ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ДОБЫЧИ И ТРАНСПОРТА НЕФТИ МЕТОДОМ ОБРАБОТКИ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

_____________________________________________________________________

Руководитель_____________________________Лоскутова Ю.В.

В настоящее время увеличивается добыча высокопарафинистых и высоковязких нефтей, характеризующиеся высокой температурой застывания и аномально высокой вязкостью. Такие нефти в процессе добычи, транспорта и хранения с понижением температуры значительно ухудшают свои реологические характеристики. Это приводит к повышенному износу оборудования, дополнительным материальным затратам и ухудшению экологической ситуации [1, 2].
Для преодоления таких проблем существуют специальные методы: тепловые (термообработка), механические, физические (различные варианты электрических, электромагнитных, магнитных, вибрационных полей) и химические (применение депрессорных присадок) [3, 4].
В последние годы усилился интерес к малоэнергетическим 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, магнитных, вибрационных или акустических полей [5 - 7]. При этом сравнительно легко достигаются эффекты, соответствующие увеличению или, наоборот, снижению упорядоченности в надмолекулярной структуре веществ.
Энергия магнитного поля является одним из самых эффективных, экономичных и доступных видов энергии. Во многих областях человеческой деятельности (в том числе в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве и т.д.) накоплен большой положительный опыт использования постоянных магнитных полей, создаваемых специальными устройствами - магнитотронами или магнитоактиваторами, которые действуют на неферромагнитные вещества, имеющие различную физическую природу и находящиеся в разных агрегатных состояниях [8, 9]. 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. Поэтому, дальнейшее изучение поведения нефтей различного состава в постоянном магнитном поле позволяет расширить и углубить наши познания в вопросах, рассматривающих влияние физических полей на свойства структурированных систем.
Целью дипломной работы являлось изучение влияния магнитной обработки на структурно-реологические свойства нефтей с различным содержанием парафинов и смолисто-асфальтеновых компонентов; а также оценка совместного действия на нефти магнитного поля и оксигидратов железа, обладающих ферромагнитными, диамагнитными и парамагнитными свойствами.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести подбор объектов исследования – нефтей, характеризующихся высоким содержанием парафиновых углеводородов и смолисто-асфальтеновых компонентов.
2. Изучить влияние скорости магнитной обработки на реологические свойства, количество асфальтосмолопарафиновых отложений и температуру застывания нефтей различного состава;
3. Исследовать особенности реологического поведения магнитообработанных нефтей во времени;
4. По реограммам прямого и обратного хода нефтей с различным содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов рассчитать значения удельной внутренней энергии;
5. Изучить совместное влияние добавок ферромагнитного, парамагнитного, диамагнитного железа и магнитного поля на реологические свойства нефтей.
6. Провести математическую обработку полученных данных.
Научная новизна. Установлено, что после магнитной обработки происходит уменьшение в 2 - 3 раза величины удельной внутренней энергии, необходимой на разрушение надмолекулярной структуры нефтяной дисперсной системы. Добавка парамагнитного и диамагнитного железа не оказывает положительного влияния на вязкостные характеристики магнитообработанных нефтей с различным содержанием смол, асфальтенов и парафиновых углеводородов, а ввод ферромагнитного оксида железа в высокопарафинистую нефть, напротив, приводит к значительному ухудшению вязкости.
Практическая значимость. Установленные закономерности влияния постоянного магнитного поля на нефти различного состава позволяют прогнозировать реологическое поведение нефтей определенного состава в постоянном магнитном поле при добыче нефти и могут быть использованы при внедрении в нефтедобычу новых перспективных энергосберегающих технологий. Устройства «МАУТ» могут быть рекомендованы для использования в процессах добычи и транспорта парафинистых и высокопарафинистых нефтей для снижения вязкости, напряжения сдвига и асфальтосмолопарафиновых отложений.
Результаты работы докладывались и обсуждались на XII и XIII Всероссийских научно-практических конференциях студентов и молодых учёных с международным участием «Химия и химическая технология в XXI веке», Томск ТПУ 2011, 2012, на IX Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск ТПУ-ТГАСУ 2012.

1. Локтев С.М. Проблемы переработки тяжелых нефтей. – Алма-Ата: Наука, 1989. – 225c.
