книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

Рис. 6.6. Зависимость гидравлического уклона от расхода при перекачке смеси нефти и воды

Смена структурных форм происходит тогда, когда у системы есть возможность за счет внутренних изменений занять положе­ ние с меньшей внутренней энергией (2-й закон термодинамики).

Данный способ гидроперекачки во избежание образования в на­ сосах стойких эмульсий применяется только на коротких тру­ бопроводах. Таковым, например, является нефтепровод Кош- тар—Ляльмикар в Узбекистане (Z) = 200 и 168 мм, I = 26 км). Он был пущен в июне 1974 г. для изотермической перекачки коштарской нефти (р = 959 кг/м3, = 298 К). Однако в августе того же года, несмотря на жаркие климатические условия южно­ го Узбекистана, нефтепровод был «заморожен». Гидроперекач­ ка по нему со свободным вводом фаз в трубопровод оказалась весьма эффективной. За 2 года эксплуатации был получен эко­ номический эффект около $100 тыс. по сравнению с перекачкой одной нефти.

Для перекачки высоковязкой смеси нефтей месторождения Камышлджа и Окарем (Туркмения) институтом ВНИИСПТнефть опробована технология гидроперекачки с использованием воды Каспийского моря.

Перекачка нефтей,

предварительно подвергнутых барообработке

Барообработкой называется обработка неньютоновских неф­ тей давлением с целью улучшения их реологических Свойств.

Процесс барообработки заключается в следующем. Если в гер­ метически закрытом сосуде, заполненном неньютоновской неф­ тью, создать избыточное давление />0, последнее со временем медленно падает до некоторого значения Рп. Скорость падения давления и разница между начальным Р0и конечным Р давле­ ниями зависит от величины Р0 и реологических свойств" нефти. Замечено также, что если время выдержки начального избы­ точного давления составляет 10 часов и более, то при повторном нагружении до начальной величины Р0опять наблюдается сни­ жение давления, но в меньшей степени. При определенном чис­ ле циклов нагружения уменьшение давления в замкнутой систе­ ме не происходит.

Выполненные параллельно реологические исследования по­ казали, что свойства барообработанных нефтей существенно улучшаются. Причина такого изменения свойств неньютонов­ ских нефтей заключается в их составе. Нефти с большим содер­ жанием парафина и асфальто-смолистых веществ представляют собой коллоидные системы, дисперсной фазой в которых яв­ ляются частицы асфальтенов, а дисперсионной средой —смесь различных углеводородов и растворенные в них смолы. Стаби­ лизаторами являются сольватные слои вокруг мицелл асфаль­ тенов, образуемые смолами, ароматическими и нафтеновы­ ми углеводородами. Степень сольватации мицелл асфальтенов определяет дисперсность асфальтенов в нефти и соответственно ее структурно-механические свойства. По-видимому, барообра­ ботка влияет на степень сольватации мицелл асфальтенов.

Исследования показали, что наибольший эффект дает баро­ обработка нефтей в виде многократных, кратковременных, им­ пульсно-циклических воздействий давления на исследуемую неньютоновскую систему. Так, применительно к бузачинской нефти (р = 902 кг/м3 и v = 1,23-Ю-4 м2/с при Т = 297 К) данная схема барообработки выглядит следующим образом: кратковре-

менное (3 мин) нагружение избыточным давлением Р0= 3 МПа — сброс давления до атмосферного —выдержка при атмосферном давлении в течение 1 мин —снова 3-минутное нагружение избы­ точным давлением Р0 = 3 МПа и т. д. Улучшение реологических свойств прекратилось на восьмом цикле, т. е. примерно через 0,5 часа: нефть стала вести себя как ньютоновская жидкость.

Усиление эффекта барообработки достигается предваритель­ ной добавкой в нефть синтетических высокомолекулярных со­ единений (например, полиизобутилена).

Практическая реализация метода барообработки осущест­ вляется следующим образом. Головной участок трубопрово­ да после насосов длиной несколько сотен метров выполняется в виде двухниточной системы. Каждая «нитка» имеет диаметр, равный диаметру основной магистрали, и снабжена электроприводными задвижками с обеих сторон. В начальный момент времени обе «нитки» при закрытых выходных задвижках запол­ няются неньютоновской нефтью и нагружаются необходимым давлением. После требуемой выдержки давление сбрасывает­ ся, и спустя заданное время нефть из одной «нитки» вытесня­ ется порцией необработанной нефти, которая тут же отсекается со стороны выхода. Пока осуществляется барообработка новой порции нефти, в основную магистраль вытесняется барообра­ ботанная нефть из второй «нитки» и т. д. Время барообработки в данном случае равно времени вытеснения нефти из параллель­ ной «нитки», а давление —не меньше, чем начальное давление перекачки.

