Технология транспорта высокопарафинистых нефтей на основе применения депрессорных присадок

Казахстан является одним из крупнейших мировых нефтедобывающих регионов и обладает развитой трубопроводной системой. Среди разведанных и эксплуатирующихся месторождений наиболее крупные — Тенгиз, Карачаганак, Узень, Жетыбай, Каламкас, Кумколь и ряд других. Добываемые нефти по своим физико-химических свойствам, таким как вязкость, содержание асфальте-нов, смол и парафинов весьма разнообразны. Их значения высоки, и нефти, обладающие такими свойствами, относятся к реологически сложным, отличающимся высокой температурой застывания.

Важнейшим направлением в развитии народного хозяйства, добывающего и транспортирующего нефть и нефтепродукты, является разработка новых технологических процессов, направленных на снижение энергозатрат и потерь углеводородного сырья. Особое место в этой проблеме занимают нефти с аномальными физико-химическими свойствами.

Вопросы повышения эффективности трубопроводного транспорта аномальных нефтей, в частности, смесей высокопарафинистых застывающих, высоковязких и маловязких жидкостей в трубопроводах при их совместном движении до настоящего времени являются недостаточно изученными.

Следовательно, исследование физико-химических и реологических свойств смесей и высокопарафинистых и высокозастывающих нефтей, научный поиск методов воздействия на свойства смесей, имеющих аномальные физико-химические свойства, и составляющих их нефтей, разработка новых технологий, обеспечивающих экономичность их транспортировки по трубопроводам, и технических средств для осуществления этих технологий является первостепенной задачей как для науки, так и для нефтяной промышленности государства или компании — субъекта исследований. Эти исследования важны также с точки зрения безопасной эксплуатации трубопроводной системы.

Значительный вклад в развитие трубопроводного транспорта внесли как российские (советские) ученые — Ребиндер П. А., Каргин В. А., Трапезников А. А., Виноградов Г. В., Девликамов В. В., Мирзаджанзаде А. Х., Тугунов П. И., Новоселов В. Ф., Юфин В. А., Губин В. Е. Галлямов А.К., Скрипни-ков Ю.В., Пиядин М. Н., так и зарубежные — Хедстрем, Бенбоу, Мерилл, Бьюкки и многие другие.

Необходимо отметить, что богатый материал ранних работ носит в своей основе теоретический характер. Эксперименты по исследованию коэффициента гидравлического сопротивления, расхода энергии на перемещение смеси и т. д. проводились без учета влияния физико-химических свойств смеси, которое стало возможным с разработкой общих теоретических методов постановки экспериментов и обработки данных с учетом теории подобия. Однако, влияние физико-химических свойств аномальных нефтей, к которым относятся высокопарафинистые и высокозастывающие нефти, не укладывается в общую схему и до сих пор представляет объект исследований, требующий каждый раз индивидуального решения при оценке и выборе методов воздействия на нефть и нефтесмеси с целью улучшения их транспортабельных способностей.

Следует отметить уникальность условий работы сети магистрального транспорта продукции месторождений Республики Казахстан — Узень, Жеты-бай, Тенгиз, Кумколь, Карачаганак вследствие того, что по своим физико-химическим свойствам добываемые нефти весьма разнообразны, но преимущественно это парафинистые и высокопарафинистые жидкости. Динамика добычи нефтей с аномальными физико-химическими свойствами особенно характерных для месторождений Республики Казахстан, выбор методов воздействия на них и их смеси с целью изменения физико-химических свойств, выявление степени влияния на совместный транспорт по действующей сети трубопроводов и определят перспективу ее развития. Опыт таких частных исследований является универсальным при общем анализе этой проблемы.

В Республике Казахстан было создано акционерное общество закрытого типа Национальная Компания по транспортировке нефти «КазТрансОйл», которой были переданы все существующие нефтепроводы, нефтепродуктопро-воды и водоводы Казахстана. «КазТрансОйл» эксплуатирует свыше 6400 км магистральных нефтепроводов, 3140 км водоводов, проходящих по территориям восьми областей Казахстана. В состав компании входит 39 насосноперекачивающих станций. Общий объем нефтехранилищ резервуарного парка составляет 1200 тыс. м. Компания эксплуатирует нефтеналивные железнодорожные эстакады в г. Атырау, на станции Макат Атырауской области и неф-тесливную эстакаду на НПС Актау (в 2000 году введены в эксплуатацию эстакада для слива нефти в г. Атырау и нефтеналивная эстакада в Карагандинской области). Общая мощность терминалов по наливу в железнодорожные цистерны достигает до 5 млн. тонн в год. С реконструкцией и расширением морского парка Актау объем отгрузки сырой нефти с морских терминалов возрос до 2 млн. тонн в год, при проектной мощности до 6 млн. тонн в год.

КазТрансОйл" осуществляет централизованный диспетчерский контроль и управление поставками нефти по всей нефтепроводной системе Казахстана, обеспечивает транспортировку по трубопроводу основного объема добываемой в Казахстане нефти.

