Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование "горячей" перекачки высоковязких нефтей с применением углеводородных разбавителей

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Исследование "горячей" перекачки высоковязких нефтей с применением углеводородных разбавителей"

На правах рукописи УДК 622.692.4

Кнсим Саад Джаббар

ИССЛЕДОВАНИЕ "ГОРЯЧЕЙ" ПЕРЕКАЧКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ УГЛЕВОДОРОДНЫХ РАЗБАВИТЕЛЕЙ

Специальность 25.00.19- " Строительсгво и жсплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ " (технические науки).

У

<—

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2005 i

Работа выполнена в Российском государственном университете нефги и газа им. И. М. Губкина

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Марон Вениамин Исаакович

Официальные оппоненты -

доктор технических наук,профессор

Челинцев Сергей Николаевич кандидат технических наук Владимиров Александр Евгеньевич

Ведущая организация -

Открытое Акционерное Общество « Гипротрубопровод »

Защита диссертации состоится «—» г. в ^- часов, в ауд. —

на шседании диссертационного совета Д 212.200.06 в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: Ленинский проспект, 65, Москва. В-296, ГСП-1, 119991.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук профессор '

Иванцова С.Г.

АЪЪЯОяа.

81Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие нефтяной промышленности в перспективе все больше связывается с добычей и трубопроводным транспортом в широких масштабах высоковязкой нефти.

В частности, в последние десятилетия в Ираке резко возросли объемы добычи и транспорта тяжелых нефтей с повышенным содержанием асфальтено- смолистых веществ. Сейчас известно более 10 таких месторождений, в том числе месторождение Гяара на севере Ирака.

Транспорт высоковязких нефтей затруднен из-за их повышенной вязкости, высокой температуры застывания и ряда других реологических особенностей.

Эффективность традиционной технологии транспорта нефти с подогревом, так называемой "горячей" перекачки, будет неуклонно падать и!-)а повышения температуры подогрева, увеличения потерь мощности и роста затрат на перекачку. Необходимая температура подогрева может оказаться слишком высокой, что будет приводить к разрушению изоляции и снижению технологической надежности нефтепровода.

В ряде случаев решение проблемы трубопроводного транспорта высоковязких нефчей возможно путем комбинирования технологии "горячей" перекачки и технологии перекачки высоковязких нефтей с разбавлением ее маловязкой нефтью или другими разбавителями.

Каждая из этих технологий "горячая" перекачка и разбавление, хорошо рафаботаны в научном плане и нашли применение на ряде трубопроводов в России и в других странах. Однако отсутствуют исследования для теоретического обоснования технологии совместного применения подогрева и разбавления пефт и, в частности, выбора температуры подогрева и концентрации разбавителя. Поному представляется актуальной разработка технологии "горячей" перекачки с разбавителями.

В данной работе исследуется технология транспорта нефти, комбинирующая "горячую" перекачку и разбавление высоковязкой нефти углеводородным разбавителем.

Предложена методика определения температуры подогрева и концентрации разбавителя для заданной мощности перекачивающей станции и величины расхода высоковязкой нефти.

На примере трубопроводного транспорта высоковязких нефтей Ирака показана эффективность такой технологии.

Целью работы является создание теории расчета потерь напора при "горячей" перекачке с применением разбавителя и определение температуры подогрева и концентрации разбавителя для заданных расхода высоковязкой нефти и мощности перекачивающей станции.

Научная новизна диссертации.

1. Разработана теория расчета потерь напора при "горячей" перекачке с применением разбавителя.

2. Определены жергетические затраты при перекачке заданного количества высоковя <кой нефти в зависимости от температуры подогрева и концентрации разбавителя.

3 Предложена методика для определения температуры подогрева и концентрации разбавители для заданной мощности перекачивающей станции и величины расхода высоковязкой нефти.

Практическая ценность работы.

Методика выбора температуры подогрева нефти и концентрации разбавителя позволяет разработать технологию перекачки высоковязкой н.'фти при шданных мощности перекачивающей станции и расходе высоковязкой нефш, снизшь температуру подогрева, уменьшить температурные напряжения в металле трубы и, тем самым, повысить I синологическую надежность нсфюпронода.

Основные задачи, решенные в работе.

1. Создание теории расчета потерь напора при "горячей" перекачке высоковязкой нефти с применением углеводородного разбавителя при I яличных режимах течения.

2. Оценка энергетических затрат на перекачку высоковязкой нефти с применением углеводородного разбавителя в зависимости от температуры подогрева, концентрации разбавителя и параметров перекачки.

3. Экспериментальное исследование зависимости реологических характеристик и физических свойств тяжелой и легкой нефти месторождений на севере Ирака от температуры.

4. Расчеты температуры подогрева и концентрации разбавителя при "горячей" перекачке высоковязкой нефти с применением маловязкой нефти, в климатических условиях месторождений севера Ирака.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы и результаты были доложены на 6-ой научно- технической конференции «Актуальные проблемы сосчояния и развития нефтегазового комплекса России » 26-27 января 2005 г. РГУ нефти и газа им И М Губкина, г. Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна печатная работа и одна работа публикуется.

Струюура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, 3 приложений, 21 таблиц, 29 рисунков и списка литературы и194 наименований, общим объемом 174 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении. Обоснована актуальность выбранной темы диссертации и сформулированы основные направления исследований.

Во первой главе. Содержится обзор работ, посвященных научной разработке и практическому внедрению технологий "горячей" перекачки и перекачки с углеводородными разбавителями.

Здесь особо следует выделить научные работы В.И. Черникина и его учеников по "горячей" перекачке, которые проводились в РГУ нефти и газа им. И М. Губкина и работы, выполненные в Уфимском Государственном нефтяном техническом университете. Аналогичные исследования проводились в Тюменском нефтегазовом университете и других учебных и научно - исследовательских учреждениях.

