автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Совершенствование технологии сбора и транспорта парафинистых нефтей физико-химическим воздействием на их реологические свойства

На правах рукописи

гг 5 лч.

1 и Кф£$1^Щ8тАРАС МАЖИТОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРА И ТРАНСПОРТА ПАРАФИНИСТЫХ НЕФТЕЙ ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ИХ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Специальность 05.15.06. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений 05.15.13. Сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 1997

Работа иыиолнсиа вПО Южнефтепровод (г. Актау, Республика Казахстан) ! Институте проблем транспорта энергоресурсов "ИПТЭР"(г. Уфа, Башкортостан)

Научный руководитель: академик Российской Академии Естественных Наун доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель Российской Федера ции и Республики Башкортостан Валеев М.Д.

Научный консультант: кандидат технических наук, старший научный сотрут ник, заслуженный нефтяник Республики Башкортостан Дьячук А.И.

Официальные оппоненты:

член - корреспондент Академии Наук Республики Башкортостан, доктор тех нических наук, профессор Халнков Г.А. ( Башгосуниверситет)

кандидат технических наук Пиядип М.Н. ( АО "Уралтранснефтепродукт")

Ведущая организация: Государственный институт по проектированию и ж следовательским работам в нефтяной промышленности "Гнпровостокнефть (г.Самара)

Ваши отзывы (в двух экземплярах) просим направить по адресу: 450077, Уфа. Башкортостан, ул. Ленина, 86, Башкирский научно-исследовательский и пр< ектный институт нефти - филиал АО "Башнефть"(БашНИПИнефть), Ученому Секр> тарю диссертационного Совета К.104.01.01 Голубсву Ю.В.

Защита диссертации состоится 5 февраля 1998 г. в 14 час. на заседании ди серкшионною совета К 104.01.01 при БашНИПИнефть по адресу: г. Уфа, ул. Ленин 86

С диссертацией можно ознакомиться в фондах "БашНИПИнефть".

Автореферат разослан 4 января 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геоло! о-минералогнческих паук

Голубей Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время Казахстан занимает 13 место по разведанным запасам нефти и 24 место среди стран, занимающихся добычей нефти. Однако планируемая динамика роста нефтедобычи позволит занять ему в скором времени более высокое положение, ибо первое удвоение годовой добычи по сравнению с 1993 годом, когда из недр было извлечено 23 млн. тонн нефти, намечается уже в 2000 году, а очередное удвоение - к 2010 году (до 70 млн. т.).

Среди нефтей 180-ти разведанных месторождений значителен удельный вес парафинистых нефтей (в научной и технической литературе часто называемых высокопарафини-стыми нефтями). Они, как правило, являются высокозасты-вающими, то есть теряющими обычные свойства жидкостей при температурах, при которых обычно ведется их сбор и транспорт. Внешним проявлением таких свойств является, в частности, отсутствие течения до приложения к нефти предельного напряжения сдвига. Это явление предопределяет наиболее сложную для исследований и важную для практики проблему пуска трубопроводов в работу после их строительства или длительных остановок, ибо используемые в настоящее время методы пуска трубопроводов до сих пор являются сложными и дорогостоящими, а порой и несовершенными.

Для сбора и транспорта рассматриваемых нефтей используются различные варианты их осуществления. К ним относятся: "холодная" (изотермическая) перекачка, различные варианты "горячей" перекачки, термообработка, обработка депрессорными присадками, перекачка высокопарафинистых нефтей в смеси с маловязкими, перекачка в газонасыщенном состоянии, гидротранспорт. Все они самостоятельно или в комбинации в той или иной мере призваны решить названную проблему, а так же ряд других, обусловленных специфическими свойствами парафинистых нефтей. Поэтому исследования технологических процессов этих вариантов сбора и транспорта с целью их совершенствования и на базе этих исследований научный поиск и разработка новых (альтернативных) методов воздействия на свойства высокопарафинистых нефтей являются актуальными, как для нефтяной промышленности Казахстана, так и для других стран -нефтедобытчиков.

Цели работы. Основные цели работы сводятся к нижеследующим:

- выявление оптимальных для конкретно рассматриваемых условий разработки вариантов сбора и транспорта высо-копарафинистых нефтей и их водонефтяных эмульсий;

- установление технико-технологических параметров названных вариантов;

- исследования и на базе их результатов совершенствование технологических процессов сбора и транспорта за счет воздействия на реологические параметры нефтей различными физико-химическими методами.

- внедрение в промысловую практику результатов исследований.

