СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ВЫСОКОВЯЗКОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА
METHOD FOR VISCOSITY REDUCTION OF HIGH-VISCOSITY OIL STOCK FOR PIPELINE TRANSPORT

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения эффективности перекачивания высоковязкого нефтяного сырья по трубопроводу.
В связи с увеличением добычи тяжелых высоковязких нефтей стоит вопрос об уменьшении затрат на ее транспортировку. На сегодняшний день для улучшения реологических характеристик высоковязких нефтей (снижение вязкости) в трубопроводном транспорте используют добавление химических присадок, термообработку, разбавление высоковязкой нефти более легкими фракциями. Однако применение данных способов имеет ряд недостатков: применение химических присадок не является универсальным, так как эффект снижения вязкости зависит от химического состава нефти, что требует «индивидуального» подхода для подбора присадок; при термообработке используются жаровые трубы, на поверхности которых температура нефти больше, чем в остальном объеме, что приводит к структурным изменениям, ухудшающим ее характеристики, а также данный способ энергозатратный; способ смешивания высоковязкой нефти с легкой нефтью экономически невыгоден и, кроме того, предусматривает наличие легкой нефти на промыслах, что не всегда выполнимо. Также активно развивается использование физических методов (возбуждения в нефтяной среде упругих колебаний) различной природы: электрических, магнитных, сверхвысокочастотных, ультразвуковых, механических. Устройства и способы воздействия на нефтяное сырье посредством акустических колебаний, в общем случае, включают в себя передачу колебательной энергии к флюиду с помощью источника механических колебаний, взаимодействующих с флюидом, который может быть обеспечен с помощью механического, электромеханического, магнитострикционного, пьезоэлектрического (Патент РФ 2616683, 18.04.2017; Патент РФ 2612238, 03.03.2017), гидродинамического (Патент РФ 2584840, 20.05.2016), или другого типа источника акустической вибрации. Такие устройства и способы, в основном, используются в нефтедобыче для увеличения нефтеотдачи пласта и в трубопроводном транспорте для снижения вязкости флюида. Поэтому использование волновых методов воздействия является перспективным и эффективным способом для изменения вязкости нефтяного сырья с целью повышения эффективности его перекачивания без больших материальных и энергетических затрат.
Известен способ транспортировки высоковязких нефтепродуктов по трубопроводу (Патент РФ 2350830, 27.03.2009 г.), заключающийся в том, что на нефть воздействуют акустическими колебаниями, причем акустические колебания прикладывают в определенных точках воздействия по длине трубопровода через равные интервалы, при этом акустические колебания подводят к нефти, а воздействие на нефть в процессе перекачки осуществляют многочастотным акустическим сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют условию перекрытия резонансов, или, по второму варианту воздействия, многочастотным акустическим широкополосным сигналом со сплошным спектром частот. Недостатком данного способа является необходимость подведения ультразвуковых колебаний внутрь трубопровода, что приводит к нарушению его целостности. При этом, для создания широкополосного сигнала нужной интенсивности, необходимы большие энергозатраты.
Известен способ ультразвукового и электромагнитного комбинированного воздействия для снижения вязкости нефти (Патент CN 105423130, 23.03.2016), как наиболее близкий аналог предлагаемому способу, заключающийся в том, что колебательный контур посыпает сигнал с частотой 25 кГц к двум ультразвуковым преобразователям, чтобы генерировать ультразвуковые волны; система управления посылает импульсный сигнал на катушку индуктивности, чтобы создать внутри нефтепровода высокочастотные колебания; два ультразвуковых преобразователя и колебательный контур генерируют высокочастотный резонанс таким образом, что предотвращается кристаллизация парафинов и под действием магнитного поля уменьшается вязкость сырой нефти.
Известному способу ультразвукового и электромагнитного комбинированного воздействия, предназначенному для снижения вязкости нефти с высоким содержанием парафинов, присущ такой недостаток как высокий уровень сложности применяемого оборудования для его реализации.
Технической задачей, для решения которой предлагается настоящее изобретение, является создание простой и эффективной технологии снижения вязкости высоковязкого нефтяного сырья, характеризующегося содержанием смолисто-асфальтеновых веществ более 25% масс.