2. Надиров Н.К., Тугунов П.И., Брот Р.А., Уразгалиев Б.У. Трубопроводный транспорт вязких нефтей – Алма-Ата: Наука, 1985. – 264с.
3. Малышев А.Г., Черемисин Н.А., Шевченко Г.В. Выбор оптимальных способов борьбы с парафинообразованием // Нефтяное хозяйство.- 1997. -№ 9. – с.23 -28.
4. Дыбленко В.Л. Повышение продуктивности и реанимации скважин с применением виброволнового воздействия/В.Л. Дыбленко, Р.Н. Камалов, Р.Я. Шарифуллин. – М.: Недра, 2000. – 381с.
5. Федоров Е.Е. Влияние электрического поля на реологические свойства неньютоновских жидкостей/Е.Е. Федоров, А.Н. Снарский //Известия ВУЗов «Нефть и газ». – 1984. - № 3. – 265с.
6. Ткачев О.А. Сокращение потерь нефти при транспорте и хранении/О.А. Ткачев, П.И. Тугунов. – М.: Недра, 1988. – 118с.
7. Туманян Б.П. Ультразвук на промысле и не только //Нефть России. – 1997. - № 7. – 182с.
8. Лаптев Б.И. Реализация информационных воздействий в неживых и живых системах/Б.И. Лаптев, Н.П. Горленко, Г.Е. Дунаевский, Г.Н. Сидоренко. – Томск, Изд-во ТГУ, 1999. – 107с.
9. Инюшин Н.В. Магнитная обработка промысловых жидкостей/Н.В.Инюшин, Л.Е. Каштанова, А.Б. Лаптев, Ф.К. Мугтабаров //Уфа: Реактив. 2000. – 129с.
10. Поконова Ю.В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. – 172с.
11. Камьянов В.Ф. Гетероатомные компоненты нефтей/В.Ф. Камьянов, В.С. Аксенов, В.И. Титов. – Новосибирск: Наука, 1983. – 238с.
12. Сюняев З.И. Химия нефти. – Л.: Химия, 1984. – 359с.
13. Сергиенко С.Р. Высокомолекулярные неуглеводородные соединения нефти/С.Р. Сергиенко, Б.А. Таимова, Е.И. Талалаев. – М.: Наука, 1979. – 269с.
14. Посадов И.А. Структура нефтяных асфальтенов/И.А. Посадов, Ю.В. Поконова. – Л.: Изд-во ЛТИ, 1997. – 76с.
15. Jamaluddin A.K.M., Nazarko T.W., Sills S., Fuhr S.J. Asphaltene – compatible fluid design for workover operations/ //Proceed. 6thUNITAR Intern.Conf. on Heavy Crude and Tar Sands. – Houston, USA. – Febr. 25-27. – 1995. – V.2. – P.896.
16. Clarke P.F. Heat transfer analysis for detection of asfaltene precipitation and resuspension/ P.F. Clarke, B.B. Pruden //47th Annual technical Meeting of Petroleum Society in Calgary, Alberta, Canada. – June 10-12, 1996. – P.96-112
17. Galtsev V.E. I.M. Ametov, O.Ya. Grinberg Endor studiesn of asphaltene association in oil/ //Ext. Abstr. XXYII th Congr. AMPERE: Magnetic resonance and related phenomena, 1994. – Vol.1. – P.432-443.
18. Ребиндер П.А. Избранные труды. Коллоидная химия. Физико-химическая механика. – М.: Наука, 1978. – 243с.
19. Гальцев В.У. Образование в нефтях диамагнитных ассоциатов парамагнитных центров полиароматических структур с ванадиловыми комплексами/В.Е. Гальцев, О.Я. Гринберг, А.Н. Ратов, Г.Б. Немировская, А.С. Емельянова //Нефтехимия – 1995. – Т.35, № 1. – 112с.
20. Сидоренко А.А. Исследование ингибирующей способности нефтей и их компонентов: Автореф. дис. канд.хим.наук. – М., 1979. – 21с.
21. Сизова Н.В. Автореф. дис. канд. хим. Наук. – Томск, 1997. – 37с.
22. Щукин Е.Д. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1992. – 242с.