Объекты изучения. Основными объектами изучения являются:

-реологические параметры нефтей: их вязкость, динамическое и статическое напряжения сдвига, а так же их температура застывания;

- существующие и новые методы определения параметров высокопараф инистых нефтей;

- существующие и новые физико-химические методы воздействия на реологические свойства нефтей;

Научная новизна. Все исследования, осуществленные в данной работе, строились по схеме: теоретические разработки, лабораторные исследования процесса, стендовые испытания, промышленное внедрение. Стендовые испытания проводились либо на специально сконструированных установках, либо непосредственно на действующих трубопроводах.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что присутствие воды в нефти, по крайней мере, в количестве до 20%, существенным образом не сказывается на результатах применения депрес-сорных присадок и что эффект воздействия депрессорных присадок зависит от термической предыстории нефти, причем, не существует прямой зависимости между степенью термообработки (температурой предварительного нагрева) и эффектом действия депрессорных присадок.

Разработаны научные основы технологии гидротранспорта высокопарафинистых нефтей, что позволило разработать требования к подбору поверхностно-активных веществ (ПАВ), обосновать возможность существования прямых ма-

ловязких эмульсий на большой длине трубопровода, разработать практические приемы осуществления технологии. Показано, что существует область перепадов давлений в трубопроводах, где гидротранспорт абсолютно эффективен по сравнению другими вариантами транспорта.

Разработана новая методика оценки динамической стабильности прямой эмульсии, основанная на измерении суммы вязкостных и динамических напряжений при перемешивании эмульсии специальными насадками в реовискозиметре. Она позволяет проследить сохранение стабильности прямых эмульсий в отношении коалесценции и коагуляции глобул нефти за определенный период времени ее пребывания в динамических условиях при промышленном осуществлении варианта гидротранспорта.

Изложены новые взгляды на механизм волнового воздействия на высокопарафинистые нефти, которые позволили с новых позиций подойти к разработке методов и средств осуществления этого воздействия, а так же методов контроля за результатами воздействия.

Установлено, что элетрореологический эффект зависит от коллоидного состояния нефти. Исследования не позволили выявить эффект от обработки нефти, находящейся в жидком состоянии, то есть в области температур выше ее температуры застывания. В то же время имеют место вполне определенные положительные электрореологические эффекты при температурах близких к температуре застывания.

Предложен новый метод определения вязкости высокопа-рафинистых нефтей, основанный на замере диэлектрических потерь и вязкости жидкого продукта при фиксированной частоте наложенных колебаний в диапазоне 500 - 5000 Гц.

Установлено, что обработка нефтей ультразвуковыми полями различной частоты и условно названными ударными полями позволяет получить значительный реологический эффект. На основании этих исследований разработана новая технология запуска трубопроводов высокопарафинистых нефтей в работу после их длительных остановок.

Практическая ценность работы заключается в установлении закономерностей улучшения транспортабельных свойств высокопарафинистых нефтей под влиянием различных физических полей и химических реагентов, в том числе депрессорных присадок и поверхностно-активных веществ, в

разработке новых технологий, направленных на совершенствование существующих вариантов транспорта и создании альтернативных технологий.

На основе проведенных исследований процессов сбора и транспорта с использованием новых технологических принципов были разработаны и защищены патентами РФ "Способ трубопроводного транспорта высокопарафинистой нефти", "Способ определения вязкости нефти и нефтепродуктов при температуре застывания", "Способ улучшения реологических свойств высокопарафинистой нефти".

Достоверность результатов. Подтверждается сопоставлением результатов расчетов с результатами, полученными экспериментально на реальных трубопроводах и промышленных стендах.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на:

Научном Семинаре "Проблемы гидродинамики, надежности и прочности в современном трубопроводном транспорте". Уфа, 1997;

Республиканской научно-практической конференции "Ресурсо- и энергосбережение в республике Башкортостан: проблемы и задачи". Уфа, 1997;

Заседаниях Ученого Совета и семинарах Института проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР);

Заседаниях Ученого Совета и семинарах Института химии нефти и природных солей АН Республики Казахстан.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем работы. Диссертационная работа общим объемом 215 страниц машинописного текста состоит из введения, 5 глав, заключения (основных выводов и рекомендаций), 18-ти таблиц, 24-х иллюстраций. Список литературы включает 160 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, дается краткая характеристика предмета изучения - па-рафинистых нефтей и областей приложения результатов исследований, отмечается общность и различия названных и

высоковязких нефтей. Сообразуясь с поставленной целью, очерчен и в аннотированном виде представлен круг задач, решаемых в отдельных главах диссертационной работы.

Отмечается, что результаты ряда проведенных исследований и технико-технологических рекомендации для высокопа-рафинистых нефтей справедливы и для высоковязких нефтей.

В первой главе рассмотрены научные проблемы теории течения высокопарафинистых (высоковязких) нефтей — история развития, современное состояние. Там же рассмотрены технико-технологические проблемы сбора и транспорта названных нефтей, приведено краткое описание примеров практического осуществления их различных вариантов.

