Зменшення енерговитратності трубопровідного транспорту нафти шляхом впливу на її реологічні властивості

Abstract

Дисертація присвячена розробці методів оцінювання впливу реологічних характеристик малов'язких і високов’язких нафт на їх транспортабельні властивості та енерговитратність трубопровідного транспорту. Виконані експериментальні дослідження реологічних характеристик малов’язкої російської нафти, транспортабельні властивості якої покращені шляхом введення протитурбулентної присадки, та високов’язкої волинської нафти, транспортабельні властивості якої покращені шляхом введення депресатора або розріджувача - малов’язкої нафти Urals. Обґрунтований вибір реологічної моделі високов'язкої та малов’язкої нафт в широкому діапазоні температур та концентрацій добавок. Розроблені математичні моделі залежності динамічної в’язкості нафти сорту Urals та коефіцієнта гідравлічного опору при її перекачуванні нафтопроводом від температури і концентрації протитурбулентної присадки. Створено методику та програмне забезпечення для розрахунку гідродинамічних параметрів роботи нафтопроводу при перекачуванні малов’язкої нафти з протитурбулентною присадкою, які дозволяють оцінити вплив зміни реологічних характеристик нафти на енерговитратність її трубопровідного транспорту. Встановлений взаємозв'язок між реологічними характеристиками високов’язкої нафти, транспортабельні властивості якої поліпшені шляхом введення депресатора або розріджувача, та енерговитратністю її перекачування нафтопроводом. Розроблена математична модель нафтопроводу при ізотермічному і неізотермічному перекачуванні високов’язкої нафти з покращеними реологічними властивостями. Встановлений взаємозв'язок між реологічними характеристиками високов’язкої нафти, транспортабельні властивості якої поліпшені шляхом введення депрееатора або розріджу вача, та енерговигратністю її перекачування нафтопроводом. Розроблена математична модель нафтопроводу при ізотермічному і неізотермічному перекачуванні високов’язкої нафти з покращеними реологічними властивостями.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных литературных источников и приложений. В первом разделе приведен анализ результатов исследований по вопросам уменьшения энергоёмкости трубопроводного транспорта нефти и сформулированы задачи исследований. Доказана актуальность исследований по вопросам уменьшения потерь энергии в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов. Второй раздел посвящен обоснованию методики проведения и анализа результатов экспериментальных исследований реологических свойств маловязкой российской нефти сорта Urals с добавлением противотурбулентной присадки "Liquid Power”™. Исследования проводились в широком температурном диапазоне с помощью прибора PЕOTECT-2. Доказано, что российская нефть сорта Urals с добавлением, противотурбулентной присадки "Liquid Power”™ в диапазоне рабочих концентраций и температур характеризируетея свойствами ньютоновской жидкости. Анализ результатов экспериментов дал возможность сделать выводы, что с ростом температуры влияние присадки на динамическую вязкость нефти ослабевает, а увеличение концентрации присадки приводит к увеличению динамической вязкости нефти. Третий раздел содержит анализ результатов экспериментальных исследований влияния депрессатора отечественною производства РЕНА-2210 на реологические характеристики и транспортабельные свойства выеоковязких нефтей Долинского месторождения. Анализ реологических кривых, полученных для всею диапазона рабочих температур, дал возможность сделать вывод, что долинская нефть с добавлением депрессатора РЕНА-2210 может быть отнесена к вязкопластичным жидкостям, движение которых описывается уравнением Шведова-Вингама. Выполпено математическое моделирование зависимости реологических параметров долинской нефти с добавлением разного количества депрессатора от температуры. Доказано, что оптимальная концентрация депрессатора РЕНА-2210 в долинской нефти составляет 0,05-0,075 %. Четвертый раздел содержит анализ результатов экспериментальных исследований влияния разбавителя маловязкой российской нефти сорта Urals на реологические характеристики и транспортабельные свойства высоковязкой долинской нефти. Доказано, что добавление маловязкой российской нефти к долинской улучшает транспортабельные свойства смеси. Пятый раздел посвящен установлению взаимосвязи между реологическими характеристиками высоковязких и маповязких нефтей и энергозатратами на их перекачку нефтепроводами. Предложены математические модели для определения коэффициента гидравлического сопротивления нефтепровода при перекачке нефти с добавлением противотурбулентной присадки. Для оценки эффективности мероприятий по уменьшению энергоемкости трубопроводного транспорта маловязких нефтей с улучшенными реологическими свойствами предложено использовать коэффициент относительного уменьшения потерь давления. Создан вычислительный алгоритм и программное обеспечение для определения режимных и энергетических параметров работы нефтепровода при перекачке нефти сорта Urals с противотурбулентной присадкой. Предложен метод гидравлического расчета нефтепровода при перекачке вязкопластической жидкости, базирующийся на применении формулы Дарси-Вейсбаха и предусматривающий введение корректирующих коэффициентов увеличения гидравлического сопротивления нефтепровода. Разработаны методика и компьютерная программа Efect, которые дают возможность определить эффективность того или иного способа улучшения реологических свойств высоковязкой нефти и уменьшения энергоемкости ее перекачивания нефтепроводом. Предложена методика теплогидравлического расчета нефтепровода при перекачке высоковязкой нефти. Апробация методик произведена путем выполнения технологических расчетов нефтепроводов и сравнения полученных результатов с фактическими режимами работы нефтепроводов Снигирев-ка-Одесса и Долина Надворная. Максимальное отклонение результатов не превышает ±12%.

The thesis is devoted to the development of methods for the evaluation of influence of the rheological properties of oils with low and high viscosities on their transport characteristics and power output of pipeline transport, There have been conducted experimental researches of the Theological properties of low-viscosity Russian oil, the flow characteristics of which have been improved by the introduction of drag reduce agent; of high-viscosity Dolyna oil, which flow characteristics have been improved by the introduction of depressor or diluent of low-viscosity Urals oil. The choice of rheological model of oils with low and high viscosities in a large range of temperatures and addition agents’ concentration has been proved. The mathematical models have been developed to show the dependence of Urals oil dynamic viscosity as well as hydraulic resistance coefficient during the process of oil pumping through pipelines on temperature and concentration of drag reduce agent. Besides, there have been created methods and software to calculate hydrodynamic operation parameters of oil pipeline during the process of low-viscosity oil pumping with foe drag reduce agent. There parameters permit to estimate foe influence of oil rheological properties changes on the power output of the oil pipeline transport. The author has settled down the interrelation between the rheological properties of high-viscosity oil, which transport characteristics were improved by the usage of depressor or diluent, and power output of this oil pumping through the pipeline. A mathematical model of pipeline having isothermal and anisofoermic high-viscosity oil pumping with the improved rheological properties has been worked out. The developments have been approved by the technological calculations and comparison of their results with the real operation regimes of Snigurivka-Odessa and Dolyna-Nadvirna pipelines.