Экспериментальная часть. Кафедра «химическая инженерия»

Кафедра «Химическая инженерия»

 

Дисциплина:«Реология нефтяных дисперсных систем и транспортировка нефти»

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

 

Определение реологических параметров аномальных нефтей с применением депрессорных присадок.

Проверил: Кожабеков с.с.

выполнил: набидоллаев с.е.

АЛМАТЫ 2012

Теоретическая часть

 

В настоящее время одним из эффективных способов совершенствования процессов транспорта нефти и нефтепродуктов является депрессорная технология – использование химических веществ (присадки и реагенты), существенно улучшающих реологические свойства перекачиваемых нефтей и нефтепродуктов, обеспечивающих более полную очистку полости труб, снижающих энергозатраты на перекачку.

Депрессорные присадки к нефтям — это нефтерастворимые синтетические полимерные продукты, которые при введении в небольших количествах в нефть с повышенным содержанием парафина способны изменять ее реологические свойства, особенно вязкость и напряжение сдвига. Введение присадки существенно изменяет процесс кристаллизации в парафинистых нефтях, влияет на форму кристаллов и приводит к улучшению агрегативной устойчивости нефтяной дисперсной системы /9/.

Депрессорные присадки в 70-х годах были успешно использованы при пуске нефтепровода Атырау-Самара, второй очереди нефтепровода Узень-Актау и на отдельных участках второй нитки нефтепровода Узень-Атырау В частности, в 1973 году были проведены первые промышленные испытания депрессорной присадки ЕСА 4242 при пуске нефтепровода Гурьев-Куйбышев (Атырау-Самара), которые подтвердили результаты лабораторных исследований об эффективности действия данной присадки. Опытно-промышленные испытания показали, что присадка значительно облегчает пуск нефтепровода даже в неблагоприятный период года. Применение концентрата, представляющего раствор присадки в перекачиваемой нефти в отношении 1:1 или 1:2, также способствует более равномерному распределению присадки по всему объему перекачиваемой нефти.

Применение депрессорной технологии имеет ряд положительных факторов по сравнению с методом «горячей» перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей:

Во-вторых, в связи с прогрессирующим ростом цен на энергоносители (газ, нефть), транспортировка нефти с тепловым подогревом становится дорогостоящей и не экономичной.

В-третьих, ужесточение требований по охране окружающей среды ведет к повышению штрафных санкций за выброс продуктов сгорания образующихся при эксплуатации печей подогрева.

В-третьих, при транспортировке парафинистых нефтей после прохождения очистных сооружений, которые пропускаются на каждом участке один раз в месяц, а в холодные времена года два раза в месяц, образуются значительные количества нефтешламов, которые далее подлежат утилизации.

Преимуществом депрессорной технологии является сокращение печей подогрева, вследствие чего снижаются энергозатраты по энергоносителям, затраты на капитальный ремонт печей подогрева. Образуется меньше выбросов в атмосферу продуктов сгорания, вследствие ингибирования процессов парафиноотложения на внутренней поверхности нефтепровода сократится количество вытесняемых нефтешламов, а также частота запуска очистных сооружений.

Несомненным достоинством депрессорной технологии является улучшение качества транспортируемой нефти с точки зрения ее реологического поведения – снижение температуры потери текучести, динамического и статического напряжения, эффективной вязкости, ингибирование процесса парафиноотложения на внутренней поверхности трубопровода. Это в свою очередь препятствует уменьшению живого сечения трубопровода в процессе перекачки. Все это должно привести к снижению потери напора на трение, что приведет к снижению затрат по электроэнергии при работе насосных агрегатов.

Таким образом, исследование влияния термообработки и депрессорных присадок на реологическое поведение нефти с целью рассмотрения возможности внедрения депрессорной технологии взамен технологии путевого подогрева является актуальным и позволяет оптимизировать условия транспортировки высоковязких, и высокозастывающих нефтей.

