Существующие способы применения микроволновой энергии в нефтегазовом деле

разделении ресурсов происходит сокращение затрат на инфраструктуру и увеличение способности к пиковой нагрузке.

Распространение данных, доступность оборудования, гетерогенность программного обеспечения, а также огромный объем научных проблем, влияют на потребность в более доступных вычислительных ресурсах [3]. В заключение выделим несколько основных особенностей. Перечислим основные этапы проектирования системы: разработка концептуальной модели ИС предприятия, сформулированной в терминах предоставления и потребления ресурсов. Далее - постановка задач проектирования архитектуры гетерогенной ИС, базирующейся на современных АПС построения ИС. Затем разрабатываются модели структур для дальнейшего синтеза имеющихся гетерогенных ИС. После этого происходит построение вычислительных моделей параметров проектирования ИС, позволяющих определять значения параметров для решения задачи выбора оптимальной альтернативы. На основе проведенных теоретико-практических изысканий производится практическая разработка гетерогенной ИС, дальнейшие тестирование и отладка созданной ИС.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16-01-00390А.

Список литературы / References

1. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений // Издательский дом «Вильяме», 2007. 544 с.

2. Остроух Е.Н. и др. Решение задачи моделирования бизнес-процессов IT-компании с использованием метода роевого интеллекта // Междунар. научно-исслед. Журнал, 2017. № 9 (63). С. 53-57.

3. Васильев П.В., Подколзина Л.А. Система распределенных вычислений на основе гетерогенных вычислительных ресурсов в задаче распознавания образов // Инновационные технологии в науке и образовании «ИТНО-2017»: сб. науч. тр. междунар. научно-метод. конф. 12-15 сентября 2017. Ростов н/Д, 2017. С. 47-51.

4. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Интеллектуальные информационные технологии: // Учеб. пособие. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 304 с.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ В НЕФТЕГАЗОВОМ ДЕЛЕ Фицнер А.Ф. Email: Fitsner647@scientifictext.ru

Фицнер Артём Фёдорович — магистрант, Институт природных ресурсов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск

Аннотация: в данной статье анализируются существующие методы и способы, основанные на применении сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии в нефтегазовой индустрии, а именно в области добычи высоковязких трудноизвлекаемых нефтей, переработки и их транспорта. Рассматриваются особенности технологии СВЧ-нагрева вязких жидкостей для избегания закупорок трубопроводов, интенсификации добычи и их эффективности в сравнении с традиционными методами. В настоящее время СВЧ-технологии не получили широкого применения в данной области, хотя её перспективы могут быть весьма огромными, что подтверждается тематическим поиском.

Ключевые слова: СВЧ-излучение, СВЧ-энергия, микроволны, нагрев, нефть, добыча, переработка нефти, транспорт.

EXISTING METHODS OF MICROWAVE ENERGY APPLICATION IN

OIL AND GAS INDUSTRY Fitsner A.F.

Fitsner Artyom Fyodorovich — Master's Degree Student, INSTITUTE OF NATURAL RESOURCES NATIONAL RESEARCH TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY, TOMSK

Abstract: in the article existing approaches and methods based on the application of microwave (UFH) energy in the oil and gas industry for such aims as obtaining of viscous oils, their refining and transportation are analyzed. Features of microwave heating technology for viscous fluids for avoiding pipeline closures, intensification of production and their effectiveness in comparison with traditional methods are considered. At present, microwave technologies have not been widely used in this field, although its prospects can be very large, as evidenced by the thematic search.

Keywords: ultra-high frequency(UFH) emission, UFH energy, microwaves, heating, oil, oil refining, transport.

УДК 62-1/-9

Развитие мощных источников СВЧ энергии и научные исследования воздействия микроволн на разные материалы открыли широкие перспективы для промышленного применения СВЧ техники и технологий. Рост стоимости электроэнергии и высоких требований к охране окружающей среды постепенно вносят изменения в традиционные процессы добычи, транспортировки и переработки нефти с целью минимизации затрат.

К настоящему времени накоплен большой опыт использования микроволнового излучения в разных отраслях промышленности, науке, медицине, технике и быту. Перспективные планы развития топливно -энергетической отрасли требуют от работников нефтяной промышленности дальнейшего увеличения добычи нефти и сокращений расходов на её транспортировку и переработку.

Применение высокочастотного электромагнитного излучения является перспективным способом интенсификации добычи вязких нефтей и переработки углеводородного сырья. Свидетельством этому служат результаты лабораторных и промысловых испытаний [1]. Также практическое использование данной технологии в промышленной сфере имеет место в США и Канаде [2].

