2.5. Особенности свойств нефтеконденсатных смесей
В
73
В настоящее время готовятся к промышленной эксплуатации газоконденсатные и нефтяные залежи ряда месторождений: Уренгойского, Ен-Яхинского, Песцового, Новопортовского и др. По фракционному составу, содержанию смол, асфальтенов и парафинов все нефти близки между собой. Нефти СМТО являются высокопарафинистыми и высоковязкими с высокими температурами застывания. Содержание парафинов колеблется в довольно больших пределах от 7,1% до 12,1% масс. Уникальное Русское нефтяное месторождение существенным образом отличается по физико-химическим свойствам от большинства нефтей Западной Сибири. Нефть и имеет высокую вязкость (до 60 сСт), что вызывает серьезные осложнения при трубопроводном транспорте, при наличии вечной мерзлоты и резких сезонных колебаниях температуры воздуха и воды. Транспорт таких нефтей в жестких условиях Севера может быть осложнен образованием гелеобразных пробок, отложением парафина и т.д. Практически перекачка по трубопроводам данных нефтей в «чистом» виде невозможна.
В этом случае необходимо рассматривать в комплексе различные способы транспорта высоковязких нефтей с помощью воздействия на парафиновую структуру нефти термообработкой, применением присадок (например на основе сополимеров этилена), применением непрерывного и дискретного обогрева трубопроводов, использованием различного рода разбавителей, транспорт в газонасыщенном состоянии и т.д.
Конденсат Уренгойского месторождения транспортируется в сложных, постоянно меняющихся природно-климатических условиях, что сопровождается дополнительными затратами на снижение теплового взаимодействия нефтепровода и окружающей среды, созданием специальных служб аварийно-технического обслуживания. Ухудшение условий эксплуатации действующего трубопровода деэтанизированного конденсата может быть обусловлено тем, что после предварительной подготовки в конденсат подается нефть, содержащая соединения с высокой температурой застывания. В случае, когда температура окружающей среды окажется ниже температуры застывания нефти, случайная остановка перекачки может привести к «замораживанию» трубопровода и выводу его из строя на неопределенное время.
Д
74
В связи с этим для разработки эффективной технологии транспорта нефтеконденсатных смесей требуется широкий спектр исследований физико-химических характеристик при различных термодинамических условиях и концентрациях нефти и конденсата. Особенно актуальной данная проблема представляется применительно к условиям эксплуатации нефтепроводов при нарушении их герметичности. Наличие значительной утечки будет сопровождаться интенсивным выделением из смеси летучего компонента – конденсата. Обратная закачка в трубопровод может вызвать серьезные осложнения. До сих пор остается открытым вопрос определения скорости подкачки «утяжеленной» смеси в зависимости от термодинамических условий работы трубопровода.
Исследования смесей нефтей и конденсатов с применением стандартных методов проводились в ТюмГНГУ, СибНИИНП и ТюменНИИГИПРОгаз .
Данные, представленные в табл. 2.8÷2.9, свидетельствуют об однородности изучаемых конденсатов, отобранных в различное время и с различных пластов, хотя можно отметить небольшие различия по фракционному составу и по температуре застывания. Более высокая температура конца кипения конденсатов с месторождений также свидетельствует о наличии нефтяных примесей.
Анализ количественного и качественного воздействия уренгойского конденсата на реологические параметры высоковязких и высокозастывающих нефтей свидетельствует о различной степени влияния конденсата на предельное динамическое напряжение сдвига, пластическую и динамическую вязкости исследуемых нефтей. Такой характер поведения различных нефтеконденсатных смесей можно объяснить существенными отличиями индивидуального группового состава нефтей.