В нашей стране реологические свойства неньютоновских сред различной природы детально исследовались Ребиндером П.А., Каргиным В.А., Виноградовым Г.В., Трапезниковым A.A. и др., за рубежом весом вклад экспериментаторов Хау-эллса, Бенбоу, Мерилла, Бьюкки и др.

В плане применения модели Шведова - Бингама к расчету течения высокопарафинистых нефтей активно работала группа исследователей во главе с Губиным В.Е. В частности, следует отметить работы по аппроксимации решения уравнения Букингема течениям в начальных участках каналов и труб. Губин В.Е. и Скрипников Ю.В. разработали методику определения точки перехода ламинарного режима в турбулентный при течении в трубах парафинистых нефтей и вычисления коэффициента сопротивления в турбулентном режиме в зависимости от критериев Рейнольдса и Хедстрема.

Многочисленные реологические исследования выявляют высокую степень тиксотропности парафинистых нефтей и позволяют оценить влияние тиксотропности на режимы работы нефтепроводов.

Мирзаджанзаде А.Х., Огибалов П.М. и Агаев С.Е. решили задачи о нестационарном прямолинейном движении тиксо-тропной вязкопластичной жидкости между параллельными бесконечными пластинками и в круглой трубе. Ритгер и Ба-тиски рассчитали характеристики трубопровода, по которому перекачивается тиксотропная нефть. Они фактически впервые дали метод расчета перекачки парафинистой нефти с учетом ее тиксотропных свойств. Достоинства метода определяются его простотой и минимумом использованных допущений.

Большой объем исследований тиксотропных нефтей проведен сотрудниками УГНТУ под руководством Девликамова В.В. Однако, ими свойства нефтей рассматриваются применительно к пластовым условиям, что не позволяет в полной мере использовать полученные результаты для решения задач трубопроводного транспорта.

Дальнейшее развитие теории движения парафинистых тиксотропных нефтей получило в работах Пиядина М.Н. Им разработана реологическая модель тиксотропной вязкопла-стичной нефти, отличающаяся существенной простотой, что позволяет использовать ее для решения задач о течении тиксотропных нефтей в трубопроводах.

Так же отмечается, что все вышеизложенное относится лишь к аспектам теории реологии неньютоновских нефтей, которые привели к постановке решаемых в диссертации задач. За рамками обзора остались многие важные работы, выполненные зарубежными и отечественными исследователями, в частности, Тугуновым П.И., Новоселовым В.Ф., Яблонским B.C., Кривошеевым Б.Л., Гусейнзаде М.А., Юфиным В.А., Галлямовым А.К., Яковлевым Е.И., их сотрудниками и учениками.

Далее в главе кратко рассматриваются различные варианты сбора и транспорта высокопарафинистых нефтей, история их развития, примеры их практического осуществления в различных регионах мира, их технико-технологические достоинства и недостатки. Приводятся примеры исследований ряда теоретических и практических аспектов "холодной" перекачки, "горячей" перекачки, термообработки, обработки депрессорными присадками, перекачки в смеси с маловязкими разбавителями, перекачки в газонасыщенном состоянии, гидротранспорта.

В заключение приводятся задачи диссертационных исследований и пути их (задач) решения.

Во второй главе излагается методология выбора различных вариантов сбора и транспорта. Выбор осуществляется в три этапа.

На первом этапе в конкретно рассматриваемой ситуации выбираются все возможные для практической реализации виды транспорта из числа известных (автомобильного, железнодорожного, водного, трубопроводного) и отбрасывают-

ся явно неприемлемые. Среди оставшихся трубопроводный транспорт, как правило, присутствует.

На втором этапе различные варианты сбора и трубопроводного транспорта подвергаются оценке по трем критериям: энергоемкости, экономической эффективности, надежности. Отмечается, что энергоемкость по ряду причин выделяется в виде отдельного критерия из приведенных затрат.

Далее рассматриваются названные критерии.

Энергоемкость системы оценивается затрачиваемой мощностью непосредственно на перекачку нефти заданной производительности при наблюдаемом перепаде давления (ДР) на конкретном трубопроводе и рассчитывается, как их произведение.

В диссертационной работе даны математические зависимости для оценки энергоемкости различных вариантов сбора и трубопроводного транспорта. Эти зависимости могут быть использованы для целей сравнения энергоемкости различных вариантов. При этом значения перепадов давления определяются по известным математическим зависимостям (методикам).

После проведения соответствующих вычислений принимается решение о предпочтительном использовании того или иного варианта. Принятию последующего решения должна предшествовать оценка по двум оставшимся критериям.

Экономическую эффективность, призванную отражать уровень капитальных и эксплуатационных затрат при осуществлении того или иного варианта транспорта и не являющуюся предметом специального изучения диссертационной работы, предлагается оценивать по известным методикам.

