авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Методы и агрегаты для магнитогидродинамической обработки водонефтяных сред

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛАПТЕВ АНАТОЛИЙ БОРИСОВИЧ

МЕТОДЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДОНЕФТЯНЫХ СРЕД

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(Нефтегазовая отрасль машиностроение

в нефтеперерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа-2007

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и защита от коррозии» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Бугай Дмитрий Ефимович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зубаиров С.Г.

доктор технических наук

Малышев В.Н..

доктор технических наук

Кушнаренко В.М..

Ведущая организация НПО «Нефтегазтехнология»

Защита состоится 14 марта 2008 года в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ).

Автореферат разослан «____» ____________ 2007 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Эксплуатация нефтяных и газоконденсатных месторождений сопровождается большим количеством осложнений, таких как коррозия трубопроводов, отложения на внутренней поверхности промысловых трубопроводов неорганических солей и асфальтено-смолистых веществ; образование высоковязких эмульсий и пр.

Отложения приводят к значительному уменьшению проходного сечения трубопроводов, что влечет за собой рост внутреннего давления и, соответственно, увеличение механических напряжений в металле; коррозия уменьшает толщину стенки трубы. В этих условиях межремонтный период работы промысловых трубопроводов существенно уменьшается.

На территории Российской Федерации находится в эксплуатации около 350 тыс. км промысловых нефтепроводов, на которых ежегодно регистрируется до 20 тыс. случаев порывов, свищей и других видов отказов, что приводит к значительным потерям нефти и загрязнению земель. Особую опасность при этом представляют случаи взрыва попутного нефтяного газа и связанные с ними возгорания разлившейся нефти.

Основным методом предотвращения осложнений в нефтяной промышленности является применение специальных химических реагентов. По мере истощения месторождений, закачке в пласт воды и попадании с ней несвойственных природе пласта химических соединений, возрастают требования к реагентам и их количеству. Разработка новых, более эффективных и дорогостоящих реагентов ведет к существенному увеличению себестоимости добываемой продукции.

На протяжении ряда лет исследовалась возможность применения не только химических реагентов, но и физических методов воздействия на отложение неорганических солей (Классен В.И., Очков В.Ф., Тебенихин Е.Ф. и др.), на коррозионную активность промысловых сред (Абдуллин И.Г., Ефремов А.П., Муктабаров Ф.К., Навалихин Г.П., Саакиян Л.С., Худяков М.А., Шайдаков В.В. и др.), на водонефтяные эмульсии и асфальтено-смолистые отложения (АСПО) (Бахтизин Р.Н., Валеев М.Д., Голубев М.В., Инюшин Н.В. Лесин В.И., Мирзаджанзаде А.Х. и др.).





Несмотря на достижения по магнитной обработке промысловых сред, существуют проблемы, обусловленные недостаточной стабильностью результатов. Тем не менее, выяснение принципов воздействия и обоснование применимости магнитного поля для предупреждения указанных осложнений представляются актуальными.

В диссертации на основе экспериментального и теоретического изучения механизмов и причин образования осложнений представлено теоретическое обоснование методов расчета и конструирования агрегатов и машин для осуществления процесса магнитогидродинамической обработки (МГДО) промысловых сред и методология снижения отложений солей на внутренней поверхности промыслового оборудования, снижения его коррозии, повышения скорости разрушения водонефтяных эмульсий путем изготовления и использования агрегатов МГДО. Приведены результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний разработанных агрегатов и устройств.

Цель работы

Разработка методов МГДО для уменьшения и предотвращения осложнений при добыче и транспортировке нефти, расчет, изготовление и апробация агрегатов для их осуществления.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Анализ промысловых данных по авариям и ремонтам трубопроводов и скважинного оборудования месторождений нефти вследствие образования эмульсий, коррозии, отложения солей и АСПО.

2 Разработка лабораторных методик и агрегатов для исследования влияния МГДО водонефтяных сред различного состава на характер кристаллизации малорастворимых солей, на водородный показатель промысловой среды, на асфальтены, на структуру транспортируемой по трубопроводу водонефтяной эмульсии в зависимости от скорости течения и химического состава, а также параметров постоянного магнитного поля.