В этих же университетах были созданы теоретические основы для расчета технологических параметров перекачки высоковязкой и высокозастывающей нефти с yi леводородными разбавителями.

Персонально можно назвать имена ученых P.A. Алиева, В.М. Агапкина, В А. Юфина, С Н. Челицева, Э.М. Блейхера, Б.Л. Кривошеина, П И Тугунова, В Ф Новоселова, В.В. Новоселова, Л.Д. Абрамзона, A.A. Коршака, MB. Лурье, В.И. Марона, В.Н. Антипьева, и др.

Первые в СССР опыты по перекачке нефтей с разбавителями были проведены в 1926 г. инженерами А.Н. Сахановым и A.A. Кащеевым. Сейчас в мире построены и эксплуатируются по технологии "горячей" перекачки 50 нефтепроводов. Крупнейший из них построен в СССР- "Узень - Гурьев-Куйбышев".

В промышленном масштабе перекачка высокопарафинистой Мангыш-лакской нефти с маловяжими нефтями Поволжья осуществляется по нефтепроводу "Дружба" и другим нефтепроводам.

Перекачка с разбавителями реализуется в Канаде, в Англии, Германии, Франции и др. странах.

Анализ опубликованных рабо| показал, чю 01су1с1вун>1 теория и практика совместною использования технологий "горячей" перекачки и разбавления нефти В частости, отсутствуют методики расчета потерь мощности, падения напора и выбора температуры подогрева нефти и концен фация разбавителя.

В тоже время, комбинирование двух известных технологий могло бы позволить уменьшить число станции подогрева и снизить температуру подогрева, особенно в холодный период перекачки, когда в ряде случаев ■емперазура подогрева может быть недопустимо высокой.

Разработке научных аспектов технологий "горячей" перекачки высоковязкой и высокозастывающей нефти с разбавителями, посвящены следующие главы.

Во второй главе дана постановка задачи и выведены формулы для расчета потерь мощности и напора на трение в процессе "горячей" перекачки высоковя жих нефтей в трубопроводе с применением углеводородного разбавителя. Обозначим потери полного напора на участке между двумя близкими сечениями трубопровода через (к .Тогда гидравлический уклон на этом участке трубопровода будет равен:

Здесь н - полный напор, / - гидравлический уклон. Лля вычисления гидравлического уклона воспользуемся формулой Лсйбензона, которая имеет вид

ин

(1х

-/

(1)

р = 4,15^ , /и-1 , < 2,3 • I О1 ,

/? = 0,0247'~ , т - 0,0247 , Ю4 <Ке<10*.

гдеУц,- кинематическая вяжость нефти, вычисленная для температуры на внутренней поверхности трубы (множитель в скобках учитывает неравномерное распределение температуры по сечению трубопровода).

Вязкости, входящие в формулу (2), зависят от температуры и вычисляются по формуле Филонова - Рейнольдса. Имеем

у = к ехр\-а{Т-Т. )],

уп=у.ехр[-а(Тм-Т.)], (3 >

[де V*- известная кинематическая вязкость нефти при температуре Т* ;

Т - 1емперагура нефти, которая меняется от сечения к сечению и может быть вычислена с помощью уравнения Шухова;а - показатель термовязкограммы

[«]= К 1; Тм - температура на внутренней поверхности трубы. Уравнение Шухова имеет вид

~~=Шу (Т, -Т), их

л (1К1 (4)

Шу =

С. С

где Шу -безразмерный ьомплекс, называющийся числом Шухова; /.длина учаока трубопровода; С • массовый расход; с,- удельная теплоемкость, ¡1- внутренний диаметр трубопровода; 71- температура фунта; К- ко»ффициент |еплопередачи.

Вязкость разбавленной нефти можно вычислить по формуле

УР„ = К, ехР( -с1п —-), (5 }

где с- концентрация разбавителя, ^ и -кинематические вязкости разбавленной и исходной нефти.

Вязкости, входящие в формулу (5), зависят от температуры.

К = К. ехр[- ан (Г-Т. )],

ур =ур.е\р[-ар(Т - Т. )], (6)

где 1'„., у,, . - известные кинематические вязкости нефти и разбавителя

при температуре Т+ ; а?, а и - соответственно, параметры термовязкограммы

для разбавителя и исходной нефти.

Объёмная концентрация разбавителя равняется

<7>

н р

где Ур и - объёмы разбавителя и нефти в резервуарах. Эту же формулу из-за гомогенности смеси можно переписать, используя расходы разбавителя Qv и нефти @„

Здесь (}ц задано , с < 1 .

Выражение для гидравлического уклона при перекачке разбавленной нефти имеет вид

1=Р---(—)= в—---——

V., с1Ут

ур л

Р»

V 1

(9)

Уравнение потерь напора при "юречей" перекачке с помощью уравнения Шухова запишем в виде

с!Н

- /X

иТ Шу(Тг - Т)

(10)

В турбулентном потоке из-за интенсивного переноса тепла и практического равенства температур турбулентного ядра потока и металла трубы при вычислении потерь напора по формуле Лейбензона можно не учитывать неравномерность профиля температуры Тогда уравнение (9) с учетом формул для вязкости запишем в виде

( ^0,0247-

1

У (г~) V ,

/4.75

ч",- У

ехр

)

(И)

где :

: У =[(1-с К +са р], с< 1.

Проишегрируем уравнение (10) с учеюм (II) по переменной Т, учитывая её щменепие от 1емпера1уры подогрева в начале участка фубонровода Т„ до 1емпсра1уры и конце участка 7*.

Падение напора на трение при турбулентном режиме равно

А/У=А(£ ) = 0,0247

0.25

£'•«( 1 _)'•»£ вХ!

