Разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей

Размещено на http://www.allbest.ru/

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей

02.00.13 - «Нефтехимия»

Набиев Акрамжон Ботиржонович

Ташкент - 2012

Работа выполнена на кафедре «Общетехнического профессионального образования» Наманганского государственного университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Абдурахимов Саидакбар Абдурахманович

Официальные оппоненты:

доктор химических .наук., профессор

Нарметова Гульнара Рузикуловна

кандидат .технических наук

Абдукаримов Рустамжон Сабиржанович

Ведущая организация:

Бухарский инженерно-технический институт высоких технологий.

Защита состоится “___” ___________ 2012 г. в ___ часов на заседании специализированного совета Д 015.13.01 при Институте Общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан. Адрес: 100170, Ташкент, ул. М. Улугбека, 77 а., тел. (99871) 2625660 факс: (99871) 2627990,

e-mail; ionxanruz @mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН Республики Узбекистан. Адрес: 100170, г.Ташкент, ул. Муминова, 13.

Автореферат разослан “____”____________ 2012 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат химических наук Ибрагимова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Транспортировка нефтей по трубопроводу считается одним из основных и экономичных способов их доставки на места потребления. Причем, в случае использования электроэнергии, чем выше вязкость транспортируемой нефти, тем больше расход электроэнергии, а порой бывают случаи невозможности движения высоковязких нефтей по трубопроводам более высокого диаметра.

В Узбекистане на месторождениях Джаркак, Мингбулак, Джаркурган и других добывают высокопарафинистые и высокосмолистые нефти, которые требуют применения эффективных способов повышения их текучести по трубопроводам.

Известно, что высокая вязкость нефтей обусловлена значительным содержанием в них следующих компонентов: парафина, смол, серы, механических примесей и др.

Использование химических реагентов (растворителей, разжижителей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и т.п.) в той или иной степени способствует повышению текучести высоковязких нефтей при их транспортировке по трубопроводу. Однако, при этом не всякие реагенты считается эффективными, т.к. часть из них повышает взрывопожароопасность трубопроводов, а часть - сильно завышает себестоимость их транспортировки.

Поэтому, подбор эффективного дешевого местного ПАВ для улучшения текучести высоковязких местных нефтей способствует. значительному повышению технико-экономических показателей их транспортировки по трубопроводу.

В настоящее время интенсивно ведутся поисковые работы по использованию нетрадиционных (электромагнитных, СВЧ- обработки и т.п.) способов повышения текучести высоковязких нефтей по трубопроводу.

Безусловно, комбинированное использование нескольких способов обработки высоковязких нефтей в период их транспортировки также считается перспективным, т.к. сулит значительные экономические выгоды.

Таким образом, разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей по трубопроводу является актуальной задачей, имеющей научное и практическое значение.

Степень изученности проблемы. Разработкой нетрадиционных способов повышения текучести высоковязких нефтей при их транспортировке по трубопроводу занимаются в Институте общей и неорганической химии АН РУз, УзЛИТИ нефтегаз, ТашГТУ и других научно-исследовательских организациях. Ранее, для таких целей были предложены различные конструкции биопланетарных мешалок, которые интенсивно перемешивают высоковязкие нефти в специальных смесителях с несколькими приводами. Однако, такие смесители недостаточного эффективны при непрерывной транспортировке высоковязких нефтей по трубопроводу. Работы по комбинированному способу повышения текучести высоковязких нефтей с использованием технического хлопкового фосфатидного концентрата (ТХФК) и высокочастотного электромагнитного излучения в литературе не обнаружены.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.

Диссертационная работа выполнена в Наманганском Государственном университете в соответствии с планами НИР кафедры «Общетехнического профессионального образования » на 2008-2012 г.г.

Цель исследования: разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей с использованием технического хлопкового фосфатидного концентрата и высокочастотного электромагнитного излучения.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи исследования:

- анализ особенностей химического состава и физико-химических свойств местных высоковязких нефтей;

- изучение особенностей и прогнозирование качественных показателей нефтесмесей, получаемых из местных нефтей;

-изучение влияния высокочастотной электромагнитной обработки местных высоковязких нефтей на их показатели текучести;

-исследование влияния технического хлопкового фосфатидного концентрата - побочного продукта масложировой промышленности на текучесть высоковязких нефтей;

-разработка комбинированного способа повышения текучести высоковязких нефтей по трубопроводу;

-опытно-производственное испытание предлагаемого комбинированного способа повышения текучести высоковязких нефтей по трубопроводу;

-оценка технико-экономической эффективности разработанного комбинированного способа транспортировки высоковязких нефтей по трубопроводу.

Объект и предмет исследования. Объект исследования- процесс транспортировки местных высоковязких нефтей с использованием присадки - технического хлопкового фосфатидного концентрата ( ТХФК) и высокочастотной электромагнитной обработки. Предмет исследования- оценка индивидуального и комбинированного влияния технического хлопкового фосфатидного концентрата (ТХФК) и высокочастотной электромагнитной обработки на текучесть местных высоковязких нефтей.

Методы исследования. Использованы современные методы физико-химического, реологического и других анализов нефтей, утвержденные Госстандартом РУз, а также математические методы обработки экспериментальных данных, широко используемые в нефтехимической технологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

-результаты выявления особенностей нефтесмесей, получаемых из местных высоковязких нефтей, подлежащих транспортировке по трубопроводу;

-разработанный комбинированный способ повышения текучести высоковязких нефтей по трубопроводу путем совместного использования технического хлопкового фосфатидного концентрата и высокочастотной электромагнитной обработки;

-результаты опытно-производственных испытаний предлагаемого комбинированного способа при повышении текучести местных высоковязких нефтей по трубопроводу.

