Реология тяжелой нефти. 1_статья_Обзор_реологии_тяжелой_сырой_нефти_для_трубопроводного.. Abstractописаниереферат
 Скачать 23.74 Kb.
|
|
Обзор реологии тяжелой сырой нефти для трубопроводного транспорта Abstract/описание/реферат. Учитывая сочетание роста глобального энергетического спроса и снижение запасов традиционных нефтей, тяжелая нефть считается, как правило, энергетическим ресурсом будущего. В большинстве уголков планеты, тяжелая сырая нефть может транспортироваться по трубопроводам от месторождений до мест хранения или нефтеперерабатывающих заводов. Транспорт тяжелой сырой нефти при помощи трубопроводов сопряжен серьезные проблемы ввиду высокой вязкости и слабой текучестью, особенно в условиях холодного климата или в морских условиях. Действительно, вязкость сырой тяжелой нефти является важным физическим свойством, которое оказывает непосредственное влияние на поток нефтяного сырья в трубопроводе. Вязкость порождает сопротивление движению сырья, вызывая напряжение сдвига и трение между жидкостью и стенка трубопровода. Высокая вязкость говорит о том, что требования к насосам перекачки сырья по трубопроводам дальнего следования очень высоки, чтобы преодолеть возрастающие напряжение сдвига и силы трения. Поэтому для облегчения перекачки вязких нефтей, снижения операционных затрат и негативного влияния от падения давления в трубопроводе при транспорте и переработке вязкость необходимо снижать. Различные способы повышения эффективности перекачки и увеличения скорости потока сырья по трубопроводу могут иметь логистические, технические или экономические недостатки применительно к данному случаю. Основные из них – добавление поверхностно-активных веществ или полимеров, разбавление путем смешения с легкой нефтью, использование воды как жидкость затрубного пространства, термическая очистка и эмульсификация с использованием ПАВ. Данный обзор посвящен методам, используемым в настоящее время для повышения текучести тяжелой сырой нефти в трубопроводе вслед за улучшением реологических свойств, в частности, применение добавок и использование воды и ПАВ для создания стабильных эмульсий тяжелой сырой нефти в воде также рассмотерно. Introduction/введение. Сырая нефть играет очень важную роль в странах с острой потребностью в топливе, будь то промышленное потребление, генерирование электроэнергии или затраты на транспорт. Таким образом, сырая нефть – это очень важный сектор экономики, главным образом промышленности, применяемый в энергетике. Экономическое развитие и стремительный рост населения в последнее десятилетие привели к повышению спроса на ископаемые источники топлива, что привело к постепенному снижению запасов традиционной нефти, таких как легкая и средняя нефть, которые становятся скудными и недостаточными для удовлетворения постоянно растущего спроса в энергии. Нетрадиционные запасы углеводородов, такие как тяжелая и сверхтяжелая нефть, горючие сланцы, нефтеносные пески, битуминозные пески и битумы представляют собой альтернативу ископаемому виду топлива. Однако, в отличие от традиционной нефти, характеризующейся низкой себестоимостью добычи и переработки, нетрадиционная нефть не может быть добыта и транспортирована в естественном виде при помощи обычных методов добычи и переработки, что вызвано, главным образом, дополнительными требованиями для обеспечения достаточной текучести в пределах приемлемого дебита. Предполагается, что тяжелая и сверхтяжелая нефти в будущем станут прекрасной альтернативой традиционной нефти, но сложность их состава создают чрезвычайные трудности в обеспечении стабильного потока. Высокая вязкость в пределах от 103 до 106сП и меньшей плотности по API (менее чем 20 для тяжелой нефти и 10 для сверхтяжелой нефти) вызваны преимущественно высоким содержанием выскомолекулярных тяжелых компонентов, таких как парафины, асфальтены и смолы. Также содержание гетероатомов и металлов в асфальтенах определяет их как наиболее полярные полициклические ароматические углеводороды, что приводит к их самоассоциации с формированием вязкоупругой сети наноагрегатов, увеличивающих вязкость. Более