Помощь студентам в учебе
Моделирование процесса разделения водонефтяных эмульсий
|
ВВЕДЕНИЕ 16
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 18
1.1 Классификация и образование водонефтяных эмульсий 18
1.2 Стабильность водонефтяных эмульсий. Эмульгаторы и их классификация 23
1.3 Взаимодействия между различными молекулами на границе раздела: от макро- до микромасштаба 29
1.3.1 Теория DLVO 29
1.3.2 Измерения взаимодействий между фазами: атомно-силовая микроскопия 30
1.3.3 Визуализация молекулярных взаимодействий: молекулярно-динамическое моделирование 31
1.3.4 Молекулярно-ориентированное распознавание в настоящее время 33
1.4 Механизмы разрушения эмульсии 34
1.5 Технологии разделения водонефтяных эмульсий 39
1.6 Математическое моделирование процесса разделения водонефтяной
эмульсии с использованием деэмульгатора природного происхождения 47
1.7 Моделирование эффективности сепарации эмульсии нефть-вода в трехфазном сепараторе 51
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 78
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 78
4.2 Оценочная карта 79
4.3 Диаграмма Исикавы 80
4.4 Мера готовности научной разработки и разработчика к
коммерциализации 81
4.5 Выбор предпочтительного метода коммерциализации 82
4.6 Цель и результаты работы 83
4.7 Иерархическая структура работ проекта 84
4.8 Диаграмма Гантта 85
4.9 Бюджет научного исследования 86
4.9.1 Основная заработная плата 87
4.9.2 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 89
4.9.3 Отчисления на социальные нужды 90
4.9.4 Накладные расходы 90
4.9.5 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 91
4.10 Оценка сравнительной эффективности исследования 92
4.11 Заключение по разделу финансовый менеджмент 93
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 95
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 96
5.2 Производственная безопасность 99
5.2.1 Расчет искусственного освещения для офисного помещения 105
5.3 Экологическая безопасность 107
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 109
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при разработке
объекта исследований 109
5.4.2 Мероприятия по предотвращению ЧС и порядок действий в случае
возникновения ЧС 109
5.5 Заключение по разделу социальная ответственность 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ А 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 148
ПРИЛОЖЕНИЕ В 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 151
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 18
1.1 Классификация и образование водонефтяных эмульсий 18
1.2 Стабильность водонефтяных эмульсий. Эмульгаторы и их классификация 23
1.3 Взаимодействия между различными молекулами на границе раздела: от макро- до микромасштаба 29
1.3.1 Теория DLVO 29
1.3.2 Измерения взаимодействий между фазами: атомно-силовая микроскопия 30
1.3.3 Визуализация молекулярных взаимодействий: молекулярно-динамическое моделирование 31
1.3.4 Молекулярно-ориентированное распознавание в настоящее время 33
1.4 Механизмы разрушения эмульсии 34
1.5 Технологии разделения водонефтяных эмульсий 39
1.6 Математическое моделирование процесса разделения водонефтяной
эмульсии с использованием деэмульгатора природного происхождения 47
1.7 Моделирование эффективности сепарации эмульсии нефть-вода в трехфазном сепараторе 51
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 78
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 78
4.2 Оценочная карта 79
4.3 Диаграмма Исикавы 80
4.4 Мера готовности научной разработки и разработчика к
коммерциализации 81
4.5 Выбор предпочтительного метода коммерциализации 82
4.6 Цель и результаты работы 83
4.7 Иерархическая структура работ проекта 84
4.8 Диаграмма Гантта 85
4.9 Бюджет научного исследования 86
4.9.1 Основная заработная плата 87
4.9.2 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 89
4.9.3 Отчисления на социальные нужды 90
4.9.4 Накладные расходы 90
4.9.5 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 91
4.10 Оценка сравнительной эффективности исследования 92
4.11 Заключение по разделу финансовый менеджмент 93
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 95
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 96
5.2 Производственная безопасность 99
5.2.1 Расчет искусственного освещения для офисного помещения 105
5.3 Экологическая безопасность 107
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 109
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при разработке
объекта исследований 109
5.4.2 Мероприятия по предотвращению ЧС и порядок действий в случае
возникновения ЧС 109
5.5 Заключение по разделу социальная ответственность 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ А 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 148
ПРИЛОЖЕНИЕ В 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 151
Согласно данным Международного энергетического агентства (IEA) ожидается, что мировой спрос на нефть вырастет на 1,9 миллионов баррелей нефти в сутки в 2023 года до рекордных 101,7 миллионов баррелей в сутки, при этом половина прироста приходится на Китай [1]. В связи со сложившейся ситуацией вокруг санкций, Китай прогнозируется как основной покупатель Российской нефти.