Научная новизна: Впервые на основе исследования реологических особенностей местных высоковязких нефтей предложена их классификация с позиции их текучести. Установлено, что введение технического хлопкового фосфатидного концентрата (ТХФК) в состав высоковязких нефтей в количестве до 500 г на тонну нефти значительно повышает их текучесть по трубопроводу, а дальнейшие увеличение количества ТХФК не приводит к заметному изменению изучаемого показателя. Выявлено, что введение предлагаемой присадки ТХФК оказывает депрессорную активность на высокопарафинистые нефти, переводя тугоплавкие парафины из твердого состояния в жидкое. При этом образуется новая нефтяная система, которая застывает при более низких температурах. Выявлено, что высокочастотная электромагнитная обработка высоковязких нефтей при 13-30 МГц также повышает текучесть высоковязких нефтей, а дальнейшее увеличение частоты электромагнитного воздействия практически не изменяет достигнутые значения изучаемого показателя. Установлено, что комбинированное использование двух выше отмеченных способов при разработанных оптимальных условиях позволяет более эффективно повысить текучесть местных высоковязких нефтей по трубопроводу.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Выявленные новые закономерности повышения текучести высоковязких нефтей при добавке ТХФК и их высокочастотной электромагнитной обработки имеют важное научное и практическое значение при совершенствовании процесса их транспортировки по трубопроводу. Результаты исследований также могут быть использованы при проектировании и строительстве новых установок по транспортировке высоковязких нефтей по трубопроводу, а также в учебном процессе ТашГТУ, ТашХТИ, и других вузов по специальности «нефтехимия».

Реализация результатов. Разработано дополнение к технологическому регламенту по подготовке и транспортировке нефтей по трубопроводу предлагаемым комбинированным способом (ТР 1/11 НамГУ от 03.01.2011 г.).Опытно-производственное испытание разработанного комбинированного способа на Мингбулакском месторождении нефти (Наманганская обл.) дало положительные результаты (акт испытания от 3 декабря 2010 г. прилагается в диссертации). Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого комбинированного способа повышения текучести высоковязкой нефти Мингбулакского месторождения нефти составит 52,0 млн. сум в год.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и получили одобрение на: - Республиканской научно-технической конференции «Достижения и перспективы комплексной химической переработки топливно-минерального сырья Узбекистана» (Ташкент, 2008г.); -Республиканской научно-технической конференции «Ма?аллий хом-ашёлар ва ма?сулотларни ?айта ишлашнинг технологиялари” (Ташкент, 2009 г.); -V Республиканской научно-практической конференции «Ноанъанавий кимёвий технологиялар ва экологик муаммолар (Фар?она, 2009 г.); -Республиканской научно-практической конференции «Ме?нат ва касб таълими бакалавриат йўналишларида мухандислик фанларини ў?итишнинг долзарб масалалари» (Наманган, 2009 г.); -Научном семинаре спецсовета Д.015.13.01 ИОНХ АН РУз (Ташкент, 2012 г.).

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 научных работах, в т.ч. 5 журнальных статьях и 5 тезисах Республиканских научно-практических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследования, анализа и обсуждения результатов экспериментальных исследований, заключения, списка использованной литературы и приложения. Объем компьютерного текста составляет 110 страницы, включает 20 таблиц и 9 рисунков. Список литературы содержит 125 наименований отечественных и зарубежных работ. В приложении диссертации приведены акт опытно-производственного испытания, решение научно-технического совета, дополнение к технологическому регламенту, подтверждающий уровень испытаний и степень практического применения результатов исследования.

Автор выражает благодарность к.т.н. Султанову А.С. за научно-методические консультации, оказанные при выполнении работы..

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

хлопковый фосфатидный нефть текучесть

Во введении обоснована актуальность задачи и степень изученности проблемы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе диссертации представлен анализ способов и технологий транспортировки нефти по трубопроводу, в частности рассмотрены материалы по исследованию текучести высоковязких нефтей, т.е. неньютоновских жидкостей по трубопроводу, рассмотрены способы повышения текучести высоковязких нефтей, сформулирована цель и задачи исследования.

Во второй главе представлены методики постановки эксперимента, анализа нефти и обработки полученных результатов, в частности методы исследования состава и свойств нефти, описание лабораторной установки для изучения реологических свойств нефти и математической обработки полученных экспериментальных данных.

В третей главе изложены результаты исследования влияния раз- личных факторов на текучесть местных высоковязких нефтей, предложена классификация местных нефтей с позиции учета их текучести, материалы по прогнозированию качественных показателей нефтесмесей, получаемых из различных нефтей, оценка влияния высокочастотного электромагнитного воздействия на реологические показатели нефти и др.

В четвертой главе представлены материалы по подбору эффективных присадок для повышения текучести местных высоковязких нефтей, исследованию ТХФК в качестве присадки для повышения текучести высоковязких нефтей , разработке комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей и расчёту ожидаемого экономического эффекта от его внедрения в производство.

Классификация местных нефтей с позиции учета их текучести

Проблема классификации местных нефтей с позиции учета их текучести возникла в связи со сложностями транспортировки высоковязких нефтесмесей, получаемых в установке подготовки нефти (УПН).

Известно, что текучесть нефти (зн) можно характеризовать через её динамическую вязкость (мн) по следующей зависимости:

зн = (1)

Поэтому, для характеристики текучести нефти или нефтепродуктов чаще используют их вязкостные показатели.

Нами изучены физико-химические показатели нефтей, поступающих в ЦП и ОНП УДП «Мубарекнефтегаз» .

Результаты анализов представлены в табл.1.

Из табл.1 видно, что нефти месторождений Шурчи и Джаркак имеют высокие плотности и вязкости, чем нефти, месторождений Кокдумалак и Зеварда. Так например, кинематические вязкости нефтей месторождений Кокдумалак и Зеварда при 200С равны 14,1 и 14,3 мм2/с, соответственно, а месторождений Шурчи и Джаркак при этих же условиях равны 16,2 и 15,9 мм2/с, соответственно. Такая же примерно картина повторяется и при 500С, что ещё раз подтверждает необходимость изучения состава и свойств местных нефтей, которые проясняют причины такого изменения.

