книги2 / 254

Список источников

1.Петлина Д. И. Переработка попутного нефтяного газа в России / Д. И. Петлина, Л. М. Теслюк // Система управления экологической безопасностью. Екатеринбург, 2023. С. 261–265.

2.Sabaghian M. M. Simulation and Sensitivity Analysis of Flare Gas

Recovery for Application in Hydrocarbon Reservoirs as Injection Gas / M. M. Sabaghian, M. Hajipour // Journal of Gas Technology. 2022. Vol. 7. No. 2. Pp. 4–15.

3.Abd Rahman M. S. An Evaluation of Energy Recovery Potential from Flare Gases on Offshore Oil and Gas Facilities / M. S. Abd Rahman // Universiti Teknologi Petronas. 2012. Pp. 1–33.

4.Иванов Д. Б. Комплексная модернизация установки, подготовки

иосушки попутного нефтяного газа / Д. Б. Иванов, З. Ф. Шарафиева // Наукосфера. 2021. № 7-1. С. 158–166.

5.Писаренко В. Н. Ресурсосберегающий процесс переработки факельных газов северных регионов РФ в высокочистый метанол / В. Н. Писаренко, А. А. Бахтин // Успехи в химии и химической технологии. 2007.

Т. 21. № 1 (69). С. 115–117.

6.Урлуков А. С. Каталитическая конверсия факельного газа на Rhкатализаторах с последующей прямой монетизацией / А. С. Урлуков, С. И. Усков, Д. И. Потемкин и др. // Катализ в промышленности. 2022.

Т. 22. № 4. С. 51–57.

7.Дмитриева О. А. Снижение выбросов узла газо-факельного хозяйства ОАО «Газпром Нефтехим Салават» / О. А. Дмитриева // Научный альманах. 2017. № 2-3. С. 53–55.

8.Арутюнов В. С. Матричная конверсия природного газа в синтезгаз и водород как перспективное направление газохимии и энергетики / В. С. Арутюнов, А. В. Никитин, Л. Н. Стрекова и др. // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 5. С. 713–720.

9.Глик П. А. Моделирование химико-технологических процессов как метод улучшения качества продукции / П. А. Глик // Экономика России в XXI в.: матер. XII Междунар. НПК «Экономические науки и прикладные исследования». Томск: ТПУ, 2015. Т. 2. С. 317–322.

10.Иванов Д. Б. Оптимизация установки подготовки попутного нефтяного газа методом математического моделирования в программе Aspen Hysys / Д. Б. Иванов, Е. И. Черкасова // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства. 2022. С. 17–18.

61

УДК 54.058

Е. А. Пивцов1, аспирант,

Н. Ф. Орловская2, д-р техн. наук, проф.

1,2 Сибирский федеральный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОЦИКЛОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ

Аннотация. В статье оценена эффективность использования гидроциклонной технологии в системах подготовки пластовой воды. Рассмотрены причины образования устойчивых прямых водонефтяных эмульсионных растворов, недостатки существующих методов подготовки воды, а также особенности конструкций гидроциклонов. На основании этих данных предлагается применение гидроциклона с уникальной геометрией проточной части, обеспечивающей эффективное разделение тонкодисперсных эмульсионных растворов. Для оценки эффективности работы упомянутого аппарата рассчитаны показатели разделения водонефтяной эмульсии, проведено компьютерное моделирование процесса распределения скорости потока жидкости по аппарату, в ходе которого выявлена проблемная область в виде зоны с околонулевой скоростью потока в конической камере аппарата. С целью снижения объёма данной зоны нами разработано техническое решение в виде полигональной нарезки внутренней стенки, позволяющей продлить воздействие центробежных сил за счёт дополнительного скручивания потока относительно центральной оси аппарата. Эффективность гидроциклонной технологии и разработанного решения подтверждены результатами повторного компьютерного моделирования и эмпирическими данными, полученными на разработанном экспериментальном стенде.