Механизм действия депрессорных присадок к нефти и нефтепродуктам окончательно не выяснен. Некоторые авторы развивают адсорбционную теорию, согласно которой взаймодействие присадки и н- парафиновых углеводородов начинается только в присутствии кристаллической фазы парафинов и присадка, адсорбируясь на кристаллах парафинов, подавляет их рост. Взаимодействие присадки и парафиновых углеводородов начинается задолго до выпадения кристаллов парафинов. Структура всех депрессорных присадок такова, что часть молекулы присадки аналогична структуре кристаллов парафина. Эта часть молекулы создает поверхностные центры кристаллизации и кристаллизуется совместно с парафинами, тогда как другая часть структуры, в отличие от кристаллов парафина, блокирует экстенсивный рост его кристаллических решеток. Это позволяет поддерживать жидкое состояние потока при низких температурах и, следовательно, обеспечивает текучесть нефти /10/.

Депрессорные присадки как правило, обладают тремя характерными особенностями:

-содержат воскообразную парафинистую часть, это смесь алкильных цепей С₁₄-С₂₅, которая кристаллизуется совместно с парафинообразующим компонентами нефти;

-содержит полярный компонент, обычно акрилат или ацетат, ограничивающий степень совместной кристаллизации;

-в большинстве случаев представляют собой полимеры, которые при присоединении к растущему кристаллу парафина пространственно затрудняют его рост, в результате чего образуются мелкие кристаллы.

Депрессорными присадками могут быть сополимеры этилена с винилацетатом, сополимеры альфа-олефинов, сополимеры алкилэфиров стирола и малеинового ангидрида, полиалкилакрилаты, полиалкилметакрилаты и алкилэфиры ненысыщенных карбоновых кислот и сополимеры альфа-олефинов, поверхностно-активные вещества - оксиэтилированные алкилфенолы, соли нафтеновых и синтетических жирных кислот С17-20; С18-23, С 10-16. Оптимальное число атомов углерода в боковой цепи составляет 16-26. В зависимости от природы парафина, находящегося в сырой нефти, может оказаться целесообразным вводить полимеры, в которых длинные боковые углеводородные цепи, находящиеся в каждой молекуле отличаются по числу атомов углерода. Длинные углеводородные боковые цепи и гетероциклические кольца могут присоединяться к основной цепи непосредственно или посредством не менее одного атома углерода, кислорода, серы, азота или фосфора. Молекулярная масса полимеров используемых для улучшения текучести сырой нефти может изменяться в очень широких пределах. Наиболее целесообразно применять полимеры с молекулярной массой от 4000 до 100000.

Полимерные присадки рекомендуется вводить в нефть при температуре 60-80°С, когда основная масса твердых парафинов находится в растворенном состоянии. Ввод присадки при более низких температурах приводит к снижению ее эффективности. В мировой практике нефтепроводного транспорта имеются примеры применения высокой температуры тепловой обработки. Так, в Индии эксплуатируется нефтепровод Нахоркатья-Ганхати-Барауни, по которому перекачивается термообработанная до 87-102⁰С нефть. Известен пример нагрева аргентинских тяжелых нефтепродуктов до 100⁰ С

Решающее значение имеет форма молекулы присадки в растворе. Для того чтобы алкильная цепь присадки вошла в кристалл парафина, необходимо, чтобы она имела наиболее выгодную для взаимодействия конформацию – распрямленную.

Действие депрессорных присадок специфично, т.е. данный депрессорный пакет проявляет эффект для определенной нефти. Изменение состава парафина нефти может сделать пакет мало- или совсем неэффективным. При небольшом изменении распределения парафинов по длине цепи эффективность присадки можно восстановить, увеличив ее дозировку.

Неразбавленные депрессорные присадки при обычной температуре чаще всего представляют собой твердые или высоковязкие вещества. Поэтому их вводят в нефть в растворенном виде, и, следовательно, растворитель является важным компонентом пакета присадок. Влияние типа растворителя отсутствует. Это объясняют тем, что сразу после введения раствора присадки в нефть сольватация растворителем исчезает, и полимер сольватируется только нефтью.