3 Разработка научно обоснованных методов расчета агрегатов МГДО для потоков электролитов, позволяющих перераспределять ионы в объеме и снижать процессы солеотложения и коррозии при добыче нефти.

4 Исследование влияния состава и свойств АСПО, механических примесей и поверхностно-активных веществ, минерального состава среды, а также особенностей молекулярного строения асфальтенов на характер формирования АСПО на внутренней поверхности труб и оборудования, и на устойчивость водонефтяных эмульсий.

5 Разработка способа МГДО промысловых сред, агрегатов для ее осуществления и технических условий на изготовление и использование устройств МГДО промысловых сред с целью снижения осложнений.

6 Проведение опытно-промышленных испытаний разработанных агрегатов, машин и их внедрение на нефтедобывающих предприятиях.

Научная новизна

1 Разработаны научно-методологические основы расчета и конструирования агрегатов для МГДО промысловых сред, позволяющих существенно снижать солеотложение. Показано, что на эффективность снижения солеотложения при МГДО водной фазы промысловых сред наибольшее влияние оказывают величина магнитной индукции, скорость потока среды через аппарат и концентрация ионов солей жесткости. Установлено, что при проведении МГДО водной фазы промысловых сред в зоне с нулевой магнитной индукцией между однополярными источниками магнитного поля (ИМП) происходит рост концентрации противоположно заряженных ионов солей жесткости, в результате чего образуются их микрокристаллы, которые не осаждаются на внутренней поверхности труб, а продолжают движение с потоком среды в виде взвеси.

2 Научно обоснованы теория и методология расчета и конструирования агрегатов для МГДО промысловых сред, способствующих снижению скорости коррозии нефтепромыслового оборудования. Эффективность МГДО по снижению коррозионной активности пластовых вод увеличивается с ростом отношения «нефть/вода» в двухфазной среде, скорости её движения через агрегат и значений магнитной индукции разнополярных ИМП. Показано, что МГДО водонефтяных сред приводит к перераспределению катионов и анионов в водной фазе, которое способствует повышению ее рН на 1-2 единицы и значительному снижению коррозионной активности. МГДО позволяет закреплять ионы гидроксония в объеме нефтяной фазы за счет образования в ней карбокатионов, что обеспечивает сохранение высокого рН водной фазы в течение продолжительного времени.

3 Разработаны теоретические основы и методология расчета и конструирования агрегатов для МГДО промысловых сред, препятствующих образованию АСПО в нефтепромысловом оборудовании. Установлено, что в случае расположения источников магнитного поля (ИМП) нормально направлению течения среды однополярно достигается наиболее интенсивное осаждение на них комплексов «асфальтен – оксид или сульфид железа». Этот эффект основан на том, что в состав АСПО входит от 5 до 40 % ферро- и парамагнитных соединений железа, являющихся продуктами коррозии. В связи с этим в магнитном поле асфальтены ведут себя как сильномагнитные вещества.

4 Разработаны научные основы и методики расчета и конструирования машин и агрегатов для вибрационной обработки и МГДО водонефтяных эмульсий, обеспечивающих их эффективное разрушение. Установлена последовательность обработки эмульсии, при которой достигается максимальная эффективность ее разрушения. Показано, что при вхождении глобул эмульсии в вибрационное поле происходит однонаправленное перемещение глобул и их активные столкновения за счет разницы скоростей перемещения, которые приводят к разрушению эмульсии. Предложен механизм воздействия магнитных и вибрационных полей на устойчивость водонефтяных эмульсий, заключающийся в активном взаимодействии с магнитным полем твердых частиц и полярных молекул органических соединений, входящих в бронирующие оболочки глобул эмульсии. Установлено, что обработка эмульсии агрегатом МГДО с разнополярными ИМП разрыхляет бронирующие оболочки путем перегруппировки пара- и ферромагнитных механических примесей и поляризации глобул воды, а последующее кратковременное воздействие вибрационного поля интенсифицирует коалесценцию этих глобул.

5. Разработаны принципы конструкции и расчета машин для непрерывной магнитной сепарации ферро- и парамагнитных механических примесей из потока нефтепромысловых сред, основанные на расчете значений магнитной индукции, расстояний между ИМП и длины ИПМ, обеспечивающих осаждение частиц на осадительных элементах, внутри которых вращаются расположенные по спирали ИМП и транспортировку частиц по направляющей в бункер - накопитель.

