Белухина Екатерина Александровна г. Сызрань 2015.

22 Реологические свойства нефтей. Белухина Екатерина Александровна Ученица 10 «РН» класса ГБОУ СОШ 3

3 ВВЕДЕНИЕ Среди нефтей 180-ти разведанных месторождений значителен удельный вес парафинистых нефтей. Они являются высокозастывающими. Внешним проявлением таких нефтей является, отсутствие течения до приложения к нефти предельного напряжения сдвига. Это явление предопределяет сложную и важную проблему пуска трубопроводов в работу после их строительства или длительных остановок, ибо используемые в настоящее время методы пуска трубопроводов до сих пор являются сложными и дорогостоящими. В процессе добычи, транспорта и хранения вязких и высокозастывающих нефтей с понижением температуры значительно ухудшаются реологические и гидродинамические характеристики, что приводит к отложению асфальтосмолопарафиновых образований. Но наличие данных о ее реологических свойствах позволит уменьшить вязкость нефти.

4 АКТУАЛЬНОСТЬ В последние годы усилился интерес к мало энергетическим воздействиям, с помощью которых можно без заметных внешних энергетических затрат или с использованием внутренних резервов вещества перестраивать его структуру. В качестве внешних воздействий, влияющих на структуру веществ, в том числе и нефтяных дисперсных систем, могут быть использованы различные варианты электрических, электромагнитных, магнитных, вибрационных или акустических полей. При этом сравнительно легко достигаются эффекты, соответствующие увеличению или, наоборот, снижению упорядоченности в надмолекулярной структуре веществ. В последние годы усилился интерес к мало энергетическим воздействиям, с помощью которых можно без заметных внешних энергетических затрат или с использованием внутренних резервов вещества перестраивать его структуру. В качестве внешних воздействий, влияющих на структуру веществ, в том числе и нефтяных дисперсных систем, могут быть использованы различные варианты электрических, электромагнитных, магнитных, вибрационных или акустических полей. При этом сравнительно легко достигаются эффекты, соответствующие увеличению или, наоборот, снижению упорядоченности в надмолекулярной структуре веществ.

5 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ Целью исследования является определение и рассмотрение наиболее эффективных способов влияния на реологические свойства нефти. Поставленная цель обусловила необходимость решения следующих взаимосвязанных задач: обзор и систематизация литературных данных по вопросу роли реологических свойств нефти в процессе нефтепереработки; определение места реологических свойств нефти на ряду с химическими и физическими свойствами; уточнение понятий ньютоновской и неньютоновской жидкости, определение методов улучшения реологических свойств

6 Реология Реология – наука, изучающая механическое поведение твердо-жидкообразных тел, структурно– механические свойства нефтей. Реологическое уравнение: dг/dt = ф/м Реологические характеристики нефтей в значительной степени определяются содержанием в них смол, асфальтенов и твердого парафина. Основные факторы, приводящие к резкому изменению реологических свойств нефтей: температура и давление (для раз газированных нефтей), содержание, дисперсный состав агрегативная устойчивость глобул воды для обводненных эмульсионных нефтей.

7 Графическое представление реологических свойств жидкостей

8 Классификация нефтей по содержанию парафинов

9 Вязкость У ньютоновских жидкостей скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению (давлению) и обратно пропорциональна вязкости жидкости Вязкость ньютоновской жидкости зависит только от температуры, давления. Вязкость неньютоновской жидкости зависит от температуры, давления, скорости деформации сдвига и времени нахождения в спокойном состоянии. Схема сдвига слоев жидкости

10 Графическая модель для определения эффективной вязкости неньютоновской жидкости Реологических кривых течения – зависимостей напряжения сдвига от скорости сдвига для прямого и обратного хода. Для общего математического описания всех типов реологических кривых течения используется уравнение Балк- ли–Гершеля для нелинейных вязко пластичных жидкостей: τ = τ 0 + k γ n,

11 Динамическая вязкость Динамическая вязкость определяется по уравнению Ньютона: где А – площадь перемещающихся слоёв жидкости или газа F – сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv; dy – расстояние между движущимися слоями жидкости (газа); dv – разность скоростей движущихся слоёв жидкости (газа). μ – коэффициент пропорциональности, абсолютная, динамическая вязкость Движение двух слоёв жидкости относительно друг друга

12 Энергозатратные и ли связаны с загрязнением окружающей среды Малоэнергозатратные Вибрационное поле Депрессорные присадки Горячая перекачка Смешение вязких и высокозастывающих нефтей с маловязкими Акустическое поле Магнитное поле Способы улучшения реологических параметров Способы улучшения реологических параметров нефти

13 Смешение вязких и высокозастывающих нефтей с маловязкими Улучшения реологических параметров вязких нефтей (вязкости, температуры застывания, напряжения сдвига) можно добиться методом смешения их с разбавителями. В качестве разбавителей могут применяться конденсаты, бензины, керосины, маловязкие нефти. Если на месторождении добываются нефти разных видов - вязкие и маловязкие, то, соединяя их, можно достигнуть резкого понижения вязкости и температуры застывания. Для неких вязких нефтей требуется добавлять чрезвычайно огромное количество разбавителя (до 70 %). Нужное количество разбавителя для каждого сорта нефти определяется лабораторными исследовательскими работами.