Исследование влияния концентрации присадки в растворе, вводимом в нефть, показало, что при одинаковой дозировке активного компонента, вводимого в виде раствора с концентрацией 5-100%, снижение температуры застывания было одинаковым.

Последнее время возрос интерес к полимерным присадкам, незначительная добавка которых не только существенно улучшает реологические характеристики нефти, но также предотвращают отложения парафина. Важным преимуществом метода ингибирования отложения парафина из нефти путем использования полимерных присадок является стабильность их действия на нефть в процессе добычи и транспортирования с промыслов на нефтеперерабатывающие заводы, т.е. способность сохранять свое действие на нефть в течение длительного времени, включая и период хранения в резервуарных парках.

Одними из самых активных ингибиторов АСПО являются наиболее известные и широко распространенные этилен-винилацетатные присадки. Показано, что достаточно весьма небольшой концентрации сополимера этилена с винилацетатом (до 0,5%), чтобы почти на 90% обеспечить снижение отложения парафинов из нефти Покровского месторождения. Для предотвращения парафиноотложения в нефтепромысловом оборудовании были предложены тройные сополимеры этилена, винилацетата винилпирролидона или малеинового ангидрида. При вводе полимера в виде 25-30%-го раствора в углеводородном растворителе в затрубное пространство фонтанирующих и глубинно-насосных скважин достигается 90-98% эффективность предотвращения парафиноотложений. Как реагент, предотвращающий парафиноотложение при добыче, транспорте и хранении нефти уже давно известен полиэтилен разветвленной структуры. Методами низкотемпературной микроскопии было показано, что сополимеры этилена с винилацетатом и винилацетата с алкилметакрилатами снижают температуру застывания топлив за счет уменьшения кристаллов парафинов при понижении температуры.

Научно-исследовательские работы в области разработки эффективных депрессорных присадок проводятся в научно-исследовательской лаборатории нефтепромысловой химии АО КБТУ. В настоящее время в лаборатории разработаны ряд перспективных композиционных присадок для парафинистых, высокозастывающих нефтей месторождений Южно-Торгайского прогиба (Кумколь, Акшабулак, Коныс, Бектас, Ащисай).

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для проведения работы необходимы:

 

1. Прибор RheolabQC с программой RheoPlus;

2. Термостат Lauda E206, цилиндры: DG42, CC17;

3. Товарные нефти: Акшабулак;

4. Растворители: толуол, ксилол, петролейный эфир

5. Пробирки

6. Микропипетка Eppendorf

 

Целью настоящей работы является определение реологического поведения нефти на примере высокозастывающей нефти Акшабулак с применением депрессорной присадки на основе сополимера этилена и винилацетата и сравнение изменения реологических параметров этой нефти по сравнению с термообработкой.

Порядок работы: Товарная нефть месторождения Акшабулак в объеме 15 мл. подвергается термообработке в термостате при температуре 60⁰С в течение 30 мин. Затем переносится в измерительную систему реометра. Задается параметр темпа охлаждения термостата “Lauda 206” 20⁰С/час. Скорость сдвига -10 с^-1, температурная область эксперимента от 30⁰С до -5⁰С. После завершения эксперимента по данным показания реометра в формате Exell строится график зависимости эффективной вязкости от температуры.

Вторая часть эксперимента связана с ведением депрессорной присадки на основе сополимера этилена и винилацетата в товарную нефть Акшабулак. Условия ввода и подготовки нефти для испытания следующие: Присадка вводится в нефть объемом 15 мл. из расчета 100 ppm (100 г/тн) микрошприцем в объеме 1.5 мкл. Далее повторяем процедуру, что и в первой части эксперимента. После завершения снятия реологических параметров строится сравнительная кривая зависимости эффективной вязкости от температуры, по сравнению с данными полученными с термообработкой нефти. По результатам графического сравнения реологических кривых определяется эффективность действия присадки по сравнению с термообработкой на изменение эффективной вязкости.