Таблица 1

Физико-химические показатели нефтей, поступающих в ЦП и ОНП УДП «Мубаракнефтегаз»

Место-рождение нефти	Плот-ность при 20 оС, кг/м3	Вязкость кинемати- ческая, мм2/с	Кислот-ность, мг КОН/ 100 г	Золь-ность, %	Темпера-тура застыва-ния, 0С	Темпера-тура начала перегонки, 0С
Кокдумалак	864	14,1	5,3	2,5	0,005	-6	65
Зеварда	869	14,3	5,6	2,6	0,007	-5	66
Шурчи	878	16,2	6,0	2,9	0,009	+6	68
Джаркак	873	15,9	5,8	2,8	0,009	+5	67

В табл. 2 представлены результаты анализов состава местных нефтей, поступающих в ЦП и ОНП УДП «Мубарекнефтегаз».

Таблица 2

Состав основных компонентов нефтей, поступающих в ЦП и ОНП УДП «Мубаракнефтегаз»

Месторождение нефти	Содержание, % масс.
	Парафина	Смолы	Асфальтенов	Серы	Хлористых солей	Воды
Кокдумалак	3,7	4,55	2,85	2,12	470	0,38
Зеварда	4,1	3,42	3,16	3,10	481	0,45
Шурчи	7,4	8,54	5,47	5,35	369	0,46
Джаркак	6,3	7,23	5,92	6,14	385	0,49

Из табл.2 видно, что в нефтях месторождений Шурчи и Джаркак содержание парафина больше на 3-3,5%, чем в нефтях месторождений Кокдумалак и Зеварда. Также в первых содержится больше на 3,5-4% силикагелевых смол, чем в нефтях месторождений Кокдумалак и Зеварда. Такая же примерно картина наблюдается и по содержанию асфальтенов и серы.

Следовательно, при транспортировке таких сильно различающихся по своим составам нефтей смешивать не целесообразно. Согласно предлагаемой классификации:- к лёгким следует относить нефти с плотностью от 830 до 870 кг/м3, содержащие в своем составе не более 5% парафина;

- к парафинистым следует относить нефти, содержащие в своем составе более 5% парафина и имеющие температуру застывания от +5 до +350С;

-к высоковязким следует относить нефти с плотностью выше 870 кг/м3.

Такая условная классификация нефтей позволяет специалисту принять правильное решение при их смешивании , транспортировке и переработке.

По данной классификации нефти известных местных месторождений группируются в следующие:

-легкие нефти, получаемые из месторождений Кокдумалак, Зеварда и Северный Сох;

- парафинистые нефти, получаемые из месторождений Шурчи, Джаркак, Южный Аламышик, Андижан, Амударья, Коштар, Варык и Ханкыз;

-высоковязкие нефти, получаемые из месторождений Северный Уртабулак, Крук, Ляльмикар, Кокайты и Миршади.

На основе такой классификации местных нефтей можно рационально организовать их смешивание, транспортировку и переработку, что позволяет снизить материальные и энергетические затраты.

Следовательно, предлагаемая классификация местных нефтей с позицией учета их текучести позволяет научно- обосновать рациональные режимы их транспортировки и переработки.

На современном этапе развития нефтеперерабатывающей отрасли основные внимания уделяются стабильному обеспечению предприятий качественным сырьем и необходимыми для его переработки реагентами, считая их приоритетными задачами.

В этом аспекте нефти могут закупаться из-за рубежа и перерабатываться в смеси с высоковязкими и высокосернистыми местными нефтями.

Сегодня, в Узбекистане нефти импортируются из Казахстана и России. Причем, их составы и свойства сильно отличаются от местных нефтей, поступающих на промышленную переработку.

Поэтому, стоит задача компьютерного прогнозирования показателей качества возможно создаваемых нефтесмесей, транспортируемых по трубопроводу. Нами разработан алгоритм прогнозирования показателей качества нефтесмесей на ЭВМ, который представлен на рис. 1.

Научно-методологическую основу прогнозирования показателей качества нефтесмесей разрабатываем при условии аддитивности вкладов локальных показателей индивидуальных нефтей.

Метод математического моделирования с высокой точностью позволяет прогнозировать качественные показатели нефтесмесей на ЭВМ.

При этом, исходными данными для расчета являются: плотность, вязкость, содержание серы , хлористых солей и температура выкипения 50%-ных фракций смешиваемых нефтей.

Данный алгоритм прогнозирования показателей качества нефтесмесей на ЭВМ при расчете чистых компонентов выполняется при условии: а0+а1х1+а2х21=0 при х1=0 и х1=1. Отсюда а0=0 и а2 =-а1.

При многокомпонентных смесях уравнение представляет собой квадратичную формулу по хi

Таким образом, используя разработанный алгоритм (рис.1) на ЭВМ можно прогнозировать качественные показатели нефтесмесей, транспортируемых по трубопроводу .При этом, ошибка прогнозируемых показателей нефтесмесей не превышает 5%, что подтверждает высокую точность данной методики расчета.

Реологические особенности транспортируемых композиций нефтей из местных месторождений

Анализ работы УПН показал, что транспортируемые и перерабатываемые нефти местных месторождений необходимо исследовать по реологическим параметрам с целью создания их легко текучих композиций.

Известно, что технологические осложнения при транспортировке и переработке нефти в первую очередь связаны с изменением ее физико-химических свойств. Так, например, вязкость нефти наряду с её плотностью и температурой застывания является одним из основных параметров, характеризующих её реологию и текучесть .

Нами, были определены динамические напряжения сдвига (ф0) и вязкость (µ) некоторых местных нефтей и их композиций. Полученные результаты представлены в табл. 3.



