ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
1.1 Классификация нефтей 9
1.1.1 Химическая классификация нефти 9
1.1.2 Технологическая классификация 17
1.2 Тяжелая нефть 18
1.3 Перспективы освоения тяжелой сырой нефти 20
1.4 Нанотехнологии в нефтегазовой отрасли 22
1.5 Онижение вязкости тяжелой нефти с использованием нанотехнологий 24
1.6Улучшение свойств нефти при помощи ультразвука 25
1.7 Улучшение свойств нефти при помощи ультразвука в исследованиях
Ярегского месторождения 27
1.8 Состав тяжелой нефти и реология 31
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 33
2.1 Объекты разработки 33
2.2 Методы исследований физико-химических свойств 35
2.2.1 Определение температуры вспышки и воспламенения 35
2.2.2 Определение динамической вязкости 36
2.2.3 Определение плотности 37
2.2.4 Определение содержание воды в нефти 38
2.2.5 Определение содержания серы 39
2.3 Измерение размеров частиц 40
2.4 Определение фракционного состава 42
2.5 Адсорбционно-жидкостная хроматография 44
2.6 Термодинамические свойства процесса вязкого течения 46
2.7 Ультразвуковая обработка высоковязкой нефти 49
2.8 Нанотрубки ТАУНИТ-М 51
2.9 Нанотрубки "TUBALL" 53
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 55
3.1 Определение физико-химических свойств 56
3.2 Влияние ультразвуковых колебаний на плотность высоковязкой нефти 57
3.3 Эффект использования ультразвука в ашальчинской нефти 59
3.4 Эффект использования углеродных нанотрубок Таунит-М в
Ашальчинской нефти 61
3.5 Эффект использования углеродных нанотрубок "Tuball"в
Ашальчинской нефти 63
3.6 Влияние ультразвуковых волн на размер частицы НДС 65
ГЛАВА 4. ОХРАНА ТРУДА И ПОЖАРНАЯ ПРОФИЛАКТИКА 68
4.1 Общая характеристика работы 68
4.2 Характеристика применяемых веществ 68
4.3 Категорирование производственных помещений и наружных
установок по взрывопожароопасности 69
4.4 Опасные и вредные производственные факторы проектируемого
объекта 71
4.5 Средства индивидуальной защиты 71
4.6 Микроклимат 72
4.7 Вентиляция и отопление 73
4.8 Освещение 74
4.9 Шум и вибрация 75
4.10 Электробезопасность работы 75
4.11 Защита от статического электричества 76
4.12 Пожарная профилактика, методы и средства тушения 77
4.13 Экологичность объекта 78
ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 80
5.1 Сумма затрат на основные и вспомогательные материалы 80
5.2 Энергетические затраты 80
5.3 Расчёт затрат на МЛБ (малоценные и быстроизнашиваемые
предметы) 82
5.4 Амортизационные отчисления 83
5.5 Затраты на проведение научно - исследовательской работы 83
5.6 Этапы выполнения научно-исследовательской работы 84
5.7 Расчет экономического эффекта 86
ГЛАВА 6.МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ 88
6.1 Расчет погрешности прямого измерения массы взятой навески 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 94
Выработка крупнейших мировых высокопродуктивных месторождений легкой нефти привела к изменению структуры разведанных запасов нефти, а именно увеличению в балансе добычи нефтей с высоким содержанием высокомолекулярных углеводородов нормального строения, смол и асфальтенов. Парафинистые и высокопарафинистые нефтяные системы теряют текучесть уже при положительных температурах в результате кристаллизации парафиновых углеводородов. Для преодоления проблем, возникающих при добыче и транспортировке парафинистых нефтей, существуют специальные методы воздействия: тепловые, механические, физические и химические. В настоящее время довольно широко исследуется возможность применения ультразвуковой обработки и нанотрубок для нужд нефтяной отрасли. Благодаря воздействию ультразвуковых колебаний при добыче нефти достигаются следующие эффекты: увеличение проницаемости призабойной зоны пластов; депарафинизация; акустическая дегазация и снижение вязкости нефти в ультразвуковом поле; вовлечение в разработку низкопроницаемых и закольматированных пропластиков [1-5].
Основные физико-химические и химические эффекты, которые возникают в жидкости под действием акустических полей, связывают с кавитацией [1]. Характерной особенностью ультразвуковой кавитации является локальное концентрирование относительно невысокой средней энергии акустического поля в очень малых объемах, что приводит к созданию исключительно высоких плотностей энергии. Исследования показали, что в ультразвуковом поле значительно увеличиваются скорости реакций не только в водных, но и в органических средах, повышается их селективность. Ультразвуковое воздействие приводит к разрыву молекулярных связей с последующей рекомбинацией разнообразных радикалов.
Акустические воздействия на дисперсные системы приводят к структурным превращениям компонентов дисперсной фазы, изменению размеров ассоциатов, степени дисперсности и широко используются для подготовки нефтей к транспортировке и переработке [7]. Ультразвуковая обработка (УЗО) нефтей и нефтяных фракций позволяет эффективно влиять на их реологические свойства и фракционный состав [8-15].
