УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ И УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
PLANT FOR OIL AND OIL PRODUCTS VISCOSITY DECREASE USING MICROWAVE AND ULTRASONIC RADIATION COMPLEX TREATMENT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при проектировании промысловых и магистральных трубопроводов, а также при транспортировке нефти на терминалах.
Известно снижение вязкости нефти в системах трубопроводов, которое производится с применением:
- термообработки. Для этого используются жаровые трубы, на поверхности которых температура нефти больше, чем в остальном объеме, что приводит к структурным изменениям, ухудшающим ее характеристики;
- добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ). Этот способ не является универсальным, так как эффект снижения вязкости зависит от химического состава нефти, что требует «индивидуального» подбора ПАВ;
- смешивание нефти высокой вязкости с нефтью, имеющей низкую вязкость, т.е. легкой. Такой способ экономически невыгоден и, кроме этого, предусматривает наличие легкой нефти на промыслах, что не всегда выполняется.
Известно устройство уменьшения вязкости нефтепродукта в виде ультразвуковой антенны или фазированной антенной решетки. Сфокусированным ультразвуковым излучением проводят сканирование по всему объему нефтепродукта (см. заявку на изобретение РФ №93047039, МПК F17D 1/16).
Данное решение технически труднореализуемо и осуществляется только за счет звуковой энергии, что требует больших энергетических затрат на ее получение. В этом случае воздействие идет на холодную нефть, в которой еще сильны связи между ее структурными образованиями.
Известно, что для снижения вязкости нефти можно использовать источник высокочастотного электромагнитного поля (см. Ширяева Р.Н., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н, Сагитова Ч.Х. О реологических свойствах нефтей с высоким содержанием смол и асфальтенов. Химия и технология топлив и масел, №3, 2006).
Недостаток заключается в том, что использование только высокочастотного электромагнитного поля для улучшения реологических свойств нефтей с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ не всегда целесообразно. Обычный термонагрев может давать лучше результаты, что, по-видимому, связано с поляризацией смолистых компонентов в электромагнитном поле и, как следствие, образование крупных ассоциатов, увеличивающих вязкость нефти.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей полевой обработки нефти путем комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения.
Техническим результатом изобретения является возможность снижения вязкости нефти и нефтепродуктов с высоким содержанием смол, асфальтенов и парафинов.
Поставленная задача решается тем, устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки, при этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри каждого металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну, труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы.
Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода выбраны из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.
Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода подбираются из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.
Изобретение поясняется чертежом фрагмента установки, где
1 - круглый волновод;
2 - окно связи;
3 - рупорный излучатель;
4 - труба из радиопрозрачного материала;
5 - магнитострикционный излучатель;
6 - колонна модуля ультразвуковой обработки;
7 - фланцы.
Установка состоит из секции микроволновой обработки, содержащей круглый волновод 1, в который поступает через окна связи 2 микроволновая энергия от магнетронных генераторов (на чертеже не показаны), каждый из которых подключен к рупорным излучателям 3, установленным на круглом волноводе с коаксиально расположенной внутри него трубой 4 из радиопрозрачного материала, и модуля ультразвуковой обработки, содержащего цилиндрические магнитострикционные излучатели 5 запрессованными внутрь каждого излучателя металлическими стаканами, которые сваркой соединены в трубу 6. Трубы 4 и 6 стыкуются через фланец 7. Рубашки охлаждения магнитострикционных излучателей на чертеже не показаны.
Установка работает в проточном режиме. Движущийся поток нефти сначала проходит зону воздействия микроволнового поля, а затем ультразвукового воздействия. Возможна и обратная последовательность обработки.
Действие ее основано на следующих факторах.
Асфальтены в нефти находятся в коллоидном состоянии. Полярные компоненты смол, адсорбируясь на поверхности частиц асфальтенов, образуют сольватные оболочки, способствующие объединению асфальтеновых частиц в крупные агрегаты. В микроволновом поле дипольные молекулы смол совершают колебательные движения, что приводит к появлению термоупругих напряжений в сольватной оболочке, которые вызывают понижение ее прочности и разрушение. В результате этого процесса вероятность слипания асфальтеновых ядер в крупные агрегаты уменьшается и, как следствие, уменьшается вязкость.
Кавитационные эффекты, возникающие при воздействии ультразвука на нефть, препятствуют объединению поляризованных ассоциатов в крупные структуры, диспергируя их на более мелкие группы молекул. Обработка нефти микроволновым полем и ультразвуком позволяет получать пониженное значение ее вязкости, сохраняющиеся в течение длительного промежутка времени - несколько суток.
Пример. Проверка описываемого способа на пилотной установке производительностью 2 литра/мин выполнялась с образцами нефти Щельяюрской группы, физико-химические характеристики которой даны в таблице 1.
Реологические свойства исследовались на вибрационном вискозиметре SV-10.
В качестве источников микроволнового излучения использовались магнетронные генераторы мощностью 1000 Вт каждый, работающие на частоте 2450 МГц. В качестве источников ультразвука использовались серийные магнитострикционные излучатели от установки УПХА-Р16, работающие на частоте 16 кГц. Нефть транспортировалась по трубе с внутренним диаметром 76 мм.
Образцы нефти, после одного прохождения ее через модуль обработки, помещались в термостат на 46 часов, после чего проводились измерения вязкости, результаты которых приведены в таблице 2. Получено, что независимо от физико-химического характера нефти оптимальным вариантом является ее комплексная обработка микроволновым излучением и ультразвуковым воздействием.
Таблица 1
Показатели
Макарьельское месторождение
Низевое месторождение
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
869,8
885,7
Содержание % (масс)
воды
46,2
52,3
парафинов
1,37
5,71
асфальтенов
2,54
6,65
смол
8,72
7,12
Таблица 2
Способ обработки
Снижение вязкости в % относительно исходного состояния
Макарьельское месторождение
Низевое месторождение
Микроволновая энергия
16
12
Ультразвук
11
8
Комбинированное
воздействие микроволн
33
23
и ультразвука
Предлагаемая конструкция обеспечивает распределенное в пространстве микроволновое излучение, которое позволяет получить длительную обработку нефти и, в совокупности с кавитационными эффектами ультразвука, синергетический результат. При необходимости часть магнетронных генераторов или магнитострикционных излучателей отключаются, что позволяет экономно использовать электроэнергию. Если обработка нефти одним модулем не дает эффекта снижения вязкости до требуемой величины, число модулей увеличивается, что представляет собой простую операцию стыковки труб через фланцевые соединения.