1 -С

14,75

■I

+

Шу

ж

где

Тг ' ' Т, ~ Т1 При ламинарном режиме течения профиль температуры более вытянут вдоль оси трубопровода, чем в турбулентном потоке, поэтому при вычислении потерь напора следует учесть неравномерное! ь распределения температуры в сечении трубы.

При стационарном теплообмене в потоке в трубопроводе, когда не происходит накопление тепла в сечении, все потоки тепла равны. В час гности, имеем

т!К(Т -Т) = ттс1а(Тм-Т)=>Ти = Т + ^(Г, - Т), (13)

где а , К - соответственно, коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки фубы и коэффициент теплопередачи в грунт ; Ту Ти . соо1вегс1венно, [емнература окружающей среды и температура внутренней новёрхноои трубы.

С учетом (13) вычисляем 01 ношение вячкостей в формуле (2)

у

Т -7' )]. (14)

Гидравлический уклон в ламинарном потоке равен

1-1

/=45 , "—Г ехр[- -71. )]ехр

Равенство (15) подставляем в уравнение (10) и, в результате интегрирования, получаем формулу для вычисления потерь напора на трение

АН(Ь) = Ьг(/-) = 4,5 ехр

а ( - ' ) ехр[-у(Гг -Т.)]ь

1-е )

г;

•На)*-»

(дг-1)

ШуеI4 ё'х ,

где ,ек = //„-//,

(16)

Вычисление потерь напора при горячей перекачке с применением разбавителям в переходном режиме течения можно выполнить по формуле

Ь (¿) Ь,(/,)( 1-у)+ Ь;(А)у , 2300 < И.е < 104 , (17)

Л 0.002 (Кс-2320) „ , ,

где у -1 - е -так называемый коэффициент перемежаемое!и;

по1сри напора при ламинарном течение, вычисляемые по формуле (16); Ь(/)-потери напора при турбулешном течении, вычисляемые по формуле (12).

Для вычисления потерь напора при различных режимах течения на рассматриваемом участке трубопровода найдем длины участков с разными режимами течения в трубе, считая, что турбулентный режим вырождается при критическом числе Рейнольдса равном 2300. Имеем

Яе# = Яе.(-^-Г ехр[и^ -Т. )] . Яе. = — , (18) V р, ' Ун.

1де Яе^ - критическое число Рейнольдса; , - соответственно кинематическая вязкость и температура, соответствующие критическому числу Рейнольдса. Отсюда

1 . ^ {

Тг = Т, + —1п

V Яе .( — *-)' (19)

V,.

Эту температуру подставляем в формулу Шухова и получаем

Т{ = Т. + (Та-Т. )е\р(-Шу ~~) Т( >ТГ (20)

Огсюда определяем длину участка трубопровода Ц, на котором режим 1ечения - турбулентный

¿,. =

Шу

Т -Т

1и 1 I

То > Т(.

(21)

На остальной части трубопровода режим течения - переходный и ламинарный. Падение напора на трение будет равняться сумме напоров на трение на участках с различными режимами течения

ДЯ(1) = ЛГ(£) = ММ + ММ ; и = . (22)

Температура в конце участка равна

тк = та) = Т. + (Т{ - Т, )ехр. (23)

Уравнение баланса напоров при "горячей" перекачке с разбавителя имеет

вид

=КгнШ1) +Аг + Нм , (24)

где (с )- кавитационный запас, ,<,)- потери полного

напора на трение при горячей перекачке разбавленной нефти.

Потери мощности на трение на единице длины трубы можно вычислить по формуле

Лх ' (25)

1Де Суц . потери мощности, ускорение свободного падения и

массовый расход ра (бавленной нефги.

Потери мощности на длине участка Ь равны

л о

Пусть ¿, - заданы, тогда можно найти Л/' в зависимости от (То и с).

Зная температуру подогрева Т0 и количество разбавителя с, можно найти по формуле (26) потери мощности на трение и полезную мощность перекачивающей станции (ПС).

(27)

Ср,, =рмОн+р,Яг>

где Нк - уровень нефти в резервуаре , Нц- подпор.

Если мощность перекачивающей станции задана и задан расход высоковязкой нефти Qн , то возникает задача определения Т,> и с. Предлагается гакая методика определения Т0 и с. Обозначим стоимость разогрева тонны исходной нефти на один градус через П, а стоимость разбавления тонны нефш на 1% через Р. Тогда суммарные затраты на подогрев и разбавление одной тонны нефти будут равны

3 = П Т 0 + Р. с (28)

Затраты на саму перекачку для всех То и с одинаковые, так как мощность ПС задана.

Для заданных расходе ()ц и мощности Ыцс находим по формуле (27) потри мощности на |рение.

При фиксированных величинах (3// и можно найти связь между

То и С, при которой выполняется (26). Имеем

Та = /(С .¿,0„,|лг|). (29)

Можно показать, что То монотонно убывающая функция с, поэтому ее производная по с отрицательная. Перепишем (28) в виде

3=П.ДсД,е„,|лг|) +Р.с . (30)

Находим

</3 = П|—| (¡с + Р (/с . пп

ислж.с,и (31)

Минимуму затрат соответствует </3 = 0. Тогда концентрация разбавителя определяется из уравнения

( .1 г \

сИ_

(1С

_ Р

I ,1 ~ П ' <32>

По известной концентрации определяем температуру подогрева Т(). При выборе То и с следует учитывать технологические ограничения на минимальную и максимальную температуры подогрева, определяемые темиера(урой зааывания нефти, свойствами июляции, давлением насыщенных паров и другими параметрами, а также фактические объемы разбавителя на перекачивающей станции

В третьей главе содержится алгоритм расчетов по формулам второй главы и представлены результаты расчетов падения напора, Т0 и с для одного из нефтепроводов на севере Ирака.