Данная схема реализована при перекачке высоковязкой бузачинской нефти на Дюбендинской перевалочной нефтебазе (Азербайджан). Перекачка ведется насосами НК 560-300. Двух­ ниточная система представляет собой две параллельные трубы диаметром 720 мм и длиной 304 м. Для отсекания нефтей исполь­ зуются задвижки ЗКЛПЭ-75 с электроприводом ЭПВ-1000 Г. Нефть нагружали давлением 2,45 МПа в течение 2 минут и вы­ держивали 1 минуту после сброса давления. В результате ее вяз­ кость при температуре перекачки уменьшилась на 36 %.

Применение метода барообработки целесообразно на тру­ бопроводах относительно небольшой производительности при

высоком уровне автоматизации управления задвижками. Сле­ дует также подчеркнуть, что после примерно 7000 циклов нагру­ жения и разгрузки наблюдается явление усталости металла, что чревато разрывами труб, входящих в участок барообработки.

Перекачка нефтей с применением термодеструктивной обработки

Термодеструктивной обработкой называется нагрев высоко­ вязких нефтей до 490 °С при соответствующем давлении с це­ лью расщепления (деструкции) высокомолекулярных соедине­ ний на легкие маловязкие углеводородные составляющие.

Принципиальная схема термодеструктивной обработки неф­ тей приведена на рис. 6.7. Исходная нефть после предваритель­ ной сепарации на промысле смешивается с конденсатом легких фракций из емкости 77, нагревается в подогревателе 7до темпе­ ратуры 60... 120 °С и под давлением 0,3...2,5 МПа поступает на обезвоживание в группу отстойников 2. Здесь от нее отделяет­ ся вода, после чего смесь забирается насосом 3 и перекачивается двумя потоками: один направляется в печь деструктивной обра­ ботки 4, а второй —в линию, по которой подготовленная нефть выходит с установки в накопительный резервуар 13.

Термодеструктивная обработка проводится в печи при дав­ лении 2...3 МПа и температуре до 490 °С. Далее горячая нефть направляется в холодильник 5. Чтобы ускорить прекращение процесса термодеструкции, в нее добавляют холодную нефть из параллельной линии. В сепараторе 6 производится отделение от нефти выделившихся газов, после чего они направляются в воз­ душный холодильник 7. Образовавшийся при этом конденсат из сепаратора 8 откачивается насосом 9 в конденсатосборник 77, а несконденсировавшиеся газы сжигаются в печи 4. Газы, вы­ деляющиеся в отстойниках 2, обрабатываются аналогично. По­ лучаемый конденсат из конденсатосборника 77 подмешивается к исходной нефти с помощью насоса 72.

Результативность термодеструктивной обработки изучалась на примере мангышлакской нефти и нефти Русского месторож­ дения. В первом случае при 20 °С вязкость нефти, обработан­ ной при температуре 475 °С и давлении 2 МПа, уменьшается по

а б

Рис. 6.8. Устройства для выработки высокопарафинистой нефти:

а - в резервуарах и земляных амбарах; б —в трубопроводе; I - сито; 2 —пояс; 3 —вибратор; 4 —трубопровод для откачки суспензии; 5 —каркас; 6 - кольца с сетками

Виброобработка производится виброситом с размером яче­ ек от 1,5 до 8 мм в течение 1...5 минут при частоте колебаний 20...250 Гц. Выбор указанных параметров объясняется тем, что при частотах колебаний менее 20 Гц разрушение структуры па­ рафина в нефти до мелкодисперсного состояния не происходит, а при частотах свыше 250 Гц вибросито вырывает застывшую нефть кусками и разбрасывает по поверхности, не успевая pàs^ рушить структуру в ней.

Устройство работает следующим образом. Включают вибра­ тор 3 и при температуре нефти на 5... 10 градусов ниже темпера­ туры застывания погружают его в нефть. Нефть проходит через ячейки вибросита, парафиновая структура в ней разрушается, и образующаяся суспензия через отверстия в корпусе вибратора попадает во всасывающий трубопровод 4.

Разрушение парафиновой структуры в нефти можно произво­ дить и непосредственно в трубопроводе. Для этой цели исполь­ зуется устройство (рис. 6.86), состоящее из каркаса 5, внутри ко­ торого укреплены кольца с сетками (плоскими или вогнутыми) 6. Размеры ячеек и частота виброоработки та же, что и в устрой­ стве, рассмотренном ранее. Разрушение формирующейся струк­

туры происходит в результате возвратно-поступательного дви­ жения каркаса вдоль направления движения потока.

