УСТРОЙСТВО ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ
WAVE ACTION DEVICE FOR OIL STOCK PREPARATION

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам для осуществления подготовки нефтяного сырья к трубопроводному транспорту и его переработке и может быть использовано на нефтепромысле для разрушения нефтепромысловых эмульсий и повышения эффективности транспортировки за счет снижения вязкости, обезвоживания нефтяного сырья и изменения углеводородного состава.
На сегодняшний день в нефтяной инженерии существует множество положительных примеров использования устройств и способов различного волнового воздействия:
- обработка эксплуатационных и нагнетательных скважин для повышения их продуктивности и увеличения нефтеотдачи пластов;
- обработка фильтров. НКТ. насосов и другого оборудования для профилактики и предотвращения образования парафиновых и других асфальто-смолистопарафиновых отложений;
- обработка участков промысловых и магистральных трубопроводов, технологических емкостей и т.п.для изменения реологических свойств нефтей и нефтепродуктов (снижение вязкости и др.);
- обработка нефтей и нефтепродуктов в процессе переработки с целями увеличения глубины и качества переработки;
- обработка сварных швов для снятия остаточных напряжений и продление срока службы сварных конструкций.
Известно устройство для подготовки высоковязких нефтепродуктов к транспорту (патент РФ 2584840, 20.05.2016), позволяющее снизить их вязкость и понизить температуру застывания. Устройство содержит корпус в виде единого проточного модуля, в котором расположены конусный струеобразователь, диспергирующая пята и немагнитная опора внутреннего ярма электромагнита, при этом выходное сопло конусного струеобразователя расположено соосно с диспергирующей пятой, внутреннее ярмо электромагнита жестко соединено с диспергирующей пятой и имеет общий сквозной канат, а на внутреннее ярмо электромагнита намотана катушка электромагнита постоянного тока, соединенная с гермовводом, при этом немагнитная опора внутреннего ярма электромагнита установлена за диспергирующей пятой. Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции, длительный период обработки и применимость только для парафинистых нефтей, причем значительный эффект по улучшению реологических свойств проявляется только при температурах близких к температурам застывания нефти.
Существует устройство для магнитной обработки потока текучей среды (патент РФ 2447262, 10.04.2012), содержащее, по меньшей мере, одну согласованную пару соединенных магнитов противоположной полярности из редкоземельных металлов, при этом каждый упомянутый магнит имеет радиально внутреннюю и внешнюю изогнутые поверхности, проходящие вдоль оси в продольном направлении и заканчивающиеся в поперечном направлении с образованием пары плоских поверхностей, соединяющих упомянутые внутреннюю изогнутую поверхность с упомянутой внешней изогнутой поверхностью, причем каждый магнит является диаметрально заряженным и имеет внутреннюю и внешнюю изогнутые поверхности, имеющие одинаковую полярность, и пару плоских поверхностей, имеющих одинаковую полярность, но противоположную полярности изогнутых поверхностей, при этом пара магнитов соединена посредством совмещения упомянутых противоположно заряженных плоских поверхностей, посредством чего поток текучей среды, проходящий относительно упомянутой пары соединенных магнитов, подвергается воздействию магнитного поля. К недостаткам данного устройства можно отнести, что оно нацелено на уменьшение образования твердых отложений применительно к добыче нефти с целью улучшения эксплуатационных характеристик штанговых насосов. Помимо этого авторы не приводят данных по влиянию магнитной обработки на реологические свойства и время релаксации нефтяных сред.
Наиболее близким аналогом является устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения (патент РФ 2382933, 27.02.2010). Устройство содержит две секции - микроволновую и ультразвуковую, образующие единый модуль обработки. При этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круговым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачный материал для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну. Труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы. Недостатками данного устройства являются большие энергозатраты и его использование только для сильно обводненных нефтей (содержание воды в нефти 46-52% масс.). В результате обработки таких нефтей в ультразвуковой секции могут образоваться устойчивые водонефтяные эмульсии, которые на следующей стадии подготовки нефти потребуют дополнительных затрат для их разрушения и обезвоживания.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства волнового воздействия для подготовки нефтяного сырья, характеризующегося простотой конструктивного исполнения и обеспечивающего улучшение физико-химических свойств, изменение реологических свойств и увеличение степени обезвоживания нефтяного сырья с целью снижения затрат на его транспортировку и дальнейшую переработку.
В зависимости от требуемых задач техническим результатом изобретения является возможность изменения углеводородного состава, разрушения нефтепромысловых эмульсий, снижения вязкости и содержания сульфида железа и воды при обработке нефтяного сырья в заявляемом устройстве.
