Файл: Путевой обогрев высоковязкой нефти с использованием скинсистемы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 70
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Поступая в магистральный трубопровод, продукт перекачивается по системе «из насоса в насос». Чтобы газ не выделялся из нефти в процессе перекачки, давление в трубопроводе не должно опускаться ниже давления насыщения. Для этого установлены регуляторы давления типа «до себя».
На конечном пункте магистрального трубопровода происходит полное разгазирование нефти на концевом сепараторе. Выделившийся газ поступает потребителям, а нефть поступает в резервуары уже без помощи насосов (самотёком). Для контроля проведённых процессов на конечном пункте производится коммерческий учёт нефти.
К очевидным преимуществам технологии следует отнести улучшение реологических свойств перекачиваемого продукта вследствие утилизации нефтяного газа, увеличения коэффициента загрузки трубопровода, снижения степени загрязнения окружающей среды. Однако, при транспортировке газонасыщенной нефти возникает опасность срыва работы насосов из-за возможности попадания в них растворённого газа, который может выделиться из нефти.
Поэтому, чтобы насосы могли работать в устойчивом режиме, необходимо перед входом в насос отделять от продукта весь нерастворённый газ, а после насосов вводить его в поток снова, или обеспечивать на нефтеперекачивающих станциях запас давления, который позволит транспортировать нефть в однофазном состоянии на протяжении всего трубопровода.
Последнее требует дополнительных материальных затрат. Также, возможно разгазирование нефти при остановке перекачке, что влечёт за собой образование газовых пробок.
Существует технология транспортировки высоковязкой нефти с помощью насыщения продукта инертными газами. Нефть с помощью насосов подаётся в теплообменник, где происходит её охлаждение до температуры меньшей, чем температура начала образования парафинистых структур. Далее охлаждённая и насыщенная инертным газом нефть пропускается через диафрагму, где на неё воздействует высокое напряжение сдвига. Благодаря этому происходит разрушение образовавшихся парафинистых структур, на кристаллах которых образуется газовая плёнка, препятствующая их растворению в нефти.
К дополнительным трудностям данного метода следует отнести необходимость создания значительных запасов инертного газа на начальном пункте нефтепровода. Технология транспортировки высоковязкой нефти в газонасыщенном состоянии в условиях Крайнего севера является экономически эффективной, если значение газового фактора добываемой нефти обеспечивает значительное снижение вязкости. Если же этого значения недостаточно, доставка инертного или нефтяного газа возможна непосредственно на месторождение.
1.1.5. Применение депрессорных присадок
Добавки, снижающие сопротивление течению, представляют собой углеводородные полимеры высокой молекулярной массы. Их вводят в трубопроводы в количестве всего несколько грамм на тонну, при этом снижение коэффициента гидравлического сопротивления потока происходит на 30-50 %. При введении присадки в водонефтяную эмульсию, происходит образование комплексов из молекул парафина нормального строения и молекул присадки, которые изменяют кристаллизационные процессы в парафинистых нефтях, создавая в пространстве препятствие для формирования кристаллического геля и уменьшая упорядоченность молекул. Тем самым предотвращается возможность образования сплошной сетки в структуре. Парафин кристаллизуется вокруг частиц присадок, выступающих определёнными центрами процесса, образуя таким образом не связанные агрегаты. Благодаря этому происходит значительное увеличение пластичности и снижение прочности нефти с депрессором.
Данные ассоциаты и смешанные кристаллы благодаря наличию на поверхности полярных групп молекул являются барьером, обеспечивающим существенное снижение температуры застывания смеси, устойчивость дисперсной системы и улучшение реологических свойств ВВН.
Чтобы рассчитать необходимое количество ввода депрессора, нужно знать цели и условия перекачки. Так, достаточно присадки с массовой концентрацией 0,1—0,2 %, чтобы обеспечить успех транспортировки нефти по магистральному трубопроводу
Несмотря на положительные моменты использования депрессорных присадок, методика имеет ряд недостатков: во-первых, ввод депрессорной присадки согласно технологии происходит на головной нефтеперекачивающей станции при температуре чуть превышающей температуру плавления парафина (50-70ºС), что вызывает особые трудности экономического и технического характера в суровых климатических условиях; во-вторых, разработаны и применяются на данный момент только присадки, понижающие высокую вязкость нефти, вызванную большим содержанием парафинов, то есть для высоковязких нефтей с повешенным содержанием асфальтосмолистых веществ данная технология не подходит; в-третьих, не разработана присадка, применение которой будет универсально для всех высокопарафинистых нефтей или хотя бы большей части.
1.1.6. Гидротранспорт нефти
При контакте воды с внутренней стенкой трубопровода происходит снижение гидравлических потерь, поэтому одним из методов транспортировки высоковязкой нефти является её перекачка совместно с водой, т.е. гидротранспортом. Существует несколько видов гидротранспорта нефти. Один из них – перекачка нефти в водяном кольце. Создание подобных колец возможно разными способами – приварить по спирали с заданным шагом металлическую проволоку необходимого размера или применить заводскую винтовую нарезку, подавать воду через перпендикулярно расположенные относительно потока нефти тангенциальные отверстия в кольцевых муфтах, прокладывать нефтепровод с перфорированными стенками внутри трубопровода с большим диаметром и пропускать между ними поток воды. При транспортировке продукта на дальние расстояния перепад давления в трубопроводе резко увеличивается из-за расслоения нефти и воды в следствии сил гравитации. Спустя некоторое время водяное кольцо полностью исчезает и возникает необходимость создавать его снова, поэтому данный метод не получил широкого распространения.