Нет

Да

Рис.1 Алгоритм прогнозирования показателей качества нефтесмесей на ЭВМ

Таблица 3

Изменение динамического напряжения сдвига и динамической вязкости некоторых местных нефтей в зависимости от температуры

Месторождение нефти и её основные показатели	Темпера-тура, 0С	Динамическое напряжение сдвига, Па	Динамическая вязкость , мПа.с
Нефть Кокдумалакского месторождения с плотностью при 200С 864 кг/м3, с температурой застывания -60С и содержанием парафина 3,7 %	0 5 10 20 30 40 50 60	1,5 0,7 0 0 0 0 0 0	45,2 32,5 25,7 15,9 10,8 8,9 7,0 5,5
Нефть месторождения Джаркак с плотностью при 200С 873 мг/м3, с температурной застывания +50С и содержанием прафина 6,3%	10 20 30 40 50	46,5 21,2 6,4 2,8 0	54,3 50,1 40,7 16,5 14,8
Композиция из нефти Кокдумалакского и Джаркакского месторождений при соотношений 1:1	0 5 10 20 30 40 50 60	11,2 6,4 3,5 1,8 0,6 0,1 0 0	49,4 38,7 31,2 27,9 21,4 15,1 12,5 10,3
Композиция из нефти Кокдумалакского и Джаркакского месторождений при соотношение 2:1	0 5 10 20 30 40 50 60	9,4 4,2 2,1 0,9 0,4 0 0 0	47,1 36,9 29,5 25,4 18,7 12,8 8,3 6,8

Из данных табл.3 видно, что нефть Кокдумалакского месторождения по показателям динамического напряжения сдвига и динамической вязкости сильно отличается от тех же показателей нефти Джаркакского месторождения. При составлении из них композиций при соотношении1:1 данные показатели примерно усредняются.

Безусловно, при подборе композиций использование такого анализа позволяет научно-обоснованно подобрать оптимальное соотношение нефтей с учетом их текучести.

Присутствие посторонних веществ, например, воды или газоконденсата бесспорно влияет на динамическую вязкость (м) нефти, что следует учитывать при их транспортировке и переработке.

Нами, на примере нефти месторождения Джаркак было изучено влияние содержание воды и газоконденсата на её динамическую вязкость при 200С.

Полученные результаты измерений представлены в табл 4.

Из табл. 4 видно, что введение воды до 10% в состав Джаркакской нефти повышает её динамическую вязкость на 22,8%. а добавка газоконденсата до 15% снижает её динамическую вязкость на 61,1%. К сожалению, использование газоконденсата в качестве разбавителя местных высоковязких нефтей повышает взрывоопасность их транспортировки по трубопроводу.

Таблица 4

Изменение динамической вязкости нефти Джаркакского месторождения при различном содержании воды и газоконденсата

Состав нефти	Динамическая вязкость, мПа.с	Изменение (+,-) динамической вязкости , %
Нефть Джаркакского месторождения	50,1	0
Нефть +5% H2O	56,0	+11,8
Нефть +10% H2O	61,5	+22,8
Нефть + 15% газконденсат	6,5	-87,0
Нефть +10% газконденсат	13,0	-74,1
Нефть +5% газконденсат	19,5	-61,1

Это ещё раз подтверждает важность учета состава нефти перед её транспортировкой и переработкой.

Таким образом, определение состава и параметров, характеризующих реологические свойства нефти позволяет научно-обоснованно создать их композиции для транспортировки по трубопроводу.

Оценка влияния высокочастотного электромагнитного воздействия на реологические показатели высоковязких нефтей

При транспортировке аномальных высоковязких нефтей по трубопроводу возникают различные проблемы, обусловленные в первую очередь проявлением реологических свойств и зависимостью их от гидродинамического режима течения и от теплообменных процессов. Наиболее серьезную проблему представляет отложение парафинов в трубопроводе при перекачивании высокозастывающих нефтей.

Одним из эффективных нетрадиционных методов улучшения реологических свойств аномально вязких нефтей является воздействие на них высокочастотным электромагнитным полем. В таком поле в областях частот, совпадающих с собственными частотами вращения дипольных моментов компонентов нефтей , возникает магнитореологический эффект, который проявляется в значительном уменьшении эффективной вязкости в зависимости от направления и интенсивности магнитного поля.

Высокочастотные (ВЧ) электромагнитные (ЭМ) волны с длиной 10-100 м имея частоты от 3 до 30 МГц проявляют диэлектрический нагрев, вызванный вращениями диполей и выделением тепловой энергии. Молекулы нефти находятся в близком контакте друг с другом, и поэтому возникает трение между ними. При ВЧ ЭМ излучении диэлектрический нагрев нефти осуществляется в поле конденсатора, который имеет высокую скорость нагрева и его равномерное распределение по всему объему. Международной комиссией рабочие частоты ВЧ ЭМ установлены при 13 МГц, 26 МГц и 30 МГц, что диктует проведение работ в пределах данных частот.

Нами изучено влияние ВЧ ЭМ воздействия на реологические свойства нефти месторождения Мингбулак с использованием ротационного вискозиметра «Реостат-2-1» при скоростях сдвига 2-1312 с-1 и температурах 20-800С.

Исследуемая нефть имела следующие физико-химические показатели плотность при 200С-851,8 кг/м3; содержание (% масс): серы-0,07; смол и асфальтенов-8,88; парафинов-20,59; температура начала кипения 620С, застывания -320С, выход фракции до 1500С-8,9; до 2000С-17,4; до 2500С - 52,8; до 3500С - 46,9.

Как видно в данной нефти имеется высокое содержание парафинов и смолисто-асфальтеновых веществ, склонных к межмолекулярным взаимодействиям и образованию твердой фазы. При транспортировке такой нефти производительность нефтепроводов снижается вследствие образования слоев в трубопроводе.

На рис 2 приведена зависимость скорости сдвига (D) от напряжения сдвига (ф) для нефти в исходном состоянии и после воздействия на нее высокочастотным (30 МГц) электромагнитным полем.

Рис.2 Зависимость скорости сдвига (D) от напряжения сдвига (ф) при различных температурах для нефти в исходном состоянии (сплошные кривые) и после воздействия высокочастотным электромагнитным полем (штриховые кривые):

1-450С; 2-500С; 3-600С; 4-700С; 5-800С.

Как видно из рис.2 по характеру этой зависимости в области температур 45-600С исследуемая нефть является неньютоновское псевдопластической жидкостью. Течение такой нефти не подчиняется закону Ньютона из-за образования внутри нее структур кристаллизованных частиц парафинов. С повышением температуры образующиеся структуры постепенно разрушаются. Нефть приобретает свойства ньютоновской жидкости, и ее вязкость становится пропорциональной приложенному усилию.

