Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0176

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0176
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет"
Название доклада
Новые физико-химические технологии в процессах сбора, транспортировки, подготовки и переработки продукции скважин высоковязких и тяжелых нефтей
Докладчик
Хамидуллин Ренат Фаритович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели: Разработка научно-технических основ реагентно-волновых технологий для осуществления процессов обезвоживания и обессоливания высоковязкого и тяжелого нефтяного сырья, дальнейшей транспортировки нефти с улучшенными вязкостно-температурными свойствами, увеличения выхода светлых нефтяных фракций при первичной переработке нефти, обеспечивающих замещение импорта, с выводом на рынок новых деэмульгаторов и акустических аппаратов.
Задачи:
1. Разработка кооперированной технологии, основанной на применении многофункционального деэмульгатора и акустического аппарата, для подготовки высоковязких и тяжелых нефтей .
2. Разработка реагентно-волновой технологии для увеличения выхода светлых дистиллятов при атмосферной перегонке высоковязких нефтей.
3. Улучшение низкотемпературных и вязкостных свойств высоковязкого нефтяного сырья и эксплуатационных характеристик светлых дистиллятов при реализации реагентно-волновой технологии.
Актуальность и новизна исследования
Нетрадиционный подход в осуществлении процессов подготовки и первичной переработки нефти представляет научно-практический интерес, если они сопровождаются уменьшением энергетических затрат, повышением эффективности и интенсификацией процессов обезвоживания и обессоливания подготавливаемого нефтяного сырья, улучшением реологических характеристик товарной нефти, увеличением отбора светлых фракций и снижением выхода тяжелых остаточных нефтепродуктов, а также высокой селективностью получения целевых продуктов с улучшенными физико-химическими показателями.
Волновое воздействие интенсифицирует и повышает эффективность подготовки высоковязкой продукции нефтяных скважин в нефтепромысловых условиях и на нефтезаводских электрообессоливающих установках путем "активации" сырья в аппаратах, генерирующих ультразвуковые колебания.
Акустическая обработка тяжелых и высоковязких нефтей позволяет: сократить затраты на процессы обезвоживания и обессоливания с получением товарной нефти высокого качества; снизить вязкость и повысить агрегативную устойчивость нефтяных дисперсных систем; увеличить отбор светлых дистиллятов с улучшенными эксплуатационными характеристиками как компонентов моторных топлив. Активация нефтяного сырья акустическим воздействием приводит к качественному и количественному изменению фракционного, химического и группового составов нативных нефтяных фракций атмосферной и, главным образом, темных и остаточных фракций вакуумной перегонки нефти. В результате волновых воздействий протекает ряд реакций умеренного (ограниченного) крекинга высокомолекулярной поликонденсированной углеводородной части сырья в условиях более мягких, чем термический крекинг.
Описание исследования

Одним из рациональных и эффективных типов технологий сбора, транспортировки и подготовки высоковязких нефтей является сочетание химических процессов с применением ПАВ и физических (включая механическое трение, вибрационные колебания, разряжение, электромагнитные, акустические излучения и т.п.). Современные технические средства (ПАВ-реагенты, акустические излучения, механические колебания, электромагнитные волны и др.)  и технологические приемы их применения (последовательность, сочетания, режимы и т.п.) взаимосвязаны, что совершенно закономерно вследствие их единой природы. Их взаимосвязь открывает возможность создания и реализации новых рациональных сочетаний технологических приемов и средств. 

Выполнение ПНИЭР начинается с изучения и обследования объекта исследования, в качестве которого использована высоковязкая и тяжелая нефть, поступающая на нефтепромысловый объект ЦКППН-2 НГДУ "Альметьевнефть" ПАО "Татнефть" в виде водонефтяной эмульсии на подготовку и дальнейшую транспортировку в виде товарной нефти на переработку. Экспериментальное моделирование универсальной эмульсионной нефтяной дисперсной системы, пригодной для дальнейшего исследования процесса деэмульсации водонефтяной эмульсии, позволило установить режимные условия диспергирования и приготовления стабильной по составу и дисперсности, а также устойчивой во времени водонефтяной эмульсии.

