Файл: Путевой обогрев высоковязкой нефти с использованием скинсистемы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 313
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Уфимский государственный нефтяной технический университет»Факультет трубопроводного транспорта Кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа» Научно-исследовательская работа на тему:Путевой обогрев высоковязкой нефти с использованием СКИН-системы. Выполнила:ст. гр. ММТ57-22-01 Л.И. Гумерова Проверил: Уфа 2023СОДЕРЖАНИЕВведение…………………………………………………………………………….…31. Анализ имеющихся технологий для снижения вязкости нефти в магистральных трубопроводах………………………………………………….…...41.1 Изотермические способы снижения вязкости нефти………………………....61.1.1. Перекачка в потоке носителя…………………………………………..61.1.2. Виброобратотка………………………………………………….……...7 1.1.3. Термообработка………………………………………………………....8 1.1.4. Транспорт газонасыщенных нефтей………………….……………….81.1.5. Применение депрессорных присадок………………………….……..101.1.6 Гидротранспорт нефти…………………………………………………111.1.7. Перекачка с углеводородным разбавителем…………………………131.2. Неизотермические способы снижения вязкости нефти………………….…141.2.1. Горячая перекачка………………………………………………...……141.2.2. Электроподогрев………………………………………………………152. Анализ свойств систем электроподогрева………………………………………173. СКИН-система путевого подогрева вязкой нефти……………………………193.1. Конструкция СКИН-систем………………………………………………….203.2 Конструкция индуктивно-резистивного нагревателя……………………….213.3. Принцип действия СКИН-системы………………………………….………224. Результаты исследования проведенные с использованием СКИН-системы для подогрева вязкой нефти……………………………………………….…………..245. Анализ работ по теме исследования…………………………...……………..…26
Заключение…………………………………………………………………………28Библиографический список…………………………………………….…………29ВведениеАктуальностьТранспортировка нефти от нефтяных скважин до нефтеперерабатывающих заводов в основном производится по магистральным нефтепроводам и железнодорожными цистернами. Причем по нефтепроводам транспортируется нефти в 2,5 раза больше, чем по железной дороге. В настоящее время сложилась ситуация, что производительность нефтескважин превышает пропускную способность магистральных нефтепроводов. В связи с этим продается нефти меньше, чем могут производить существующие нефтяные скважины. Решить данную проблему можно путем перекачки большего количества нефти по тем же магистралям и при той же мощности насосного оборудования благодаря снижению вязкости нефти.Вязкость добываемой нефти в местах с низкой температурой окружающей среды, достигает таких значений, что стоимость добываемой нефти значительно ниже чем энергозатраты на перекачку нефти, а в некоторых случаях перекачка нефти становится практически невозможной. При снижении вязкости перекачиваемой нефти уменьшается гидравлическое сопротивление трубопровода, вследствие чего уменьшаются энергозатраты на перекачку. Для увеличения эффективности процесса транспортировки вязкие и высоковязкие нефти подвергают предварительной обработке. Существующие технологии и оборудование, применяемые для обработки вязких нефтепродуктов, громоздки, сложны и энергозатратны. Поэтому разработка новых технологий и оборудования, обеспечивающих снижение затрат, является актуальной. На сегодняшний день признанным экспертным сообществом решением является надземная прокладка с использованием протяженных систем электрообогрева. Обеспечение энергоэффективного и безопасного функционирования этих систем ставит перед наукой и техникой большое количество сложных задач, решить которые можно только при комплексном подходе.Таким образом, разработка основ рациональной эксплуатации надземных нефтепроводов высоковязкой нефти в условиях, характерных так же условиям Севера, является не только актуальной научно- технической задачей, но и стратегически важным для развития страны направлением.1.Анализ имеющихся технологий для снижения вязкости нефти в магистральных трубопроводах
Приступая к разработке, целесообразно провести аналитический обзор, в каком состоянии находится современная транспортировка высоковязких нефтепродуктов по магистральным трубопроводам (МТ) и технологии для снижения вязкости нефтепродуктов.Трубопровод представляет собой сваренные в непрерывную нитку трубы. Верхнюю образующую (МТ) заглубляют на глубину 0,8 м. в грунт, если иная глубина не предопределяется другими условиями для заложения. В районах с вечномерзлыми грунтами или через болота трубы МН укладываются в искусственные насыпи или на опоры. Толщина стенок труб определяется проектным давлением, которое может достигать 10 Мпа. Для (МТ) применяют сварные или цельнотянутые трубы с диаметром 300-1220 мм. Кроме магистральных трубопроводов существуют промысловые, технологические и распределительные трубопроводы.Активное развитие трубопроводного транспорта в России началось в конце 1950-х годов. Нефть, газ, и продукты их переработки перевозятся между континентами в огромных танкерах, а на земле транспортируются по трубопроводам. Эти трубопроводы бывают просто огромными (в России диаметр трубы может доходить до 1422 мм) и достигают более 1000 км в длину. Магистральные трубопроводы России, в настоящее время, эксплуатируются ОАО «АК Транснефть», которое является транспортной компанией и объединяет 11 российских предприятий трубопроводного транспорта нефти, владеющих нефтяными магистралями, эксплуатирующих и обслуживающих их.Основным достоинством трубопроводов является их безопасность. Трубопроводы в 40 раз безопаснее, чем железнодорожные цистерны, и в 100 раз безопаснее, чем автоцистерны, применяющиеся для транспортировки энергоносителей.Существует множество способов и методов транспортировки высоковязкой и высокозастывающей нефти по трубопроводу, классификация которых представлена на рисункеРис. 1. Классификация способов и методов улучшения реологических свойств высоковязких нефтей.Но несмотря на многообразие возможных вариантов перекачки, не существует технологии, которую можно было бы назвать универсальной, потому как каждый способ в отдельности имеет ряд недостатков. На подбор рациональной технологии влияют также геокриологические и климатические условия, в которых эксплуатируются трубопроводы, их производительность протяжённость, а также огромное разнообразие возможных характеристик перекачиваемой среды.