Количество продаваемой нефти напрямую зависит от стадии подготовки нефти после её добычи на месторождениях. Также в нефтяной сфере наблюдается тренд на ресурсоэффективное производство. Математическое моделирование позволяет проводить полный анализ отдельных установок с целью получения максимального результата по производительности. Математическое моделирование и создание цифровых двойников процесса разделения водонефтяной эмульсии позволяет повысить эффективность установки подготовки нефти и снизить операционные затраты предприятия.
Продукция, добываемая из скважин на газовых, газоконденсатных и нефтяных промыслах представляет собой многофазную многокомпонентную систему. Тяжелая сырая нефть представляет собой сложную смесь с высоким соотношением смол и асфальтенов. Природные соединения поверхностно-активных веществ обычно встречаются в смоле и асфальтенах, что является основной причиной образования эмульсии в пластовых условиях.
В процессе вытеснения образующаяся эмульсия вода-в-нефти может легко увеличивать вязкость вытесняемой фазы и тем самым снижать ее подвижность в пористой среде. Эмульсия —
термодинамически нестабильная и кинетически стабильная жидкость; следовательно, в пластовых условиях эмульсия может самопроизвольно подвергаться процессу разрушения за счет различных механизмов, таких как расслоение, седиментация, флокуляция, инверсия фаз и коалесценция [2, 3]. С точки зрения численного моделирования коллектора, создание математической модели важно для прогнозирования разрушения эмульсии.
Процессы обезвоживания и обессоливания нефти осложняются тем, что на начальных этапах разработки месторождения изменяется газовый состав, физические и химические свойства водонефтяной эмульсии и значительно увеличивается концентрации воды в нефти. Для прогнозирования технологических процессов с учетом наиболее значимых факторов используют как строгие инженерные математические модели, так и пакеты моделирования, включающие широкий спектр различных методик.
Для того, чтобы создать моделирующую систему, необходимо провести анализ имеющихся программ и выделить их слабые и сильные стороны. Данная работа направлена на исследование подходов математического моделирования процессов подготовки нефти в зависимости от физико-химических свойств флюида. Рассмотрены основные типы математических моделей процессов подготовки нефти, а также приведен сравнительный анализ имеющихся программ от зарубежных и отечественных разработчиков.
Помимо анализа существующих программных обеспечений, была разработана математическая модель процесса отстаивания нефти, которая позволяет рассчитать остаточную обводненность нефти в зависимости от ФХС нефти, а также параметров оборудования и параметров процесса.
Количество продаваемой нефти напрямую зависит от стадии подготовки нефти после её добычи на месторождениях. Также в нефтяной сфере наблюдается тренд на ресурсоэффективное производство. Математическое моделирование позволяет проводить полный анализ отдельных установок с целью получения максимального результата по производительности. Математическое моделирование и создание цифровых двойников процесса разделения водонефтяной эмульсии позволяет повысить эффективность установки подготовки нефти и снизить операционные затраты предприятия.
Продукция, добываемая из скважин на газовых, газоконденсатных и нефтяных промыслах представляет собой многофазную многокомпонентную систему. Тяжелая сырая нефть представляет собой сложную смесь с высоким соотношением смол и асфальтенов. Природные соединения поверхностно-активных веществ обычно встречаются в смоле и асфальтенах, что является основной причиной образования эмульсии в пластовых условиях.
В процессе вытеснения образующаяся эмульсия вода-в-нефти может легко увеличивать вязкость вытесняемой фазы и тем самым снижать ее подвижность в пористой среде. Эмульсия —
термодинамически нестабильная и кинетически стабильная жидкость; следовательно, в пластовых условиях эмульсия может самопроизвольно подвергаться процессу разрушения за счет различных механизмов, таких как расслоение, седиментация, флокуляция, инверсия фаз и коалесценция [2, 3]. С точки зрения численного моделирования коллектора, создание математической модели важно для прогнозирования разрушения эмульсии.
Процессы обезвоживания и обессоливания нефти осложняются тем, что на начальных этапах разработки месторождения изменяется газовый состав, физические и химические свойства водонефтяной эмульсии и значительно увеличивается концентрации воды в нефти. Для прогнозирования технологических процессов с учетом наиболее значимых факторов используют как строгие инженерные математические модели, так и пакеты моделирования, включающие широкий спектр различных методик.