С
75
В опубликованных работах Крутовой А.А., Обухова З.П., Гимаева Р.Г., Хадинова Н.К., Сафарова И.А.,Коршака А.А., Кулаковой В.В., Новоселова В.В. и многих других указывается на различные оптимальные концентрации добавок конденсата в нефти, что вполне объяснимо реологическими свойствами продуктов. В работах Р.А. Алиева, О.Г. Дзебы, В.А. Юфина приводятся результаты исследований реологических свойств нефтей Харьягинского, Новопортовского и Ван-Еганского месторождений. Ими установлено, что при разбавлении Ван-Еганской нефти конденсатом до 50% динамическая вязкость может уменьшиться в 99 раз (при температуре 0С). В тоже время нагрев неразбавленной нефти от 0 до 40С позволяет уменьшить вязкость только в 37 раз. Тем не менее, не вызывает сомнения то, что с ростом концентрации конденсата скорость снижения вязкости смеси уменьшается, а с ростом температуры смеси эффект от добавления разбавителя (конденсата) снижается.
На рис. 2.9. и 2.11 представлены, результаты исследований возможных изменений реологических характеристик при смешении нефти Уренгойского месторождения со стабильным (СК) и деэтанизированным (ДК) конденсатом, из анализа которых следует, что смешение нефти с ДК с точки зрения улучшения реологических свойств является более предпочтительным, нежели со СК.
Тем не менее, следует обратить на следующий установленный факт (см. рис. 2.11) – при потере смесью около 10% легких углеводородов природа исследованных разбавителей практически не оказывает влияния на изменение вязкости. Более того, реологические свойства смеси нефти со СК в области пониженных температур -4÷0С (при одинаковом уровне потерь) проявляются даже в меньшей степени, чем с ДК. Здесь следует подчеркнуть, что в анализируемых работах эффективность добавок конденсата рассматривается с точки зрения улучшения реологических показателей нефти. Действительно в этом смысле наиболее эффективны и следовательно предпочтительны, начальные добавки конденсата, особенно ДК. Однако, как следует из анализа результатов проведенных исследований можно сделать вывод и о том, что при разработке технологии транспорта нефтеконденсатных смесей одним из основных факторов эффективности выбираемого варианта должен стать показатель, учитывающий стабильность реологических свойств, особенно при возможной потере продуктом головной фракции и пониженных температурах.
И
76
При аварийной остановке трубопровода в условиях севера Западной Сибири необходимо обращать внимание на следующие явления:
снижение температуры продукта из-за усиленного теплообмена с окружающей трубопровод внешней средой;
релаксацию нефти в начальное преддеформированное состояние и различного рода измерения.
С увеличением времени остановки неньютоновские нефти (в зависимости от степени деформации до остановки и от скорости изменения состава) могут перейти от жидкого состояния к твердому, т.е. потерять текучесть. структурные изменения происходят после достижения в нефти некоторой «критической» массы твердой фазы. При малых значениях скорости сдвига пространственные связи кристаллов сохраняются и вязкость увеличивается. При увеличении скорости сдвига «решетка» постепенно разрушается и вязкость уменьшается.
Троновым В.П. установлено, что неньютоновские реологические свойства высокопарафинистой нефти существенно изменяются даже применительно к одному месторождению и особенно в динамике. Подтверждение данному выводу можно обнаружить, анализируя результаты исследований, представленные графиками на рис. 2.9 и 2.11÷2.12.
Для неньютоновских нефтей вязкость при движении меняется во времени, поскольку постоянно происходит разрушение пространственной структуры. При этом, чем ниже температура, тем прочнее структура и выше вязкость. Такие нефти по свойствам относят к бингамовским пластикам и описывают законами, в состав которых входит начальное напряжение сдвига. Таким образом, вязкость неньютоновской нефти является виртуальной величиной, а не истинной.
Для начала перекачки этих нефтей необходимо создавать иногда сотни атмосфер, и в ряде случаев пуск трубопроводов вообще невозможен без предварительного разогрева.
Анализ реограмм и тензограмм, построенных по результатам исследований нефти Уренгойского месторождения (с начальным напряжением сдвига τ0 = 30 Па при t = 8С), перекачиваемой по трубопроводу D = 500 мм и L = 100 км, указывает на необходимость создания пускового давления до 250 Мпа.
О
77