Длина нефтепровода = 100 км, с1= 0.448 м, нефть имеет плотность 9 70кг/ м3 при 20 °С и содержит асфальтены 20 % масс, смолы 12 % масс, парафины 3 % масс. Температура застывания равна -16 °С.

Для расчетов были выполнены многочисленные эксперименты по определению реологических свойств исходной нефти и маловязкой нефти-разбавителя в зависимости от температуры в интервале от -5 "С до 50 "С.

Некоторые экспериментальные результаты представлены на рис. 1+ 4. Во всем диапазоне температур реологические свойства нефтей близки к ньютоновским. Показатель степени 0,987 < п < 1,022 .

120

«юо

С 2 80

£ п

3 60

| 40

к

о.__

§ 20

0

0

1

2 3 4

Скорости сдвига С'

5

6

Рис I. Реологические характеристики исходной нефти( тяжелой нефти) при разных температурах 1- (- 5 °С); 2-( 0 °С) ;3-( 5 °С).

0 1 2 3 4 5 6

Скорости сдвига С1

Рис .2. Реологические характеристики исходной нефти (тяжелой нефти) при разных температурах 4- ( 10 °С); 5-( 15 °С) ;6-( 20 °С).

20 18 16 "о 14

V 12

н

8 а

X

п

" К <0 О

4

2 0

-10

у(Т)= V. .е

- О , 0738 ( т - 20 )

10 20 30 40 I емисратура "С

50 60

Рис 3. Зависимость кинематический вязкости исходной нефти (тяжелой нефти) от ¡емпературы.

•ъ

о "у

л

I-

8 ж

Г) ВС

СО

-10 0 10 20 30 40 50 60 Температура °С

Рис.4. Зависимость кинематический вязкости легкой нефти от температуры.

Результаты расчетов показывают, что для проектного расхода тяжелой нефти в 700 м3/ч в летний период (50 "С) можно обойтись без подогрева с применением (маловязкой нефти) с концентрацией с=20 % .

В зимний период (январь) при температуре окружающей среды -5 °С температура подогрева Т„ = 80 °С при с=20 %. Зимой перекачать нефть с таким расходом без разбавления невозможно, так как температура подогрева должна быть 150 "С, что не допустимо. На рис. 5 , 6 представлены совмещенные ( - Н ) характеристики трубопровода и перекачивающей станции при перекачке разбавленной нефти.

Предлагаемое количество разбавителя позволяет исключить подогрев нефш для заданного расхода ()н = 700 м3/ч и установленной полезной мощности перекачивающей станции 1300 кВт.

0.12 01 0.08 0.06 0.04 002 0

У(Т)= V. .е

- 0,0708 ( Т - 20 )

1000 -I

900 -

ДЖи.м 800 .

700 -600 " 500 -400 -300 -200 -100 -0 -О

а м3/ч

Рие.5 Совмещенные ({1-Н) характеристики трубопровода и перекачивающей станции для "горячей" перекачки разбавленной нефти с концентрациями ра!бавигеля с=20%, при температуре подогрева 80 "С и температуре окружающей среды Ти _ -5 "С.

1000 -|

900 -ДН(1),м 800 _

700 -

600 -■

500 -

400 -

300 -

200 -

100 -

0---1--Т--1--1-----1

О 250 500 750 1000 1250 О м3/ч

Тц= -5 °С

—I-,-1--1-,

250 500 750 1000 1250

Тв= 50 °С

50 "С ,с=20%

С=20%

Рис.6. Совмоценпыс (£>-//) характсрисшки трубопровода и перекачивающей станции для "горячей" перекачки ра <бавленной неф|и с концешрациями ра!бавителя с=20%, при темперагуре окружающей среды Тн 50"С\

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выведены формулы для расчета потерь мощности и напора на трение при "горячей" перекачке с углеводородным разбавителем.

2. Предложена методика расчетов температуры подогрева и концентрации разбавителя при заданных расходе высоковязкой нефти и мощности перекачивающей станции.

3. Результаты расчетов в климатических условиях месторождения на севере Ирака показывают, что при установленных мощностях ПС температура подогрева и концентрация разбавителя равны. Та = 50 °С и с =20% в летнее время и Т„= 80 °С, с =20% в зимнее время (январь).

По теме диссертации опубликована и подготовлена к печати следующие работы:

I. Касим Саад. «"Горячая" перекачка высоковязких нефтей по надземному горизонтальному трубопроводу с применением углеводородного разбавителя». Тезисы докладов 6-й научно- технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России ».26-27 января 2005 г.- М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, с.128.

2 Касим Саад. «"Горячая" перекачка высоковязких нефтей в трубопроводе с применением углеводородного разбавителя». Научномехнический сборник «Магистральные и промысловые трубопроводы: Проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт»- М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (в печати).

Подписано в печать Формат 60x90/16 Объем Тираж /РО _Заказ ф-Л____

119991, Москва, Ленинский просп ,65 Отдел оперативной полиграфии РГУ нефти и газа им И М. Губкина

t

f i,

РНБ Русский фонд

2007-4 315

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Касим Саад Джаббар

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Обзор и анализ публикаций по вопросам транспортирования вязких нефтей с подогревом и применением разбавителя.

1.1. Обзор и критический анализ работ по "горячей" перекачки.

1.2. Обзор и критический анализ работ по перекачке нефти с растворителем.

1.3. Обзор и критический анализ работ по "горячей перекачке" нефти с растворителем.

1.4. Состояние транспорта высоковязких нефтей в Ираке.

1.5. Формулировка цели работы и основных задач.

ГЛАВА II. "Горячая" перекачка нефти с применением разбавителя.

2.1. Вычисление потерь напора при "горячей" перекачке с применением разбавителя (постановка задачи ).

2.2. Вычисление потерь напора при "горячей" перекачке с разбавителем в турбулентном потоке.