В работе [3] предложен способ подогрева тяжелых нефтей, который позволяет повысить эффективность их слива из железнодорожных цистерн. Данный способ заключается в нагревании объема нефти посредством СВЧ- или ИК-излучения, что обеспечит значительную экономию тепловой энергии, требуемой для нагрева тяжелых нефтей в холодное время года.

Микроволновое излучение является альтернативным, экономичным и эффективным способом извлечения тяжелой нефти. В [4] проведено исследование по СВЧ нагреву пласта, были рассмотрены параметры, влияющие на процесс добычи: пористость; насыщенность породы водой; проницаемость; смачиваемость; вязкость и плотность. Было произведено сравнение двух методов нагрева: непрерывного и периодического.

В работе [5] рассчитаны параметры системы СВЧ-нагрева на примере конкретного нефтеналивного судна. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при СВЧ-нагреве с частотой генератора 915 МГц по отношению к разогреву паром время разогрева сокращается в 3-5 раз. Благодаря отсутствию труб обогревателей полезный объем ёмкости становится больше и не затрудняется механизация очистных работ. Снижаются и энергозатраты: при СВЧ-нагреве битумов и гудронов - в десятки раз, при нагреве мазутов и моторных масел до 5 раз.

Имеет место применение микроволнового излучения в процессе глубокой переработки нефти и крекинга [6]. Рассмотрено каталитическое воздействие СВЧ-излучения на процессы радиационно-волнового крекинга и установлено, что под влиянием высокочастотного воздействия происходит деструкция молекул исходного сырья с образованием молекул, содержащих светлые фракции бензина и керосина.

В последнее время появилось направление применения СВЧ ЭМ поля, характеризующееся не только «тепловым», но и «нетепловым» воздействием и заключающееся в увеличении скорости процессов при облучении СВЧ. Нефтедобыча неизбежно сопровождается образованием водонефтяных эмульсий, их разделение и переработка является главной задачей промысловой подготовки нефти [7]. В [8] проведено сравнение высокочастотного и сверхвысокочастотного электромагнитного воздействия на водонефтяную эмульсию. Установлено, что расслоение водонефтяной эмульсии происходит эффективнее при высокочастотном электромагнитном воздействии в случае нахождения частоты воздействия в области диэлектрических параметров объекта, в противном случае воздействие СВЧ-полем является более эффективным. Так же при СВЧ-воздействии наблюдается увеличение капель воды и их слияние.

В [9] исследована возможность увеличения эффективности процесса обезвоживания нефти при использовании реагентов-деэмульгаторов совместно с СВЧ-волнами. Отмечается, что

нагрев с помощью микроволн может значительно увеличить степень разрушения водонефтяной эмульсии и сократить время процесса обезвоживания.

Технология микроволнового нагрева применима для нефте- и продуктопроводов с целью разрушения асфальто-парафинистых пробок [10]. Для решения той задачи трубопровод может рассматриваться как волновод, что не является эффективным ввиду значительных затуханий волн в среде, приводящих к уменьшению скорости прогрева пробок из-за неравномерного распределения энергии вдоль трубопровода. Предлагается использовать специальную систему, состоящую из узла и компактного микрополоскового волновода, расположенного на внутренней части диэлектрического покрытия трубопровода.

В настоящее время наибольшее распространение получила «горячая» перекачка высоковязких нефтей, а также транспортировка их в виде искусственных смесей с маловязкими нефтями, нефтепродуктами, газовым конденсатом и т.д. Однако, при «горячей» перекачке сжигается большое количество транспортируемого сырья и идёт загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. Кроме того, оборудование для нагрева имеет низкую энергоэффективность и надёжность. Созданию смесей может препятствовать отсутствие ресурсов маловязких растворителей. Получение растворителя в результате термодеструкции высоковязкой нефти сопряжены с затратами на создание нефтеперерабатывающих установок на головной нефтеперекачивающей станции трубопровода, а также с потерей качества нефти как сырья. В [11] приведено сравнение стоимости сжигаемой нефти для поддержания рабочей температуры нефтепровода со стоимость электрической энергии, необходимой для этой же цели. При стоимости нефти ~ 100 долларов за баррель, а киловатт-час ~1,5 рубля экономия составляет более чем 60%. Беря во внимание экологические нормы, выброс продуктов сгорания может оказаться весьма дорогостоящей операцией. В [12] исследовались процессы, связанные с фазовыми переходами и движением границы раздела фаз в нефти в пласте при её нагреве объёмными источниками тепла, приведены математические модели. Нагрев пласта ЭМ ВЧ существенно влияет на расширение границы зоны фильтрации в породе и на расход добываемой нефти, который увеличится [13].

