Введение к работе
Актуальность темы обусловлена постепенным истощением мировых запасов легкой маловязкой нефти. Месторождения трудноизвлекаемых высоковязких и высокозастывающих нефтей приобретают все большее значение в мировой экономике.
Особое значение они имеют в России и Казахстане, где месторождения легкой нефти выработаны более чем наполовину, а их доставка потребителю, готовому принять и способного переработать такое сырье, часто связана с необходимостью преодоления больших расстояний и неприспособленностью магистральных трубопроводов к перекачке таких нефтей.
Высокое содержание высокомолекулярных компонентов в нефти в сочетании с особенностями структурно-группового состава создают большие трудности при транспорте и хранении, требующие применения методов специальной перекачки, что ведет к повышению эксплуатационных затрат и увеличению себестоимости нефти.
При совместной перекачке нефтей разных месторождений можно обеспечить их эффективную надежную транспортировку на заданное расстояние, не прибегая к дорогостоящим методам специальной перекачки, либо со снижением транспортных эксплуатационных затрат. Справедливо и обратное - при хаотичном смешении нефтей без учета их компонентного состава и реологических свойств возможно получить такие проявления несовместимости, как усадка и «потеря объема» смеси, аномальное повышение вязкости и потеря седиментационной устойчивости вплоть до расслоения смешиваемых нефтей.
Из-за изменения состава нефтяной смеси на участках нефтепровода в процессе совместной перекачки использование методов специальной перекачки может оказаться не только малоэффективным, но и необоснованным.
Повышение эффективности совместного транспорта различных нефтей в смеси, улучшение эксплуатационных свойств перекачиваемого продукта и оптимизация режимов перекачки являются актуальными задачами трубопроводного транспорта.
Целью работы является повышение эффективности загрузки и работы нефтепроводов, предназначенных для совместной перекачки нефтей различных месторождении в смеси.
Задачи исследований: - анализ экспериментальных и опытно-промышленных исследований физико- химических и эксплуатационных свойств товарных нефтяных смесей для оценки
эффективности и границ применимости существующих методов специальной перекачки для нефтей различных типов;
разработка транспортной технологической классификации товарных нефтей и обоснование основных принципов смешения «разнотипных» нефтей для повышения эффективности их совместного трубопроводного транспорта;
оптимизация режима «горячего» нефтепровода «Узень - Атырау - Самара» и логистической схемы транспортировки западноказахстанских нефтей для полного и эффективного использования располагаемых мощностей и потенциала региона;
определение границ применимости существующих моделей течения и оценка эффективности использования современных методов и средств для решения задач по прогнозированию реологических свойств многокомпонентных нефтяных смесей.
Научная новизна:
обоснована возможность использования многоиндексной транспортной задачи Монжа-Канторовича для оптимальной загрузки сложных нефтепроводных систем и повышения эффективности работы диверсифицированных нефтетранспортных схем в условиях ограниченных мощностей;
разработана транспортная технологическая классификация товарных нефтей, устанавливающая границы эффективного смешения и применения специальных методов перекачки;
установлено совокупное влияние изменения структурно-группового состава и количества высокомолекулярных компонентов на физико-химические свойства и реологические параметры нефтяных смесей;
впервые получена универсальная обобщенная модель для описания течения нефтяных дисперсных систем, характеризующая текущее реологическое состояние и структуру высокомолекулярных компонентов нефти.
Методы исследований. Поставленные цели и задачи решались путем анализа и систематизации результатов опытно-промышленных и лабораторных исследований, проведения теплогидравлических расчетов нефтепровода и постановки реологических экспериментов с многокомпонентной нефтяной смесью.
На защиту выносятся: обзор достижений отечественного и мирового опыта по изучению особенностей состава и аномальных реологических свойств нефтей и смесей; собственные выводы, составленные на основе теоретических гипотез и анализа данных промышленно-экспериментальных исследований; результаты теплогидравлических расчетов и проведенных реологических экспериментов; решения по оптимизации режимов перекачки и процессов загрузки нефтепроводов, а также рекомендации для повышения эффективности совместного транспорта «разнотипных» нефтей.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования и результаты работы используются при проектировании и обустройстве пунктов сбора и подготовки нефти в АО НИПИ «Каспиймунайгаз».
Результаты работы использовались при обновлении регламента безопасной эксплуатации магистрального нефтепровода «Узень - Атырау - Самара» в Западном филиале АО «КазТрансОйл».
Материалы диссертации используются для разработки рекомендаций и дополнений к регламенту по эксплуатации сырьевого парка Атырауского нефтеперерабатывающего завода ТОО «АНПЗ».
Отдельные главы работы и результаты экспериментов используются в учебном процессе для подготовки магистров на кафедре «Транспорт и хранение нефти и газа» в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по программе «Ресурсоэнергосберегающие технологии транспорта и хранения углеводородов».
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены:
на 60, 61, 62 научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Уфа, 2009, 2010, 2011 г.;
на международных учебно-научно-практических конференциях «Трубопроводный транспорт - 2009, 2010» , г. Уфа.
на 25-ой юбилейной международной конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии», г. Уфа, 2011 г.;
на межрегиональном научно-практическом семинаре «Рассохинские чтения», г. Ухта, 2012 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 14 печатных изданий, в том числе 6 научных статей, включая 1 в зарубежном журнале, и 8 докладов на научно-технических конференциях. 3 работы опубликовано в ведущих журналах и издательствах РФ, рекомендуемых перечнем ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, содержит 198 страниц машинописного текста, в том числе 26 таблиц, 64 рисунка, библиографический список из 141 наименования и 4 приложений.