2.3. Вычисление потерь напора при "горячей" перекачке с применением разбавителя в ламинарном режиме течения.

2.4. Вычисление потерь напора в переходном режиме "горячей" перекачки с разбавителем.

2.5. Вычисление потерь напора при различных режимах "горячей" перекачки нефти с применением разбавителя на рассматриваемом участке трубопровода.

2.6. Уравнение баланса напоров при "горячей" перекачке с применением разбавителя.

2.7. Оценка энергетических затрат на перекачу.

2.8. Метод определения температуры подогрева и концентрации разбавителя.

ГЛАВА III. Исследование "горячей" перекачки нефти с применением разбавителя на севере Ирака.

3.1. Экспериментальные исследования для определения реологических характеристик и физические свойства нефти.

3.1.1 Описание технических характеристик прибора.

3.1.2 Принцип работы прибора.

3.2. Методы обработки результатов измерения.

3.3. Методика эксперимента и результаты измерений.

3.3.1 Определение зависимости реологических свойств исходной тяжелой нефти от температуры.

3.3.2 Определение коэффициента динамической вязкости исходной нефти в зависимости от температуры.

3.3.3 Определение плотности исходной нефти в зависимости от температуры.

3.3.4 Определение показателя крутизны вязкограммы а в формуле Рейнольдса - Филонова.

3.3.5 Определение коэффициента динамической вязкости легкой нефти в зависимости от температуры.

3.3.6 Определение плотности легкой нефти в зависимости от температуры.

3.3.7 Определение показателя крутизны вязкограммы а в формуле Рейнольдса - Филонова.

3.4. Определение давления упругих поров исходной нефти и разбавленной нефти в зависимости от температуры.

3.5. Вычисление коэффициента теплопередачи от нефти в атмосферу для надземной прокладки трубопровода.

3.6. Исследование "горячей" перекачки исходной высоковязкой нефти при надземной прокладки трубопровода с применением легкой (маловязкой) нефти в климатических условиях месторождения на севере Ирака.

3.7. Блок схема подпрограммы расчета изменения температуры перекачиваемой нефти и определение потерь напора нефти по длине трубопровода.

3.8. Результаты и анализ расчетов.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование "горячей" перекачки высоковязких нефтей с применением углеводородных разбавителей"

Развитие нефтяной промышленности в перспективе связано с добычей в широких масштабах высоковязкой нефти и битума.

В последнее десятилетие в Ираке резко возросли объемы добычи и транспорта тяжелой нефти с повышенным содержанием асфальтено -смолистых веществ и известно более 10 таких месторождений, в том числе месторождения Гяара на севере Ирака.

Транспорт высоковязких или тяжелых нефтей затруднен из-за их повышенной вязкости, высокой температуры застывания и ряда других реологических особенностей

Для обеспечения эффективного трубопроводного транспорта высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов необходимо применение специальных способов, направленных на улучшение их реологических характеристик. Реологические характеристики жидкости становятся дополнительным параметром при управлении работой трубопровода.

Целенаправленное изменение реологических характеристик позволяет регулировать загрузку трубопроводов, варьировать режим работы насосных станций и т.д.

Транспорт нефти в подогретом состоянии отличается высоким уровнем энергопотребления, причем в качестве топлива для работы печей используется, как правило, сам транспортируемый продукт, эффективность традиционной технологии транспорта нефти с подогревом будет неуклонно падать. Кроме того, следует отметить как неблагоприятный фактор интенсификацию коррозионных процессов с увеличением температуры подогрева.

В данной работе исследуется технология транспорта нефти, комбинирующая "горячую" перекачку с применением углеводородного разбавителя.

Концентрация разбавителя в этой работе определялась по критерию уменьшения энергических затрат на перекачку заданной разбавленной нефти.

Задача решалась в следующей постановке: (определить температуру подогрева разбавленной нефти на станции и концентрацию разбавителя для перекачки нефти с заданными характеристиками и заданной производительностью по уже построенному трубопроводу).

Экспериментальное исследование проводилось для определения реологических характеристик и физических свойств исходной нефти (тяжелой нефти) месторождения Гяара ( на севере Ирака ) содержащая асфальто - смолистые вещества и имеющей плотность 970 кг/м3 при температуре 20°С, и определения реологических свойств маловязкой ( легкой) нефти плотностью 825 кг/м3 при температуре 20°С, взятой из месторождения Каркук , находящиеся в том же районе. Исследование проводилось в интервале температур от -5 °С до 50 °С.

Порядок исследования теплового расчета проводился для нефтепровода при стационарных гидравлическом и тепловом режимах перекачки нефти из месторождения Гяара на протяжении 100 км, надземного горизонтального трубопровода с диаметром (0,448 м) с постоянным расходом разбавленной нефти (700м3/ч) с места добычи (месторождений Гяара) до нефтеперерабатывающего завода с ГИПТС, при применении разбавителя маловязких нефтей с концентрацией с=10 % и с~20 % из месторождения Каркук, с учетом теплофизических характеристик воздуха вязкость, теплоотдача ,скорость и др, в зависимости от климатических условий в интервале температур ; минимальная (зимой) -5 °С; максимальная (летом) 50 °С. Диапазон температур нагрева То в начале трубопровода от 60 °С до 100°С.

Анализ результатов расчетов показывает, что при постоянном расходе разбавленной нефти при низкой температуре окружающей среды -5 °С (в зимнее время) концентрация разбавителя и температура нагревания определяемы, при которых расход разбавленной нефти будет согласовываться при совмещении характеристики трубопровода с характеристикой перекачивающей станции.

При минимальной и максимальной температуре окружающей среды, "горячая" перекачка исходной (тяжелой) нефти с постоянным расходом 700 м3/ч, с применением разбавителя (маловязкой нефти ) с концентрацией с=10 % и с=20 % соответственно, при повышении температуры подогрева TQj потеря напора на трение AHL уменьшается, следовательно, снижаются энергетические затраты Ni на перекачивающей станции.