2
2
Технический результат достигается тем, что в способе снижения вязкости нефтяного сырья в проточном режиме, заключающемся в комбинированной обработке сырья, осуществляют воздействие ультразвуковыми колебаниями с частотой излучения 22±10% кГц и мощностью 2-4 кВт и магнитное воздействие, создаваемое постоянными магнитами с индукцией 1,02 Тл или соленоидом, создающим электромагнитное поле с индукцией 0,1-0,3 Тл. Для нефтяного сырья с вязкостью более 2000 мм/с применяют магнитное воздействие, создаваемое самарий-кобальтовыми постоянными магнитами. Для нефтяного сырья с вязкостью до 1500 мм/с используют магнитное воздействие, создаваемое соленоидом.
Преимуществами предлагаемого способа являются возможность комбинации волновых воздействий с оптимальными параметрами обработки для требуемого снижения вязкости, подбираемых в зависимости от состава и физико-химических свойств перекачиваемого нефтяного сырья; простота изготовления и обслуживания оборудования, используемого для реализации способа, в том числе в сложных эксплуатационных условиях за счет использования самарий-кобальтовых магнитов, способных создавать сильные магнитные поля при малых габаритах и выдерживать высокие давления и температуру.
В соответствии с предлагаемым способом изменения вязкости высоковязкого нефтяного сырья для трубопроводного транспорта осуществляют комбинированное волновое воздействие на перекачиваемую нефть. В зависимости от состава и физико-химических свойств нефтяного сырья подбираются комбинации и параметры волнового воздействия (ультразвукового, магнитного, электромагнитного) для его обработки с целью получения наилучшего результата по снижению вязкости, тем самым уменьшая энергозатраты на перекачивание.
Ультразвуковая обработка высоковязкого нефтяного сырья с повышенным содержанием смол и асфальтенов приводит к эффективному долговременному снижению вязкости нефти за счет разрушения структуры асфальтенового ядра дисперсной фазы и препятствует объединению ассоциатов в более крупные структуры.
Воздействие внешнего магнитного поля приводит к значительным структурным преобразованиям, наблюдаемым для высоковязкого нефтяного сырья с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ, которые связаны преимущественно с процессом распада ассоциатов и молекул, сопровождающимся образованием новых антиоксидантных и парамагнитных центров, снижением вязкости.
В качестве высоковязкого нефтяного сырья используют нефть Татарстана с характеристиками, представленными в таблице 1.
Для реализации способа используют проточную установку волнового воздействия, состоящую из двух блоков - ультразвукового и магнитного, причем магнитный блок включает два блока (блок с постоянными магнитами и блок с электромагнитами). При этом, в зависимости от расхода, свойств и характеристик высоковязкого нефтяного сырья и требуемой степени снижения вязкости, используют одну из комбинаций с определенными параметрами воздействия: ультразвуковой блок и блок с постоянными магнитами или ультразвуковой блок и блок с электромагнитами.
3
Способ проводят следующим образом: высоко вязкое нефтяное сырье по трубопроводу поступает в проточную установку с определенной комбинацией блоков, где в каждом из блоков сырье подвергается определенному виду воздействия (ультразвуковое, магнитное или электромагнитное) и перекачивается далее по трубопроводу с уже более низкой вязкостью. При этом расход сырья варьируют от 3 до 16 м/ч в зависимости от свойств и характеристик сырья.
2
3
Пример 1. Для образца №1 с вязкостью более 2000 мм/с осуществляли обработку в проточном режиме при расходе 3-3,5 м/ч. По трубопроводу образец №1 поступал в первый блок установки, где подвергался воздействию ультразвуковыми колебаниями с частотой 22±10% кГц и мощностью 4 кВт. Далее сырье поступало во второй блок, где осуществлялась обработка постоянным магнитным полем, создаваемым самарий-кобальтовыми магнитами, с индукцией 1,02 Тл. В результате такая комбинированная обработка позволила достигнуть степени снижения вязкости 15-20%.
2
3
Пример 2. Для образца №2 с вязкостью 1000-1500 мм/с осуществляли обработку в проточном режиме при расходе 15-16 м/ч. По трубопроводу образец №2 поступал в первый блок установки, где подвергался воздействию ультразвуковыми колебаниями с частотой 22±10% кГц и мощностью 2 кВт. Далее сырье поступало во второй блок, где осуществлялась обработка электромагнитным полем, создаваемым соленоидом, с индукцией 0,1-0,3 Тл. В результате такая комбинированная обработка позволила достигнуть степени снижения вязкости 10-15%.