Об эффективности данного метода улучшения реологических параметров парафинистых нефтей говорит следующий факт: динамическая вязкость мангышлакской нефти при температу­ ре на 5... 10 градусов меньшей температуры ее застывания по­ сле обработки виброситами при градиентах скорости сдвига 2800...3200 с-1 уменьшилась с 18...20 до 0,5... 1 Па с.

Однако с течением времени структура парафина в нефти вос­ станавливается. В зависимости от состава нефти для этого требу­ ется от нескольких часов до нескольких суток. Эксперименталь­ но установлено, что высокопарафинистые нефти, не содержащие асфальтенов, практически не изменяют своих свойств после меха­ нического разрушения, т. к. структура парафина после прекраще­ ния ее разрушения восстанавливается очень быстро. По мере уве­ личения содержания асфальтенов в высокопарафинистой нефти продолжительность восстановления структуры увеличивается. Это связано с тем, что молекулы асфальтенов адсорбируются на поверхности кристаллов парафина и препятствуют образова­ нию прочной парафиновой структуры. Вместе с тем превышение некоторого оптимального содержания асфальтенов в нефти на­ столько загущает ее, что вязкость снова начинает расти.

Метод виброобработки используется в незначительных мас­ штабах, т. к. установки малопроизводительны. Основная об­ ласть его применения —это откачка застывшей нефти из резер­ вуаров, земляных амбаров и технологических трубопроводов.

Перекачка высоковязких нефтей в смеси с жидкими углеводородными разбавителями

Одним из эффективных и доступных способов улучшения реологических свойств высоковязких нефтей и нефтепродук­ тов является применение углеводородных разбавителей: газово­ го конденсата и маловязких нефтей.

Использование разбавителей позволяет довольно существен­ но снизить вязкость и температуру застывания нефти. Во-пер­ вых, понижается концентрация парафина в смеси, т. к. часть его растворяется легкими фракциями разбавителя. Во-вторых, если

в маловязкой жидкости, используемой в качестве разбавителя, содержатся асфальтосмолистые вещества, последние, адсорби­ руясь на поверхности кристаллов парафина, препятствуют обра­ зованию прочной структурной решетки.

Первые в нашей стране опыты по перекачке нефтей с разба­ вителями были проведены А. Н. Сахановым и А. А. Кащеевым в 1926 г. В этих опытах высокозастывающую нефть смешивали с керосиновым дистиллятом и перекачивали по трубопроводу. Полученные результаты были настолько хороши, что исполь­ зовались при проектировании нефтепровода Грозный—Черное море. В дальнейшем исследованием вопросов перекачки высо­ ковязких нефтей с разбавителями занимались Л. С. Абрамзон, Р. А. Алиев, Э. М. Блейхер, В. Е. Губин, Р. Г. Исхаков, В. А. Ку­ ликов, Л. С. Маслов, Ю. А. Сковородников, Ю. В. Скрипников,

В.Н. Степанюгин, П. И. Тугунов, В. А. Юфин и другие. Оценка величины кинематической вязкости смеси может

быть сделана по формуле Вальтера

lg lg(vCM+0,6) = (l~KB)\glë {vH+0,6)+Кв-lglg(v/p +0,6),

где vHУр Уа» — кинематическая вязкость соответственно разбавляемой нефти, разбавителя и их смеси (в мм2/с); Кв —весовая концентрация разбавителя в смеси,

Кв% и - К \ р н- Р РУ

Рн’Рр —плотность соответственно разбавляемой неф­ ти и разбавителя; К —объемная концентрация разбави­ теля в смеси.

Оценим влияние добавления маловязкого разбавителя на ра­ боту нефтепровода. Изменение вязкости смеси нефти с разбави­ телями удобно описать формулой М. М. Кусакова

(6.19)

где ау —коэффициент, определяемый в результате лабора­ торных исследований свойств смесей нефти с разбави­ телем.

Потери напора при перекачке высоковязкой нефти равны

где QH—расход высоковязкой нефти. Для разбавленной нефти

= р О т

D5 - т

Если наложить условие, что hT^= Лг то в трубопроводе уста­ навливается расход

Нетрудно видеть, что изменение кониеНТРации разбавителя влияет на изменение расхода неоднозначН0' ПРИ увеличении К величина первого сомножителя в форму#6 (6-23) уменьшается, а второго —растет. Это позволяет предп£>#агать наличие некой оптимальной концентрации разбавителя? обеспечивающей до­ стижение максимума^.