Конструкция патентуемого устройства волнового воздействия представлена на чертеже (фиг. 1), где
1 - ультразвуковой блок;
2 - электромагнитный блок;
3 - магнитный блок;
4 - волновод-излучатель;
5 - трубка-активатор;
6 - протяженный электромагнит (соленоид);
7 - протяженный кольцевой постоянный магнит;
8 - фланцевое соединение;
9 - штуцер для ввода реагента;
10 - входная смесительная камера;
11 - выходная смесительная камера.
Технический результат достигается за счет устройства волнового воздействия (фиг. 1), включающего три взаимозаменяемых блока (ультразвуковой блок 1, электромагнитный блок 2 и магнитный блок 3), расположенных между смесительными камерами 10 и 11. Ультразвуковой блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенными внутри волноводами-излучателями 4 (не менее двух), передающими ультразвуковые колебания от магнитострикционных преобразователей в обрабатываемую среду. Отличительной особенностью ультразвукового блока от существующих конструкций является размещение волноводов-излучателей перпендикулярно потоку движения жидкости. Электромагнитный блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенным внутри каналом из трубок-активаторов 5. Трубка-активатор 5 представляет собой металлическую трубу, помещенную в протяженный электромагнит (соленоид) 6, питаемый переменным током напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Магнитный блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенным внутри каналом из трубок-активаторов 5. Трубка-активатор 5 представляет собой металлическую трубу, помещенную в протяженный кольцевой постоянный магнит 7. Отличительной особенностью магнитного блока от существующих конструкций является сборка кольцевого постоянного магнита из восьми составных частей, размещенных вокруг металлической трубы. Каждая составная часть представляет собой усеченную пирамиду с вершиной 45°. Количество трубок-активаторов в магнитном и электромагнитном блоках будет варьироваться в зависимости от скорости потока и внутреннего диаметра трубы. Длина блоков будет зависеть от физико-химических свойств и углеводородного состава исходного нефтяного сырья. Между собой блоки крепятся через фланцевые соединения 8.
Поставленная задача решается путем прокачивания нефтяного сырья через заявленное устройство с последовательной активацией в блоках волнового воздействия. В зависимости от требуемой задачи, физико-химических свойств и характеристик нефтяного сырья подбирается последовательность соединения блоков и в каждом из них устанавливаются рабочие параметры для эффективной обработки. Использование фланцевых соединений позволяет производить сборку блоков установки волнового воздействия или их перестановку в необходимой последовательности. Возможны два варианта сборки: два блока или три блока. Магнитный блок перед отсоединением не требует каких-либо дополнительных действий, в то время как для ультразвукового и электромагнитного блока необходимо вначале прекратить подачу электроэнергии и отсоединить блоки от источников питания.
Нефтяное сырье по своим коллоидно-химическим свойствам является дисперсной системой со сложной внутренней организацией и способно изменяться под воздействием различных внешних факторов. Принцип действия устройства основан на различных эффектах воздействия на нефтяные дисперсные системы, создаваемых физическими полями. При ультразвуковом воздействии в результате кавитации происходит образование и схлопывание пузырьков газа в жидкой среде, что сопровождается локальным увеличением температуры и давления и образованием большого количества ударных волн. Результатом этого является интенсификация процессов переноса тепла и массы, разложение высокоплавких высокомолекулярных парафинов и разрушение агрегатов смолисто-асфальтеновых веществ, вследствие чего изменяются физико-химические (эксплуатационные) свойства нефтяного сырья. При магнитной обработке изменение реологических и физико-химических свойств нефтяного сырья основано на различной поляризуемости и магнитной восприимчивости структурообразующих компонентов нефтяной дисперсной системы. Под действием магнитного поля происходит изменение направления спинов молекул и нарушение устойчивости системы (значительные структурные преобразования, наблюдаются для нефтяных образцов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ, связаны преимущественно с процессом распада ассоциатов и высокомолекулярных соединений), сопровождающееся образованием новых парамагнитных и антиоксидантных центров.
Ультразвуковая и магнитная обработка нефтяного сырья в различных сочетаниях позволяет повысить эффективность изменения реологических и физико-химических свойств и реализуется в использовании предлагаемого устройства.
В заявленном устройстве с целью повышения эффективности процессов предусмотрена возможность ввода реагента, для этого в смесительных камерах 10 и 11 предусмотрен штуцер 9. Ввод реагента в сочетании с волновой обработкой позволит разрушать высокоустойчивые водонефтяные эмульсии, например, стабилизированные гелеобразными ассоциатами, увеличивать степень снижения вязкости и время релаксации.
Устройство имеет универсальную конструкцию и может быть размещено либо на нефтепромысле врезкой в трубопровод, либо автономно.
Пример. Тестирование по оценке эффективности применения волнового воздействия (ПМ - постоянное магнитное поле, ЭМ - электромагнитное поле, УЗ-ультразвуковые колебания) проводилось на опытно-лабораторной установке с различными образцами нефтяного сырья (табл. 1).