насоса, бака, счетчиков воды пробоотборников, манометров. Циркуляция жидкости насосом через сатуратор и бак позволяет обеспечить приготовление нефтяной эмульсии.

144. Исходные данные и расчетные формулы.

145. Проходной диаметр У МОП 50 мм.

146. Площадь сечения УМОП S = лО2 ? м2

147. Скорость прохождения воды через установку составляет1. V = ®, м/час5где Q- расход воды через установку.

148. Скорость воды на входе в фильтр составляет:

149. Расход воды через счетчики определяется дискретно по формуле:1. Q =G2~Gl6 , м3/часгде Д/ -промежуток времени между показаниями счетчиков

150. Gi, G2- показания счетчика в начале и в конце промежутка времени.

151. Рабочая среда модель пластовой воды следующего состава:- вода -1,0 м3- нефтепродукты 300 мг/л- механические примеси 200 мг/л

152. Эмульсия создается путем циркуляции смеси с помощью насоса в течение 2часов.7. Проведение испытаний

153. Собрать установку по схеме на рисунке 3

154. Бак заполнить водой в объеме 1 м3.

155. В воду добавить 300 мг нефти и ПАВ.74 Открыть краны КШ-2, КШ-5.75 Включить насос.

156. Провести циркуляцию полученной модели пластовой воды в течении 2-часов.

157. Регулировкой крана КШ-1 получить требуемый расход.

158. Запустить вибрационную установку, опытным путем установив резонансную частоту работы.

159. Отобрать в мерные колбы 3 пробы модели пластовой воды с пробоотборника 1, открыв кран КШ-6.

160. Слить с мерных колб 2/3 жидкости с нижней части, при этом с 1-й колбы слить через 5 минут, со второй колбы через 15 минут, с третьей через 25 минут.

161. Отобрать в мерные колбы 3 пробы модели пластовой воды с пробоотборника 2, открыв кран КШ-7.

162. Слить с мерных колб 2/3 жидкости с нижней части, при этом с 1-й колбы слить через 5 минут, со второй колбы через 15 минут, с третьей через 25 минут.

163. Определить количество механических примесей и содержание нефтепродуктов в отобранных пробах.

164. Определить скорость расслоения модели пластовой воды.

165. Регулировкой крана КШ-1 получить иной расход.

166. Повторить пункты 7.8-7.14.

167. Полученные результаты занести в таблицу