Критерией надежности оценивается тремя параметрами: специфическими характеристиками процесса, его автономностью и количеством пунктов обслуживания

Под специфическими характеристиками понимаются, в частности, трудности вывода системы из ситуаций, связанных с незапланированными простоями. В тех случаях, когда остановки связаны с потерей транспортабельных свойств перекачиваемого продукта, процесс считается ненадежным.

Автономность процесса обуславливается его зависимостью от дополнительных источников снабжения энергией или какими-либо материалами (например, маловязкими аген-

тами, водой, химическими реагентами и т.д.). Естественно, чем больше таких, источников, тем менее надежен процесс.

Число пунктов обслуживания также объективно связано с надежностью процесса. В данном случае весомое значение приобретает рассредоточенность пунктов обслуживания -большей рассредоточешюсти соответствует меньшая надежность процесса.

Названные параметры, являясь в основе своей субъективными, тем не менее позволяют в конкретных условиях разработки оценить надежность рассматриваемых в диссертационной работе вариантов сбора и транспорта.

На третьем этапе для получения количественных параметров, характеризующих выбранный вариант, до его промышленного внедрения должны быть проведены исследования на специально созданных пилотных установках, максимально приближенных по своим характеристикам к планируемым условиям промышленного внедрения. На них уточняются параметры технологического процесса, приемы его практического осуществления, требования к оборудованию и т.д. Полученные в процессе проведения экспериментов фактические данные позволяют внести коррективы в существующие методы расчета и подобрать необходимое оборудование, то есть получить надежную основу для проектирования процесса.

В заключение главы отмечается, что практическая реализация третьего этапа предлагаемой методологии подробно излагается в последующих главах работы.

В третьей главе излагаются результаты исследований варианта транспорта высокопарафинистых нефтей с использованием депрессорных присадок. Эта проблема является весьма актуальной, в частности, для многих, месторождений Казахстана, где имеются благоприятные условия для применения метода. Известно, что в настоящее время не существует методов подбора депрессорных присадок по известным физико-химическим характеристикам нефтей. Поэтому предлагается направление исследований, сводящееся к подбору присадок для каждой конкретной нефти экспериментальным путем в лабораторных условиях с последующей проверкой полученных результатов на стендах и промышленных объектах.

Основными задачами исследований явились:

- выбор типа депрессорных присадок;

- определение влияния предварительной термообработки нефти на эффективность действия депрессорных присадок;

- определение времени действия присадок;

- определение оптимальных концентраций присадок;

- определение технических возможностей осуществления метода и ряд других.

В главе приведены программа и методика лабораторных испытаний депрессорных присадок. Методика предусматривает использование peo вискоз и метра, как инструмента для оценки изменения реологических свойств нефти и ее эмульсий после обработки депрессаторами. Отличительной особенностью применяемой методики испытаний от известных является использование приема смены образцов нефти для каждой температурной точки определения реологических характеристик. Установлено, что этот прием обеспечивает лучшую сходимость результатов для нефтей ниже температуры застывания и ближе к условиям застывания нефти в трубопроводах после их остановки.

Основные положения методики сводились к следующему:

- объектами описываемых исследований явились нефти Жетыбайского месторождения, как прошедшие промысловую подготовку, так и не прошедшие таковую, а потому содержащие в ряде случаев в себе пластовую воду (водонефтяные эмульсии). Был испытан ряд депрессорных присадок, таких как ЕСА 4242, Lubrisol 6682, НОЕ Е 3227, Малако РСН-15, Mega Dewax и др.;

- депрессорные присадки вводились в нефть, предварительно нагретую до 45 °С, 65 °С и 90 °С, при концентрациях, доходящих в отдельных случаях до 0,4 % мае. (обычно - не более 0,2% мае.);

- испытания проводились на ротационном вискозиметре Реотест-2 с измерительным устройством цилиндра с границей погрешности 3-4% по отношению к ньютоновским жидкостям.

Далее рассмотрен эффект влияния предварительной термообработки нефти на ее прочностные свойства при использовании депрессаторов. Проведенные эксперименты показали, что, например, для нефти Жетыбайского месторождения максимальная эффективность достигается при температурах ввода 45°С и 90 С, а при 65 С - она ниже. Влияние депрес-

сорных присадок сказывается в основном на начальные напряжения сдвига и практически не отражается на величине пластической вязкости.

Впервые выполненные исследования по оценке влияния депрессорных присадок (типа ЕСА 4242) на 20%-ые обводненные нефти показывали, что начальное напряжение сдвига, как для эмульсии, так и для нефти оказываются практически одинаковыми (см. рис.1).

Далее излагаются методика проведения и результаты экспериментов по определению времени действия присадок. Результаты свидетельствуют о незначительном, но все таки монотонном снижении эффекта действия депрессорной присадки в течение 20 дней непрерывных исследований. Эти данные подтверждаются результатами, полученными другими исследователями.

