3.3) Послойная перекачка нефти и воды
Наконец, третий способ гидротранспорта - это послойная перекачка нефти и воды. В этом случае вода, как более тяжелая жидкость, занимает положение у нижней образующей трубы, а нефть - у верхней. Поверхность раздела фаз в зависимости от скорости перекачки может быть как плоской, так и криволинейной. Уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода в этом случае происходит в связи с тем, что часть нефти контактирует не с неподвижной стенкой, а с движущейся водой. Данный способ перекачки также не может быть применен на трубопроводах с промежуточными насосными станциями, т.к. это привело бы к образованию стойких водонефтяных эмульсий.
Перекачка термообработанных нефтей
При нагревании нефти до определенной температуры и последующем охлаждении реологические параметры нефти претерпевают значительные изменения. Термообработка – один из способов улучшения реологических свойств нефти с целью повышения эффективности трубопроводного транспорта парафинистых нефтей и нефтепродуктов. Термообработка позволяет получить нефть с непрочной парафиновой структурой, не способной удерживать в своих ячейках весь объем нефти.
Процесс термообработки заключается в нагреве нейти до температуры, при которой растворяются содержащиеся в ней твердые парафиновые углеводороды, и охлаждении с заданной скоростью в определенных условиях (в движении или покое). Степень снижения реологических характеристик термически обработанной нефти зависит от температуры нагрева, содержания парафинов и асфальто-смолистых веществ и условий охлаждения.
Исследования вопросов термообработки парафинистых нефтей и нефтепродуктов позволили выявить ряд закономерностей.
Для парафинистых нефтей существует оптимальная температура подогрева, при которой эффект термообработки наибольший. Эта температура всегда выше температуры плавления ларафинов, находящихся в нефти. С ростом температуры нагрева (рис.7.4) температура застывания сначала увеличивается, затем уменьшается, становясь минимальной при определенной температуре термообработки. Эти особенности влияния температуры термообработки на реологические параметры можно объяснить следующим образом. На поверхности кристаллов парафина адсорбированы асфальтосмолистые вещества, входящие в состав нефти. При нагреве нефти до невысокой температуры часть кристаллов парафина растворяется и освободившиеся асфальтосмолистые вещества адсорбируются на поверхности нерастворенных кристаллов парафина. Последующее охлаждение приводит к образованию из выпадающего парафина прочной мелкокристаллической структуры, повышающей эффективную вязкость и температуру застывания нефти. Следовательно, термообработка высокозастывающих парафинистых нефтей при температуре подогрева 323-333 К (несколько ниже температуры плавления парафинов) резко ухудшает реологические свойства нефти. При повышении температуры подогрева увеличивается количество растворенного в жидкой фазе нефти парафина и остающиеся кристаллы тугоплавких парафинов адсорбируют все меньшее количество асфальтосмолистых веществ.
При охлаждении за счет достаточного количества неадсорбированных асфальтосмолистых веществ, являющихся поверхностно-активными веществами, способствующими дендритной кристаллизации, образуется небольшое число крупных кристаллов парафина. При подогреве до температуры 363-368 К, когда вест парафин растворен, создаются наиболее благоприятные условия для дендритной кристаллизации парафина с образованием наименее прочной структуры. При еще большей температуре термообработки содержащиеся в нефти асфальтосмолистые вещества, которые благоприятно влияют на образование крупнозернистой структуры, необратимо разрушаются, тем самым снижается эффект термообработки.
2)На свойства термообработанных нефтей большое влияние оказывают условия охлаждения нефти. Размер, число и форма кристаллов парафинов зависят от соотношения двух скоростей: скорости возникновения центров кристаллизации парафиновых углеводородов и скорости роста уже выделившихся кристаллов. Если скорость возникновения центров кристаллизации выше скорости роста кристаллов, то получается система с большим числом мелких кристаллов, в противном случае в системе образуются крупные кристаллы и прочность такой структуры значительно меньше мелкокристаллической. Для высокопарафинистой нефти Мангышлака оптимальный темп охлаждения в статических условиях составляет 10-20°С/ч. При этой скорости создается благоприятное соотношение скорости возникновения центров кристаллизации и скорости роста образовавшихся кристаллов парафина, и большая часть парафина идет на построение небольшого числа крупных кристаллов, образующих рыхлые скопления. В результате достигается значительный эффект улучшения свойств текучести нефти. Так, например, при 293 К начальное напряжение сдвига узеньской нефти снижается до нуля.
3)С увеличением содержания асфальтосмолистых веществ по отношению к содержанию парафиновых углеводородов нефти эффект термообработки увеличивается. При недостатке асфальтосмолистых веществ они полностью адсорбируются на поверхности первых порций появившихся кристаллов парафина. Образовавшиеся впоследствии кристаллы парафинов создают прочный гель. При относительно большом содержании естественных поверхностно-активных веществ – смол и асфальтенов в нефти их хватает на блокирование значительного числа образующихся кристаллов, и процесс протекает по пути дендритной кристаллизации. Исследование реологических характеристик термообработаннох нефтей показали их нестабильность. Повторный нагрев до температуры 303-323 К снимает в значительной степенени эффект термообработки. Реологические параметры нефти, улучшенные в результате термообработки, со временем принимают свои первоначальные значения. Срок восстановления реологических параметров нефти необходимо учитывать при эксплуатации трубопроводов, перекачивающих термообработанную нефть.
Таким образом, если термообработка высокопарафинистой нефти дает хорошие результаты и термообработанная нефть имеет длительный срок восстановления реологических свойств, то такую нефть после термообработки можно перекачивать, как обычную маловязкую
Первые в нашей стране опыты по термообработке нефтей были выполнены в 30-х годах. Так, термическая обработка нефти Ромашкинского месторождения позволила снизить ее вязкость
Следует иметь в виду, что реологические параметры термо-обработанной нефти с течением времени ухудшаются и в конце концов достигают значений, которые нефть имела до термообработки. Для озексуатской нефти это время составляет 3 суток, а для мангышлакской - 45. Так что не всегда достаточно термически обработать нефть один раз для решения проблемы ее трубопроводного транспорта. Кроме того, капитальные вложения в пункт термообработки довольно высоки.