14.577.21.0176

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.

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.

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.

• 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. 

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.