Механо-акустическое воздействие на высоковязкую нефть

УДК 665.632

Т. Ф. Ганиева, Р. З. Фахрутдинов

МЕХАНО-АКУСТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ВЫСОКОВЯЗКУЮ НЕФТЬ

Ключевые слова: динамическая вязкость, высоковязкая нефть, роторно-пульсационный акустический аппарат, напряжение

сдвига.

В статье приводятся результаты исследований влияния на вязкость тяжелой нефти механо-акустического воздействия. Анализ данных, полученных после обработки нефти на роторно - пульсационном акустическом аппарате, выявил положительное акустическом воздействие на нефть. Вязкость нефти при 20оС снижается после обработки на РПАА на 26 + 35 % в зависимости от времени обработки. Оптимальное время обработки составляет 3 минуты. Данные, полученные при 40оС, аналогичны, снижение вязкости составляет 24 ^ 32%.

Keywords: dynamic viscosity, heavy oil, rotor - pulsating acoustic device, shear stress.

The article presents the results of the study of mechanical-acoustic impact on the viscosity of heavy oil. Analysis of data, obtained during oil treatment on rotor - pulsating acoustic device, shows a positive effect of acoustic on oil properties. As a result oil viscosity at 20оС decreases by 26 ^ 35%, depending on the treatment time. Optimal processing time is 3 minutes. The data, obtained at 40 оС, are similar, viscosity decrease is 24 ^ 32%.

Особенность трубопроводного транспорта высокопарафинистых нефтей состоит в том, что при температурах грунта на глубине заложения трубопровода они обладают аномальной вязкостью (когда вязкость зависит от скорости сдвига).

Помимо структурообразования в жидкостях, известны и другие причины проявления аномалий вязкости при течении: ориентация ассиметричных частиц дисперсной фазы в потоке; деформация агрегатов частиц дисперсной фазы в потоке; деформация сольватных оболочек частиц дисперсной фазы.

Основным параметром, влияющим на транспортировку нефти, является, прежде всего, вязкость, т.е. свойство нефти оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. Сила сопротивления сдвигу пропорциональна градиенту скорости в направлении нормали к потоку жидкости, что выражается уравнением Ньютона:

Р= п8 (и -их) / (У2 - У1 ), где Р - внешняя тангенциальная сила; п - коэффициент трения или вязкость; 8 - площадь слоев жидкости; (и2 -их) / (у2 - ух ) - разность скоростей слоев жидкости, удаленных на расстояние (У2 - У1).

При перекачке высоковязкой нефти резко повышается гидравлическое сопротивление, ухудшается прокачиваемость нефти, увеличиваются затраты на установку дополнительного насосного оборудования. Поэтому интенсивно ведется поиск наиболее эффективных способов транспортировки высоковязких нефтей.

Известно применение различных реагентов для регулирования вязкости тяжелых нефтей [1].

Некоторые авторы в последнее время указывают на возможность изменения группового состава нефти при волновом воздействии на нефтяную среду различными генераторами [2-4]. При этом использовался широкий спектр колебаний и не выделяли каких-либо участков волнового воздействия.

В данной работе исследовали влияние обработки нефти на роторно-пульсационном акустическом аппарате (РПАА) на ее вязкость.

В качестве исходной нефти взяли нефть с ЦКППН НГДУ «Елховнефть».

Судя по показателю плотности (0,917 г/см3), исследуемая нефть относится к тяжелым и можно предположить, что ее реологическое поведение будет иметь существенные отклонения от поведения ньютоновских жидкостей. Кинематическая вязкость исходной нефти при 40оС 37 сСт

Определения проводили при 20оС и 40оС. Кривые зависимостей динамической вязкости при 20оС от напряжения сдвига, как для исходной нефти, так и для образцов нефти, обработанных на РПАА в течение 1, 3 и 5 - ти минут приведены на рис 1.

Зависимость ДВпр от Тпр исходной нефти, после РПА(1,3,5) мин при 20С

0 500 1000 Т 1500 2000 2500

Рис. 1 - Зависимость динамической вязкости при 20оС от напряжения сдвига:Ряд 1 - для исходной нефти; Ряд 2 - для нефти, обработанной на РПАА в течение 1 минуты; Ряд 3 - для нефти, обработанной на РПАА в течение 3-х минут; Ряд 4 - для нефти, обработанной на РПАА в течение 5-ти минут

Кривые зависимостей динамической вязкости при температуре 40оС от напряжения сдвига, как для исходной нефти, так и для образцов нефти, обработанных на РПАА в течение 1, 3 и 5 -ти минут (рис 2).