КазТрансОйл" уполномочен представлять интересы Республики Казахстан в трубопроводных проектах, в том числе и международных. Компания является монополистом на рынке услуг по трубопроводному транспорту нефти, осуществляя транспортировку 80% добываемой в Казахстане нефти. Доля других видов транспорта составляет: водного — 7%- железнодорожного -13%.

Из 180 разведанных и осваиваемых месторождений Республики Казахстан наиболее крупные — Узень, Жетыбай, Кумколь, Тенгиз, Карачаганак.

Следует отметить, что нефти этих месторождений по своим физико-химическим свойствам весьма разнообразны, но преимущественно это нефти парафинистые и высокопарафинистые.

Исследования технологических процессов транспорта нефтей и их смесей с целью определения перспективы развития сети с учетом динамики разработки месторождений, добычи нефтей с различными физико-химическими свойствами, выбор оптимальных методов воздействия на физико-химические свойства смесей как необходимы для практики, так и, вследствие своей уникальности, представляют интерес для науки.

В силу отмеченных выше причин исследования технологических процессов транспорта парафинистых нефтей, методов воздействия на нефти, направленных на улучшение их реологических свойств и разработка новых технологий транспорта до настоящего времени не утратили своей актуальности.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности транспорта аномальных жидкостей с применением депрессорных присадок.

Задачи исследований, поставленных в диссертационной работе:

1. Исследовать реологические свойства высокопарафинистых нефтей с добавками депрессорных присадок.

2. Изучить механизм действия депрессорных присадок на высокопара-финистые нефти.

3. Исследовать способы добавления депрессорных присадок в высоко-парафинистую нефть.

4.Разработать технологию применения депрессорных присадок при трубопроводном транспорте высокопарафинистых нефтей.

5. Разработать технические средства для эффективной эксплуатации магистральных нефтепроводов.

Решение поставленных задач осуществлено на базе теоретических и экспериментальных данных, полученных преимущественно в результате исследований, выполненных в промышленных условиях и проведения экспериментов на опытно-промышленных стендах транспорта нефти с применением при обработке данных современных методов математической статистики и вычислительной техники.

В результате выполнения данной диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Экспериментально установлено, что добавка депрессорной присадки в высокопарафинистую нефть позволяет получить значительный реологический эффект.

2. Изучен механизм влияния депрессорных присадок на высокопарафинистую нефть.

3. Установлена закономерность улучшения транспортабельных свойств высокопарафинистых нефтей под влиянием различных депрессорных присадок.

4. Разработана технология применения депрессорных. присадок при трубопроводном транспорте высокопарафинистых нефтей.

5. Разработаны мероприятия для обеспечения безопасной эксплуатации нефтепроводов.

Достоверность результатов подтверждается сопоставлением результатов расчетов с результатами, полученными экспериментально на реально действующих трубопроводах и опытно-промышленном стенде. Результаты работы докладывались и обсуждались на: заседаниях Ученого совета и семинарах Института химии и природных солей АН Республики Казахстан;

Республиканской научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», (тезисы докладов), Уфа, 2007 г. заседаниях секции Ученого совета Института проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР);

Основные результаты диссертации опубликованы в 10 работах. Диссертационная работа общим объемом 123 страницы машинописного текста состоит из введения, 4 глав, заключения (основных выводов и рекомендаций) 15 таблиц, 31 иллюстрации.

Список литературы

включает 80 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Установлено, что наиболее эффективными депрессорными присадками к высокопарафинистым нефтям являются присадки фирм «Esso Chemical» и «Shell». Для каждой конкретной высокопарафинистой нефти необходимо подбирать свои наиболее эффективные депрессорные присадки. Для мангышлакской нефти наиболее эффективной депрессорной присадкой является ЕСА 4242.

2. Исследованиями показано, что существенное влияние на реологические свойства высокопарафинистой нефти оказывают величины концентрации присадки, термои гидродинамические условия охлаждения. Для исследованных нефтей условия, обеспечивающие наибольший депрессорный эффектэто концентрация присадки в нефти — 0,15 — 0,2% от веса нефти, при температуре нагрева нефти — 60. .70 °С и скорости охлаждения нефти 10−20 °С/час.

3. Депрессорные присадки ЕСА способны значительно снижать реологические параметры высокопарафинистых нефтей. Рекомендуемая для ман-гышлакских нефтей, депрессорная присадка ЕСА 4242 при 20 °C и концентрации присадки 0,2% вес. уменьшает пластическую вязкость более, чем в 2 разапредельное динамическое напряжение сдвига — в 3,5 разапредельное статическое напряжение у нефти с присадкой отсутствует, а у исходной тст = 209 н/м2.

4. На основании экспериментальных данных получены эмпирические зависимости реологических параметров нефти от температуры концентрации депрессорной присадки ЕСА 4242.

5. В целях экономии депрессорной присадки и снижения энергозатрат на нагрев нефти предлагается добавлять депрессорную присадку не в весь объем перекачиваемой по трубопроводу нефти, а только в кольцевой пристенный слой нефти в трубе.

6. Разработана методика гидравлического расчета трубопровода при перекачке нефти с депрессорной присадкой как ко всему объему перекачиваемой нефти, так и с добавкой присадки только к кольцевому пристенному слою нефти.