того, при температуре ниже температуры застывания тяжелая нефть обретает свойства геля, что серьезно затрудняет ее транспорт, в особенности в холодных морских условиях, где АСПО на внутренних поверхностях трубопроводов снижают эффективный диаметр тока сырья. В конечном итоге трубопровод забивается, вызывая огромные перепады давления. Для транспортировки тяжелой сырой нефти со значением вязкости от 200 до 400 сП при стандартной (комнатной) температуре, предлагаются и используются различные методы в нефтяной промышленности, включая разбавление (компаундирование) с легкой нефтью или органическими растворителями, формирование эмульсии тяжелой нефти в воде, нагрев тяжелой нефти и нефтепровода, электрообогрев подводных трубопроводов, использование депрессоров снижения температуры застывания, применение добавок снижения сопротивления, кольцевой режим течения (coreannulusflow) и частичная модернизация. Каждый из этих методов подробно представлен и рассмотрен в некоторых статьях вместе с их преимуществами и недостатками. Однако знание реологического поведения сырой нефти необходимы для понимания взаимосвязи между микроструктурной и механизмами кристаллизации. Знание влияния различных параметров на реологическое поведение является очень важным для расчета параметров потока сырой нефти в трубопроводах. Измерение, как правило, проводятся современными реометрами в режиме стационарного сдвига или колебательного сдвига, результаты которого представляются в виде графиков изменения кажущейся вязкости и напряжения сдвига как функции температуры при различных скоростях сдвига понижении/модуля вязкости (энергии разрушения надмолекулярных структур) и сохранении/модуля эластичности как функции температуры в диапазоне угловых частот. Chanavatiи др. изучали влияние содержание асфальтенов на вязкость тяжелой сырой нефти при различных температурах, используя десять образцов восстановленной тяжелой нефти, приготовленной из дисперсии осажденных асфальтенов на мальтенах (то есть из деасфальтизированной тяжелой нефти). Они заключили, что вязкость образцов восстановленной тяжелой нефти экспоненциально увеличивается при увеличении содержания асфальтенов при постоянной температуре. В дополнение, вязкость образцов тяжелой нефти существенно снижалась с ростом температуры при постоянном количестве асфальтенов. Zhuи др. обнаружили в своих экспериментальных исследованиях, что вязкость тяжелой сырой нефти существенно снижалась после деасфальтизации и что деасфальтизирование нефти показалопривело к положительному ньютоновскому поведению нефти, что указывает на то, что высокая вязкость тяжелой нефти была связана с высоким содержанием асфальтенов, а не осаждением парафинов. Subramanieи др. оценили влияние полимера этиленвинилацетата(ЭВА) и поли (малеиновый ангидрид-октадекан) (МА) в качестве ингибиторов парафина и наночастицклаузита натрия, а также влияние смеси наночастиц ЕВА и МА на реологию Малазийской сырой нефти при различных температурах и скоростях сдвига. Они обнаружили, что сами наночастицы способны понижать вязкость сырой нефти лучше, чем ЭВА и МА, в то время как смесь ингибитора парафина и наночастиц оказалась лучшим депрессором вязкости. Antoи др. продемонстрировали влияние наночастиц диоксида кремния и оксида алюминия (Al2O3) на реологию двух различных образцов сырой нефти в температурном диапазоне 40-70 ℃. Стационарные и динамические реологические измерения с добавками наночастиц и без добавок в сырую нефть наглядно показали, что наночастицы способствуют улучшению свойств текучести за счет модифицирование вязкоупругой сетки. Наночастицы диоксида кремния показали наилучший результат уменьшения вязкости в сравнении с наночастицами оксида алюминия и по-разному повлияли на поведения двух образцов. В результате они заключили, что наночастицы могут быть важным агентом для обеспечения потока, где должная оценка их влияния на молекулярном уровне сможет помочь в выборе наночастиц наилучшего качества. Поверхностно-стабилизированные эмульсии масло-вода являются подходящим методом транспортировки тяжелой сырой нефти при помощи трубопровода, так как минимизируют потери давления и снижают затраты на перекачку.