13.
опыт
ПРИМЕНЕНИЕ ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ НЕФТИ
А. БЕЗГИНА, Л. ШАПКИНА, В. ЛИТВИНОВА, С. КОНСТАНТИНОВА, А. ДАНИЛОВ, ОАО «ВНИИ НП
Содержание парафинистых высокозастывающих нефтей в российском балансе нефтедобычи постоянно увеличивается. Это затрудняет их транспортировку по трубопроводам и в железнодорожных цистернах. Для снижения температуры застывания нефтей и улучшения их реологических свойств используются депрессорные присадки. Принцип их действия заключается в следующем. Нефть при температуре, близкой к ее застыванию (Т3), представляет собой неньютоновскую жидкость, вязкость которой изменяется в зависимости от прилагаемого к ней усилия. Причиной этого являются высокоплавкие парафины нормального строения и асфальтеновые вещества, легко образующие межмолекулярные связи, приводящие к появлению структуры. С другой стороны, смолы, содержащиеся в нефти, препятствуют образованию структуры и улучшают ее низкотемпературные свойства. Влияние парафинов, смол и асфальтенов показано на рис. 1, где представлены значения температур застывания (Т3) семи различных нефтей. Анализ имеющихся данных позволил вывести эмпирический параметр Кн, учитывающий совместное действие трех важнейших составляющих нефти, который может быть выражен зависимостью Кн = П/С+А, где П,С и А — содержание в нефти соответственно н-парафинов, смол и асфальтенов в массовых процентах. Чем больше значение этого параметра, тем выше Т3 нефти (рис. 2). Поскольку, кроме состава, на значение Кн влияют и другие характеристики, например, температура плавления парафинов, строго линейной зависимости между Кн и Т3 не наблюдается.
Особенностей собственного состава нефти обычно недостаточно, чтобы обеспечить ее удовлетворительную текучесть при низких температурах. Поэтому в нее вводят дополнительный компонент — депрессорные присадки, которые препятствуют образованию структуры, встраиваясь в нее и делая более слабыми межмолекулярные связи н-парафинов и асфальтенов. Эффективность присадок, в первую очередь, зависит от состава нефти и соответствия молекулы присадки молекулам компонентов, обра-
Рис. 2
Влияние содержания парафинов, смол и асфальтенов (фактор Кн) на температуру застывания нефтей
25
20
ф
15
I 10
о О
1 2 3 4 5 6 7
30
25
20
15
10
5
0
и к
л о.
со о. 1) с ¡Е О)
1 — Кумкольской (Казахстан),
2 — Ново-Родниковской,
3 — Западно-Сынатыской,
4 — Северо-Комсомольской,
5 — смеси Северо-магистральных нефтепроводов,
6 — Акшабулакской,
7 — Прикаспийской
зующих структуру. Поскольку нефти различных месторождений уникальны, то в идеале каждой нефти должна соответствовать присадка с оптимальными характеристиками. На практике это невозможно, поэтому разработчики стремятся создать присадки универсального действия и иметь в своем ассортименте несколько марок депрессор-ных присадок, наиболее эффективных при использовании в группах типичных нефтей.
Одной из них является присадка ДМН-2005, разработанная для высокопарафинистых нефтей России и Казахстана. Она представляет собой композицию на основе сополимеров этилена и винилацетата в специально подобранном ароматическом растворителе. Ее усредненные характеристики представлены в табл. 1.
Присадка в течение нескольких лет используется при перекачке нефтей различного происхождения. В настоящей статье описаны результаты опыта ее использования.
Эффективность присадки выражается в снижении температуры застывания (Тз) нефти и улучшении ее реологических характеристик: предельного напряжения сдвига (т) и динамической вязкости (п). Показатель Тз характеризует принципиальную возможность перекачки нефти по трубопроводу при пониженной температуре. Однако он в достаточной степени условен. По ГОСТ—20287 нефть считается застывшей, если при наклоне на 45° пробирки, содержащей 3 мл образца, мениск жидкости остается неподвижным. Понятно, что состояние жидкости в больших объемах будет иным. Поэтому, кроме Тз, необходимо знать, как она реагирует на сдвиговые усилия.
Действие присадки в нефтях различного состава проявляется по-разному и зависит от ряда факторов. Снижению
опыт
Табл. 1.
Характеристики присадки ДМН-2005
Показатели Норма или среднее значение
Внешний вид Однородная масса от серожёлтого до тёмнокоричневого цвета
Температура застывания, оС Выше 40
Класс опасности по ГОСТ 12.1.044. 4
Массовая доля, %: активного вещества в присадке звеньев винилацетата 19,0-21, 55,0-6,5
Вязкость кинематическая при 60оС, мм2/с Не более 750
Депрессия температуры застывания высокопарафинистых нефтей при введении 0,05% присадки Не менее 10
Депрессия температуры застывания прямогонного мазута из парафинистых нефтей при введении 0,05% присадки Не менее 12
Табл. 2.
