ОБЗОР РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ С ЦЕЛЬЮ УЧЕТА ПРИ ИХ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТРУБОПРОВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ

Аннотация: В работе обосновывается необходимость в подборе различных вариантов транспортировки высоковязкой нефти. Существует необходимость в комплексном подходе, который позволит обосновать рациональные энергоэффективные способы транспортировки такой продукции.

Ключевые слова: высоковязкая нефть, реологические свойства, вязкость, транспортировка, трубопроводный транспорт

На сегодняшний день достаточно динамично изменяются свойства транспортируемых трубопроводным транспортом нефтей в России. Во многих нефтегазоносных провинциях продолжается постепенный ввод в разработку месторождений высоковязкой нефти и природных битумов . Также изменяются и свойства добываемых маловязких нефтей на старых месторождениях . Все это приводит к изменению качества и физических свойств добываемой и транспортируемой продукции как в пределах промыслов, так и на крупных нефтепроводах . Высокая вязкость продукции повышает энергозатраты на ее транспортировку, а содержащиеся в ней асфальтеносмолопарафиновые вещества зачастую образуют отложения на стенках трубопроводов . Таким образом, задача повышения эффективности трубопроводного транспорта высоковязкой нефти является актуальной и представляет собой серьезную научную и практическую задачу.

По состоянию на 2017 год опубликовано большое количество работ, посвященных задачам повышения эффективности транспорта вязкой продукции, обеспечение непрерывности процесса и борьбе с возникающими осложнениями как в пределах промыслов, так и на магистральных трубопроводах и иных объектах системы транспорта продукции . При этом следует рассмотреть ряд особенностей различных видов вязкой нефти и причинах ее аномального проявления в том числе и у легких малосмолистых нефтей с низким содержанием асфальтенов . На рисунке 1 представлен график зависимости вязкости парафинистой нефти (32% масс. парафинов, плотность 815 кг/м3) Петрухновского месторождения (Самарская область) от температуры.

На представленном рисунке хорошо видно, какое сильное влияние на вязкость нефти оказывает повышение температуры, особенно выше точки насыщения нефти парафином. Именно поэтому рационально транспортировать такие нефти с подогревом и при температуре выше окружающей среды, особенно в зимнее время. При этом в данном случае проблема заключается не только в значительном повышении вязкости продукции, а еще и в возможности появления и формирования асфальтеносмолопарафиновых отложений. Кроме этого, формирование кристаллизационных структур в таких нефтях подтверждается и другими видами динамических тестов, описанных в различных работах . На рисунке 2 представлены результаты исследования тиксотропных свойств нефти Петрухновского месторождения.

Данный динамический тест производится в 3 этапа: ротор ротационного вискозиметра постепенно разгоняется от 0 до 300 с-1 в течение 5 минут, затем выдерживается скорость 300 с-1 и после этого снижается с 300 с-1. Такой подход и результаты данного исследования хорошо описаны в ряде работ . При этом чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше энергии необходимо затратить на разрушение этих структур, что существенно осложняет промысловый транспорт таких нефтей и их перекачку. При этом рационально комплексное применение диспергирующих парафиновые частицы, веществ, и одновременное поддержание достаточной температуры продукции .

Высоковязкие нефти, не содержащие значительного количества парафина, также имеют высокую склонность к структурообразованию при пониженных температурах, однако кривая, описывающая изменение вязкости в зависимости от температуры, более пологая. Хорошим примером может служить высоковязкая нефть месторождения Бузбаш Самарской области. На рисунке 3 представлена зависимость вязкости высоковязкой нефти от температуры.

В нефти данного месторождения содержится мало парафинов, а высокая вязкость обусловлена смолами и асфальтенами. При этом транспортировка такой нефти также может быть осложнена ее неньютоновскими свойствами. На рисунке 4 представлены результаты динамического теста на тиксотропные свойства, который также был выполнен для нефти Петрухновского месторождения.

Как видно из представленных зависимостей, тиксотропные свойства этой нефти ослабляются с повышением температуры, что может быть полезно при проектировании системы транспорта для данной нефти. Также рациональна перекачка данной нефти с разбавителями и растворителями, подходящими ей по химическому составу.

а рисунке 5 представлены результаты исследования тиксотропных свойств нефти Усинского месторождения, выполненных М.К. Рогачевым и А.В, Колонских в Горном университете. Нефть данного месторождения тяжелая (0,969 кг/см3), высоковязкая (670 мПа·с), малопарафинистая (до 0,6% масс.), высокосмолистая (23% масс. смол и 12% масс. асфальтенов) .

Усинского месторождения от температуры