При обработке нефти высокочастотным электромагнитным воздействием (30 МГц) ее вязкость значительно снижается (рис 3).

Наибольший эффект снижения вязкости нефти достигается при более низких температурах. Видимо высокочастотное электромагнитное воздействие способствует разрушению структурных образований неньютоновских нефтей и вследствие этого уменьшению их вязкости.

Наличие излома на кривой зависимости логарифма вязкости от обратной абсолютной температуры указывает на фазовые изменения парафинов в нефти. Видимо, при пониженных температурах парафин входит в состав ассоциатов нефти, а при нагреве выходит из их состава в отдельную фазу вследствие разрушения ассоциатов.

м

Рис.3 . Зависимость вязкости (м ) от температуры (t) для нефти в исходном состоянии (сплошные кривые) и после воздействия высокочастотным электромагнитным полем (штриховые кривые): 1,2 при скорости сдвига, соответственно 729 и 1312 с-1

Энергия активации вязкого течения, рассчитанная по зависимости lgз-1/Т для нефти в исходном состоянии и после воздействия высокочастотного электромагнитного поля при 20-600С составляет 43 и 25 кДж/моль, соответственно. При 60-800С высокочастотное электромагнитное воздействие практически не влияет на энергию активации вязкого течения нефти, ее значение равно-20 кДж/моль.

Таким образом при воздействии на высокопарафинистую нефть Мингбулакского месторождения высокочастотным(30 Гц)электромагнитным полем ее подвижность повышается, что позволяет рекомендовать такой способ для улучшения её текучести по трубопроводу.

Подбор эффективной присадки для повышения текучести местных высоковязких нефтей

В настоящее время в нефтяной промышленности используют большое количество присадок, из которых наибольшее распространение получили высокомолекулярные полимерные соединения (сополимеры алкенов с винилацетатом, сополимеры алкенов с эфирами непредельных кислот ) и т.п.

Сегодня потенциальная потребность рынка в присадках составляет 100 тысяч тонн в год, из них 30% нефти добывается и перекачивается с использованием зарубежных присадок. Более того, 70% нефти по-прежнему транспортируется с применением традиционных методов снижения их вязкости ( подогрев и др.)

Следует отметить, что известные присадки-регуляторы реологических свойств высоковязких нефтей обладают рядом недостатков. Так, для высоковязких смолистых нефтей сополимеры проявляют слабую эффективность, или совсем не оказывают регулирующего действия. Поэтому, поиск в других классах органических соединений веществ, являющихся высокоэффективными регуляторами реологических свойств нефтей с механизмом действия, отличающимся от механизма действия известных присадок продолжается.

Сегодня в Узбекистане при переработке сырого хлопкового масла получают гидратационный осадок, который состоит в основном из фосфолипидов т.е. неионогенных ПАВ.

Концентрирование последнего методом выпаривания содержащегося в нём влаги позволяет получить технический хлопковый фосфатидный концентрат, (ТХФК) который содержит наряду с фосфолипидами госсипол, хлорофилл и их производные.

В табл 5 представлены основные физико-химические показатели ТХФК, присадки к высоковязким местным нефтям.

Таблица 5

Состав и свойства технического хлопкового фосфатидного концентрата (ТХФК)

Наименование показателя	Значения
Содержание, %:
-фосфолипидов	56 ч64
-масла	35ч45
-влаги и летучих веществ	0,1ч1,4
-госсипола его производных	0,15ч1,5
Кислотное число масла, выделенного из фосфатидного концентрата, мг КОН/г	9,0ч15,0

Из табл.5 видно, что основную часть ТХФК составляют фосфалипиды (56ч64%) и триацилглицериды (35ч45%). Также имеется 4,5-7,5% свободных жирных кислот, 15-1,5% госсипола и его производных.

В Республике сегодня производят более 1,0 млн хлопкового масла, содержащего в среднем 2,0 % фосфолипидов. Следовательно возможное количество получаемого технического хлопкового фосфатидного концентрата (ТХФК) будет равно более 20,0 тыс.тонн в год.

Изучено влияние количества (ТХФК) на показатели текучести высоковязких местных нефтей. Опыты по измерению динамического напряжения сдвига (Па) и динамической вязкости (Па.с) местных нефтей проводили при температуре 200С.

Полученные результаты представлены в табл.6.

Из табл. 6 видно, что с увеличением содержания ТХФК в составе высоковязкой нефти Джаркакского месторождения её динамическое напряжение сдвига и динамическая вязкость понижаются. При добавке ТХФК 500 г/т значения динамического напряжения сдвига и динамическая вязкость нефти Джаркакского месторождения равняется 6,9 Па и 18,7 Па.с, соответственно. Для нефти месторождения Миршади эти показатели равны 13,6 Па и 70,4 Па.с, соответственно.

Дальнейшее увеличение содержания ТХФК в составе данных нефтей не целесообразно т.к. это отрицательно будет влиять на себестоимости их транспортировки.

Таблица 6

Изменение динамического напряжения сдвига и динамической вязкости местных высоковязких нефтей в зависимости от количества вводимой присадки ТХФК

Реологические показатели нефти	При количестве технического хлопкового фосфатидного концентрата, г/т
	0	50	100	200	300	400	500
Высоковязкая нефть Джаркакского месторождения с плотностью 873 кг/м3, температурой застывания +50С и содержанием парафина 6,3%
Динамическое напряжение сдвига, Па	21,2	20,0	18,5	14,3	12,4	8,2	6,9
Динамическая вязкость, Па.с	50,1	48,4	46,3	40,0	32,5	24,4	18,7
Высоковязкая нефть месторождения Миршади с плотностью 960 кг/м3, температурой застывания +40С и содержанием силикагелевых смол 38,7%
Динамическое напряжение сдвига, Па	29,8	27,4	24,5	22,1	18,9	16,4	13,6
Динамическая вязкость, Па.с	112,4	103,2	96,8	90,3	84,5	79,6	70,4

Положительное влияние добавки ТХФК на улучшение текучести высоковязких местных нефтей можно объяснить тем, что он содержит фосфолипиды, моно-и диацилглицерины и другие вещества, которые имеют высокие поверхностно-активные свойства.