Промысловая подготовка высоковязкой нефти требует разработки и применения высокоэффективных деэмульгаторов, которые обладают многофункциональными свойствами - смачивающе-моющим действием, свойствами депрессорной присадки, способностью улучшать реологические характеристики транспортируемого нефтяного сырья, т.е. высокими поверхностно-активными свойствами, обеспечивающими глубокую степень обезвоживания и обессоливания. Эмпирический подход в разработке и подборе ПАВ-реагентов для промысловой подготовки нефти является трудоемким, длительным и не позволяет научно обосновать их эффективность, так как не в полной мере рассматривает поверхностные явления, протекающие на формирующихся всех границах раздела фаз в водонефтяной эмульсии.

Разработаны приборы и методики оценки смачивающей способности ПАВ-деэмульгаторов различных классов и типов растворимости, основанные на определении:

- краевого угла смачивания подложки в термостатируемой ячейке при температуре проведения эксперимента, поверхность которой сформирована из углеводородной фазы (смолы, асфальтены, тугоплавкие парафины и т.п.), выделенной из исследуемой нефти;

- градиента площади кольца между исходным состоянием формы после нанесения капли и состоянием капли достигшей термодинамического равновесия, а затем измерении скорости и динамики смачивания углеводородной поверхности;

- скорости движения фронта жидкости (раствора ПАВ) в горизонтальной трубке, наполненной частицами твердой фазы, обработанных углеводородной фазой (смолы, асфальтены, тугоплавкие парафины и т.п.) из исследуемой нефти.

Разработаны методики относительного моющего действия деэмульгаторов и других ПАВ водорастворимого и маслорастворимого типа с помощью кондуктометрических и фотометрических измерений растворов, содержащих отмытую углеводородную фазу с поверхности частиц твердой фазы при различных температурах, которые до проведения эксперимента были обработаны смолисто-асфальтеновыми веществами из исследуемой нефти.

Разработанные методики оценки смачивающей способности, определения моющего действия деэмульгаторов и дисперсионного анализа нефтяных дисперсных систем, позволили произвести комплексную оценку поверхностно-активных свойств разработанных композиционных составов реагентов, выявить их эффективность и реально отразить поверхностные явления, происходящие на границах раздела фаз нефть-вода и нефть-твердое тело, при разрушении модельной водонефтяной эмульсии в процессах обезвоживания и обессоливания высоковязкого нефтяного сырья.

Разработана методика подбора эффективных ПАВ-реагентов для разрушения водонефтяной эмульсии, основанная на кондуктометрических измерениях, – как способа регулирования коллоидно-дисперсного состояния ассоциатов природных стабилизаторов и степени дисперсности агрегированных частиц твердой фазы. Методика позволила изучить массовое (весовое) распределение дисперсных частиц при введении ПАВ, а также изучить динамику и кинетику изменения счетного распределения дисперсных частиц в суспензионной эмульсии при воздействии деэмульгаторами и термообработке.

Разработаны методики реагентно-волнового воздействия на нефтяное сырье.