1.1.1 Перекачка в потоке носителяСуществует некоторое количество патентов, авторы которых описывают различные методики данного способа транспортировки высоковязкой нефти, разбираются в их технологиях и проводят оценку положительных и отрицательных моментов применения.Чтобы осуществить транспортировку высоковязкой нефти при помощи этого одного из видов данного метода, необходимо подать в резервуар природный газ в предварительно сжиженном виде. Через специальный распылитель в этот же резервуар поступает нефть в виде капель, замерзающих в сжиженном газе. Образовавшаяся смесь поступает в магистральный трубопровод. Другой подвид данного метода подразумевает охлаждение нефти до температуры, значение которой ниже температуры застывания нефти. Полученный продукт продавливают через решётку, имеющую насадки с разными диаметрами, что позволяет получить гранулы разных размеров. Они поступают в охлажденную до температуры ниже температуры застывания нефти воду, в потоке которой они и транспортируются.Широкого распространения данные способы перекачки не получили ввиду различных технологических и технических причин, а также по причине слабой изученности методики применения. В условиях низких температур окружающей среды применение методов может оказаться экономически эффективным после решения ряда технологических и теоретических задач. 1.1.2 ВиброобработкаОдним из способов воздействия на высокопарафинистую нефть для облегчения её транспортировки является виброобработка. За счёт вибрации в тонком пристеночном слое трубы происходит разрушение структуры молекул парафина, в результате чего уменьшается напряжение сдвига высоковязкой нефти, что и способствует облегчению процесса транспортировки нефти. Для нефтепроводов диаметром не более 700 мм разработано устройство, позволяющее проводить виброобработку продукта непосредственно в потоке.К недостаткам описанного метода относится достаточно продолжительное время, необходимое на восстановление разрушенной вследствие тиксотропии структуры нефти. Из-за этого своё распространение метод получил лишь для откачки нефти с поверхностей, считающихся дневными (например, из земляных амбаров). Кроме того, по причине значительных потерь напора в виброситах и недостаточного количества вариантов подбора диаметра вибросит, использование данной технологии для трубопровода нецелесообразно.
1.1.3. ТермообработкаДанная методика перекачки высоковязкой нефти заключается в её нагреве до определённой температуры (до 80-100 ºС) с последующим охлаждением в определённом темпе. При повышении температуры содержащиеся в нефти твёрдые парафины растворяются, а на этапе охлаждения смолы и асфальтены, которые являются поверхностно-активными веществами, способствуют дендридной кристаллизации, абсорбируясь на гранях кристаллов. Благодаря этому образующаяся крупнокристаллическая структура содержит меньшее количество кристаллов парафина, следовательно, обладает значительно меньшей прочностью, относительно исходной структуры, что приводит к улучшению реологических свойств нефти. Данный метод нашёл своё применение в мировой практике, но всё же он имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, в связи с необходимостью дополнительного нагрева всего объёма перекачиваемого продукта на головной нефтеперекачивающей станции требуются дополнительные эксплуатационные и капитальные расходы; во-вторых, продолжительность положительного эффекта от термообработки для большинства нефтей невелика – от нескольких часов до нескольких суток, в-третьих, в зависимости от состава нефти необходимо подбирать индивидуальную температуру нефти и последующий темп её охлаждения. Кроме того, для осуществления процесса термообработки высокозастывающая нефть наряду с парафином должны содержать асфальто-смолистые вещества, значит метод подходит далеко не для всех месторождений.1.1.4. Транспорт газонасыщенных нефтейТехнология двухфазного транспорта углеводородной жидкости и газа осуществляется благодаря давлению пласта. Однако давления не хватает для транспортировки флюида по трубопроводу протяжённостью более 100 км из-за значительных потерь на трение. Чтобы обеспечить перекачку данным методом и сохранить большинство тяжёлых ценных компонентов, содержащихся в попутном нефтяном газе, в жидком агрегатном состоянии, необходимо на последней ступени сепарации обеспечить давление, значение которого будет выше атмосферного.После обязательных стадий подготовки пластовой нефти, таких как обезвоживание и обессоливание, происходит её дегазация в три ступени. На последней ступени сепарации в результате компримирования образуется двухфазный поток, так как идёт процесс частичной конденсации выделившегося газа, что приводит к небольшим трудностям при транспортировке.
