2015-03-27
1686
В.Г.Шухов произвел расчеты и руководил строительством первого в России нефтепровода (Балахинские промыслы - керосиновый завод в Черном городе; длина -10 км, диаметр - 5 дюймов, производительность -1280 т/сут), первым в мире предложил процесс переработки нефти методом крекинга (расщепления). Под его руководством была спроектирована и построена первая в России нефтеналивная баржа современной конструкции (длина - 170 м, грузоподъемность -18 тыс. т; позволила сократить утечки нефтепродуктов с 7-10% до 2%, снизить стоимость в 10 раз), осуществлена постройка первых стальных клепаных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов (первый построен в 1878). Разработал метод увеличения пропускной способности действующих трубопроводов путем устройства параллельного ответвления трубы на ограниченном участке трубопровода. В 70х годах XIX века он разработал и предложил метод добычи нефти с помощью сжатого воздуха (компрессорный способ - газлифт). В.Г.Шухов - автор первых форсунок, в которых в качестве топлива использовался мазут. Считается основоположником нефтяной гидравлики.
Проекты братьев Нобель: Подготовка инфраструктуры нефтяной отрасли. Мероприятия по реализации:
капиталовложения в строительство складов нефти и нефтепродуктов и создание транспортных средств установление сотрудничества с технической конторой американца А.В.Бари и Товариществом В.Г.Шухова (главного инженера этой конторы). Строительство первого в России нефтепровода. Возницы и бондари протестовали против этого, т.к. отнимали их хлеб. Но трубопровод был выгоден: дешевизна (в 10 раз) + экологическая чистота. В 1890 г суммарная вместимость металлических клепаных резервуаров составила 1974 тыс. м3(в товариществе братьев Нобель). В начале 90-х годов в Баку был построен завод по производству парафина из нефти. К1892 году добыча нефти в стране составляла около 5 млн. т. В 1866 г Шпатаковский изобрел паровую форсунку для сжигания мазута. Позже её усовершенствовали. В этой форсунке мазут распылялся водяным паром в мельчайшую пыль. Мазут в топке хорошо смешивается с воздухом и полностью сгорает. Это положило конец большому уничтожению высококалорийного топлива. В 1879 г при консультации Менделеева строится около Ярославля первый в мире завод по получению смазочных масел из мазута. В 1879 г был впервые изобретен двигатель внутреннего сгорания (Россия) после чего резко повысился спрос на бензин. К 1909 г по волге плавало 16 тысяч наливных судов с общей грузоподъемностью 3,5 тонн. Уже к 1883 году общая длина нефтепроводов в Бакинском районе достигла 96 километров, а в 1895 - 317 км.
Фильтрация пластовых жидкостей. Закон Дарси. Нелинейный закон фильтрации. Практическое применение закона Дарси (приток к скважине, интерференция скважин, взаимное вытеснение жидкостей, модель Бакли-Леверетта).
Движение жидкостей и газов, а также их смесей через твердые тела, содержащие связанные между собой поры или трещины называется фильтрацией.
Основоположником теории фильтрации стал французский ученый Анри Дарси. Он исследовал течение воды через вертикальные песчаные фильтры и в результате проведенных исследований получил формулу:
Q – расход жидкости (газа)
μ – коэффициент динамической вязкости
k – коэффициент фильтрации
F – площадь сечения через которую происходит фильтрация
ΔP/ΔL –перепад давления на образце
Дифференциальная форма записи:
Силы взаимодействия между молекулами газа, нефти, которые преодолеваются при его движении характеризуется коэффициентом динамической вязкости (ед. изм. Па*с)
Условия, нарушающие линейность закона Дарси.
1. Инертные сопротивления.
2. Возникновение турбулентных режимов течения, Образование вихрей, вызывающих дополнительные фильтрационные сопротивления.
Верхняя граница применимости закона Дарси связана с проявлением инерционных сил при высокой скорости фильтрации.
Нижняя граница связана с проявлением неньютоновских реологических свойств жидкости при взаимодействии ее со скелетом пористой среды при малых скоростях фильтрации.
При расчетах фильтрационных потоков в условиях нарушения закона Дарси используются нелинейные законы в виде одночленной степенной формулы:
где с и n – некоторые постоянные, определяемые опытным путем
n- лежит в пределах от 1 до 2, при этом, когда n=2 формула превращается в квадратичную зависимость между скоростью фильтрации и градиентом давления (формула Краснопольского), когда n=1 формула соответствует закону Дарси.
Приток жидкости к скважине (прямолинейно-параллельный поток жидкости).
; 
; 
где B-ширина пласта; h- толщина пласта; 
; при x=0; Р=Рк; с=Рк; 
- закон распределения давления
Если плоскость имеет длину L, то х=L; P=Pс; 
рк
 |
h
 |
Интерференция скважин.