Результаты исследования
  • Разработаны композиционные составы многофункционального деэмульгатора путем обнаружения синергетических эффектов в процессе смешения компонентов, обеспечивающих смачивание, моющее действие, депрессорные свойства.
  • Разработан лабораторный технологический регламент и изготовлены экспериментальные образцы композиционных деэмульгирующих составов.
  • Разработаны программы и методики лабораторных исследований комплексной оценки эффективности экспериментальных образцов композиционных деэмульгирующих составов.
  • Исследования поверхностной активности, смачивающей, моющей, депрессорной и деэмульгирующей способностей экспериментальных образцов композиционных составов позволили выявить наиболее эффективные из них по сравнению с промышленными отечественными и зарубежными образцами при проведении процессов обезвоживания и обессоливания высоковязкой нефти.
  • Разработана ЭКД и изготовлена лабораторная установка деэмульсации нефти с использованием 3D-модели, включающая: смешение деэмульгатора с водонефтяной эмульсией; предварительный сброс пластовой воды (холодный отстой); обезвоживание нефти (горячий отстой); обессоливание нефти (пресной промывочной водой).
  • Разработаны лабораторные технологические регламенты: на проведение экспериментальных исследований и апробацию лабораторной установки деэмульсации нефти; на испытание лабораторного роторно-пульсационного акустического аппарата (РПАА) и проведение экспериментальных исследований активации высоковязкой и тяжелой нефти для повышения эффективности протекания процессов подготовки нефтяного сырья, улучшения вязкостных свойств транспортируемой товарной нефти, увеличения выхода светлых фракций от потенциального содержания в нефти и улучшения эксплуатационных характеристик получаемых дистиллятов при атмосферной перегонке активированного сырья; на проведение акустической активации и деэмульсации нефтяного сырья на испытательном стенде.
  • Разработана ЭКД и изготовлен лабораторный  РПАА для активации нефтяного сырья. Проведены исследования активации высоковязкого нефтяного сырья с целью увеличения выхода светлых дистиллятов. Подобраны оптимальные условия акустического воздействия, позволяющие увеличить отбор прямогонной бензиновой фракции н.к. - 180 оС до 10 % масс. от потенциального содержания ее в исходном нефтяном сырье.
  • Разработаны программы и методики лабораторных исследований влияния состава композиционного деэмульгатора и режима активации (акустического воздействия) на физико-химические и эксплуатационные характеристики высоковязкого и тяжелого нефтяного сырья.
  • Проведена апробация лабораторной установки деэмульсации нефти и исследовано влияние состава экспериментальных образцов композиционного деэмульгатора отдельно и совместно с акустическим воздействием на эмульсионно-дисперсное состояние, реологические параметры и агрегативную устойчивость модельной нефтяной дисперсной системы. Полученные результаты исследований показало преимущество реагентно-волнового воздействия по сравнению с промышленными аналогами и существующими технологиями по качественным, количественным и технико-экономическим показателям получения товарной нефти при обезвоживании и обессоливании высоковязкого нефтяного сырья.
  • Разработана ЭКД, подобрано и подготовлено оборудование для изготовления испытательного стенда и проведения экспериментальных исследований активации и деэмульсации нефти. 
Практическая значимость исследования
Многофункциональный композиционный деэмульгатор позволяет в рамках импортозамещения расширить ассортимет производства отечественных поверхностно-активных веществ в области органического и нефтехимического синтеза реагентов для нефтепромысловой химии и нефтепромысловой подготовки нефти. Деэмульгирующий состав предназначен для интенсификации и повышения эффективности процесса деэмульсации при подготовке высоковязкого и тяжелого нефтяного сырья на промыслах. Многофункциональный композиционный состав при удельном расходе до 100 г/т и относительно низкой себестоимости производства по сырью, что в целом на 20-30% меньше стоимости и расхода промышленных отечественных и импортных аналогов, обеспечивает выполнение требований по качественным показателям на подготовленную нефть, позволяет улучшить реологические и низкотемпературные свойства товарной нефтяной продукции, транспортируемой по трубопроводу на дальнейшую переработку.
Деэмульгирующий состав включает компоненты отечественного производства нефтехимического и органического синтеза; получение опытного образца осуществляется в рамках импортозамещения; эффективность деэмульгатора подтверждается результатами проведенных исследований процессов обезвоживания и обессоливания высоковязкого нефтяного сырья на испытательном стенде.
Разработанный роторно-пульсационный акустический аппарат позволяет: интенсифицировать процесс разрушения водонефтяной эмульсии; повысить эффективность процессов обезвоживания и обессоливания промысловых высоковязких нефтей с получением товарной нефти по 1 группе в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51858-2002; улучшить вязкостные характеристики транспортируемой нефтяной продукции; увеличить выход светлых нефтяных фракций при первичной атмосферной переработке нефти до 10% от потенциального содержания их в исходном сырье.
Научно-технические и технологические решения, связанные с разработкой, производством и применением многофункционального композиционного деэмульгирующего состава совместно с аппаратом, генерирующего акустические колебания, позволяют улучшить качество получаемых продуктов и снизить себестоимость подготовки и первичной переработки высоковязкого и тяжелого нефтяного сырья на промыслах и нефтеперерабатывающих заводах.