В главе также излагаются результаты исследований возможности использования ряда отечественных и зарубежных дозировочных установок для целей их применения в промышленных условиях. Отмечается, что в пределах СНГ в настоящее время не выпускается оборудование для дозирования депрессорных присадок.

Далее приведены результаты экспериментов на промышленном стенде по изучению влияния обработки депрессор-ными присадками на процессы запуска трубопровода после остановок. Принципиальная схема стенда представлена на рис.2. Жидкость из скважины 1 поступает в устьевой подогреватель нефти 2 и, нагретая до 50-60 С, поступает в экспериментальный трубопровод общей длиной 200 м, выполненный из трубы диаметром 0.114 м и оборудованный задвижками, манометрами и карманами для термометров. Дозировка депрессатора осуществлялась после выхода нефти из подогревателя с помощью специально сконструированной дозировочной установки, оборудованной обогреваемой емкостью для депрессатора.

Эффективность действия депрессорных присадок определялась по величине перепада давления на петле при продав-ливании застывшей в ней нефти без присадки (базовый вариант) и нефти с добавкой в нее депрессатора. Для получения базового результата использовалась продукция скважины, предварительно нагретая до 50-60 С, а затем охлажденная в петле до температуры грунта и выдержанная в течение 12

суток. Последующее продавливание ее давлением, имеющемся на устье скважины или с помощью продавочного агрегата, моделировало процесс запуска трубопровода после его остановки.

Аналогичным образом проводились эксперименты при использовании предварительно нагретого до 50-60 С депрес-сатора НОЕ Е-3227 при концентрациях 0.12 - 0.25% мае. Дозировка его осуществлялась круглосуточно для поддержания постоянной концентрации в нефти. Контроль за его процентным содержанием осуществлялась по температуре застывания отобранных проб нефти, а также по производительности насоса и скважины.

Данные по начальному напряжению сдвига, полученные в лабораторных условиях на дегазированной нефти, сопоставлялись с результатами промысловых испытаний, рассчитанными по формуле:

ДР*с14

= --- --• '

0 4*1

где т0 - начальное напряжение сдвига, Па; ДР - период давления, Па; I - длина трубопровода, м; с! - диаметр трубопровода, м.

Результаты промышленных испытаний, осуществленных, например, при температуре грунта от минус 2 С до плюс 5 С, показали уменьшение перепада давления при страгивании нефти после длительного простоя трубопровода и соответственно начального напряжения сдвига при названных концентрациях присадки до 20 раз.

Четвертая глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям метода гидротранспорта высоко-парафинистых нефтей. Рассмотрены два варианта гидротранспорта: в виде расслоенного потока и в виде прямых во-донефтяных эмульсий. Определены области их возможного применения.

В силу ряда объективных причин предпочтение отдается второму варианту гидротранспорта - в виде прямых эмульсий. При выявлении его технологических параметров рассмотрены вопросы выбора стабилизаторов для приготовления прямых эмульсий и создания условий длительного их существования в трубопроводах.

Зависимость статического напряжения сдвига нефти и ее

20 %-ой водонефтяной эмульсии от температуры (концентрация присадки ЕСА 4242 - 0,2 */•, термообработка

Температура, °С

о нефть без присадки □ эмульсия без присадки

й нефть с присадкой X эмульсия с присадкой

рис. 1

Схем» промышленного стенда

— Г— газовая линия

— Н — нефтепровод

— Д — депрессатор (В)— точки замера давления

© — точки замера температуры

1 — скважина;

2 — нагреватель;

3 — газовый сепаратор;

4 — экспериментальный трубопровод;

5 — сборный пункт;

6 — выкидная линия; 7-8 — задвижки;

9 — дозировочная установка.

рис. 2

В результате анализа формул для расчета производительности трубопроводов показано, что основой применения гидротранспорта в виде прямых эмульсий (нефть в воде) является расчет ожидаемого эффекта снижения гидравлических сопротивлений в трубопроводах, а также обоснование возможности существования прямых эмульсий с учетом условий транспорта. На основе приведенных исследований выявлена область перекачки по удельному перепаду давления (начиная с 5 МПа/км), когда гидротранспорт абсолютно эффективен по сравнению с другими методами транспорта. В то же время имеется и область малых удельных потерь давления, когда изотермическая перекачка остается вне конкуренции.

Далее в главе для практического осуществления гидротранспорта в виде прямых эмульсий формулируются требования к поверхностно-активным веществам (ПАВ) и отбирается химические реагенты, доступные для практического применения. ПАВ должны обладать, во-первых, диспергирующим действием на нефть при механическом перемешивании, во-вторых, стабилизирующим действием на дисперсные частицы нефти, предотвращая их коалесценцию в водном растворе реагента в течение длительного времен и, в-третьих, гидрофилизирующим действием на стенки трубопровода.