При совместной работе в пласте нескольких добывающих и нагнетательных скважин изменение пластового давления, вызванное работой каждой из скважин, рассчитывается так, как еслши бы эта скважина работала одна, затем изменения давления, вызванные работой каждой скважины алгебраически суммируются по всем скважинам. При этом скорости фильтрации в любой точке пласта суммируются геометрически.
Определим потенциал течения как функцию, производная которой с обратным знаком вдоль линии тока равна скорости фильтрации
; Ф=кр/μ.
Так как точечный сток является моделью добывающей скважины, то движение вокруг него плоскорадиальное. Скорость фильтрации для такого потока определяем по форомуле:
;
но для плоскорадиального потока
;
откуда dФ=wdr=qdr/(2πr)
после интегрирования получим потенциал для точечного стока на плоскости:
; rc<r<Rk, Rk- радиус контура питания.
Потенциал в окрестности скважины-стока пропорционален логарифму расстояния r от стока (центра скважины). При большом числе скважин потенциал любой точки определяется по формуле:
Прямолинейно-параллельное вытеснение нефти водой.
Рк Рх Рс
В Н
 | |
вода нефть
Распределение давления в водоносной части пласта:
;Распределение давления в нефтеносной части пласта:
; 
Функция Бакли- Леверетта. При вытеснении нефти водой образуется зона совместного движения воды и нефти. Закон фильтрации каждой фазы можно представить в виде обобщенного закона Дарси в дифференциальной форме
wв+wн=w(t); 
Эти равенства показывают, что расход фаз зависит только от времени. 
Нефть на нефтяных месторождениях обезвоживают для:
1. существенного снижения транспортных расходов.
2. недопущения образования стабильных эмульсий, трудно поддающихся разрушению на НПЗ
3. предохранения магистральных трубопроводов от внутренних коррозионных и, наконец, закачки отделенной воды в пласт для поддержания пластового давления.
Существуют следующие основные методы разрушения нефтяных эмульсий:
1. Внутритрубная (путевая) деэмульсация;
2. Гравитационный отстой;
3. Центрифугирование;
4. Фильтрация через твердые пористые тела;
5. Термохимическая подготовка нефти;
6. Электродегидрование
Для разрушения нефтяных эмульсий широко применяются различные деэмульгаторы –ПАВ, обладающие большей активностью, чем эмульгаторы.
В межтрубное пространство эксплуатационных скважин или в начало сборного коллектора дозировочным насосом (15-20 г на 1 тонну нефтяной эмульсии) подается деэмульгатор, который сильно перемешивается с этой эмульсией в процессе ее движения до УПН и разрушает ее.
При длительном и интенсивном перемешивании эмульсии (Re>5000) на поверхность каждой капельки воды, имеющую «броню», состоящую из естественных эмульгаторов должно попасть незначительное число более эффективного ПАВ, которое и разрушает эту «броню». Потерявшие «броню» мельчайшие капельки воды коалесцируют (соединяются при перемешивании, в результате чего образуются крупные капли (d>1 мм) которые легко отделяются от нефти за счет разности плотностей в каплеобразователях и отстойниках.
Основное назначение деэмульгаторов – вытеснить с поверхностного слоя капель воды эмульгаторы – естественные ПАВ, содержащиеся в нефти (асфальтены, нафтены, смолы, парафин и мехпримеси) и воде (соли, кислоты и т.д.).
Вытеснив с поверхностного слоя капель воды природные эмульгирующие вещества, деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, в результате чего капельки воды при столкновении коалесцируют (сливаются) в более крупные капли и оседают.
Деэмульгаторы, применяемые для разрушения эмульсий делятся на две группы ионогенные (образующие ионы в водных растворах) и неионогенные (не образующие ионов в водных растворах). Первые не эффективны (нейтрализованный черный контакт, нейтрализованный черный гудрон).
К неионогенным малорастворимым деэмульгаторам относятся сепорол 508Ч, дисолван 4490, прохинор.
2. Гравитационный отстой.
Он происходит за счет разности плотностей воды и нефти в герметизированных отстойниках или сырьевых резервуарах. Гравитационный отстой может применяться также и без нагрева эмульсии, когда нефть и вода не подвергаются сильному перемешиванию, в нефти практически отсутствуют эмульгаторы (особенно асфальтены) и обводненность нефти достигает порядка 60 %. Пропускную способность отстойника рассчитывают по формуле Стокса или Ритингера, задавшись диаметром осаждающихся (всплывающих) частиц и равномерным, установившимся потоком по всему сечению отстойника.
3. Центрифугирование.
Значительную силу инерции, возникающую в центрифуге, можно использовать для разделения жидкостей с различными плотностями. Осаждение мелких капель жидкости в другой жидкости подчиняется закону Стокса, если заменить в нем g на ускорение силы инерции а
Ускорение силы инерции в центрифуге определяется из выражения:
где w- окружная скорость частички жидкости, которая определяется частотой вращения центрифуги w=2πRn, n- частота вращения центрифуги, R- внешний радиус центрифуги. Время осаждения капель воды в центрифуге:
В течение этого времени капли воды диаметром d будут полностью отделены