Практическая ценность

1 При участии соискателя в ООО «Научно-производственный центр «Знание» (г. Уфа) разработаны технические условия «Устройство для магнитной обработки жидкости» ТУ 3667–007–45316114–2006, они согласованы с Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Республике Башкортостан (письмо № 12-21/3415 от 30.12.2005 г.) и внесены в реестр Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии ФГУ «ЦСМ Республики Башкортостан» 19.04.2006 г. за № 056/010042. Изготавливаемые в соответствии с этими техническими условиями устройства предназначены для использования в процессах добычи и транспортировки нефти в умеренном и холодном макроклиматических районах РФ.

2 Разработанные лабораторный стенд и «Методика расчета установок магнитогидродинамической обработки коррозионных сред» внедрена в ООО НПЦ «Знание» при проведении работ по проектированию и изготовлению агрегатов МГДО.

3 Внедрены в НГДУ «Арланнефть» разработанные установки МВ-150-005 для снижения коррозионной активности пластовой воды и МВ-73-005 для предотвращения АСПО.

4 Разработано и внедрено в НГДУ «Альметьевнефть» устройство МГДО для агломерации асфальтеновых комплексов в потоке промысловых жидкостей, позволившее в период с 26.06.2003 по 16.11.2004 уменьшить количество операций по очистке трубопроводов от АСПО в 3,6 раза, а также на одной из скважин исключить применение деэмульгатора для снижения образования АСПО.

5 Разработаны и внедрены в ООО «Корпорация Уралтехнострой» методики «Исследование эффективности магнитно-вибрационной обработки промысловой эмульсии» и «Получение лабораторной модели промысловой эмульсии».

6 Сконструирована и изготовлена лабораторная установка на основе агрегата МГДО, позволяющая исследовать влияние магнитно-вибрационного воздействия на структуру промысловой эмульсии транспортируемой по трубопроводу при различных режимах перекачки.

7 Сконструирована и внедрена в ООО «Корпорация Уралтехнострой» установка магнитной обработки потока водогазонефтяных сред УМОП-50 в качестве пилотной установки для определения эффективности магнитно-вибрационной обработки промысловых сред в лабораторных и натурных условиях.

8. Сконструирована пилотная машина для магнитной сепарации, с использованием которой было удалено 70 % механических примесей из пластовой воды НГДУ «Уфанефть».

Апробация работы и публикация результатов

Основные результаты работы доложены и обсуждались на научно-технических конференциях в городах Уфе, Томске, Тюмени и Оренбурге.

По результатам работы опубликовано 40 трудов: 3 монографии, 8 статей, 5 патентов РФ и тезисы 24 докладов.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и приложений. Объем диссертации – 289 с. машинописного текста; приводятся 51 таблица, 104 иллюстрации, восемь приложений. Список литературы содержит 296 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертации, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе приведены литературные данные об осложнениях на нефтесборных трубопроводах и методах их снижения, а также конструктивные решения магнитных агрегатов и эффективности их использования.

На нефтяных месторождениях наиболее распространенным методом защиты трубопроводов и оборудования от коррозии является ингибирование промысловых сред, которое не всегда обеспечивает достаточное снижение их аварийности.

Известен способ снижения внутренней коррозии стали нефтесборных трубопроводов, заключающийся в поддержании турбулентного режима течения двухфазной жидкости, при котором создается эмульсия закрытого типа «вода в нефти» и снижается скорость коррозии металла. Однако при постепенном падении дебита нефти уменьшается скорость течения эмульсии, а использование системы ППД приводит к обводнению нефти более чем на 50 %, что способствует расслоению эмульсий и препятствует созданию эмульсий закрытого типа.

Другие способы, такие как использование защитных покрытий, увеличение рН пластовой воды, транспортируемой от скважины, химическими методами – достаточно дороги и малоэффективны.