Выполнение указанных требований позволит провести нефть в устойчивое дисперсное состояние. Текучесть такой системы будет определяться температурой застывания рабочего раствора и может, в принципе, сохраняться до температуры минус 8 С, если использовать в технологическом процессе минерализованные воды.

Для предварительного подбора ПАВ в лабораторных условиях с целью оценки эффективности реагентов разработана новая методика определения динамической стабильности эмульсий типа "нефть в воде". Она основана на измерении сумм вязкостных и динамических напряжений при перемешивании эмульсии специальной насадкой к реовискозиметру Реотест-2. Методика позволяет инструментально подобрать наилучшие поверхностно-активные вещества и определить их оптимальную дозировку для создания прямых эмульсий необходимой стабильности.

Далее в главе излагаются результаты промышленных экспериментов по оценке эффекта от применения прямых водо-нефтяных эмульсий. Эксперименты были проведены на вы-

кидной линии малодебитной скважины длиной 500 м и диаметром 0.1 м. Трубопровод был заглублен на 1.2 м. Эффект от создания изучаемых эмульсии оценивался по снижению давления в начале трубопровода, ибо в конце его оно поддерживалось постоянным регулятором давления.

Для создания прямых водогазонефтяных эмульсий был использован водный раствор реагента СНО-ЗБ (30% расходное содержание) при концентрации 0.1% по активному веществу неонола АФд-12. Результаты некоторых экспериментов приведены на рис.3. Они свидетельствуют о значительном промышленно полученном технологическом эффекте.

В заключение главы приводится описание разработанного нового метода гидротранспорта застывающих нефтей с кольцевым пристенным слоем из маловязкой жидкости. Особенность метода состоит в том, что пристенный слой формулируют из части перекачиваемой жидкости, обработанной де-прессорными присадками, при этом плотность жидкости в кольцевом слое доводят до плотности основного потока за счет разбавления углеродными растворителями.

Эксперименты показали, что первоочередное добавление разбавителя обеспечивает более глубокое снижение температуры застывания нефти по сравнению со случаем обработкой нефти присадкой с последующим вводом разбавителя.

Описанный метод транспорта защищен патентом РФ.

В пятой главе изложены теоретические и экспериментальные исследования особенностей волнового воздействия на высокопарафинистые нефти и их водонефтяные эмульсии. Результаты выполненных исследований могут быть ис пользованы, в частности, при разработке устройств генерации ударных волн для запуска в работу трубопроводов с парафи-нистой нефтью, для разработки методики контроля типа и дозировки депрессорных присадок, при разработке технологий и техники обработки высокопарафинистых нефтей в процессе их трубопроводного транспорта электрическими и ультразвуковыми полями, при разработке технических средств размораживания трубопроводов электромагнитными излучателями и т.д.

Исследования влияния электрических полей проводились на специально сконструированной лабораторной установке (рис. 4). Она состоит из регистрирующего 1 и измерительного 2 блоков реовискозиметра, термостата 8 и источника элек-

трического напряжения 9. Последний может быть подобран из серийных приборов с заданными входными параметрами.

Электрическое напряжение заданной величины подается на внешний цилиндр 3 измерительной ячейки. Внутренний цилиндр 5 заземлен через корпус реовискозиметры. Переменное или постоянное электрическое поле создается в зазоре между цилиндрами. Изменяя напряжение и величину зазора, можно изменять напряженность электрического поля при обработки нефти, помещенной в измерительную ячейку. Термостатирование и нагрев нефти при обработке и проведении реологических измерений проводились с помощью емкости 6 с двойными стенками, заполненной фреоновым маслом. Циркуляция воды из термостата во внутренней полости стенок емкости позволяет провести нагрев масла и соответственно измерительной ячейки вискозиметра до заданных температур. Фреоновое масло является хорошим изолятором, что позволяет осуществить подачу электрического напряжения на внешний цилиндр 3 измерительной ячейки.

Выявлено, что электрореологический эффект зависит от коллоидного состояния обрабатываемой нефти. Например, выше температур застывания эффективность обработки однозначно выявить не удалось, тогда как при температурах достаточно близких к ним при обработке высокопарафини-стой нефти переменным электрическим полем наблюдалось снижение ее вязкости в 2-3 раза при одновременном снижении статического напряжения сдвига.

Обработка нефти постоянным электрическим полем не дала положительных результатов.

Исследования влияния ультразвуковых полей проводились на лабораторной установке, в общих чертах повторяющей установку, приведенную на рис. 4. Результаты проведенных экспериментов аналогичны результатам действия переменных электрических полей. При этом прослеживается тенденция увеличения эффекта с увеличением частоты колебаний ультразвука.