Представленные на рис. 1 и 2 реологические кривые, свидетельствуют о неньютоновском характере и демонстрируют сложность реологического

поведения при внешней деформации. Наблюдается нелинейный характер изменения динамической вязкости от скорости сдвига. С увеличением напряжения сдвига вязкость равномерно уменьшается. Диапазон скоростей сдвига неньютоновского течения от 1 до 1321 с 1, в котором проводились измерения, включает практически все скорости технологических процессов, начиная от движения нефти в призабой-ной зоне пласта до транспортировки нефти по трубопроводу.

Для всех реологических кривых можно выделить такой участок, на котором увеличение скорости сдвига приводит к переходу системы в текучее состояние, не зависящее от приложенного напряжения сдвига. В таком состоянии начинается необратимая деформация нефтяной системы за счет механического воздействия при движении.

Таблица1

Зависимость ДВпр от Тпр исходной нефти, после РПА(1,3,5) мин при 40С

60 50 40

£ 30

20 10 0

Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4

500 Т

1000

Рис. 2 - Зависимость динамической вязкости при 40оС от напряжения сдвига: Ряд 1 - для исходной нефти; Ряд 2 - для нефти, обработанной на РПАА в течение 1 минуты; Ряд 3 - для нефти, обработанной на РПАА в течение 3-х минут; Ряд 4 для нефти, обработанной на РПАА в течение 5-ти минут

Дальнейшие исследования влияния акустического воздействия проводили на более тяжелой нефти с НГДУ «Елховнефть» с кинематической вязкостью при 40оС - 70,5 сСт.

Испытаниям подвергались нижеперечисленные образцы: №1 - исходная нефть; № 2: Образец, подвергнутый акустической обработке на РПАА в течение 1 минуты; №3 - в течение 3 минут; №4 - в течение 5 минут. Результаты исследований влияния акустического воздействия на кинематическую вязкость более тяжелой исходной нефти приведены в табл. 1.

№№ образца Кинематическая вязкость при 40оС, сСт

1 70,5

2 57,5

3 52,5

4 50,0

Согласно данным, приведенным в табл. 1, обработка нефти на РПАА приводит к снижению ее вязкости на 18 - 29%., в зависимости от длительности обработки.

Максимальная продолжительность обработки на РПАА составляет 3-5 минут.

Анализируя данные, полученные после обработки нефти на РПАА, приходим к выводу о положительном акустическом воздействии на нефть. Вязкость нефти при 20оС снижается после обработки на РПАА на 26 ^ 35% в зависимости от времени обработки. Оптимальное время обработки составляет 3 минуты.

Данные, полученные при 40оС, аналогичны, снижение вязкости составляет 24 ^ 32%.

Как следует из приведенных выше данных, с увеличением температуры от 20 до 40оС исследуемая нефть приобретает свойства, близкие к ньютоновской жидкости. Тенденция повышения вязкости с увеличением скорости сдвига также сохраняется вне зависимости от температуры (при температуре 40оС в значительно меньшей степени, чем при 20оС).

С повышением вязкости исходной нефти эффект снижения вязкости незначительно понижается. Так, для исходной нефти с кинематической вязкостью при 40оС - 37 сСт акустическое воздействие снижает вязкость на 24 ^ 32 %, а для исходной нефти с кинематической вязкостью при 40оС -70,5 сСт -на 18 ^ 29%, в зависимости от времени обработки на РПАА.

Литература

1. Ш.Г. Ягудин. Коллоидно-химические свойства реагентов для регулирования вязкости Зюзеевской нефти / Ягудин Ш.Г., СладовскаЯ О.Ю., Башкирцева Н.Ю. // Вестник Казан. технол. ун-та.- 2003 - № 2. - С. 252-291

2. И. В. Прозорова и др. Изменение реологических свойств нефтей под воздействием виброструйной магнитной активации. //V Межд. конф. Химия нефти и газа. Томск. 2003. С. 313-315.

3. Лоскутова Ю.В., Юдина Н.В. Реологические свойства высоковязких и парафинистых нефтей в магнитном поле. //Тез. Докл. 4-ой Междун. Конф. по химии нефти и газа, т. 1 Томск, 2000. С. 474-478.

4. Падалка Е.С. Ультразвук в нефтяной промышленности. -Киев: Госуд. Изд-во техн. лит. 1962.

0

© Т. Ф. Ганиева - к.т.н., с.н.с., зав. лаб ПНР каф. «Химическая технология переработки нефти и газа» КНИТУ, tomik41@mail.ru; Р. З. Фахрутдинов - к.т.н. проф. той же кафедры, frz07@mail.ru.

© T. F. Ganieva, PhD, Head of Perspective Development Directions Laboratory of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of KNRTU, tomik41@mail.ru; R. Z. Fakhrutdinov, PhD, Professor of in the same department, frz07@mail.ru.