Известны также попытки использования аппаратов магнитной обработки промысловых сред с целью уменьшения их активности. По мнению А.Л. Бучаченко, С.Н. Колокольцева, А.Х. Мирзаджанзаде, Р.З. Сагдеева и К.М. Салихова энергия магнитной обработки водных сред примерно равна энергии теплового движения атомов. Это позволяет упорядочить внутреннюю структуру химических связей, которые характеризуются взаимодействием двух или нескольких атомов и обуславливают образование устойчивой многоатомной системы. Предполагается, что аппараты магнитной обработки способны вызывать существенную перестройку электронных оболочек связанных между собой атомов.

В нефтегазовой отрасли применение магнитной обработки водных сред, основанное на приведенной гипотезе, осуществляется в нескольких направлениях: борьба с АСПО и солеотложением, предотвращение образования стойких эмульсий и снижение коррозионной активности перекачиваемых жидкостей. В частности, противокоррозионный эффект достигается путём применения переменного или постоянного магнитного поля, создаваемого в рабочем зазоре соответствующего аппарата при прохождении обрабатываемой жидкости около ИМП. Однако данный способ малоэффективен, так как позволяет лишь омагничивать воду, то есть несколько снижать ее температуру и лишь незначительно повышать рН. Невысокой эффективностью обладают и другие подобные способы и устройства, что, по нашему мнению, связано с отсутствием строгих теоретических предпосылок к конструированию и изготовлению подобных агрегатов. В результате наблюдается, например, незначительное снижение скорости коррозии стального оборудования, контактирующего с обработанной средой, поскольку концентрация у поверхности металла ионов гидроксония, остается неизменной. Между тем, именно концентрация этих ионов во многом определяет скорость коррозии металла в водных растворах электролитов.

Солеотложение вызывает локализацию коррозионных процессов металла труб, что приводит к их ускоренному разрушению, сопровождающемуся разливами нефти и воды. Последнее создает на трубопроводах пожароопасную ситуацию, особенно при наличии в перекачиваемом продукте попутного нефтяного газа и влияет на экологическую обстановку на местности. Число отказов нефтегазопроводов по причине солеотложения вследствие развития локальной коррозии составляет до 40 % от общего числа их отказов.

К безреагентным методам снижения солеотложения относятся мероприятия, основанные на изменении технологических параметров эксплуатации скважин: поддержание повышенных давлений на забое, использование хвостовиков, диспергаторов и других конструктивных изменений в глубиннонасосных установках. Кроме того, предпринимаются попытки воздействия на перенасыщенные солями водные растворы магнитными и акустическими полями. При этом, по мнению многих исследователей, эффективность магнитной обработки, как правило, несколько выше.

Использование в нефтепромысловой практике постоянного магнитного поля для снижения солеотложения (работы Д.М. Агаларова, В.И. Классена, В.Ф. Очкова, Е.Ф. Тебенихина) показало перспективность данного направления. Устройства магнитной обработки не нашли широкого применения в промышленности, что связано с низкой повторяемостью результатов применения из-за отсутствия теории, разработанного механизма воздействия постоянного магнитного поля на кристаллизацию солей жесткости, методологии конструированию и основ расчета агрегатов для обработки нефтепромысловых сред.

Образование АСПО в нефтепромысловом оборудовании и трубопроводах происходит по ряду причин: снижение давления и температуры по длине колонны насосно-компрессорных труб и нефтесборных трубопроводов; интенсивное газовыделение; падение температуры в пласте; изменение скорости движения газожидкостной смеси и отдельных ее компонентов; состав углеводородов в каждой фазе смеси; соотношение объема фаз; состояние поверхности труб.

Известные устройства магнитной обработки продукции нефтяных скважин с целью предупреждения образования АСПО разрабатывались опытным путем, без учета физических и химических свойств асфальтенов и механизма их поведения в магнитном поле. В результате наряду с невысокой эффективностью установок наблюдается увеличение АСПО в сечении самого устройства, что свидетельствует о необходимости расчета агрегатов такого типа для условий различных месторождений нефти и газа.

Образование в скважинах и трубопроводах стойких и вязких эмульсий снижает безаварийный период работы скважин из-за обрывов штанг в штанговых скважинных насосных установках и выхода из строя электропогружных центробежных насосов из-за перегрузок электродвигателя. Высокая вязкость эмульсий вызывает рост давления в системах сбора нефти, влечет за собой порывы труб коллекторов, затруднение отделения нефти, сепарации газа и сброса воды в цехах подготовки и перекачки нефти.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.