Известно, что фосфолипиды способны изменять фазовые и энергетические взаимодействия на поверхностях раздела полярной и неполярной фаз. Традиционно ПАВ имеют одну или несколько полярных (активных) групп. В предлагаемом фосфатидном концентрате полярные (активные) группы состоят из кислородосодержащих- эфирных, гидроксильных, карбоксильных: азотсодержащих-амино-и фосфорсодержащих групп. Причем, в составе таких активных групп могут быть и металлы.

Поэтому ТХФК можно отнести к неионогенным ПАВ, хорошо растворяющимся в нефти и его продуктах переработки.

Молекулы ТХФК в нефти существуют в истинно растворенном виде в виде ассоциатовдимеров, мицелл различной формы и размеров с образованием полярного ядра из определенным образом ориентированных к центру полярных формировании системы. Механизм действия ТХФК на разжижение и повышение текучести высоковязких нефтей можно объяснить подобно роли ПАВ в рассматриваемом продукте.

С целью сравнения известной присадки (марки АБС, Россия и придлагаемой ТХФК мы определяли динамическую вязкость исходной нефти и нефти с присадками при различных скоростях деформирования (течения) или, так называемой скорости сдвига при температуре+5. Температура +5 выбрана как наиболее характерная для условий, в которых приходится транспортировать высоковязкие и аномальные нефти.

Полученные результаты при скорости сдвига 4 сек-1, 8 сек-1, 10 сек-1 и 20 сек-1 приведены в табл.7

Таблица 7

Влияние известного (АБС) и предлагаемого (ТХФК) присадок на динамическую вязкость местной нефти при дозировке 200 г/т

Ско-рость сдвига	Вязкость нефти м Па.с при температуре
г. с-1	Исх.нефть (контроль)	Присадка марки АБС (Россия)	ТХФК
	400С	500С	600С	400С	500С	600С	400С	500С	600С
9	97,00	6,29	4,92	74,81	54,265	40,36	44,10	5,59	4,55
48	33,70	6,48	5,12	29,78	25,78	16,46	23,70	5,65	4,65
81	23,30	6,33	5,01	19,01	17,01	12,29	15,34	5,78	4,76
243	15,80	6,37	4,76	11,36	10,36	8,54	8,80	5,79	4,45
437	14,31	6,36	4,82	8,52	8,02	7,55	7,32	5,79	4,46

Для оценки эффективности подобранных присадок, регулирующих вязкость нефти индекс эффективности (Jэфф) рассчитывается по формуле:

Jэфф = (2)

где Jэфф- индекс эффективности присадок;

мн и мпр - динамическая вязкость исходной нефти и с добавкой присадки, соответственно, Па*с.

Индекс эффективности присадки (Jэфф) показывает во сколько раз динамическая вязкость нефти с присадкой отличается от динамической вязкости исходной нефти. Так например, использование известной присадки марки АБС (Россия) в среднем 1,2-1,25 раза уменьшает динамическую вязкость исходной нефти, а предлагаемой присадки ТХФК в среднем 1,25-1,3 раза, что подтверждает высокую эффективность использования последнего.

По-видимому ТХФК воздействует на нефть, внедряясь в структуру и направляет кристаллизацию парафинов по пути образования мелких не связанных между собой кристаллов. В тоже время, учитывая данные других исследователей, можно предположить, что ТХФК играет важную роль и в механизме построения асфальтенового ядра, выполняя функцию регулятора структуры, обеспечивая молекулам асфальтенов соответствующие места.

Таким образом установлено, что ТХФК оказывает положительное воздействие на вязкостные характеристики высокопарафинистой нефти при разных температурах. Особенно важным является факт снижения вязкости нефтей при малых скоростях сдвига, что представляет интерес при их транспортировке по трубопроводу.

Разработка комбинированного способа повышения текучести высоковязких местных нефтей

Для исследования комбинированного способа обработки высоковязких нефтей с использованием присадки ТХФК и высокочастотного электромагнитного воздействия нами была создана технологическая установка , схема которой представлена на рис.3

Данная установка функционирует следующем образом: в сборник 2 по линии 1 подается высоковязкая нефт . Из емкости 5 присадка ТХФК по линии 6 с помощью дозатора 7 подаётся в емкость 2, где перемешивание смеси нефти с присадкой осуществляется с помощью двигателя 3 и мешалки 4 . Из сборника 2 смесь нефти с ТХФК перекачивается по линии 8 через высокочастотный электромагнитный аппарат (ЭМА) 9 , который управляется блоком управления (БУ) 10 . Обработанная смесь нефти с присадкой ТХФК по линии 11 с помощью насоса 12 направляется в трубо-провод 13 .

Используя данную установку нами комбинированно обработаны следующие виды образцов местных нефтей (табл. 8).

Таблица 8

Физико-химические показатели высоковязких местных нефтей

Наименование показателей нефти	Наименование месторождений нефти
	Миршади	Андижан	Южный Аламышик	Кокдумалак (контроль)
Плотность при 200С, кг/см3	0,961	0,858	0,849	0,873
Температура застывания,0С	+4	+7	+5	-10
Содержание, %
-парафина	8,8	13,4	21,3	3,8
-смол	38,7	8,6	10,3	4,7
-асфальтенов	8,35	1,5	0,6	2,9
-серы	3,4	0,3	0,2	8,1

Из табл.8 видно, что первые три вида нефтей (месторождений Миршади, Андижан и Южный Аламышик) относятся к парафинистым и высокопарафинистым нефтям, по сравнению с нефтью месторождения Кокдумалак (контроль). Причем, в этих образцах также содержатся значительное количество (более 8,6%) смол. Температура застывания данных нефтей находится в пределах (+4)- (+7)0С.