Следующий вид гидротранспортировки подразумевает смешивание высоковязкой нефти с водой до состояния эмульсии «нефть в воде», значение вязкости которой близко к значению вязкости воды. Плёнка воды, окружающая нефтяные скопления, ограничивает контакт нефти со стенкой трубы, уменьшая гидравлическое сопротивление. При применении данного метода на практике возникает трудность с обеспечением стабильности эмульсии, поскольку существует большая вероятность получения обратного соотношения «вода в нефти», вязкостное значение которого будет значительно выше вязкости исходной нефти. Это может произойти по причине изменения температуры транспортировки или изменении скорости потока. А при наличии по трассе промежуточных насосных станций, появляется вероятность диспергирования фаз из-за образования в насосах трудноразрушаемых эмульсий.
Ещё один метод гидроперекачки не подразумевает вмешательства в структура потока и её формирование. Суть способа заключается в образовании между водой и нефтью плоской границы раздела фаз. Благодаря этому с нефтью контактирует только часть трубы, а оставшийся периметр соприкасается с менее вязкой водой, что позволяет уменьшить перепад давления и повысить производительность трубопровода. Распространение данный метод получил только при эксплуатации коротких участков трубопровода. На протяжённых трубопроводах использование метода ограничено, поскольку слой воды быстро смешивается с потоком нефти и образуется более вязкая эмульсия «вода в нефти».
При использовании всех перечисленных методов гидротранспорта нефти возникают большие трудности. В условиях осложнённого климата и геокриологии вода в трубопроводе может замерзнуть. Кроме того, применение данных методов требует высоких непроизводительных затрат энергии на перекачку воды и дополнительных материальных затрат, связанных с необходимостью разделения на конечном пункте водонефтяной смеси на составляющие.
1.1.7. Перекачка с углеводородным разбавителем
Один из видов изотермической перекачки – транспортировка высоковязкой нефти в смеси с более лёгкими углеводородными фракциями. Такие разбавители способны существенно снизить вязкость и температуру застывания нефти благодаря понижению концентрации парафина в нефти, который растворяется лёгкими фракциями. Если в жидкости, используемой в качестве разбавителя, содержатся асфальтосмолистые вещества, то происходит их адсорбция на поверхность кристаллов парафина, что мешает образованию прочной структурной решётки.
Данная технология имеет достаточно широкое распространение на практике за рубежом. В качестве разбавителей наиболее целесообразно использование маловязких нефтей, потому как разбавление керосином и бензином требует больших эксплуатационных и капитальных затрат на их доставку до месторождения. Особенно выгодна данная технология на месторождениях, где свойства добываемой нефти различаются по составу так, что можно достичь снижения температуры застывания и вязкости смеси, разбавляя высоковязкие нефти маловязкими, облегчив, тем самым, перекачку.
В общем случае, чтобы выбрать тип разбавителя, необходимо рассчитать суммарные затраты на получение, смешение и доставку разбавителя, на транспортировку смеси. Кроме того, метод позволяет стабилизировать работу нефтепровода за счёт заранее определённого состава транспортируемой нефти. Значительное влияние на реологические свойства смеси оказывает температура каждого смешиваемого компонента: чтобы получить гомогенную смесь необходимо обеспечить температуру при смешивании на 3-5 градусов выше, чем температура застывания вязкого компонента. Если условия смешения окажутся неблагоприятными, эффективность разбавителя будет значительно меньше, что приведёт к расслоению смеси.
1.2.1. «Горячая перекачка»
Наиболее распространённой технологией перекачки высоковязкой нефти в России и за её пределами является «горячая» перекачка. Данный метод подразумевает транспортировку предварительно нагретой до оптимальной температуры нефтепродукта и дополнительный её подогрев в процессе транспорта по мере остывания.
Несмотря на простоту и распространённость использования данная технология имеет ряд недостатков. Высокая энергоёмкость – один из главных минусов. Из-за значительного нагрева (до 70-80 ºС) транспортируемого продукта, происходит существенная потеря энергии, которая расходуется на его подогрев.
Кроме того, теплота, выделяющаяся в процессе транспортировки может негативно сказываться на окружающей среде. А использование самой же перекачиваемой жидкости (нефть, мазут) в качестве топлива для подогрева во много раз повышает стоимость проекта.
В районах Крайнего севера применение технологии осложняется наличием многолетнемерзлых грунтов, потому как обслуживание и строительство объектов транспорта и хранения нефти требует значительных затрат для обеспечения необходимой надёжности вводимой в эксплуатацию конструкции.
1.2.2. Электроподогрев
К группе неизотермических методов перекачки флюида с путевым подогревом относится электроподогрев.
Основным элементом данной системы является дополнительный нагревательный трубопровод-спутник с протянутым внутри токоведущим кабелем с теплостойкой изоляцией. Труба-спутник изготавливается из стали диаметром от 15 до 40 мм, с помощью сварки соединяется с основным трубопроводом и помещается в совместную с ним тепловую изоляцию. Нагрев основного трубопровода происходит за счёт обмена теплом с трубопроводом-спутником, нагреваемым от протекающего по кабелю питающего тока, который концентрируется во внутреннем слое окружающей его трубы (рис.2). Один конец кабеля и трубопровод подключены к источнику питания, а другой соединён с нагревательной трубой.
Распределение переменного тока по поверхности нагревательной трубы происходит неравномерно: на внутренней поверхности наблюдается наибольшая плотность тока, а при условии превышения толщины стенки над длиной электромагнитной волны, распространяющейся в стали, напряжение на наружной поверхности будет практически отсутствовать, что обеспечит электробезопасность метода.