Ключевые слова: прямая водонефтяная эмульсия, гидроциклон, пластовая вода

Введение. Установки подготовки пластовых вод (далее – УППВ) предназначены для осуществления следующих технологических операций:

подготовка пластовой воды – отделение газа, нефти, органики

идругих взвешенных веществ;

приём и дозированная подача химических реагентов в аппараты.

Основой принцип, применяемый для подготовки пластовых вод – гидростатический и гидродинамический отстой, осуществляемый в специальных аппаратах – отстойниках, нефтеловушках, пескоотделителях и т. д. При значительном содержании газа после отстоя очищенная от нефти вода поступает в буферы-дегазаторы воды, отделение газа в которых происходит за счёт уменьшения потенциальной энергии жидкости. Совместно с выделением газа, за счёт флотационного эффекта, в незначительном количестве будет производиться и отделение нефти, замыкая цикл подготовки воды [1].

УППВ являются частью установки подготовки нефти. Они нужны для очистки пластовых вод от нефти перед её утилизацией. Процесс выделения нефти из пластовой воды, получаемой в процессах подготовки неф-

© Пивцов Е. А., Орловская Н. Ф., 2023

62

ти на установках подготовки, необходим, когда значительное содержание нефти и механических примесей снижает ресурс работы оборудования, предназначенного для транспортировки воды, либо требуется уменьшение потерь нефти, связанных с процессом подготовки (вся связанная нефть, не выделенная в процессе подготовки воды, утилизируется совместно с ней, что приводит к значительным потерям – от 100 и более т/г.).

При подготовке нефти в процессах выделения воды получаемый водный раствор является эмульсией типа «нефть в воде» с нефтью в качестве дисперсной фазы. Такая эмульсия считается эмульсией прямого типа – нефть в воде [2].

Эмульсии прямого типа образуются в процессе разрушения обратных эмульсий (вода в нефти), т. е. при деэмульгировании нефти. Такие эмульсии могут добываться при низкой минерализации пластовых вод

исодержании в исходной нефти повышенного количества нафтеновых кислот. Устойчивость таких эмульсий зависит не столько от концентрации эмульгаторов нефти, сколько от их коллоидно-дисперсного состояния, которое, в свою очередь, определяется содержанием в нефти парафиновых

иароматических углеводородов и наличием в них веществ, обладающих дефлокулирующим действием [3; 4].

Внастоящее время наблюдается малая эффективность разделения устойчивых прямых водонефтяных эмульсий существующими методами отстаивания в аппаратах или резервуарах-отстойниках на месторождениях с высоким содержанием нафтеновых и ароматических углеводородов.

Основная часть. Одним из перспективных направлений увеличения качества подготовки пластовой воды на нефтегазовых месторождениях на сегодняшний день является внедрение в технологическую схему УППВ гидроциклонов специальной конструкции, которые могут разделять тонкодисперсные эмульсионные водные растворы с нефтепродуктами в качестве дисперсной фазы [5–7].

Вцелях разделения прямой водонефтяной эмульсии, поступающей на УППВ с аппаратов обезвоживания и обессоливания нефти, предлагается применение блока гидроциклонов с уникальной геометрией проточной части, позволяющей качественно производить сепарацию раствора за счёт более длительного воздействия центробежных сил на небольшой объём эмульсии. Такой эффект достигается вследствие уменьшения диаметра цилиндрической и увеличения длины конической (проточной) частей (рис. 1).

Рис. 1. Гидроциклон-нефтеотделитель

63

Для проведения расчётов концентрация нефтепродуктов в пластовой воде, выходящей с УППВ в систему ППД, принята равной 200 мг/л и определена их объёмная доля, равная 0,2 %.

Ввиду большой разницы в динамической вязкости в эмульсионной среде и фазе, принимается, что эмульгирования раствора при подаче в гидроциклон не происходит [8].