Нами исследованы реологические свойства данных нефтей на ротационном вискозиметре «Реостат-2.1» при температурах 20-800С и скоростях сдвига 2-1312 с-1. При этом количество добавляемой присадки ТХФК составляло 500 г/т , а частота электромагнитного воздействия равнялась 30 МГц..

В табл.9 представлены результаты исследования зависимости скорости сдвига (Dr) от напряжения сдвига (фr) для нефти месторождения «Миршади» до и после воздействия на нее электромагнитным полем.

Таблица 9

Изменения скорости сдвига (Dr) от напряжения сдвига (фr) для нефти месторождения «Миршади» при различных температурах

Значения напряжения сдвига (фr)	Значения скорости сдвига (Dr) при следующих температурах, 0С
	45	55	60	70
до магнитной обработки
5	200	290	400	490
10	400	600	950	1150
15	620	1000	1300	-
20	900	1200	-	-
После высокочастотной электро магнитной обработки при 30 МГц
5	310	400	460	500
10	580	800	1100	1200
15	1000	1300	1450	-

Из табл.9 видно, что по характеру полученных зависимостей в области температур 45-600С нефть месторождения «Миршади» является неньютоновской псевдопластической жидкостью. Течение такой нефти по трубопроводу не подчиняется закону Ньютона из-за образования внутри нее структур кристаллизованных частиц парафинов. С повышением температуры образующиеся структуры постепенно разрушаются и нефть данного место-рождения приобретает свойства ньютоновской жидкости т.е. её вязкость становится пропорциональной приложенному усилию.

Нами изучено влияние комбинированной обработки высоковязких нефтей месторождений «Андижан» и «Южный Аламышик» на их вязкость при различных температурах.(табл.10).

Таблица 10

Изменения вязкости (м) от температуры (t) нефтей месторождений «Андижан» и «Южный Аламышик» до и после их электромагнитной обработки (при скорости сдвига Dr=1312 с-1)

Температура, 0С	Вязкость нефти (м) .м Па.с
	месторождения «Андижан»	месторождения «Южный Аламышик»
до магнитной обработки
40	22,7	29,6
50	15,2	18,3
60	11,5	15,4
70	6,0	7,5
После высокочастотной электро магнитной обработки при 30 МГц
40	17,8	23,0
50	12,5	14,2
60	9,0	11,5
70	5,6	5,9

Рис. 3 Технологическая установка для комбинированной обработки высоковязкой нефти с использованием присадки ТХФК и высокочастотного электромагнитного воздействия перед его транспортировкой по трубопроводу

Из табл.10 видно, что наибольший эффект снижения вязкости местных нефтей достигается при более низких температурах (40-500С). Вероятно, высокочастотная электромагнитная обработка (30МГц) способствует разрушению возбужденных структурных образований неньютоновских нефтей и уменьшению вследствие этого их вязкости. При пониженных температурах парафин входит в состав ассоциатов нефти, а при диэлектрическом нагреве выходит из их состава в отдельную фазу вследствие разрушения ассоциатов.

Таким образом, проведенное исследования показали, что для повышения текучести местных высоковязких нефтей целесообразно и эффективно использовать комбинированный способ, предусматривающий совместное использование предлагаемой присадки ТХФК в количестве до 500 г/т и высокочастотную электромагнитную их обработку при 13-30 МГц.

По предварительным расчетам ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного комбинированного способа обработки высоковязких нефтей Мингбулакского месторождения (Наманганская обл.) перед транспортировкой по трубопроводу составит более 52,0 млн. сум в год..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании полученных результатов теоретического и экспериментального исследования по разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей сделаны следующие общие выводы:

1. Для улучшения текучести местных высоковязких нефтей и их эффективной транспортировки целесообразно использовать дешевые присадки, получаемые из отходов производства, в частности масло- жировой промышленности в сочетании с высокочастотным электромагнитным воздействием, разрушающим осаждение на стенках трубопроводов парафинов, смол и т.п.

2. Предложена классификация местных нефтей месторождений Зеварды, Шурчи, Джаркак, Кокдумалак, в основу которых положена физико-химическая характеристика местных высоковязких нефтей, а также их групповой состав, особенно содержание парафинов, позволяющая создавать оптимальные нефтесмеси для транспортировки по трубопроводу и переработки.

3. Разработана математическая модель для прогнозирования качественных показателей нефтесмесей на ЭВМ, получаемых из различных типов нефти, показано, что в процессе транспортировки высоковязких нефтей общая погрешность измерений составляет порядка 2,5%, что не превышает допустимые нормы при работе с такими объектами.

4. Установлено влияние высокочастотного электромагнитного воздействия ( в пределах 13-30 МГц) на реологические свойства и текучесть местных высоковязких нефтей и показана его положительная роль при обработке местных высоковязких нефтей, за счет которого протекает диэлектрический нагрев и разрушаются дисперсные системы (кластеры парафина, смол и т.п.)

5. В качестве доступной и депрессорной присадки для улучшения текучести местных высоковязких нефтей предложено использовать технический хлопковый фосфатидный концентрат (ТХФК), получаемый путем гидратации хлопкового масла и являющийся побочным продуктом масло-жировой промышленности, который по физико-химическим свойствам представляет собой неионогенный ПАВ. Установлено влияние ТХФК на реологические свойства и текучесть местных высоковязких нефтей. Показано, что введение предлагаемой присадки ТХФК оказывает депрессорную активность на высокопарафинистые нефти, переводя тугоплавкие парафины из твердого состояния в жидкое. При этом образуется новая нефтяная система, которая застывает при более низких температурах.

6. Разработан комбинированный способ повышения текучести местных высоковязких нефтей по трубопроводу, предусматривающий совместное использование предлагаемого депрессатора ТХФК в количестве до 500 г/т (в зависимости от содержания парафина в высоковязкой нефти) и высокочастотной электромагнитной обработки (30 МГц) перед их транспортировкой по трубопроводу и создана его технологическая установка, которая апробирована на образцах нефтей месторождений Миршади, Мингбулак, Андижан, Южный Аламышык, Кокдумалак (для контроля).