Влияние присадки на реологические характеристики нефти
Образец Начальное напряжение сдвига, Па Предельное напряжение сдвига, Па Пластическая вязкость, Па с
Нефть Северных магистральных нефтепроводов (при температуре +10оС) 22,8 1,3 0,224
То же + 0,05% ДМН-2005 2,3 0 0,077
Нефть Прикаспийского месторождения (при температуре +25оС) 26,6 9,6 0,096
То же + 0,05% ДМН-2005 2,2 0,2 0,033
Нефть Западно-Сынатыского месторождения (при температуре +10оС) 11,5 2,4 0,067
То же + 0,05% ДМН-2005 0 0 0,021
Рис. 4
Влияние температуры на пластическую вязкость нефтей Северомагистральных нефтепроводов (1) и Прикаспийского месторождения (2). Сплошная линия — без присадки, пунктир — с присадкой
-20 -10 0 10 20 30 Температура, С
Рис. 5
Влияние присадки ДМН-2005 и фактора К„ на температуру застывания нефтей:
1 — Северо-Комсомольской,
2 — смеси Северных магистральных 3 -нефтепроводов, 4 -
■ Акшабулакской,
■ Западно-Сынатыской
температуры застывания препятствуют н-парафины и ас-фальтены, а смолы, напротив, способствуют увеличению де-прессорного эффекта. Таким образом, имеется корреляция между влиянием парафинов, смол и асфальтенов на температуру застывания нефти без присадки и депрессорным эффектом присадки. Для большинства исследованных нефтей это влияние выражается параметром Кп = П-А/С. На рис. 3 представлена зависимость Тз некоторых нефтей от концентрации присадки и параметра Кп (значение указано на кривых). Нельзя утверждать, что только этот показатель определяет эффективность присадки в нефти, однако он позволяет прогнозировать ее с достаточной вероятностью.
Присадка улучшает также реологические характеристики нефти, что выражается в снижении ее пластической вязкости (рис. 4). Напряжение сдвига нефти снижается на порядок. В качестве примера в табл. 2 представлены реологические параметры нескольких нефтей, определенные при температуре застывания нефти. На практике это означает соответствующее
13.
опыт
Табл. 3.
Влияние температуры ввода присадки на Тз нефти
Температура, °С:
ввода присадки застывания нефти
50 - 14
60 - 18
70 - 20
снижение затрат на перекачку. Эффект от введения присадки можно выразить другим образом. На рис. 5 представлены значения пластической вязкости нефти в зависимости от температуры, из которых можно заключить, что введение присадки означает повышение температуры нефти на несколько градусов.
Большое значение имеют условия применения присадки. При ее вводе нефть должна быть разогрета до температуры на 10—15° выше Т3 входящих в нее н-парафинов. Это необходимо для того, чтобы расплавить парафины и разрушить уже образовавшуюся структуру. Влияние температуры ввода присадки (концентрация 0,05%) на значение Т3 нефти За-падно-Сынатыского месторождения (исходная температура застывания — 10оС, содержание н-парафинов 7%, темпера-трура их плавления — 55оС) представлено в табл. 3.
Присадка вводится в нефть не в товарном виде, а в виде раствора в углеводородном растворителе, что облегчает ее практическое использование. В качестве растворителя может быть взято зимнее или арктическое дизельное топливо. Однако существуют оптимальные варианты, позволяющие снизить расход растворителя при сохранении и даже улучшении вязкостных и низкотемпературных свойств раствора.
Научно-производственная фирма «Депран»
Депрессорная присадка ДМН-2005
• Присадка предназначена для снижения температуры застывания
и улучшения прокачиваемости нефти при пониженных температурах
• Применение присадки позволяет предотвратить отложения парафинов в нефтепроводах
Рекомендации по применению ДМН-2005 и гарантийный авторский надзор на протяжении всего времени использования
ООО НДФ «Депран» совместно
с Всероссииским институтом по переработке нефти По желанию заказчика
— разработка схемы ввода присадки в нефть и поставка специального низкотемпературного растворителя для получения растворов присадки на местах применения
Присадка допущена к применению в сырой нефти — ВНИИ НП в 1998 году и успешно используется при транспортировке нефти Западно-Сынатыского месторождения (Республика Коми) в железнодорожных цистернах и Кумкольского месторождения (Казахстан) трубопроводным транспортом
Госстандартом России присадка также допущена к применению при производстве флотских мазутов и судовых топлив
Консультации по применению присадки и заказ
Региональный дилер Барнаул, тел./факс: (3852)601-971 E-mail: yarkov@alt.ru
Центральный офис Тел.: (095)796-9782 Факс: (095)361-2611 E-mail: Depran@km.ru 115573, Москва, ул. Авиамоторная, д. 6
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.