Далее в главе приводятся результаты исследований влияния ударных волн на реологические свойства высокопарафи-нистых нефтей. Сущность этого процесса заключается в использовании устройства, в котором образуется тем или иным образом повышенное давление. Последнее может однократно

чО

01 иар 05иар 09иар мар 17.мар 21 мер 25 ыар 29.иар 02апр 061ПР 10 алр 14 алр 18аЛР 22 апр 2в алр 30 апр

Дни

Рис. 3

или многократно воздействовать на исследуемый образец нефти.

Исследования показали, что воздействие ударных волн длительностью 3-4 миллисекунды и амплитудой волны сжатия до 5 МПа снижает статическое напряжение сдвига жеты-байской нефти в 2 раза. Обычное нагружение давлением в 5 МПа подобного эффекта не производит.

Далее приводится описание промышленных экспериментов. Основным элементом осуществленной технологии являлась камера высокого давления с диафрагмой, рассчитанной на определенное (достаточно высокое) давление. Названная камера подключалась к трубопроводу с застывшей нефтью. При разрыве диафрагмы импульс давления воздействовал на застывшую нефть, в результате чего последующий запуск трубопровода проводился при давлении минимум в 2 раза меньшем, чем при обычной технологии, то есть при медленном поднятии давления в начале трубопровода, скажем, про-давочным агрегатом.

Полученные результаты, по мнению автора, являются базой для продолжения конструкторских разработок камер высокого давления с целью широкого внедрения технологии запуска трубопроводов высокопарафинистых нефтей после их длительных остановок.

В заключение главы приводится описание разработанного метода определения вязкости высокопарафинистой нефти при температуре застывания, защищенного патентом РФ. Суть его заключается в том, что измеряют при фиксированной частоте наложенных колебаний в диапазоне 500-5000 Гц не менее двух значений вязкости и диэлектрических потерь при различных температурах жидкого продукта, а также величину диэлектрических потерь при температуре застывания продукта. Истинное же значение вязкости определяют по соотношению, полученному экспериментальным путем:

т}3 = К х (^5з- ^§0 + ^Пь где п, — Пг - коэффициент, определяемый текущи-

ми значениями вязкости и диэлектрических потерь жидкой фазы продукта;

5] и 82 - текущие значения диэлектрических потерь продукта;

т| I и г)2 - соответствующие значения вязкости продукта; т|3 - вязкость продукта при температуре застывания; 83 - диэлектрические потери при температуре застывания продукта.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложена методология выбора различных вариантов сбора и транспорта высокопарафинистых нефтей. Ее использование позволит спроектировать оптимальный вариант сбора и транспорта, основанный на фактических данных о течении процесса в конкретно рассматриваемых условиях.

2. Вариант сбора и транспорта парафинистых нефтей с использованием депрессорных присадок, при устранении существующих технических недостатков, рекомендуется к широкому промышленному внедрению на месторождениях типа жетыбайских. При этом следует иметь в виду, что:

- температура застывания парафинистой нефти и ее реологические параметры (статическое и динамическое напряжения сдвига) предопределяются ее термической предысторией;

- эффект воздействия депрессорных присадок на реологические свойства жетыбайской нефти различен для различных температур предварительной обработки нефти. Так, установлено, что при 90 С и 45 С он больший, чем при 65 С;

- влияние различных типов (марок) депрессорных присадок на исследуемый образец нефти различно. Для каждой нефти должен быть подобран опытным путем свой, наиболее эффективный депрессатор;

- присутствие воды в нефти, по крайней мере, в количестве до 20% существенным образом не сказывается на результатах обработки депрессорными присадками;

- имеет место незначительное снижение эффекта от применения депрессаторов (в течение исследованных двадцати дней), в частности, незначительное увеличение статического напряжения сдвига;

Блок-схема экспериментальной установки для исследования обработки высокопарафинистых нефтей электрическими полями

5 — внешний цилиндр подачи напряжения; 4 — эбонитовый изолятор; 5 -

- внутренний измерительный цилиндр; 6 — емкость для термостатирования измерительной ячейки; 7 — масло фреоновое; 8 — термостат И—10; 9

— источник электрического напряжения.

Рис. 4

- увеличение концентрации депрессорной присадки в же-тыбайской нефти уменьшает перепад давления на страгива-ние после длительного простоя трубопровода. Так, присадка НОЕ Е-3227 при концентрации 0.15% снижает перепад давления от двух до пятнадцати раз, а при концентрации 0.25% -до двадцати раз.

3. Вариант гидротранспорта в виде прямых водонефтяных эмульсий, имеющий свою, вполне определенную область перепадов давлений на заданной длине трубопровода, в которой он абсолютно эффективен по сравнению с вариантом использования депрессорных присадок, рекомендуется к практическому внедрению.