Для проектного расхода тяжелой нефти в 700 м /ч в летний период (50 °С) можно обойтись без подогрева с применением (маловязкой нефти) с концентрацией с=20 %. А в зимний период (январь) при температуре окружающей среды -5 °С температура подогрева Т0 = 80 °С и с=20 %.

Зимой перекачать нефть с таким расходом без разбавления невозможно, так как температура подогрева должна быть 150 °С, что не допустимо.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Касим Саад Джаббар

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выведены формулы для расчета потерь мощности и напора на трение при "горячей" перекачке с углеводородным разбавителем.

2. Предложена методика расчетов температуры подогрева и концентрации разбавителя при заданных расходе высоковязкой нефти и мощности перекачивающей станции.

3. Результаты расчетов в климатических условиях месторождения на севере Ирака показывают, что при установленных мощностях ПС температура подогрева и концентрация разбавителя равны Т0 = 50 °С и с =20% в летнее время и Т0— 80 °С , с =20% в зимнее время ( январь ).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Касим Саад Джаббар, Москва

1. Абрамзон JI. С. Влияние присадок на реологические свойства нефтей. НТС " Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов и нефтебаз ".Тр. УНИ , вып .15. Уфа , Башкн. 1974.

2. Абрамзон JI.C., Исхаков Р.Г., Тугунов П. И., Рациональная перекачка вязких и застывающих нефтей совместно с разбавителем ,-М. ВНИИОЭНГ, 1977.

3. Абрамзон JI.C Исхаков Р. Г., Рациональная перекачка вязких и застывающих нефтей совместно с разбавителем. -М .: ВНИИОЭНГ, 1977.

4. Авторское свидетельство No 631746, кл . 17 Д 1/16,( Трубопроводный транспорт ,1979, 5 .45 . 105 II ).

5. Агапкин В.М., Особенности эксплуатации трубопроводов для транспорта высоковязких нефтей и нефтепродуктов, обзорная информация вып.1.М,1981, С. 21-22.

6. Агапкин В.М., Трубопроводный транспорт мазута. М., Недра ,1986.

7. Агапкин В.М. , Кривошеин Б. JI ., Радчеко В. П ., Выбор конструктивных и строительных решений трубопроводов с учетом технологии транспортировки газа , М., изд. НИПИЭСУ нефтестрой, 1988.

8. Агапкин В.М, Кривошеин Б.Л., Юфин В.А., Тепловой и гидравлический расчеты трубопроводов для нефти нефтепродуктов. М- Наука,1980. 255 С.

9. Агапкин В.М., Челинцев С.Н., Перекачка высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов за рубежом .М., изд. ВНИИОЭНГ, 1974.

10. Адлер Ю. П., Маркова Е .В., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий .М -Наука, 1971,282 С.

11. Александров В.К., Тихонов В.В, Тепловые потери "горячего" трубопровода большого диаметра. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1984, No 9, с. 14-16.

12. Алдошкии Г.Т., Жук К.П., Сопряженная задача теплообмена при течении жидкости в канале. М.: Энергия. 1988.

13. Алиев Т. А. Экспериментальный анализ ,М, Машиностроение. 1991.с270.

14. Алиев Р А , Белоусов В Д и др . Трубопроводный транспорт нефти и газа. М. Недра, 1988. 296 с.

15. Алиев Р.А., Блейхер Э.М., Трубопроводный транспорт высокозастывающих технические обзоры Сер Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов .М. ВНИИОЭНГ, 1970, 68 с.

16. Алиев Р. А. Блейхер Э. М .Трубопроводный транспорт высоковязких и застывающих нефтей с жидкими углеводородными разбавителями .ТНТО, М., ВНИИОЭНГ, 1970.

17. Алиев Р. А. Блейхер Э. М . Субагио Роден Выбор оптимальных параметров Трубопроводного транспорта высокозастывающей с углеводородными разбавителями В сб . "Транспорт и хранение нефти и газа". Тр.МИНХиГП, вып. 97. М., "Недра". 1971.

18. Алиев Р. А., Дзеба О. Г., и др повышение эффективности перекачки нефтей с разбавителями. -М.:ВНИИОЭНГ, 1987. с 12-14.

19. Антипьев В. Н. Трубопроводный транспорт нефти в газонасыщенном состоянии .ТНТО. М ., ВНИИОЭНГ, 1976.

20. Антипьев В. Н., Утилизация нефтяного газа М.: Недра, 1983,-160 с.

21. Ахатов Ш. Н. и др . Рациональная формула для определения вязкости смеси нефтей и нефтепродуктов РНТС. "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов." No 4, М ., ВНИИОЭНГ, 1980.

22. Ахатов Ш.Н. и др. Некоторые вопросы выбора оптимальной концентрации разбавителя. РНТС "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов." No 4. М ., ВНИИОЭНГ, 1972.

23. Ахатов Ш.Н. и др. Оптимальные добавки депрессаторов в условиях изотермической перекачки вязких и застывающих нефтей "Нефтяное хозяйство " No 6 .1973.

24. Ахатов Ш.Н. и др. Выбор оптимальной концентрации разбавителя с учетом характеристик трубопровода и насосов . РНТС "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов." No 4. М ., ВНИИОЭНГ, 1972.

25. Балышев О.А. , Кошелев А.А., Кривошеин Б.Л. Влияние различных факторов на теплообмен подземных трубопроводов с окружающей средой. Изв, вузов, сер. Нефть и газ, 1970, No 6 .

26. Белоусов В.Д. Приближенные расчеты при переходном режиме работы "горячего" нефтепровода .- Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М. ВНИИОЭНГ, 1984, No 12 ,с. 19-23.