В настоящее время наибольшее распространение получила «горячая» перекачка высоковязких нефтей, а также транспортировка их в виде искусственных смесей с маловязкими нефтями, нефтепродуктами, газовым конденсатом и т. д.
Однако, при «горячей» перекачке сжигается большое количество транспортируемого сырья и идёт загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. Кроме того, оборудование для нагрева имеет низкую энергоэффективность и надёжность.
Цель и основные задачи исследования. Целью диссертационной работы является экспериментальные исследования поведения высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения при одновременном использовании технологии ультразвука и углеродных наночастиц. Этот метод может быть использован как основа для повышения эффективности транспортировки тяжёлых нефтей и снижения динамической вязкости.
Для достижения поставленной цели стояли следующие задачи:
1. Провести экспериментальные исследования
влияния углеродных наночастиц на вязкость нефти и одновременно отработать технологию ультразвука.
2. Определить и обосновать влияние параметров ультразвуковых волн и продолжительность обработки на изменение динамической вязкости, исследуемой сверхвязкой нефти (СВН).
3. Определить эффективность использования технологии ультразвука и углеродных наночастиц в вязкости нефти Ашальчинского месторождения.
4. Выявить наличие возможной релаксации после ультразвуковой обработки и добавления углеродных наночастиц высоковязкой нефти в заданный период времени.
5. Провести сопоставительный анализ физико-химических свойств СВН до и после ультразвуковой обработки и добавления углеродных наночастиц.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Обоснована целесообразность использования ультразвукового воздействия и добавление углеродных наночастиц на сверхвязкие нефти с целью улучшения реологических характеристик и данной тяжелой нефти. Разработанная методика подготовки сверхвязкой нефти и ее транспортировка может быть применима на предприятиях нефтегазовой отрасли, при проектировании скважины, нефтепроводов и нефтеперерабатывающих заводах.
Научные и практические результаты квалификационной работы могут быть использованы также в учебном процессе «Казанского (Приволжского) федерального университета» при изучении дисциплины «Волновые технологии и аппараты в нефтегазовом комплексе».
Личный вклад автора состоит в постановке цели, выбора объектов и методов исследования, непосредственном участии в проведении экспериментов, обсуждении полученных результатов, формулировке основных научных приложений и выводов.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку нетрадиционных волновых технологий и комбинированное использование углеродных нанотрубок с целью изучения влияния вязкости проанализированой нефти на применении ультразвукового воздействия и углеродных нанотрубок к сверхвязким нефтям с целью улучшения их физико-химических характеристик, в частности, реологических свойств до уровня традиционных нефтей. Оптимизированы оптимальные режимы (амплитуда, частота, цикл, количество углеродных нанотрубок) и продолжительность ультразвукового воздействия, обеспечивающих формирование кавитации в НДС. В ходе выполнения квалификационной работы были решены следующие задачи:
Экспериментально установлено, что ультразвуковые волны эффективно влияют на вязкость неньютоновских нефтей, при этом восстановления системы в исходное положение (релаксация) не наблюдалось. Условной вязкость исходной (необработанной) высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения составила 4,67°ВУН при 23°С. Ультразвуковая (УЗ) обработка ВВН при оптимальном подборе параметров волн и длительности обработки способствовали снижению вязкости до 3,93°ВУН при 23°С (15,8%).
На основании проведенных исследований установлены оптимальные параметры УЗ колебаний, обеспечивающие наибольшее снижение вязкости сверхтяжелой нефти. Выявлено, что для сред с нелинейно-вязкими жидкими фазами оптимальная амплитуда составляет 60%, 0,8 циклов, температура испытания 60°С. Наиболее эффективное время обработки составило 30 минут без доваблния углеродных нанотрубок.
Оптимальные параметры УЗ колебаний с углероднами нанотрубками, обеспечивающие наибольшее снижение вязкости сверхтяжелой нефти. Выявлено, что для сред с нелинейно- вязкими жидкими фазами оптимальная амплитуда составляет 80%, 0,5 циклов, температура испытания 60°С и время релакзация 2 часа. Наиболее эффективное время обработки составило 40 секунд. Процент улучшения вязкости 14,8.
В испытании влияния ультразвуковых волн на размер частицы НДС была дана сравнительная оценка изменения размеров частиц до и после ультразвукового воздействия еще до и после ультразвукового воздействия и добавления нанотрубок Таунит-М. Эффективный диаметр исходной нефти составил 148436,03 нм (среднее значение). Эффективный диаметр нефти обработана ультразвуком составил 50283,66 нм (среднее значение). Эффективный диаметр нефти обработана ультразвуком и нанотрубками Таунит-М составил 53756,4 нм (среднее значение). Это показывает, что более эффективен метод — ультразвуковая обработка, чем ультразвуковая обработка в сочетании с углеродными нанотрубками.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
