Введение к работе
Актуальность темы. Высокие темпы потребления и уменьшение запасов нефти повысили интерес к освоению тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов. Актуальной проблемой является разработка комплек-сов по их извлечению и переработке, решение которой позволит расширить сырьевую базу нефтеперерабатывающей, нефтехимической и дорожно-стро-ительной индустрии. Последнее осложняется необходимостью утилизации шламов, образующихся при добыче, транспортировании, переработки и хранении нефти и ее продуктов. Их общее скопившееся количество превышает 10 млн. тонн, что приводит к загрязнению окружающей среды, занятию земельных площадей и снижению качества товарной продукции.
Цель работы: оценка и применение нетрадиционных, включая волновые, методов интенсификации процессов извлечения и подготовки вязкой нефти и битумов с последующей их переработкой с использованием сопряженного физико-математического моделирования.
Научная новизна:
В результате проведенных исследований выявлено, что асимметричная ассоциативность – коренная характеристика нефтесодержащих систем и химических средств их обработки;
С помощью тепловизионного и ЯМР методов исследований установлена аналогия супрамолекулярных и наноструктур нефтей, эмульсий и ПАВ для их обработки, проявляющаяся в близкой подвижности и схожей степени ассоциативности. На базе данной аналогии разрабатываются основы методологии выбора эффективных ПАВ; спрогнозированы и оценены экспериментально-расчетным методом размеры (1010-1017 молекул) и соотношения (кратность 1-20) ассоциатов нефтей, нефтеводных эмульсий и ПАВ;
Предложен алгоритм применения универсального характеристического волнового уравнения (ХВУ) для оценки ньютоновских и неньютоновских реологических свойств нефтей; для расчета внутреннего межфазного поверхностного натяжения; выбора режимов импульсного разрушения стойких эмульсий.
Практическая значимость.
Предложены составы улучшенных асфальто-бетоных смесей с использо-ванием битуминозных песчаников и кубового остатка нефтешламов;
Разработан принципиальный технологический узел разрушения особо устойчивых эмульсий посредством волнового импульсного разряжения, на базе которого модернизирован проект совместного производства остаточных дорожных битумов и котельно-печных топлив (30 тыс.т/год);
Часть положений и результатов диссертационной работы использованы при объяснении возможности применения опытно-промышленной гидродинамической импульсной установки для промывки нагнетательных и добывающих скважин;
Выявлена эффективность использования высокочастотного электромаг-нитного воздействия для упрочнения стойких нефтяных эмульсий. В то же время, отказ от ВЧ-обработки в процессах увеличения нефтеизвлече-ния ведет к экономии материальных и интеллектуальных ресурсов;
Показана целесообразность применения ХВУ при использовании сопряженного физико-математического моделирования объектов исследования, приводящего к сокращению объема эксперимента;
Полученные данные использованы при разработке «Сводной программы НС АН РТ освоения месторождений тяжелых нефтей и природных битумов Республики Татарстан на период до 2020 года».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты экспериментально-аналитических исследований методами тепловизионного и ядерно-магнитного резонанса супра-молекулярных и наноструктур нефтесодержащих систем, эмульсий и ПАВ с использование сопряженного физико-математического моделирования.
2. Положение о асимметричной ассоциативности как коренной характе-ристики нефтесодержащих систем и химических средств их обработки.
3. Алгоритм применения ХВУ и его варианты для оценки и прогнозирования режимов импульсных волновых процессов разрушения особо прочных эмульсий.
4. Режимы получения и составы асфальто-бетонных смесей на базе битуминосных песчаников и кубового остатка нефтешламов.
5. Положение об эффективности применения высокочастотного электромагнитного воздействия для упрочнения стойких нефтяных эмульсий и неэффективности в процессах увеличения нефтеизвлечения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Поволжской региональной молодежной конференции «Волновые процессы в средах» (Казань - Зеленодольск, 2007); V Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2009); XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» – V Кирпичниковские чтения (Казань, 2009); V Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия» (Москва, 2010); XIII научно-практической конференции "Новые процессы, технологии и материалы в нефтяной отрасли XXI века" (Москва 2012).
Публикации. По материалам диссертации имеется 17 публикаций, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 11 тезисов докладов российских и международных конференций.
Личный вклад автора. Положения и экспериментальные данные, приведенные в диссертационной работе, получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор выражает благодарность: генеральному директору ОАО «НИИНЕФТЕПРОМХИМ» к.т.н. Н. А. Лебедеву, д.х.н. профессору В. С. Минкину и к.т.н. Р. Н. Костромину за помощь и содействие при выполнении диссертационной работы.
Работа выполнена на кафедре Общей химической технологии ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» в соответствии с планом Программы развития топливно-энергетического комплекса Республики Татарстан на 2006-2020 годы (Закон Республики Татарстан от 13.01.2007 г. № 7-ЗРТ) и «Сводной программы НС АН РТ освоения месторождений тяжелых нефтей и природных битумов Республики Татарстан на период до 2020 года».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, выводов; работа изложена на 141 стр., содержит 40 рисунков, 37 таблиц и библиографию из 147 ссылок.
Объекты и методы исследования.
Высоковязкие нефти, битумы, нефтешламы, битуминосные песчаники, минеральные наполнители, нефтеводные эмульсии, генераторы и параметры волновых воздействий.