27. Белоусов В. Б. и др. Контейнерный гидротранспорт нефтехимического сырья по трубам ."Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов и углеводородного сырья." М., ЦНИИЭнефтехим , 1977, No 1.

28. Васильев Г. Г., Коробков Г. Е., Коршак А. А., Лурье М. В., и др. Трубопроводный транспорт нефти. Недра. М .2002 . 407 с.

29. Гаррис Н.А., Тугунов П. И. Режим работы "горячего" нефтепровода при уменьшении температуры нагрева нефти .-Нефтяное хозяйство. М: Недра. 1975, No 11, с 42-44.

30. Губин В. Е., Губин В.В., Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. М. Недра, 1982. 296 с.

31. Губин В.Е , Пиядин М.Н., Тиксотропных характеристиках парафинистой нефти.- Сбор, подготовка и транспорт нефти и нефтепродуктов, 1973, вып.Х1.

32. Губин В.Е., Перекачка высоковязких нефтей с разбавителями. -РНТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов ,No 8,1977,с. 23-26.

33. Гуревич Г. Р., Брусиловский А. И., Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей. М., Недра ,1984.

34. Гусейнзаде М.А. Добкина М.Б и др — Анализ основных гидродинамических уравнений ,Трубопроводный транспорт нефти и газа ( МИНХ и ГП им. И М Губкина .Тр., вып .113) . 1975.

35. Дегтярев В. Н. Смешение парафинстых нефтей . ТНТО. М ., ВНИИОЭНГ, 1976.

36. Дзеба О .Г. ,Алиев Р.А. Оптимизация перекачки вязкопластичных нефтей с разбавителями — НТИС .сер. нефтепромысловое дело и транспорт нефти . М.ВНИИОЭНГ , 1985, Вып 8. с 24 27.

37. Желонкин И. А. Дифференциальное раз газирование девонских нефтей и месторождений Татарии . "Нефтяное хозяйство", 1964, No 6.

38. Зайцев Ю. В. и др. О структурно- механических свойствах узеньких нефтей "Нефтяное хозяйство " No 6 .1967.

39. Исхаков Р. Г. Тугунов П. И., Абрамзон JI. С., Ахатов Ш. Н. Увеличение пропускной способности нефтепроводов помощью разбавителей .ТНТО. М ., ВНИИОЭНГ, 1976.

40. Евдокимов И. Н. Елиссеев Н. Ю. Особенности вязкого течения жидких сред со смолисто-асфальтеновыми веществами , "Химия и технология топлив и масел", № 6,1999, с 32-34.

41. Исхаков Р.Г., Тугунов П.И., Абрамзон JI.C., и др. Увеличение пропускной способности нефтепроводов с помощью разбавителей- Обзоры зарубежной литературы. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов .М.: ВНИИОЭНГ, 1976, с. 72.

42. Касымов Т.М., Валеев М. Д., Мамонов Ф.А. и др Особенности эффективной вязкости бинарных смесей мангышлакской нефти с бузачинской Проблемы сбор, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов .СБ. науч . трудов- Уфа : ИПТЭРД996, с. 98 - 104.

43. Козлова Р.Г., Эксплуатация "горячих" трубопроводов при изменении технологического режима перекачки. Уфа : ЦНИ, 1988.

44. Конради В.В. Поляков В.А. и др, Совершенствование метода тепло-гидравлического расчета Трубопроводов транспортирующих высокозастывающую нефть. "Трубопроводный транспорт нефти", № 3,1995.

45. Красовицкий Б . А. , Кривошеин Б. JI. Оценка тепловых потерь и зоны простаивания вокруг подземного трубопровода в мерзлых грунтах .ИФЖ , 1975,т. XXVIII, №5.

46. Кривошеин Б. JL, Исследование термогазодинамических режимов для повышения эффективности и надежности систем добычи, сбора и транспорта газа М.: МИНХ и ГП, 1980.

47. Кривошеин Б. Л., Радченко В. П ., Агапкин В.М. Нестационарный теплообмен подземного трубопровода с внешней средой ИФЖ, 1976.

48. Лурье М .В. Математическое моделирование процессов Трубопроводного транспорта углеводородов .М: Нефть и газ, 2003. 335 с.

49. Лурье М .В. и др . Трубопроводный транспорт нефтепродуктов М: Нефть и газ, 1999. 299 с.

50. Макаренкова Л. Г., Исследование нестационарных полей для области ограниченной эксцентрическими окружностями. Прикладная механика, 1973,Т. IX , вып.4.

51. Марон В. И. Гидрогазодинамика потока в трубе .- М: Нефть и газ, 1999.

52. Маслов Л.С. , Степанюгин В. Н. Трубопроводный транспорт топочных мазутов в смеси с разбавителями . "Нефтяное хозяйство", 1963, No 1.

53. Мирзаджанзаде А.Х., Галлямов А.К., Марон В. И. Гидродинамика Трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. М., Недра ,1984.

54. Опалка С., Челинцев С.Н., Изотермическое ламинарное течение высокозастывающей степенной нефти. — М.: ВНИИОЭНГ.НТИС. "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов" № 4,1992, с 1-2.

55. Куликов В. А. Определение реологических параметров нефтяных смесей НТС "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов." No 7. М ., ЦНИИТЭнефтехим, 1970.

56. Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов Изд. 5-е доп. и пер м., Гостоптехиздат, 1962.

57. Семенов.М.Б. Исследование режимов работы "горячих" нефтепроводов при изменении условий перекачки .Канд. дисс. МИНХ и ГП им Губкина., 1977.

58. Скрипников Ю. В. Кальметьева Р. А. Экспериментальные исследования реологических свойств нефтяных смесей. В сб. "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов по трубопроводам". Тр. НИИтранснефти вып. УП, Уфа, 1970.