7. Разработан о дополнение к технологическому регламенту на повышение текучести высоковязких нефтей по трубопроводу предлагаемым комбинированным способом (ТР 1/11 НамГУ от 03.01.2011 г.). Опытно-производственное испытание предлагаемого способа транспортировки высоковязких нефтей по трубопроводу на Мингбулакском месторождении нефти (Наманганская обл.) дали положительные результаты. По предварительным расчетам, ожидаемый экономический эффект от внедрения данного способа на Мингбулакском месторождении нефти составит 52,0 млн. сум в год (акт испытания прилагается в диссертации).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Набиев А.Б., Абдурахимов С.А. Классификация местных нефтей с позиции их текучести // Кимё ва Кимё технологияси журнали.- Ташкент,2009.. № 4. Б.63-64.

2. Набиев А.Б., Абдурахимов С.А. Комбинированный способ повышения текучести высоковязкой местной нефти. // Композиционные материалы, Тошкент, 2009.- № 4.Б. 40-43.

3.Набиев А.Б., Абдурахимов С.А. Реологические особенности транспортируемых композиции из местных месторождений нефти. // Кимё ва Кимё технология журнали. Тошкент, 2010. №1.Б. 63-65.

4. Абдурахимова Д.С., Набиев А.Б, Султонов А.С, Тураев А.С. Технический хлопковый фосфатидный концентрат-ценное ПАВ для повышения текучести высоковязких нефтей. //Узбекский журнал нефти и газа. Ташкент, 2010.- №2. с.35-36

5..Набиев А.Б., Абдурахимов С.А.Оценка влияния электромагнитного воздействия на реологические показатели нефти. // Технологии и методики в образовании. Научно - технический журнал. Воронеж (Россия), 2011.- №2.- С. 50-53.

6. Набиев А.Б., Набиев Х.М, Абдурахимов С.А. Научные основы прогнозирования качества нефтесмесей, поступающих на промышленную переработку. //Сборник материалов Республиканской научно-технической конференции «Достижения и перспективы комплексной химической переработки топливно-минерального сырья Узбекистан». II том.Ташкент, 2008. С.143-145.

7. Набиев А.Б., Абдурахимов С.А., Султанов А.С. Повышение текучести высоковязких местных нефтей путем их комбинированной электрофизической обработки. // «Махаллий хом ашёлар ва махсулотларни кайта ишлашнинг технологиялари» Республика илмий-техника анжуманинг маколалар туплами Тошкент. 2009. Б.112-113

8. Султанов А.С., Набиев А.Б., Абдурахимов С.А. Повышение текучести местных нефтей по трубопроводу // «Ноанъанавий кимёвий технологиялар ва экологик муаммолар». Мавзусидаги V Республика илмий-амалий анжуманининг материаллари. Фаргона. .2009. Б.131-132.

9. Набиев А.Б., Султонов А.С., Абдурахимов С.А. Повышение текучести местных нефтей по трубопроводу. // «Ноанъанавий кимёвий технологиялар ва экологик муаммолар». Мавзусидаги V Республика илмий-амалий анжуманининг материаллари. Фар?она. 2009 й. Б.132-133.

10. Набиев А.Б., Абдурахимов С.А., Султонов А.С. Нефт ва нефт махсулотлари мавзусини ў?итишда электрон материаллардан фойдаланиш. // «Мехнат ва касб таълими йўналишларида мухандислик фанларини ў?итишнинг долзарб масалалари» Республика илмий-амалий конференцияси материаллари. Наманган, 2009. Б. 57-58.

РЕЗЮМЕ

диссертации Набиева Акромжона Ботиржоновича на тему: «Разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 02.00.13- нефтехимия

Ключевые слова: высоковязкая нефть, парафин, смола, технический хлопковый фосфатидный концентрат, присадка, транспортировка.

Объект исследования- процесс транспортировки местных высоковязких нефтей с использованием присадки - технического хлопкового фосфатидного концентрата ( ТХФК) и высокочастотной электромагнитной обработки.

Цель работы: разработка комбинированного способа улучшения текучести местных высоковязких нефтей с использованием ТХФК и высокочастотного электромагнитного излучения.

Методы исследования. Использованы современные методы физико-химического, реологического, и других анализов нефтей, а также математические методы обработки экспериментальных данных.

Полученные результаты и их научная новизна. Впервые разработан комбинированный способ повышения текучести высоковязких нефтей по трубопроводу с использованием ТХФК в качестве присадки и высокочастотной электромагнитной обработки при 13-30 Мгц. Установлено, что введение ТХФК в состав высоковязких нефтей в количестве до 500 г на тонну нефти значительно повышает их текучесть по трубопроводу, а дальнейшие увеличение его количества не приводит к заметному изменению изучаемого показателя. Выявлено, что высокочастотная электромагнитная обработка высоковязких нефтей при 13-30 Мгц также повышает текучесть высоковязких нефтей, а дальнейшее увеличение частоты электромагнитного воздействия практически не изменяет достигнутые значения изучаемого показателя. Установлено, что введение предлагаемой присадки (ТХФК) оказывает депрессорную активность на высокопарафинистые нефти, переводя тугоплавкие парафины из твердого состояния в жидкое. При этом образуется новая нефтяная система, которая застывает при более низких температурах.

Практическая значимость Результаты исследований могут быть использованы при проектировании и строительстве установок по транспортировке высоковязких нефтей по трубопроводу, а также в учебном процессе ТашГТУ, ТашХТИ, БИТИВТ и других вузов.

Степень внедрения и экономическая эффективностьРазработано дополнение к технологическому регламенту по подготовке и транспортировке нефтей по трубопроводу предлагаемым комбинированным способом (ТР 1/11 НГУ от 03.01.2011 г.) Опытно-производственное испытание разработанного комбинированного способы дало положительные результаты (акт испытания от 3 декабря 2010 г. прилагается в диссертации). Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого комбинированного способа повышения текучести высоковязкой нефти Мингбулакского месторождения не...