Для того, чтобы создать моделирующую систему, необходимо провести анализ имеющихся программ и выделить их слабые и сильные стороны. Данная работа направлена на исследование подходов математического моделирования процессов подготовки нефти в зависимости от физико-химических свойств флюида. Рассмотрены основные типы математических моделей процессов подготовки нефти, а также приведен сравнительный анализ имеющихся программ от зарубежных и отечественных разработчиков.
Помимо анализа существующих программных обеспечений, была разработана математическая модель процесса отстаивания нефти, которая позволяет рассчитать остаточную обводненность нефти в зависимости от ФХС нефти, а также параметров оборудования и параметров процесса.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был подготовлен литературный обзор по теме «Водонефтяные эмульсии», который в полном объеме описывает основные свойства эмульсии, а также способы их разделения. Литературный обзор был составлен на основе множества зарубежных и отечественных статей. Часть обзора с описанием и сравнением основных программных продуктов для моделирования процессов подготовки нефти была переведена на иностранный язык.
В главе 2 описан объект исследования - водонефтяная эмульсия, а также приведены основные свойства данного объекта. Метод исследования процесса - математическое моделирование, которое подразумевает использование специализированного программного обеспечения для написания кода - «Python». Дополнительно с математической моделью представлены основные результаты работы по изучению скорости осаждения капель воды в нефтяной среде в лабораторных условиях. Описано основное оборудование и реагенты, которые были использованы при проведении экспериментов. Работа по изучению процесса осаждения и коалесценции капель воды в нефти планируется проводиться дополнительно в рамках изучения программы аспирантуры.
В главе с расчетами представлен порядок расчета остаточной обводненности, дополнительно приведены формулы для расчета основных параметров. Для представленной в главе 2 нефти была рассчитана остаточная обводненность - 1,5 %. Также в данной главе приведены зависимости
показателя остаточной обводненности нефти от физико-химических свойств флюида и технологических параметров процесса. По кривым графика на рисунках раздела 3 можно сделать вывод о том, что модель работает верно, так как все зависимости научно обоснованы.
В ходе выполнения диссертации составлен раздел «Финансовый менеджмент», который отражает экономическую составляющую проекта. В данном разделе приведена экономическая целесообразность разработки в сравнении с аналогами. Приведены все основные диаграммы и таблицы с расчетами.
В главе 5 изучено влияние разработки математической модели на окружающую среду. Рассмотрены основные правовые и организационные нормы при проведении работ по написанию работы, также изучены основные чрезвычайные ситуации, которые могут произойти на рабочем месте студента. Дополнительно выполнен расчет искусственного освещения в помещении, в котором производились работы.
В дальнейшем планируется связать математическую модель с действующей установкой для расчета остаточной обводненности в динамическом режиме, а также дополнить данную модель возможностью включения деэмульгаторов, которые используются на установках подготовки нефти.
В главе 2 описан объект исследования - водонефтяная эмульсия, а также приведены основные свойства данного объекта. Метод исследования процесса - математическое моделирование, которое подразумевает использование специализированного программного обеспечения для написания кода - «Python». Дополнительно с математической моделью представлены основные результаты работы по изучению скорости осаждения капель воды в нефтяной среде в лабораторных условиях. Описано основное оборудование и реагенты, которые были использованы при проведении экспериментов. Работа по изучению процесса осаждения и коалесценции капель воды в нефти планируется проводиться дополнительно в рамках изучения программы аспирантуры.
В главе с расчетами представлен порядок расчета остаточной обводненности, дополнительно приведены формулы для расчета основных параметров. Для представленной в главе 2 нефти была рассчитана остаточная обводненность - 1,5 %. Также в данной главе приведены зависимости
показателя остаточной обводненности нефти от физико-химических свойств флюида и технологических параметров процесса. По кривым графика на рисунках раздела 3 можно сделать вывод о том, что модель работает верно, так как все зависимости научно обоснованы.
В ходе выполнения диссертации составлен раздел «Финансовый менеджмент», который отражает экономическую составляющую проекта. В данном разделе приведена экономическая целесообразность разработки в сравнении с аналогами. Приведены все основные диаграммы и таблицы с расчетами.
В главе 5 изучено влияние разработки математической модели на окружающую среду. Рассмотрены основные правовые и организационные нормы при проведении работ по написанию работы, также изучены основные чрезвычайные ситуации, которые могут произойти на рабочем месте студента. Дополнительно выполнен расчет искусственного освещения в помещении, в котором производились работы.
В дальнейшем планируется связать математическую модель с действующей установкой для расчета остаточной обводненности в динамическом режиме, а также дополнить данную модель возможностью включения деэмульгаторов, которые используются на установках подготовки нефти.