Параметры разделяемой эмульсии: динамическая вязкость и плотность вычислялись по формуле Левитиона – Лейтона (1) и правилу аддитивности (2) от доли присутствующих фаз:

Дальнейший расчёт производился на основании диссертационного исследования Д. А. Баранова [9]. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1 Расчёт эффективности разделения водонефтяной эмульсии

Объёмное содержание воды по результатам расчёта получилось равным 99,97 %. Нефтепродуктов, соответственно, – 0,03 %, что в 6,67 раз ниже по сравнению с входным значением – 0,2 %. Массовая концентрация нефтепродуктов снизилась с 200 до 30 мг/л, что в полней мере соответствует требованиям ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству».

Для исследования было проведено моделирование распределения скоростей потока в ПО Ansys. Базовыми законами для описания процессов

64

течения жидкости, лежащими в основе модели, являются законы сохранения импульса и массы.

Для детального изучения были проведены срезы поперечного сечения аппарата на расстоянии 750…250 мм относительно выхода осветлённого компонента жидкости, с шагом в 100 мм (рис. 2).

г д е

Рис. 2. Срезы поперечного сечения исследуемого аппарата на расстояниях:

а – 750 мм; б – 650 мм; в – 550 мм; г – 450 мм; д – 350 мм; е – 250 мм

Так, была выявлена зона с околонулевой скоростью потока в месте контакта жидкости с внутренней стенкой, которая выделена тёмно-синим и синим цветами, характеризующими нулевую и близкую к ней скорость движения жидкости. Данная зона присутствует по всей длине конической камеры аппарата и приводит к преждевременному спрямлению и переходу потока в ламинарный режим.

Для уменьшения объёма и величины влияния зоны с околонулевой скоростью потока предлагается гидроциклонный аппарат, представляющий собой трубчатую конструкцию из последовательно примыкающих секций с уменьшающимся от одного конца к другому концу поперечным сечением. Аппарат содержит головную, коническую и цилиндрическую секции, при этом головная секция, включающая закрытую с торца цилиндрическую и коническую части, снабжена в цилиндрической части впускными тангенциальными патрубками, предназначенными для тангенциальной подачи эмульсии в рабочее пространство в перпендикулярной к оси аппарата плоскости с образованием вращающегося закрученного эмульсионного потока, разделяемого под действием центробежных сил в головной

65

и конической секциях. Для выхода разделённых компонентов эмульсии торец головной секции снабжён осевым каналом для выхода отделённого менее плотного компонента, а для выхода более плотного компонента предназначена цилиндрическая секция. Коническая секция, являющаяся участком с малой конусностью, снабжена полигональной нарезкой на внутренней стенке, выполненной с возможностью стабилизации градиентов скоростей потока вдоль продольной оси, продления действия центробежных сил и оказания противодействия спрямлению потока, а головная секция снабжена двумя впускными тангенциальными патрубками, расположенными диаметрально противоположно (рис. 3).

Рис. 3. Разрез аппарата с полигональной нарезкой внутренней стенки гидроциклона-нефтеотделителя

Для оценки эффективности предлагаемого технического решения было проведено повторное моделирование в аппарате с одинаковыми геометрическими размерами и проведены срезы поперечного сечения на идентичных расстояниях относительно точки вывода осветлённого компонента жидкости (рис. 4). Для сравнения чуть ниже представлены срезы поперечного сечения аппарата без полигональной нарезки.

Как можно наблюдать, техническое решение обеспечивает существенное уменьшение объёма зоны с околонулевой скоростью потока (согласно расчёту – на 11,7 %), а также более равномерное распределение скоростей по всему сечению аппарата, что приводит к более полному течению процесса сепарации.

66

г д е

Рис. 4. Срезы поперечного сечения аппарата с полигональной нарезкой (а–в) и стандартного аппарата (в–д) на расстоянии 750, 650 и 550 мм соответственно

Для подтверждения результатов теоретического расчёта и компьютерного моделирования была проведена серия экспериментальных исследований на разработанном и сооружённом при помощи технологии 3D- печати специализированном стенде, представленном на рис. 5.

