Повышение эффективности применения средств и методов борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями в процессе транспорта нефти по магистральным трубопроводам

УДК 622.692.4

Повышение эффективности применения средств и

МЕТОДОВ борьбы С АСФАЛЬТОСМОЛОПАРАФИНОВыМИ ОТЛОЖЕНИЯМИ В ПРОЦЕССЕ ТРАНСПОРТА НЕФТИ

по магистральным трубопроводам

Развитие нефтяной промышленности России на современном этапе характеризуется снижением качества сырьевой базы. В процессе эксплуатации нефтепроводов на внутренней поверхности труб образуются асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО). В результате процесс транспортировки нефти осложняется комплексом проблем.

Наиболее острой проблемой по борьбе с АСПО является выбор рациональных и оптимальных методов и средств очистки внутренней поверхности нефтепроводов с точки зрения повышения эффективности качества очистки, снижения стоимости на проведение указанных работ и определения периодичности проведения очистных работ. Накопление АСПО приводит к снижению пропускной способности нефтепроводов и увеличению давления в процессе эксплуатации. Кроме того отложения на внутренней поверхности труб существенно влияют на достоверность результатов внутритрубной ультразвуковой дефектоскопии.

Борьба с АСПО в процессе транспорта ведётся по двум основным направлениям: предотвращение отложений и удаление уже сформировавшихся отложений.

Выбор рациональных и оптимальных способов борьбы с АСПО и оценка эффективности различных методов зависит от многих факторов, в частности от фракционного состава твёрдых углеводородов в нефти, её физических и реологических свойств, температурного режима перекачки, длительности парафинизации, высокомолекулярных составляющих потока, конструктивных особенностей трубопровода (особенно шельфовых месторождений) и т.д.

Кроме того, все известные методы борьбы с АСПО ограничиваются в зависимости от условий конкретных месторождений, то есть при выборе способа борьбы с отложениями в трубопроводах транспортирующих нефти конкретных месторождений и их смесей необходим индивидуальный подход к решению поставленной задачи. Проблема с АСПО на объектах добычи и транспорта нефти остается актуальной и требует дальнейшего усовершенствования методов по ее разрешению.

Многолетняя практика эксплуатации нефтепроводов, транспортирующих парафинистую нефть, показала, что без проведения работ по предотвращению и удалению АСПО в трубопроводах нельзя эффективно решать вопросы оптимизации процесса транспорта парафинистой нефти.

Для борьбы с отложениями в нефтепроводах в настоящее время применяют различные способы: механические (использование различных по конструкции и материалу скребков и поршней); тепловые (промывка горячим теплоносителем, электропрогрев); физические (основаны на физических воздействиях на транспортируемый продукт); химические (закачка растворителей и ингибиторов, применением моющих препаратов, очистка с помощью гелеобразных поршней).

к.И. ХАсАНОВА, аспирант, М.Е. ДМИТРИЕВ, к.т. н., ассистент, Б.Н. МАсТОБАЕВ, д.т. н., профессор

кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа»

уфимский государственный нефтяной технический университет

E-mail: MDmit@mail.ru

Рассматриваются современные взгляды на состояние проблемы асфальтосмолопа-рафиновых отложений (АСПО) в трубопроводном транспорте и возможные методы ее решения. Дается обзор различных способов борьбы с отложениями в нефтепроводах: механических (использование различных по конструкции и материалу скребков и поршней); тепловых (промывка горячим теплоносителем, электропрогрев); физических (основаны на физических воздействиях на транспортируемый продукт); химических (закачка растворителей и ингибиторов, применением моющих препаратов, очистка с помощью гелеобразных поршней). Показаны механические устройства для очистки магистральных нефтепроводов от АСПО. Особое внимание уделено комплексному подходу к применению средств и методов борьбы с АСПО в процессе транспорта нефти по магистральным нефтепроводам. Приведена краткая классификация существующих методов предотвращения и удаления АСПО из нефтепроводов.

