3.1) Перекачка нефти внутри водяного кольца

Еще в 1906 г И. Д. Исааке осуществил в США перекачку высоковязкой (п = 25710"* мУс) калифорнийской нефти с водой по трубопроводу диаметром 76 мм на расстояние 800 м. К внутренней стенке трубы была приварена спирально свернутая проволока, обеспечивающая закрутку потока. В результате более тяжелая вода отбрасывалась непосредственно к стенке, а поток нефти двигался внутри водяного кольца, испытывая минимальное трение. Было установлено, что максимальная производительность трубопровода при постоянном перепаде давления достигалась при соотнощении расходов нефти и воды, равном 9:1. Результаты эксперимента были использованы при строительстве промышленного нефтепровода диаметром 203 мм и протяженностью 50 км. Винтовая дорожка в нем имела высоту 24 мм и шаг около 3 м.

Однако широкого распространения данный способ транспорта не получил по ряду нескольких причин:

при остановке перекачки происходит расслоение воды и нефти: нефть прилипает к верхней образующей трубы, забивает спираль и из-за этого резко снижается эффективность гидротранспорта;

применение этого метода возможно только при перекачке нефти по трубопроводу без промежуточных насосных станций: при попадании воды и нефти в насос образуется стойкая эмульсия, которая за насосной станцией уже не распадается и препятствует образованию водяного кольца у стенок трубы;

сложность изготовления винтовых нарезок на внутренней поверхности трубы.

3.2) Перекачка водонефтяной смеси в виде эмульсии типа «нефть в воде»

Сущность другого способа состоит в образовании эмульсии нефть в воде, за счет чего происходит значительное снижение вязкости системы. Такая система состоит из частиц нефти, окруженных пленкой воды, и контакта нефти с поверхностью трубы практически не происходит. В результате этого по всей внутренней поверхности трубы образуется водяное кольцо, по которому скользит нефть. Однако при транспорте водонефтяных эмульсий по трубопроводам при некоторых скоростях перекачки, температурах и концентрациях воды в нефти образуется эмульсия воды в нефти. Вязкость таких эмульсий может быть больше вязкости чистой нефти. Для улучшения условий образования и повышения стабильности эмульсий типа нефть в воде в водонефтяную смесь добавляют различные поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Поверхностно-активное вещество, растворенное в воде, гидрофилизирует стенки трубопровода, значительно уменьшает силы прилипания нефти к стенкам, создает условия для образования дисперсной системы типа нефть в воде. Все это приводит к резкому уменьшению гидравлического сопротивления при перекачке. Технология совместной перекачки нефти с водным раствором ПАВ направлена на создание в трубопроводе устойчивой системы типа нефть в воде и на предотвращение инверсии фаз, т.е. перехода системы из прямой в обратную ( типа вода в нефти ). На устойчивость системы типа нефть в воде в значительной степени влияют вид и концентрация фаз.

Используемые для приготовления водонефтяных эмульсий ПАВ должны отвечать следующим основным требованиям: хорошо эмульгировать нефть, т.е. создавать оболочку на поверхности глобул нефти, достаточно прочную и способную легко восстанавливаться при ее прорывах; быть нетоксичными; не вызывать коррозии трубопровода и резервуаров. Одним из ПАВ, наиболее отвечающим перечисленным требованиям, является сульфанол.

Увеличение концентрации воды в смеси улучшает устойчивость эмульсии, но снижает экономические показатели данного вида гидротранспорта. В результате экспериментальных исследований было установлено, что оптимальное содержание воды должно составлять около 30% общего объема транспортируемой нефти.

Недостатком данного способа гидротранспорта является опасность инверсии фаз, т. е. превращения эмульсии «нефть в воде» в эмульсию «вода в нефти» при изменении скорости или температуры перекачки. Такая эмульсия имеет вязкость даже большую, чем вязкость исходной нефти. Кроме того, при прохождении эмульсии через насосы она очень интенсивно перемешивается и впоследствии ее сложно разделить на нефть и воду.