1 2

3

5

Рис. 5. Экспериментальная установка: 1 – ёмкость с исходной водонефтяной эмульсией; 2 – циркуляционный насос; 3 – технологический трубопровод; 4 – ёмкость вывода осветлённой жидкости; 5 – испытуемый гидроциклонный аппарат; 6 – ёмкость вывода сгущённого компонента (нефти)

Установка работает следующим образом: подготавливаемая эмульсия подаётся из ёмкости 1 и циркуляционным насосом 2 при помощи технологических трубопроводов 3 поступает на вход в испытуемый аппарат.

67

Благодаря тому, что входные патрубки расположены тангенциально (т. е. по касательной к поверхности приемной камеры аппарата), поток завихряется относительно центральной оси и под действием центробежных сил, вода как более плотный компонент отделяется ближе к стенкам аппарата и выводится в ёмкость для осветлённой жидкости 4. В свою очередь менее плотная нефть концентрируется вдоль центральной оси и противоточным движением выводится в ёмкость вывода сгущённого компонента 6.

Были проведены испытания как аппарата стандартной конструкции, так и с применением полигональной нарезки. По результатам испытаний гидроциклона стандартной конструкции было выявлено существенное уменьшение содержания нефтепродуктов в подготовленной воде (в 3 раза). Однако наибольший эффект был получен в аппарате содержащий полигональную нарезку (в 5 раз). Полученные данные свидетельствуют о значительной эффективности технического решения и гидроциклонной технологии подготовки пластовой воды.

Список источников

1.Ермаков С. А. Прогнозирование технологических показателей подготовки нефти в зависимости от свойств продукции, поступающей на установку подготовки / С. А. Ермаков // Нефтегазовое дело. 2007. № 5. С. 102–118.

2.Волков А. А. К вопросу разрушения стабильных водонефтяных эмульсий / А. А. Волков, В. Д. Балашова, О. Ю. Коновальчук // Нефтепромысловое дело. 2013. № 5. С. 40–42.

3.Афанасьев Е. С. Факторы стабилизации водонефтяных эмульсий / Е. С. Афанасьев, С. Г. Горлов, Ю. П. Ясьян // Нефтепереработка и нефтехимия. 2008. № 3. С. 57.

4.Ермаков С. А. О влиянии асфальтенов на устойчивость водонефтяных эмульсий / С. А. Ермаков, А. А. Мордвинов // Нефтегазовое дело.

2007. № 1. URL: ogbus.ru/files/ogbus/authors/Ermakov/Ermakov_1.pdf.

5.Теплова Д. А. Развитие технологий и технических средств подготовки нефти в процессе добычи (на примере месторождений Республики Башкортостан: автореф. дисс. канд. техн. наук: 07.00.10 / Д. А. Теплова. Уфа: УГНТУ, 2015. 173 с.

6.Сваровская Н. А. Подготовка, транспорт и хранение скважинной продукции: учеб. пособие / Н. А. Сваровская. Томск: ТПУ, 2004. 268 с.

7.Голубев И. А. Технология магнитно-фильтровальной очистки нефтезагрязнённых сточных вод предприятия ТЭК: автореф. дисс. канд. техн. наук: 25.00.36 / И. А. Голубев. СПб.: СПбГУ, 2014. 153 с.

8.Ахметкалиев Р. Б. Фактор устойчивости и разрушение эмульсии / Р. Б. Ахметкалиев // Вестник НИА РК. 2008. № 1. С. 63–68.

9.Баранов Д. А. Принципы расчёта и конструирования гидроциклонов для разделения эмульсий: дисс. д-ра техн. наук: 05.17.08 / Д. А. Баранов. М.: МГАХМ, 1996. 359 с.

68

УДК 332.025.12

Е. Н. Почекутова1, канд. экон. наук, доц., Т. А. Смирнова2, канд. экон. наук, доц., А. П. Феденко3, ст. преподаватель

1,2,3 Сибирский федеральный университет

ЦЕЛЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОЛИТИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Аннотация. В целях предотвращения потери продовольственной безопасности страны необходимы новые инструменты развития и совершенствования продовольственного рынка для гарантированного и качественного продовольственного обеспечения населения, повышения уровня жизни сельских жителей посредством создания основанных на современных технологиях ведения сельского хозяйства рабочих мест, улучшения условий жизни на селе. Цели государственной политики должны быть обусловлены необходимостью формирования конкурентных механизмов развития рынка продовольственных товаров, обеспечения населения продуктами питания, а также реализацией национальных интересов в сфере продовольственной безопасности в рамках исполнения Указа Президента РФ № 20 от 21.01.2020 «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности РФ».