59. Сыртланов Р. Ш , Абрамзон JI. С., Тугунов П. И. Изменение вязкости смеси в завис мости от концентрации и температуры. НТС "Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов и нефтебаз". Тр .УНИ, Уфа , Башкнигоиздат, 1974.

60. Сыртланов Р. Ш , Абрамзон JI. С., Тугунов П. И. Определение температуры подогрева и концентрации разбавителя при горячей перекачке. Изв. вузов . "Нефть и газ" , 1976, No 6.

61. Сыртланов Р. Ш , Абрамзон JI. С., Тугунов П. И. Потери напора при горячей перекачке высоковязких нефтей совместно с растворителем "Нефтяное хозяйство" , 1974, No 8.

62. Тугунов П.И. Неустановившиеся режимы работы "горячих" трубопроводов. М . ВНИИОЭНГ, 1971.

63. Тугунов П.И. Нестационарные режимы перекачки нефтей и нефтепродуктов -М.: Недра, 1984. 222 с.

64. Тугунов П.И. Новоселов В. Ф. Транспортирование вязких нефтей и нефтепродуктов по трубопроводам .М. Недра, 1972.

65. Тугунов П.И, Галиев В.С, Гаррис Н.А. Экспериментальные исследования остывания промышленного мазутопровода при остановке перекачки -Уфимский нефтяной институт-НТИС,1998,Ко 1.

66. Фролов К. Д. и др. Исследование эффективности использования тепла КС близлежащих газопроводов для подогрева нефти в магистральных трубопроводах ."Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов." РНТС ВНИИОЭНГ, 1980,No 6.

67. Цветков В. И. Некоторые технико — экономические вопросы транспорта газонасыщенных нефтей по горячим трубопроводам НТС "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов." No 12. М ., ВНИИОЭНГ, 1970.

68. Цветков JI. А. Экономический способ транспортирования нефти с растворенным газом. В сб ."Технический прогресс в нефтяной и газовой промышленности". Куйбышев, ЦБТИ, 1961.

69. Черникин В.И. Перекачка высоковязких и застывающих нефтей .М., Гостоптехиздат, 1958.

70. Шаинян Г. Я. и др. К вопросу улучшения транспортабельных свойств нефтей новых месторождений Туркмении. Тр. Севказ. НИИ. 1978,No 18.

71. Шахназаров И. X. Улавливание и сепарация газов на нефтяных промыслах .Баку, "Азнефтенешр", 1980.

72. Шашин B.L., Байков Н.М., Гельфган Я.А. и др. Нефтяная и газовая промышленность Канады . М.: Недра, 1968, 112 с.

73. Шнерх С. С. и др. Улучшение транспортабельных свойств мазутов путем газонасыщения "нефтяная и газовая промышленность," 1978, No 1.

74. Юфин В. А., Алиев Р.А. Дзеба О. Г., Выбор оптимальной концентрации разбавителя с учетом изменения плотности смеси .НТИС .Сер. нефтепромысловое дело и транспорт нефти. -М.ВНИИОЭНГ , 1985, Вып 10. с. 30-31.

75. Beal .С . Oil and Gas property evaluation and reserves estimates. Society of petroleum engineers of AIME, Dallas, TX 1970 pp 114-127.

76. Beggs H.D, Robinson J .R,. Estimating the viscosity of crude oil systems JPT. September 1975. pp 1140-1141.

77. Bennison Т. I., Prediction of heavy oil viscosity. Presented at the IBC. Heavy oil field development conference . London. 2-4 December, 1998.80 -Boyd O.W., Petroleum fluid flow system, OWB Corporation , Johan M. Campdell and CO. 1983.

78. Cew. Chem Eng. World,1979, vol.4 ,1, PP 77-81.

79. Egbogah E.O. Neeg J.T. An improved temperature- Viscosity correlation for Crude oil systems . Journal of petroleum science and engineering, 5 , 1990 , pp 197-200.

80. Ghetto G.D., Paone F. A., Villa M., Pressure -Volume-Temperature correlation for Heavy and extra heavy oils. SPE 30316. International heavy oil symposium. Canada. 19-21 June , 1995.

81. Grosso J.L , Rodriguez L. , Rheologic behavior of asphaltene / heavy Crude oil mixtures .ECOPETROL-A.A. 4185 Bucaramanga Colombia. 1989.

82. Holland F. A., Fluid flow for chemical engineers., Edward Arnold .UK, 1979.

83. Hornal Q .N. Mixing crude gas, distillates in pipe line " pipe line industry", 1959, vol 10 .No 6, p. 68-71.

84. James F. Lea J. R., The application of a thermal network analyzer program to pipe flow and well bore heat transfer. SPE, 5548 , 1975.

85. Leach R.W. Pipeline designed for viscous crud. " Petroleum engineer", ,XI,29, No 12. 1959.

86. McAllister E . W., Pipe line rules of thumb Handbook, Second Edition, Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 1988, pp 280-285.

87. Oil and Gas J ., 1979,vol. 77,No 19,39.

88. Petrosky G.E., Chevron J.R. Viscosity correlation for Mexico Crude oils. Journal of petroleum science and engineering, SPE 29468 , 1995.

89. Phillipsburg N .J., Allentown H .F . Cameron Hydraulic Data , INGERSOLL-RAND com . U.S.A, 1981.

90. Reed P. New pipeline being built on turnkey contract basis "The oil and gas J" 13,1954, pp. 112-113.

91. Rintoul W. Z. Blending and heat solve heavy oil problem "the petrol.Eng".,23,No 13, 1951. P 3-6.

92. Schuster D. S. and Irani С A., Reducing energy costs for heated Unites basin crud oil transport, SPE, 12910. 1984.

93. Szilas A.P.: Production and transport of oil and gas. Elsevier scientific publishing Co., New york .1975 . pp. 531-533.