14 Депрессорные присадки Назначение депрессорных присадок – повысить степень дисперсности нефтяной системы и тем самым снизить структурно-механическую прочность и понизить температуру застывания нефти. Установлено, что чем больше молекулярная масса парафинов нефти и чем выше их концентрация, тем меньше влияют добавляемые альсфальтены или другие депрессоры на температуру перехода нефтяной дисперсной системе из жидкого состояния в твердое. Действие депрессорных присадок сводится к влиянию на процесс ассоциации твердых парафиновых углеводородов при температурах выше температуры кристаллизации парафина и связано с образованием комплексов между присадкой и парафином. Недостатком является сравнительно большой расход депрессорных присадок, а также значительные энергозатраты на нагрев нефти при добавлении присадок.

15 Горячая перекачка В этом случае большое значение имеют правильно выбранные условия охлаждения нефти. Высокопарафинистые нефти в процессе термообработки целесообразно охлаждать в движении до температуры массовой кристаллизации t: = 40° С, а в диапазоне температур, где происходит массовая кристаллизация парафина и формирование структурной решетки – в покое, со строго определенной скоростью охлаждения. Базовым методом перекачки высоковязких нефтей является горячая перекачка, при которой продукт первоначально нагревается до температуры на выше температуры плавления парафина и транспортируется по трубопроводу с повышенной теплоизоляцией. Термообработка позволяет получить нефть с непрочной структурной решеткой, не способной удержать в своих ячейках весь объем нефти.

Вибрационное поле В процессе вибро струйной обработки механическое воздействие разрушает надмолекулярную структуру среды (нефти), а мощное импульсное электромагнитное поле сообщает частицам нефти кинетическую и потенциальную энергию и переводит их в возбужденное метастабильное состояние. Высокая сдвиговая скорость протекания нефти через магнитный поток, высокие удельные магнитные параметры магнитной системы позволяют воздействовать на среду с высокими энергиями. Колебательная система настраивается на резонансную частоту, равную промышленной частоте электрической сети 50 Гц.

Согласно современным представлениям, возникновение и интенсификация химических реакций в поле акустических колебаний объясняются процессом кавитации. Явление кавитации основано на двух теориях электрической и тепловой. При воздействии акустических колебаний в жидкости возникает множество пузырьков различных форм и размеров. Движение пузырьков определяется не только характеристиками поля, но и их размерами, формами и газосодержанием. Присутствие в жидкости большого числа пульсирующих и осциллирующих пузырьков обусловливает возникновение различных электрокинетических явлений. При адсорбции электролитов, поверхностно-активных веществ и т. п. особенности распределения электрических зарядов непосредственно вблизи поверхности раздела между жидкой и жидкой; жидкой и газовой; газовой и твердой; жидкой и твердой фазами связаны с ролью электрокинетических эффектов в физико-химических и химических процессах. Акустическое поле

18 Энергия магнитного поля Энергия магнитного поля является одним из самых эффективных, экономичных и доступных видов энергии. Более широкое использование энергии постоянного магнитного поля сильно ограничено недостаточной теоретической разработкой проблемы действия сил магнитного поля из-за сложности структурных и энергетических превращений, протекающих в веществах различного строения на микро- и макроуровне. Установлено, что реологическое поведение нефтей в постоянном магнитном поле определяется содержанием парафиновых углеводородов, смол и асфальтенов. Магнитная обработка приводит к снижению вязкости, предельного напряжения сдвига и энергии активации вязкого течения нефтей с содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов до 35 % и соотношением бензольных и спиртобензольных смол менее единицы.

19 Измерение вязкости на установке Зная объемный расход нефти и перепад давлений на калиброванной трубке, можно рассчитать вязкость по формуле:

20 Установка для исследования реологических свойств нефти при повышенном давлении

Выводы 1. Реологические свойства нефти: -учитываются при расчете скорости движения нефти по трубам; -при расчете вязкости. 2. Целенаправленных исследований в области неньютоновских нефтяных жидкостей проведено недостаточно и еще предстоит установить более общие закономерности для управления этим сложным процессом, имеющим важное технологическое значение.

22 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!