Лекция 13

Добыча тяжелой сырой нефти и битума считалась нерентабельной, так как стоимость добычи, транспортировки и переработки высока, а рыночная стоимость продуктов не окупала средств, затраченных на переработку. Несмотря на это, снижение количества ресурсов легкой сырой нефти, а так же постоянно растущий мировой спрос на нефтепродукты приводит к необходимости эксплуатации этих ресурсов. Включение тяжелой нефти в технологическую цепь НПЗ преподносит много проблем, требующих значительной технологической разработки. Одной из основных проблем является транспортировка тяжелой и сверхтяжелой нефти, которая связана со многими операционными трудностями. Трубопроводы являются наиболее удобным средством транспортировки сырой нефти с установок подготовки нефти (УПН) на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ). Однако перемещение тяжелой сырой нефти и битума является чрезвычайно сложной задачей из-за ее неспособности течь свободно, и без предварительного снижения вязкости тут не обойтись. Существует несколько методов транспортировки нефти:

 1. Разбавление. Смешение или разбавление нефти - один из способов улучшения транспортировки и наиболее часто используемый в нефтяной промышленности. Как правило, чем ниже вязкость разбавителя, тем ниже вязкость смеси тяжелой нефти и битума. В качестве разбавителя используют газовый конденсат, керосин, лигроин и легкие нефти. Это эффективный вариант для снижения вязкости нефти и облегчения ее мобильности в трубопроводе. Кроме того, разбавление сырой нефти может облегчить некоторые операции, такие как обезвоживание и обессоливание. Такая технология является наиболее широко используемой, но требует значительных инвестиций, так как приходится отделять растворитель, а затем возвращать его в производственный участок. Вариант разбавления имеет и другие проблемы. Так, любое изменение состава нефти может повлиять на требуемое соотношение нефть/растворитель. К тому же, важно заранее определить соотношение растворителя и тяжелой нефти, так как простые правила смешивания для подобных систем не подходят. Для каждой тяжелой нефти должен быть проведен ряд лабораторных анализов по изучению изменения вязкости и совместимости компонентов.

Однако нагревание трубопровода требует значительного количества электроэнергии. Кроме того, возникают проблемы с внутренней коррозией труб, вызванной повышением температуры. Вдобавок, нагревание может вызвать изменение реологических свойств сырой нефти, что может привести к её нестабильности. Внезапные расширение и сжатие труб могут также вызвать серьезные проблемы. В большинстве случаев трубопроводы приходится изолировать для поддержания температуры и снижения потерь тепла.

3. Электрообогрев подводных трубопроводов

Тяжелые и сверхтяжелые нефти, как правило, становятся густыми и вязкими при температуре подводной среды. В связи с этим подводный транспорт тяжелой нефти характеризуется высокими энергозатратами. В таких случаях, решением для малых расстояний (менее 2 километров) может быть использование изолированных трубопроводов и, для минимизации потерь тепла, перемещение жидкости при высоких скоростях. С увеличением длины трубопровода пассивная изоляция становится неэффективной, а для поддержания высокого давления по всей длине трубопровода требуются высокие затраты на энергию. Нагрев осуществляется за счет сочетания электрического сопротивления и магнитно-вихревого эффекта, возникающего при воздействии переменного тока на трубопровод. Однако применение данного метода весьма дорогостояще. Это обусловлено сложностью конструкции, развертывания и эксплуатации трубопровода, а также необходимостью его нагрева на всем его протяжении.

4. Гидротранспорт

Одной из новейших технологий является перекачка нефти с применением воды. Технология заключается в транспортировке тяжелой нефти в виде эмульсии «нефть в воде», с размером капель нефти в диапазоне нескольких микрон. В некоторых случаях, углеводородные разбавители или легкие нефти могут быть недоступны или их применение ограничено, в то время как пресная вода, морская вода или даже пластовая вода могут быть доступны для эмульгирования. Эта технология основана на образовании эмульсии, стабилизированной при помощи поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) находятся на границе раздела фаз нефть-вода. Концентрируясь на границе фаз, ПАВ предотвращает рост и выпадение глобул тяжелой нефти во время транспортировки, т.е. поддерживает глобулы во взвешенном состоянии. Гидрофильной частью смеси будет - вода, агидрофобной - нефть, как показано на рисунке 2.

 Распределение размера капель зависит от типа ПАВ, энергии смешивания и давления. Основной проблемой гидротранспорта является подбор ПАВ, способного поддерживать стабильность эмульсии на всем протяжении трубопровода и выделяемого из сырой нефти в конечном пункте назначения без особых затрат.

5. Использование депрессорных присадок

Другим направлением решения проблем транспортировки тяжелых нефтей, связанных с их текучестью, является использование депрессорных присадок. Их также называют модификаторами. Модификации подвергаются кристаллы парафина. Это помогает снизить температуру застывания, вязкость и предел текучести, что облегчает транспортировку парафинистой нефти. Депрессорные присадки – это вещества, способные изменить рост и поверхностные характеристики кристаллов, снижая тенденцию образования крупных кристаллов, а также их отложение на металлических поверхностях, например, на стенках трубопровода. Основным достоинством этих присадок является то, что они на всем протяжениитрубопровода не влияют на стабильность смеси.

6. Антифрикционные (противотурбулентные) добавки

Силу, необходимую для прокачки жидкости по трубопроводу, называют силой сопротивления. Транспортировка нефти по трубопроводам в основном протекает в турбулентном режиме. Ввиду высокой вязкости нефти значительная часть энергии, приложенной для ее транспортировки, тратится на компенсацию потерь при трении. Высокое сопротивление в турбулентном потоке вызывается радиальным переносом импульса потока завихрений. Антифрикционные добавки могут быть разделены на три основные группы: поверхностно-активные вещества, волокна и полимеры. ПАВ могут снижать поверхностно натяжение жидкости, в то время как волокна и полимеры ориентируются вдоль основного направления потока, ограничивая возникновение завихрений, что приводит к уменьшению сопротивления. Таким образом, сохранение эффективной энергиии снижение сопротивления при транспортировке имеет важное значение для тяжелых и сверхтяжелых нефтей. Эти добавки помогают уменьшить трение вблизи стенок трубопровода и в турбулентном ядре потока жидкости во время транспортировки, что приводит к высокой скорости потока при постоянном давлении.

7. Кольцевой режим потока

Еще одно решение для транспортировки высоковязких продуктов по трубопроводам основано на создании базового кольцевого потока, направленного на уменьшение падения давления в трубопроводе, вызванного трением. Метод основан на том, что вода или водный раствор может тонкой пленкойконцентрироваться в непосредственной близости от внутренней стенки трубы, тем самым снижая продольный градиент давления и общееснижение давления, как при перемещении воды. Применение кольцевого потока для транспорта тяжелой нефти предполагает некоторые трудности, такие как: поддержание стабильности потока на дальние расстояния, коррозия стенок трубопровода, трудности перезапуска потока в случае возникновения внепланового простоя. Когда кольцевой поток используется для транспортировки тяжелой нефти по трубопроводу, перерывы в работе, даже в течение относительно короткого периода времени, могут привести к расслоению потока на две фазы.