23. Wang Z. Effect of Ultrasonic Treatment on the Properties of Petroleum Coke Oil Slurry / Z. Wang, H. Wang, Q. Guo // Energy & Fuels. – 2006. – V. 20. – P. 1959 – P. 1964 – 1984
24. Hamida T. Analysis of capillary interaction and oil recovery under ultrasonic waves / T. Hamida, T. Babadagli // Transp. Porous. Med. – 2007. – V. 70. – P. 231 – 255
25. Лесин В.И. Физико-химические основы нетеплового воздействия электромагнитных и акустических полей на нефть для предотвращения отложений парафина / В.И. Лесин // Нефтяное хозяйство. − 2004. − № 1. − 179с.
26. Goncalves J.L. Reduction of Paraffin Precipitation and Viscosity of Brazilian Crude Oil Exposed to Magnetic Fields / J.L. Goncalves, A.J.F. Bombard, D.A.W. Soares, G.B. Alcantara// Energy& Fuels. – 2010. – V. 24. – P. 3144 – 3149
27. Сюняев З.И. Нефтяные дисперсные системы / З.И. Сюняев, Р.З. Сюняев, Р.З. Сафиева. – М.: Химия, 1990. – 224с.
28. Карпов Б.В. Предупреждение парафиноотложений при добыче нефти из скважин в осложненных условиях путем применения магнитных устройств/ Б.В. Карпов, В.П. Воробьев, В.Т. Казаков //Нефтепромысловое дело. – 1996. – № 12. – 78с.
29. Шейх-Али Д.Н. О роли электрокенитических явлений в процессе отложений парафина при добыче нефти. Борьба с отложениями парафина. – М.: Недра, 1965. – 258с.
30. Арцумов Л.А. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях/ Л.А. Арцумов, С.Ю. Лукьянов. – М.: Мир, 1997. – 224с.
31. Лесин В.И. Предупреждение АСПО в скважинах путем применения магнитных депарафинизаторов в осложненных условиях/В.И. Лесин, И.Р. Василенко, В.А. Зотиков //Нефтепромысловое дело. – 1997. - № 4-5. – 94с.
32. Лесин В.И. Физико-химический механизм предотвращения парафиноотложений с помощью постоянных магнитных полей // Нефтепромысловое дело. – 2001. – №5. – 86с.
33. Унгер Ф.Г. Использование магнитотронных устройств для омагничивания жидких сред/ Ф.Г. Унгер, Л.Н. Андреева, Э.Р. Гейнц, В.В. Ануфриев// Электронные и электромеханические системы и устройства: Сб. науч. тр. НПЦ «Полюс». – Томск, 1997. – 296с.
34. Карпов Б.В. Использование физических полей для предупреждения отложений парафина при добыче нефти/ Б.В. Карпов, В.П, Воробьев, М.Н. Персиянцев //Нефтяное хозяйство. – 1997. – № 7. – 135с.
35. Гаврилюк О.В. Опыт применения магнитных активаторов в нефтедобыче/О.В. Гаврилюк, А.Л. Бушковский, О.В. Глазков, А.Н. Качуровский, В.Н. Лялин /Материалы IV межд. конф. по химии нефти и газа. Т.1. – Томск: STT, 2000. – 1065с.
36. Борсуцкий З.Р. Исследования механизма магнитной обработки нефтей на основе результатов лабораторных и промысловых испытаний/ З.Р. Борсуцкий, С.Е. Ильясов //Нефтепромысловое дело. – 2002. – № 8. – 97с.
37. Иктисанов В.А., Сахабутдинов К.Г. Реологические исследования парафинистой нефти при различных температурах/ В.А. Иктисанов, К.Г. Сахабутдинов //Коллоид. журн. – 1999. – 61, № 6. – 976с.
38. Бушковский А.Л. Способ защиты трубопроводов от коррозии/ А.Л. Бушковский, Л.В. Прасс, О.В. Гаврилюк //Патент РФ № 96119240/06 от 25.09.96. БИ № 3 от 27.01.99
39. Урьев Н.Б. // Коллоид. журн. 1998. Т.60. №5. 1023с.