ключевые слова: асфальтосмолопарафиновые отложения, факторы, классификация способов, методы борьбы с АспО.

На рис. 1 представлена классификация основных способов борьбы с АСПО в процессе транспорта нефти по магистральным и промысловым трубопроводам, проложенным как на суше, так и в условиях морских месторождений.

Механические методы предполагают удаление уже образовавшихся отложений АСПО на внутренней поверхности труб. Для этой цели разработаны скребки различных конструкций. Техника и технология применения скребков для удаления парафина известна давно, тем не менее, предлагаются все новые конструкции скребков.

В 60-70-е годы ХХ века для очистки трубопроводов от АСПО применялись износокомпенсирующие щеточные скребки (рис. 2).

В то же время для удаления рыхлых отложений с внутренней полости нефтепроводов использовались резиновые шары, поршни, которые изначально применялись для разделения разносортных нефтепродуктов при последовательной перекачке (рис. 3).

Применение подобного вида устройств обеспечивает очистку внутренней полости нефтепроводов лишь от верхнего слоя рыхлых отложений, а нижний слой, более застаревших отложений, становится плотнее после пропуска подобных устройств.

С 90-х годов прошлого века в ОАО АК «Транснефть» разработаны и выпускаются серийно скребки нескольких типов:

- стандартные типа СКР 1 с чистящими дисками (рис. 4а);

- щеточные типа СКР 1-1 с чистящими и щеточными дисками;

- двухсекционные типа СКР 2 с чистящими и щеточными дисками и подпружиненными щётками (рис. 4б);

- магнитные типа СКР 3 с чистящими дисками и магнитными щетками, предназначенными для сбора металлических предметов из полости трубопровода (рис. 4в);

- односекционные типа СКР 4 с подпружиненными рычагами (рис. 4г) [4].

Использование такого типа методов борьбы с АСПО значительно осложняется тем, что возможно застревание скребков, обрыв их крепления и другие осложнения.

Тепловые методы основаны на способности парафина плавиться при температурах выше 50°С и стекать с нагретой поверхности. В настоящее время используют технологии с применением горячей нефти или воды в качестве теплоносителя, острого пара, электропечей, электродепарафинизаторов (индукционных подогревателей).

Технология применения теплоносителя предусматривает нагрев жидкости в специальных нагревателях (котельных установках передвижного типа) и подачу её в трубопровод способом прямой или обратной промывки. Обратная промывка более предпочтительна, так как при этом исключено образование парафиновых пробок, часто возникающих при прямой промывке.

Способы борьбы с АСПО в процессе транспорта нефти

Рис. 1. Классификация основных способов борьбы с АСПО в процессе транспорта нефти

Рис. 2. Износокомпен-сирующий щеточный скребок

Рис. 3. Устройства для удаления рыхлых отложений с внутренней полости нефтепроводов: а) резиновый шар; б) полиуретановые шары [3]; в) цельнолитой полиуретановый поршень [2]; г) очистное устройство бескаркасное резиновое типа «Пуля»

Рис. 4. Скребки для удаления АСПО:

а) скребок стандартный СКР1;

б) скребок двухсекционный СКР2; в) скребок магнитный СКР3; г) скребок односекционный СКР4

ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ № 3 2013

Физические методы основаны на воздействии механических и ультразвуковых колебаний (вибрационные методы), а также электрических, магнитных и электромагнитных полей на добываемую и транспортируемую продукцию. Однако ни один из существующих способов до настоящего времени не решает полностью проблемы с АСПО, поскольку не сопровождается полным удалением парафиноотложений.

Вибрационные методы позволяют создавать ультразвуковые колебания в области парафинообразо-вания и, воздействуя на кристаллы парафина, вызывать их микроперемещение, что в свою очередь препятствует осаждению парафина на стенках труб [5].