Заключение…………………………………………………………………………28Библиографический список…………………………………………….…………29ВведениеАктуальностьТранспортировка нефти от нефтяных скважин до нефтеперерабатывающих заводов в основном производится по магистральным нефтепроводам и железнодорожными цистернами. Причем по нефтепроводам транспортируется нефти в 2,5 раза больше, чем по железной дороге. В настоящее время сложилась ситуация, что производительность нефтескважин превышает пропускную способность магистральных нефтепроводов. В связи с этим продается нефти меньше, чем могут производить существующие нефтяные скважины. Решить данную проблему можно путем перекачки большего количества нефти по тем же магистралям и при той же мощности насосного оборудования благодаря снижению вязкости нефти.Вязкость добываемой нефти в местах с низкой температурой окружающей среды, достигает таких значений, что стоимость добываемой нефти значительно ниже чем энергозатраты на перекачку нефти, а в некоторых случаях перекачка нефти становится практически невозможной. При снижении вязкости перекачиваемой нефти уменьшается гидравлическое сопротивление трубопровода, вследствие чего уменьшаются энергозатраты на перекачку. Для увеличения эффективности процесса транспортировки вязкие и высоковязкие нефти подвергают предварительной обработке. Существующие технологии и оборудование, применяемые для обработки вязких нефтепродуктов, громоздки, сложны и энергозатратны. Поэтому разработка новых технологий и оборудования, обеспечивающих снижение затрат, является актуальной. На сегодняшний день признанным экспертным сообществом решением является надземная прокладка с использованием протяженных систем электрообогрева. Обеспечение энергоэффективного и безопасного функционирования этих систем ставит перед наукой и техникой большое количество сложных задач, решить которые можно только при комплексном подходе.Таким образом, разработка основ рациональной эксплуатации надземных нефтепроводов высоковязкой нефти в условиях, характерных так же условиям Севера, является не только актуальной научно- технической задачей, но и стратегически важным для развития страны направлением.1.Анализ имеющихся технологий для снижения вязкости нефти в магистральных трубопроводах
Приступая к разработке, целесообразно провести аналитический обзор, в каком состоянии находится современная транспортировка высоковязких нефтепродуктов по магистральным трубопроводам (МТ) и технологии для снижения вязкости нефтепродуктов.Трубопровод представляет собой сваренные в непрерывную нитку трубы. Верхнюю образующую (МТ) заглубляют на глубину 0,8 м. в грунт, если иная глубина не предопределяется другими условиями для заложения. В районах с вечномерзлыми грунтами или через болота трубы МН укладываются в искусственные насыпи или на опоры. Толщина стенок труб определяется проектным давлением, которое может достигать 10 Мпа. Для (МТ) применяют сварные или цельнотянутые трубы с диаметром 300-1220 мм. Кроме магистральных трубопроводов существуют промысловые, технологические и распределительные трубопроводы.Активное развитие трубопроводного транспорта в России началось в конце 1950-х годов. Нефть, газ, и продукты их переработки перевозятся между континентами в огромных танкерах, а на земле транспортируются по трубопроводам. Эти трубопроводы бывают просто огромными (в России диаметр трубы может доходить до 1422 мм) и достигают более 1000 км в длину. Магистральные трубопроводы России, в настоящее время, эксплуатируются ОАО «АК Транснефть», которое является транспортной компанией и объединяет 11 российских предприятий трубопроводного транспорта нефти, владеющих нефтяными магистралями, эксплуатирующих и обслуживающих их.Основным достоинством трубопроводов является их безопасность. Трубопроводы в 40 раз безопаснее, чем железнодорожные цистерны, и в 100 раз безопаснее, чем автоцистерны, применяющиеся для транспортировки энергоносителей.Существует множество способов и методов транспортировки высоковязкой и высокозастывающей нефти по трубопроводу, классификация которых представлена на рисункеРис. 1. Классификация способов и методов улучшения реологических свойств высоковязких нефтей.Но несмотря на многообразие возможных вариантов перекачки, не существует технологии, которую можно было бы назвать универсальной, потому как каждый способ в отдельности имеет ряд недостатков. На подбор рациональной технологии влияют также геокриологические и климатические условия, в которых эксплуатируются трубопроводы, их производительность протяжённость, а также огромное разнообразие возможных характеристик перекачиваемой среды.