Ключевые слова: продовольственная безопасность, эффективность, государственная политика, планирование

Введение. Для РФ продовольственная безопасность определяется как самообеспечение, экономическая и физическая доступность продуктов питания. В последние годы продовольственная безопасность приобрела ещё и понимание нивелирования негативного влияния внешнего рынка. Именно импортозамещение в совокупности с развитием экспортного потенциала страны обеспечивают существенный рост использования при- родно-ресурсного потенциала страны, что подразумевает диверсификацию отраслевой и территориальной структуры производимой на территории страны добавленной стоимости. Безусловно, сопряжённой целью является рост благосостояния как городского населения страны, так и жителей сельской местности, доля которых в общей численности населения составляет на 01.01.2022 25,2 %.

Обзор литературы. Целевые установки продовольственной безопасности в части достижения продовольственной независимости применяются органами власти РФ и субъектов РФ уже не одно десятилетие, результаты весьма существенны [1]. Для достижения расширенного спектра целей социально-экономического развития страны необходимо применять дополнительные индикаторы в практике государственного и регионального управления. В международной практике в системе показателей, характеризующих обеспечение продовольственной безопасности страны, определяют индикаторы, характеризующие потребительскую неуверенность

© Почекутова Е. Н., Смирнова Т. А., Феденко А. П., 2023

69

населения относительно способности покупать необходимое количество продуктов питания. Этот аспект не учитывается в системе целевых индикаторов и мониторинга формирования системы продовольственной безопасности в России.

Важнейшим аспектом формирования принципов государственной аграрной политики за рубежом является акцентирование деятельности производителей сельскохозяйственной продукции как сырья и производителей продуктов питания на обеспечении экологического равновесия. Сохранение и охрана окружающей среды, эффективное использование природных ресурсов являются неотъемлемыми требованиями государственной поддержки предпринимателей. Стандарты безопасности продуктов питания – залог увеличения продолжительности здоровой жизни человека. В понятие продовольственной безопасности входят и меры государственной социальной поддержки, и гарантии обеспечения продуктами питания социально незащищённых групп населения.

На заседании круглого стола Комитета по всемирной продовольственной безопасности (далее – КВПБ), проведённого в штаб-квартире Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) в сентябре 2011 г., был принят набор показателей, направленных на выявление различных аспектов оценки продовольственной безопасности в мире

ив отдельных странах. Набор состоит из показателей, разрабатываемых

ипубликуемых различными международными организациями. Данные

по этим показателям были объединены в одну статистическую базу на сайте ФАОСТАТ с целью создания широкой информационной системы по продовольственной безопасности и питанию. Система показателей состоит из следующих групп [4]:

1)наличие продуктов питания для обеспечения потребностей в продовольствии (возможности собственного производства, потери, запасы, импорт и т. д.);

2)доступность продуктов питания должного объёма и качества для всех социальных групп населения (способность купить продукцию

внужном объёме и нужном месте);

3)стабильность продовольственного обеспечения (анализ изменения цен и объёмов производства, негативного влияния социальных конфликтов на продовольственную безопасность с целью принятия своевременных решений);

4)потребление продуктов питания (полноценность и сбалансированность питания по калорийности, белку, микроэлементам, а также учёт распространения анемии, отставания в росте, а также ожирения как результата несбалансированного питания и т. п.).

В своей работе Р. Галиев и Х. Аренс проводят ретроспективный анализ изменения акцентов государственной политики обеспечения продовольственной безопасности [2]. В исследовании отмечено, что цели продовольственной независимости страны в контексте Доктрины продовольственной безопасности РФ от 21.01.2010 и от 21.01.2020 в настоящее время

70