Применение магнитных устройств для предотвращения АСПО началось в пятидесятые годы прошлого века, в основном в нефтедобыче, но из-за малой эффективности широкого распространения не получило. В последние годы интерес к использованию магнитного поля для воздействия на отложения значительно возрос. Процесс работы магнитных депарафинизаторов заключается в следующем: под воздействием магнитного поля в движущейся жидкости происходит разрушение агрегатов, состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа в нефти и попутной воде (при промысловом транспорте). В каждом агрегате содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч микрочастиц, поэтому разрушение агрегатов приводит к резкому увеличению концентрации центров кристаллизации парафинов и формированию на поверхности ферромагнитных частиц пузырьков газа микронных размеров. В результате разрушения агрегатов кристаллы парафина выпадают в виде тонкодисперсной, объёмной, устойчивой взвеси, а скорость роста отложений уменьшается пропорционально уменьшению средних размеров выпавших совместно со смолами и асфальтенами в твёрдую фазу кристаллов парафина.

Применение растворителей для удаления уже образовавшихся отложений является одним из наиболее известных и распространённых интенсифицирующих методов в технологических процессах добычи, транспорта, хранения и переработки нефти [6-9]. Однако и здесь проблема подбора растворителя в конкретных условиях весьма далека от своего разрешения. Как правило, подбор растворителей АСПО осуществляется без обоснований. Это связано с недостатком информации об их структуре и свойствах и малой изученностью механизма взаимодействия нефтяных дисперсных систем с растворителями.

Химические методы базируются на дозировании в транспортируемую продукцию химических соединений, уменьшающих, а иногда и полностью предотвращающих образование отложений. В основе действия ингибиторов парафиноотложений лежат адсорбционные процессы, происходящие на границе раздела между жидкой фазой и поверхностью металла трубы.

Химические реагенты подразделяются на смачивающие, модификаторы, депрессаторы и дисперга-торы.

Смачивающие реагенты образуют на поверхности металла гидрофильную пленку, препятствующую адгезии кристаллов парафина к трубам, что создает условия для выноса их потоком жидкости. К ним относятся полиакриламид (ПАА), кислые органические фосфаты, силикаты щелочных металлов, водные растворы синтетических полимерных поверхностно-активных веществ (ПАВ) [10].

Модификаторы взаимодействуют с молекулами парафина, препятствуя процессу укрупнения кристаллов. Это способствует поддержанию кристаллов во взвешенном состоянии в процессе движения.

Механизм действия депрессаторов заключается в адсорбции их молекул на молекулах парафина, что затрудняет их способность к агрегации и накоплению [11, 12].

Диспергаторы — химические реагенты, обеспечивающие образование тонкодисперсной системы, которая уносится потоком нефти, тем самым препятствует отложению кристаллов парафина на стенках труб. К ним относятся соли металлов, соли высших синтетических жирных кислот, силикатно-сульфанольные растворы, сульфатированный щелочной лигнин [13-15].

В настоящее время одним из перспективных средств повышения качества очистки трубопроводов является применение гелевых поршней. Особенно их применение целесообразно, как показывает зарубежный опыт, на морских трубопроводах, протяженность которых в России в последующие годы будет расти. Полимерные композиции («гелевые поршни») предназначены для очистки полости трубопровода от механических загрязнений, воды и других жидкостей, удаления газовых пробок. Полимерные композиции экологически безопасны, химически инертны, имеются способы их утилизации.

Эксплуатационники признали, что гелеобраз-ные поршни могут выполнять большинство функций обычных твёрдых скребков или разделителей. При этом они отличаются также способностью к некоторым химическим реакциям, могут быть закачаны в полость трубопровода через кран с условным проходом Ду50 мм, и что ещё более важно, они не выходят из строя в процессе их прогона, как механические скребки. Большинство применяемых в трубопроводах гелей — на водной основе, но можно получить в гелеобразной форме ряд химреагентов, растворителей и даже кислот. Некоторые химреагенты могут быть получены в гелеобразной форме без добавок, другие растворяются в жидкости — носителе. Недостатком состава подобного рода очистных устройств являются агрессивные химические вещества, которые способствуют процессу коррозии металла стенок нефтепроводов.