СВЧ электротермия в нефтяной промышленности используется для разрушения водонефтяных эмульсий, очистки насосно-компрессорных труб от асфальтосмолопарафиновых отложений, повышения нефтеотдачи из природных пластов, добычи нефти из нефтешлама и песчаника и еще для ряда задач. СВЧ-электротермия имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями нагрева: это объёмный экологически чистый нагрев, который имеет высокий коэффициент преобразования СВЧ-энергии в тепловую и избирательность нагрева. В многокомпонентной смеси будут разогреваться те части, которые имеют большие диэлектрические потери.

Подводя итоги литературного обзора, можно сделать вывод, что обработка материалов СВЧ-полем имеет большое количество перспективных преимуществ по сравнению с традиционным нагревом: сокращение времени, более качественный объёмный нагрев; экономия энергозатрат благодаря более высокому КПД; отсутствие загрязнения окружающей среды; незначительные расходы на содержание и ремонт СВЧ-установок. Генераторное оборудование полностью электронное, работает безынерционно, благодаря этому можно мгновенно изменять уровень мощности и момент её подачи.

Список литературы / References

1. Саяхов Ф.Л., Бабалян Г.А., Чистяков С.И. О высокочастотном нагреве призабойной зоны скважин // Нефтяное хозяйство, 1970. № 10. С. 49-52.

2. Vermeulen, F., McGee, B. In situ electromagnetic heating for hydrocarbon recovery and environmental remediation // J. Can. Pet. Technol. V. 39, 2000. P. 25-29.

3. Галанов Е.К., Яковенко Е.К., Филатов М.К., Кытин Ю.А. Применение СВЧ- и ИК-излучения для повышения эффективности слива тяжёлых нефтей // Известия Петербургского университета путей сообщения, 2006. Вып. № 2. С. 118-123.

4. Qagdas Acar. Enhancing petroleum recovery from heavy oil fields by microwave heating // A thesis sub,itted to the graduate school of natural and applies sciences of Middle East Technical University. June, 2007.

5. Мазунин А.Е. Использование энергии сверхвысоких частот при нагреве высоковязких продуктов в нефтеналивных судах / А.Е. Мазунин // Вестник Астраханского государственного технического университета, 2007. № 6. С. 87-89.

6. Джандосова Ф.С., Забиняк В.Г., Шаехов М.Ф. Использование СВЧ-излучения в процессе глубокой переработки нефти и нефтепродуктов на основе технологии радиационно-волнового крекинга / Вестник Казанского технологического университета, 2013. № 4. С. 179-182.

7. Плохова С.Е., Елпидинский А.А. Изучение влияния моющих ПАВ на деэмульгирующую эффективность неионогенных ПАВ / Вестник Казанского технологического университета, 2013. № 10. С. 271-272.

8. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Мусин А.А., Фатхуллина Ю.И. Применение ВЧ и СВЧ электромагнитных полей при подготовке нефти и переработке нефтяных шламов. [Электронный ресурс]. // Электронный научный журнал «Георесурсы. Геоэнергетика. Геополитика».

9. Гимазова Г.К., Елпидинский А.А. Изучение влияния микроволнового воздействия на деэмульгирующую эффективность реагентов / Вестник КФУ, 2014. № 3. С. 283-285.

10. МорозовН.Н., Кашкатенко Г.В. Микроволновый разогрев нефтепродуктов в трубопроводах / Вестник МГТУ, 2010. Т. 13. № 4/2. С. 974-976.

11. Морозов Н.Н. Разработка СВЧ-технологии защиты трубопровода от закупорок при транспортировке вязких жидкостей / Вестник МГТУ, 2013. Т. 16. № 1. С. 135-136.

12. Хасанова А.Ф., Саитов Р.И. Исследование эффективности способа разогрева нефтяного пласта электромагнитным излучением СВЧ-диапазона / Символ науки, 2015. № 6. С. 57-59.

13. Хайдар А.М. Расчётные исследования фильтрации вязкопластичной нефти при электромагнитном нагреве. [Электронный ресурс] // Сетевое издание «Нефтегазовое дело».