40. Tao R. Electrorheology leads to efficient combustion. / R. Tao; K. Huang, H. Tang, D. Bell // Energy & Fuels. – 2008. – № 22. − P. 3785 – 3788
41. Tao, R. Reducing the viscosity of crude oil by pulsed electric or magnetic field. / R. Tao, X. Xu // Energy & Fuels. – 2006. − № 20. − P. 2046 – 2051
42. Tao R. The physical mechanism to reduce viscosity of liquid suspensions. / R. Tao // Int. J. Mod. Phys. − 2007. − № 21. − P. 4767 – 4773
43. Tao R. Viscosity reduction in liquid suspensions by electric or magnetic fields. In Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions (ERMR 2004); Lu, K., Shen, R., Hou, M., Eds.; / R. Tao, X. Xu. − World Scientific: Hackensack, 2005. − pp. 299-305
44. Evdokimov I.N. Apparent Disaggregation of Colloids in a Magnetically Treated Crude Oil / I.N. Evdokimov, K.A.Kornishin // Energy & Fuels. − 2009. − № 23. − P. 4016 – 4020
45. Luo P. Effects of asphaltene content on the heavy oil viscosity at different temperatures. / P. Luo, Y. Gu // Fuel. − 2007. − № 86. − P. 1069 – 1078
46. Johansson B. Solubility and interaction parameters as references for solution properties. II. Precipitation and aggregation of asphaltene in organic solvents. / B. Johansson, R. Friman, H. Hakanpa¨a¨-Laitinen, J.B. // Rosenholm, AdV.Colloid Interface Sci. − 2009. − pp. 147-148, 132–143
47. Tung N. P. Perspective for using Nd-Fe-B magnets as a tool for the improvement of the production and transportation of Vietnamese crude oil with high paraffin content. / N.P. Tung, N.Q. Vinh, N.T.P. Phong, B.Q.K. Long, P. Hung / Phys. B. − 2003. − № 327. − P. 443–447
48. Лоскутова Ю.В. Влияние постоянного магнитного поля на структурно-механические свойства парафинистых нефтей / Ю.В. Лоскутова, Н.В. Юдина // Нефтехимия. − Т. 44. − № 1. − 153с.
49. Kaneko Y. Reversible and efficient anisotropic orientation of dispersed aromatic hydrocarbon nanocrystals in a magnetic field. / Y. Kaneko, T. Onodera, H. Kasai, S. Okada, H. Oikawa, H. Nakanishi, T. Fukuda, H. Matsuda // J. Mater. Chem. − 2005. − № 15. − P. 253 – 255.
50.http://www.magniflo.com/Papersdwnld.htm
51. Персиянцева М.Н. Добыча нефти в осложненных условиях // Недра-Бизнесцентр, 2000. – 293-306с.
52. Ибрагимов Н.Г. Осложнения в нефтедобыче // Уфа: ООО "Издательство научно-технической литературы "Монография", 2003. – 302c.
53. Лаптев А.Б. Методы и агрегаты для магнитогидродинамической обработки водонефтяных сред: Автореф. дис. доктора тех. наук. – Уфа, 2007. – 37с.
54. Бородин В.И. Результаты использования магнитных индукторов обработки нефти при ее добыче и транспорте / Е.Н.Тарасов, А.В.Зинин, В.Р.Драчук // Нефтяное хозяйство - 2004. - №4.
55. http://www.magnetizer.com/
56. http://www.instructables.com/id/Simple-Algae-Home-CO2-Scrubber-Part-III-An-Algae
57. Лесин В.И. Магнитные наночастицы в нефти / В.И. Лесин, Ю.А. Кокшаров, Г.Б. Хомутов // Нефтехимия. – 2010. – Т.50. – № 2. – 359с.
58. Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - Л.: Химия, 1976. - Т1. – 590с.
59. Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1977. – 322 с.
60. Лесин В.И. Физико-химическая модель изменения нефтевытесняющих свойств воды после ее магнитной обработки // Нефтепромысловое дело. 2001. №3. – 91с.
61. Писарева С.И. Адсорбционные свойства осадка очистки воды от железа / С.И. Писарева, Г.И. Волкова // Экология и промышленность России. – 2009. – № 6. – 117с.
62. Шварцев С.Л. Гидрохимия. – М.: Недра, 1996. – 94с.
63. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых материалов. /Под ред. Г. Брауна. – М.: Мир, 1965. – 265с.
64. Чалый В.П. Гидроокиси металлов – Киев: Наукова думка, 1972. – 189с.
65. Чухров Ф.В. Гипергенные окислы железа. / Ф.В. Чухров, Л.П. Ермилова, Б.Б. Звягин, А.И. Горшков – М.: Наука, 1975 – 152с.