Особенности применения различных способов борьбы с АСПО в трубопроводном транспорте

Способы Особенности применения

Механические:

Скребки различной конструкции Обладают высокой чистящей способностью, износостойкостью и обеспечивают требуемое качество очистки

Шары и поршни, изготавливаемые из различных материалов _ Требуют устройства камер пуска и приема средств очистки, склонны к застреванию в трубопроводе, недолговечны

Тепловые:

Промывка горячим теплоносителем Характеризуются высокой отмывающей способностью, но работают на относительно небольшие расстояния (ввиду теплопотерь). Требуются затраты на покупку и содержание специальных передвижных котельных установок, способствуют ухудшению качества транспортируемого продукта

Электропрогрев

Физические:

Физическое воздействие на транспортируемый продукт Не ухудшают качество перекачиваемой нефти и достаточно эффективны, но в трубопроводном транспорте ввиду значительной протяженности конструктивно и технически сложны в изготовлении и монтаже, требуют дополнительных затрат на эксплуатацию

Химические:

Закачка растворителей и ингибиторов Химические реагенты обладают высокой моющей и растворяющей способностью, но для качественной очистки требуется большой объём дорогостоящих препаратов. Требуются исследования по влиянию химических реагентов на качество нефти

Применение моющих препаратов

Очистка с помощью гелеобразных поршней Гелеобразные поршни могут проходить по трубам различного диаметра без повреждения, обеспечивают хорошее гидравлическое уплотнение, повышают эффективность химической обработки, удаляют механические включения, вводятся в трубопровод без стандартных камер пуска, обеспечивают снижение энергозатрат на перекачку продуктов. Удаляют лишь вновь образованные рыхлые отложения

Рис. 5. Комплексная программа депарафинизации

На стадии проектирования и строительства можно выделить метод предотвращения АСПО в виде применения гладких защитных покрытий из лаков, стекла и эмали. В трубопроводном транспорте указанный метод широкого применения не нашел ввиду низкой строительной и эксплуатационной надежности.

Исследования выявили основные особенности применения различных способов борьбы с АСПО в условиях конкретных месторождений. Результаты исследований представлены в таблице.

Как показывает практика, наиболее эффективным является предупреждение отложения смоло-парафиновых веществ, так как при этом достигается наиболее устойчивая и безаварийная работа нефтепроводов и снижаются затраты на перекачку нефти.

Существует несколько наиболее известных и активно применяемых в трубопроводном транспорте методов борьбы с АСПО, но многообразие условий разработки месторождений и различие характеристик добываемой продукции часто требует индивидуального подхода и даже разработки новых технологий.

Регулировать процесс отложения парафина на стенках трубопровода можно с помощью периодической очистки с применением механических устройств, различных конструкций, а также путем ввода в нефтяной поток специальных веществ — депарафинизирующих реагентов (модификаторов кристаллов и диспергентов).

Теоретически для регулирования количества парафиновых отложений в трубопроводе вполне достаточно провести либо химическую обработку депарафинизаторами, либо предупредительные мероприятия, связанные с использованием поршней и скребков. Однако в реальных условиях эксплуатации трубопроводов ни один из двух этих методов не дает полной гарантии предотвращения парафини-зации полости трубопровода.

Программа депарафинизации предусматривает комплексное использование механических средств и химических реагентов, поскольку ни один из рассматриваемых методов не может самостоятельно обеспечить те же преимущества, которыми обладает комплексная программа.

Схема комплексной депарафинизации нефтепроводов представлена на рис. 5.

При рациональном совмещении химической обработки и применения механических средств, в частности поршней и скребков, можно существенно повысить эффективность эксплуатации трубопроводов и добиться снижения эксплуатационных расходов на транспорт нефти.

список литературы

1. Лесин В.И. Магнитные депарафинизаторы нового поколения // Изобретения и рацпредложения

в нефтегазовой промышленности. — 2001. — № 1. — С.18-20.

