Введение к работе
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.