Требования к эффективной и экономичной транспортировке заключаются в наибольшем содержании сырья при достижении целевого снижения вязкости. Вязкость эмульсий масло-вода в основном очень низкая, ниже точки инверсии фаз. Выше этой критической фазой эмульсии вода-масло вызывают сильное увеличение вязкости в эмульсиях, поэтому стоит избегать фазовой инверсии системы масло-вода. Al-Wahaibiи др. провели обширный эксперимент при различных содержаниях воды, скоростях сдвига, температурах и концентрациях тверды наночастиц, чтобы изучить их влияние на снижение вязкости Оманской тяжелой нефти за счет стабильных эмульсий. Стабилизация эмульсий была осуществлена с использованием ПАВ TritonX-100, зарекомендовавшим себя хорошим стабилизатором эмульсий в нескольких исследованиях.Вязкость сырой нефти и эмульсии масло-вода измерялась с использованием вискозиметра HaakeVT500 в диапазонах скоростей сдвигах 27-2700 с− 1 в интервале температур 20-70 ℃с шагом в 10℃. Было показано, что сырая нефть демонстрирует разжижение (снижение эффективной вязкости) при сдвиге при всех температурах, что было более выражено при 20 ℃. DVRувеличивалось при наличие воды и достигал своего максимального значения при содержании воды 50 %, а фазовая инверсия эмульсии масло-воды в эмульсию вода-масло происходила при содержании воды 30 %. Они также обнаружили, что DVRобратно пропорционально температуре и концентрации наночастиц оксида кремния. Для эмульсии воды-маслоDVRувеличивался с увеличением скорости сдвига, в результате чего достигалось плато при скорости сдвига около 350 с−1, что связано с разжижением сплошной фазы. ОднакоDVRв эмульсиях масло-вода оставался почти постоянным при увеличении скорости сдвига из-за ньютоновского поведения сплошной фазы. Добыча, переработка и транспорт тяжелой сырой нефти является главной проблемой для нефтяной промышленности. В центре данной проблемы состоит вязкость жидкости: ключевая переменная, отвечающая за текучести нефти на протяжении всего производственного процесса. От места хранения до условий транспортирования нефть подвержена различным колебаниям температуры и давления, которые могут стать существенной причиной, вызывающим фазовые и физико-химические изменения, напрямую влияющие на термофизические свойства флюида. В случае тяжелой сырой нефти такие существенные изменения в условиях однозначно приводят к изменению диапазона вязкости на несколько порядков, включая возможные переходы от ньютоновской до неньютоновской жидкости. Это является следствием того, что необходимо тяжелую нефть достаточно охарактиризовывать, исходя из реологической точки зрения, чтобы обеспечить успешный и жизнеспособный производственный процесс. Таким образом, изменение реологических свойств стало важным пунктом в решении проблем текучести тяжелой нефти и достижения устойчивого производства. Следовательно, целью данной работы является предоставить читателю краткий обзор наиболее свежих исследований, направленных на улучшение реологических свойств и снижения вязкости тяжелой сырой нефти для соответствующей системы трубопроводного транспорта. Реология тяжелой сырой нефти. Реология поведения тяжелой сырой нефти при термическом воздействии. Воздействие нагревом обычно применяется как метод снижения высокой вязкости тяжелой сырой нефти и повышение текучести в трубопроводе. Нагрев (т. е. повышение температуры) трубопровода приводит к быстрому снижению вязкости – снижению сопротивлению потока нефти. Рис. 1 демонстрирует вязкость при температуре в пределах 30-60 ℃ для тяжелой сырой нефти при различных скоростях сдвига. Реограмма в виде веера показывает эффективность метода повышения продуктивности свойств текучести, поскольку вязкость и, следовательно, напряжение сдвига между потоком сырья и стенкой трубы снижается на несколько порядков при увеличении температуры. При нагревании сырья выше 40 ℃ реологические свойства практически не изменяются при высоких скоростях сдвига, участки склона уменьшаются, показывая положительное поведение текучести. |