2. Цельнолитые поршни. http://www.semigor. ru/production/cel/.

3. Полиуретановые шары для очистки трубопроводов. http://www.vostokoil.ru/ ?part_ id=1,506,611,600,601.

4. Скребок очистной СКР 4. http://www.gubkin. ru/faculty/pipeline_network_design /chairs_and_ departments/ designing_and_operation_gasoil_ pipeline/polygon/ screbok.php?print=Y.

5. Шаммазов А.М., Мастобаев Б.Н., Сощенко

A.Е., Коробков Г.Е., Писаревский В.М. Основы технической диагностики трубопроводных систем нефти и нефтепродуктов. — М.: Недра, 2010. — 428 с.

6. Бобровский СА., Марон В.И. Растворение слоя отложений на внутренней поверхности трубопровода в потоке растворителя // Нефтяное хозяйство. — 1974. — № 39. — С. 52.

7. Борисов В.В. Опыт промывки магистрального нефтепровода от парафинистых отложений // Нефтяник. — 1956. — № 11.

8. Гребнев А.Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения и их ингибирование химическими реагентами // Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. кандидата хим. наук. — Тюмень, 2009. — 24 с.

9. Иванова Е.Г. Комбинированное применение скребков и химреагентов для очистки трубопроводов // Экспресс-информация. Сер. «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов». — 1992. — Вып. 2. — С. 32.

10. Кукушкина ИА., Галеева Н.Х., Рубанов

B.Е., Кравченко Г.М., Закордонец О.П., Сопина В.Е. Влияние депрессорных присадок на реологические параметры высокопарафинистых нефтей // Нефтяное хозяйство. — 1991. — № 4. — С. 41.

11. Мансуров Ф.Г. Исследование процесса парафи-ноотложения и поддержания пропускной способности магистральных нефтепроводов // Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — Уфа, 1974.

12. Мастобаев Б.Н., Хайбуллин Р.Я., Арменский ЕА. Влияние асфальто-смолистых веществ на интенсивность запарафинивания магистральных нефтепроводов // Нефтяное хозяйство. — 1983. — № 3. — С. 42-43.

13. Мастобаев Б.Н., Шаммазов ИА., Ингрим И.Ш., Аминова Г.Ф. Основные методы борьбы с ас-фальтосмолопарафиновыми отложениями в трубопроводах // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. — 2010. — № 4. — С. 9-11.

14. Мукук К.В. Увеличение пропускной способности трубопровода с парафинистой нефтью. Проблемы освоения скоплений углеводородов восточной части Средней Азии / Сб. науч. тр. — М.: СредАзНИПИнефть, 1991.

15. Скрипников Ю.В., Сковородников ЮА., Антонова Т.В., Фролова ЛА. Применение присадок при перекачке высокопарафинистых нефтей // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. — 1973. — № 2. — С. 3.

MORE EFFECTIVE USE OF POVERTY AND METHODS ASPHALTENE DEPOSITION IN THE TRANSPORT PROCESS OF OIL THROUGH PIPELINES

Hasanova K.I., Graduate Student

Dmitriev M.E., Candidate of Technical Sciences, Assistant, E-mail adress: MDmit@mail.ru

Mastobaev B.N., Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of «Transportation and storage of oil and gas»

Ufa State Oil Technical University

ABSTRACT

Examines the current views on the state of the problem of asphaltene-resin-paraffin deposits in the pipeline and possible ways of solving it. Provides an overview of the different ways of dealing with deposits in pipelines: mechanical (the use of different design and material of the scrapers and pistons), thermal (hot flushing coolant, electric heating), physical (based on physical effects on the transported product), chemical (injection of solvents and inhibitors using the detergent compositions, gel purification using pistons). Showing mechanical devices for cleaning of main oil pipelines of paraffin. Particular attention is paid to an integrated approach to the use of tools and techniques to control the asphaltene-resin-paraffin deposits in the process of oil transportation through trunk pipelines. A brief classification of existing methods for the prevention and removal of paraffin oil.