При этом следует применять предложенную методику оценки динамической стабильности прямой эмульсии, основанную на измерении суммы вязкостных и динамических напряжений при перемешивании эмульсии специальными насадками к реовискозиметру. Следует при этом также иметь в виду установленный факт значительного снижения гидравлических сопротивлений (до шести раз), а также существование ярко выраженного эффекта гидрофилизации внутренней поверхности промыслового трубопровода, выразившегося в полном отказе от промывок трубопровода горячей водой для удаления смолопарафиновых отложений при осуществлении технологии, причем, наблюдаемый эффект последействия составляет 3-5 дней.

4. Результаты теоретических, лабораторных и промысловых исследований особенностей волнового воздействия на парафинистые нефти и их водонефтяные эмульсии позволили:

- выработать новые подходы к механизму волнового воздействия на высокопарафинистые нефти и новые подходы к разработке методов волнового воздействия на них;

- сделать вывод о том, что электрореологический эффект зависит от коллоидного состояния нефти. Исследования не позволили выявить эффекта от обработки нефти, находящейся в жидком состоянии, то есть выше ее температуры застывания. Очевидно, электрические поля, как переменные, так и постоянные, не влияют (или мало влияют) на характер дальнейшей кристаллизации парафина в нефти при снижении температуры. В то же время имеют место вполне определенные положительные электрореологические эффекты при тем-

пературах, близких температурам застывания. Они объясняются структурными деформациями кристаллической решетки, образуемой парафинами, названными полями, что приводит к ослаблению связей между частицами каркаса и в конечном итоге - к изменению (улучшению) реологических параметров нефти;

- рекомендовать при разработке технических средств, основанных на применении электрических полей, учитывать как физико-химические свойства самой нефти, так и ее "память", которая несет в себе информацию о предыдущих механических, тепловых, химических и других видах воздействия;

- констатировать, что обработка высокопарафинистых нефтей ультразвуковыми полями различной частоты приводит к снижению эффективной вязкости и статического напряжения сдвига в области температур застывания нефти. При этом прослеживается тенденция увеличения эффекта с увеличением частоты колебаний;

- утверждать, что обработка высокопарафинистых нефтей ударными волнами дает значительный реологический эффект. Разработанная на основании этих результатов и проверенная в промысловых условиях с положительными итогами технология запуска трубопроводов в работу после их длительных остановок, когда имеет место снижение пусковых давлений в 2-3 раза, является базой для продолжения конструкторской доводки ее основного технического элемента -камеры высокого давления. Являясь чрезвычайно простой в ее практическом осуществлении, названная технология может и должна быть использована во всех регионах, где имеется высокопарафинистая нефть;

- предложить новый метод определения вязкости высоко-парафинистой нефти в области температур ее застывания и рекомендовать его к широкому использованию в повседневной практике.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Карамышев В.Г., Касымов Т.М., Танагаров P.A. Подготовка высокопарафинистой нефти к транспорту // Труды /ИПТЭР. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, вып. 56. Уфа. 1996. с.33-36.

2. Касымов Т.М. Определение вязкости нефти и нефтепродуктов при температуре застывания // Труды /ИПТЭР. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. вып. 56. Уфа. 1996. с.54-58.

3. Касымов Т.М., Фазлутдинов И.А. Пуск трубопроводов с застывающей нефтью // Oil and Gas of Kazakstan. numb. 3. May. 1997. c. 48. Алматы. с. 1-3.

4. Фазлутдинов И.А. Касымов Т.М. Методы снижения гидравлических потерь при транспорте застывающих нефтей подбором химических агентов // Труды /ИПТЭР. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, вып. 56. Уфа. 1966. с.36-43.

5. Сальникова С.Н., Касымов Т.М., Карамышев В.Г. Движение несмешивающихся жидкостей в трубопроводе со сложной границей раздела // Труды /ИПТЭР. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, вып. 56. Уфа. 1996. с. 103-106.

6. Сальникова С.П., Касымов Т.М., Карамышев В.Г. Математическая модель устойчивости расслоенного кольцевого течения двух жидкостей // Труды /ИПТЭР. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, вып. 56. Уфа. 1996. с.95-95.

7. Особенности эффективной вязкости бинарных смесей мангышлакской нефти с бузачинской / Касымов Т.М., Валеев М.Д., Мамонов Ф.А., Уразгалиев Б.У., Бисенова Т.М., Акжи-гитов А.Ш. // Труды ИПТЭР. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, вып. 56. Уфа. 1996. с. 107-110.

8. К вопросу о транспорте высоковязких жидкостей по трубопроводам большой протяженности / Гумеров А.Г., Дья-чук А.И., Юсупов О.М., Касымов Т.М. // Тезисы докладов научного семинара "Проблемы гидродинамики, надежности и прочности в современном трубопроводном транспорте". Уфа. 1997. с.47-49.