1.1.1 Перекачка в потоке носителяСуществует некоторое количество патентов, авторы которых описывают различные методики данного способа транспортировки высоковязкой нефти, разбираются в их технологиях и проводят оценку положительных и отрицательных моментов применения.Чтобы осуществить транспортировку высоковязкой нефти при помощи этого одного из видов данного метода, необходимо подать в резервуар природный газ в предварительно сжиженном виде. Через специальный распылитель в этот же резервуар поступает нефть в виде капель, замерзающих в сжиженном газе. Образовавшаяся смесь поступает в магистральный трубопровод. Другой подвид данного метода подразумевает охлаждение нефти до температуры, значение которой ниже температуры застывания нефти. Полученный продукт продавливают через решётку, имеющую насадки с разными диаметрами, что позволяет получить гранулы разных размеров. Они поступают в охлажденную до температуры ниже температуры застывания нефти воду, в потоке которой они и транспортируются.Широкого распространения данные способы перекачки не получили ввиду различных технологических и технических причин, а также по причине слабой изученности методики применения. В условиях низких температур окружающей среды применение методов может оказаться экономически эффективным после решения ряда технологических и теоретических задач. 1.1.2 ВиброобработкаОдним из способов воздействия на высокопарафинистую нефть для облегчения её транспортировки является виброобработка. За счёт вибрации в тонком пристеночном слое трубы происходит разрушение структуры молекул парафина, в результате чего уменьшается напряжение сдвига высоковязкой нефти, что и способствует облегчению процесса транспортировки нефти. Для нефтепроводов диаметром не более 700 мм разработано устройство, позволяющее проводить виброобработку продукта непосредственно в потоке.К недостаткам описанного метода относится достаточно продолжительное время, необходимое на восстановление разрушенной вследствие тиксотропии структуры нефти. Из-за этого своё распространение метод получил лишь для откачки нефти с поверхностей, считающихся дневными (например, из земляных амбаров). Кроме того, по причине значительных потерь напора в виброситах и недостаточного количества вариантов подбора диаметра вибросит, использование данной технологии для трубопровода нецелесообразно.
1.1.3. ТермообработкаДанная методика перекачки высоковязкой нефти заключается в её нагреве до определённой температуры (до 80-100 ºС) с последующим охлаждением в определённом темпе. При повышении температуры содержащиеся в нефти твёрдые парафины растворяются, а на этапе охлаждения смолы и асфальтены, которые являются поверхностно-активными веществами, способствуют дендридной кристаллизации, абсорбируясь на гранях кристаллов. Благодаря этому образующаяся крупнокристаллическая структура содержит меньшее количество кристаллов парафина, следовательно, обладает значительно меньшей прочностью, относительно исходной структуры, что приводит к улучшению реологических свойств нефти. Данный метод нашёл своё применение в мировой практике, но всё же он имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, в связи с необходимостью дополнительного нагрева всего объёма перекачиваемого продукта на головной нефтеперекачивающей станции требуются дополнительные эксплуатационные и капитальные расходы; во-вторых, продолжительность положительного эффекта от термообработки для большинства нефтей невелика – от нескольких часов до нескольких суток, в-третьих, в зависимости от состава нефти необходимо подбирать индивидуальную температуру нефти и последующий темп её охлаждения. Кроме того, для осуществления процесса термообработки высокозастывающая нефть наряду с парафином должны содержать асфальто-смолистые вещества, значит метод подходит далеко не для всех месторождений.1.1.4. Транспорт газонасыщенных нефтейТехнология двухфазного транспорта углеводородной жидкости и газа осуществляется благодаря давлению пласта. Однако давления не хватает для транспортировки флюида по трубопроводу протяжённостью более 100 км из-за значительных потерь на трение. Чтобы обеспечить перекачку данным методом и сохранить большинство тяжёлых ценных компонентов, содержащихся в попутном нефтяном газе, в жидком агрегатном состоянии, необходимо на последней ступени сепарации обеспечить давление, значение которого будет выше атмосферного.После обязательных стадий подготовки пластовой нефти, таких как обезвоживание и обессоливание, происходит её дегазация в три ступени. На последней ступени сепарации в результате компримирования образуется двухфазный поток, так как идёт процесс частичной конденсации выделившегося газа, что приводит к небольшим трудностям при транспортировке.