Keywords: pipelines, asphaltene-resin-paraffin deposits factors, classification methods, methods of dealing with asphaltene-resin-paraffin deposits.

REFERENCE

1. Lesin V.I. Magnitnyye deparafinizatory novogo pokoleniya. Izobreteniya i ratspredlozheniya v neftegazovoy promyshlennosti — Inventions and rational suggestions in the oil and gas industry. 2001, No 1, pp. 18-20. (Rus).

2. Solid pistons. Available at: http://www.semigor.ru/production/cel/.

3. Polyurethane balls for cleaning pipelines. Available at: http://www.vostokoil.ru/?part_id=1,506,611,600,601.

4. Scraper cleaning SKR-4. Available at: http://www.gubkin.ru/ faculty/pipeline_network_design/chairs_and_ departments/designing_and_operation_gasoil_pipeline/polygon/screbok.php?print=Y.

5. Shammazov A.M., Mastobayev B.N., Soshchenko A.E., Korobkov G.E., Pisarevskiy V.M. Osnovy tekhnicheskoy diagnostiki truboprovodnykh sistem nefti i nefteproduktov [Technical diagnostic fundamentals of oil and oil products pipelines systems]. Saint-Petersburg, Nedra Publ., 2010, 428 p. (Rus).

6. Bobrovskiy S. A., Maron V. I. Neftyanoye khozyaystvo — Oil Industry. 1974, No 39. p. 52. (Rus).

7. Borisov V.V. Neftyanik — Oilman. 1956, No 11. (Rus).

8. Grebnev A.N. Asfaltosmoloparafinovyye otlozheniya i ikh ingibirovaniye khimicheskimi reagentami. Diss. cand. tekhn. nauk [Asphaltene-resin-paraffin deposits and their inhibition by chemical reagents. Cand. Tech. sci. diss.]. Tyumen, 2009. (Rus).

9. Ivanova E.G. Transport i khraneniye nefti i nefteproduktov. Ekspress-informatsiya — Transport and storage of oil and oil products. Express-information. 1992, No 2, p. 32. (Rus).

10. Kukushkina I.A., Galeyeva N.Kh., Rubanov V.E., Kravchenko G.M., Zakordonets O.P., Sopina V.E. Neftyanoye khozyaystvo — Oil Industry. 1991, No 4. p. 41. (Rus).

11. Mansurov F.G. Issledovaniye protsessa parafinootlozheniya i podderzhaniya propusknoy sposobnosti magistralnykh nefteprovodov. Diss. cand. techn. nauk [The investigation of the process of paraffin inhibitors and maintain throughput of the main oil pipelines. Cand. tech. sci. diss.]. Ufa, 1974. (Rus).

12. Mastobayev B.N., Khaybullin R.Ya., Armenskiy E.A. Neftyanoye khozyaystvo — Oil Industry. 1983, No 3. pp. 42-43. (Rus).

13. Mastobayev B.N., Shammazov I.A., Ingrim I.Sh., Aminova G.F. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya — The transportation and storage of oil products and hydrocarbons. 2010, No 4. pp. 9-11. (Rus).

14. Mukuk K.V. Uvelicheniye propusknoy sposobnosti truboprovoda s parafinistoy neft'yu [Increased flow capacity from the waxy oil.]. Trudy SredAzNIPIneft «Problemy osvoyeniya skopleniy uglevodorodovvostochnoy chasti SredneyAzii» [Proc. of the Central Asian NIPIneft «Problems of development of hydrocarbon accumulations eastern part of Central Asia»], 1991. (Rus).

15. Skripnikov Yu.V., Skovorodnikov Yu.A., Antonova T.V., Frolova L.A. Transport i khraneniye nefti i nefteproduktov. Ekspress-informatsiya — Transport and storage of oil and oil products. 1973. No 2. p. 3. (Rus).