STUDY OF THE INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC RADIATION ON THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF OIL

Баязитова С.Р.

ORCID: 0000-0002-6412-0058, Студент, ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет, филиал в г. Октябрьском

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ

Аннотация

В настоящее время запасы лёгкой нефти истощаются и человечество вынуждено переходить на трудноизвлекаемые резервы. Для перекачивания таких нефтей требуются огромные энергозатраты, поэтому для снижения энергетических затрат на перекачку нефти используют несколько способов улучшения их реологических характеристик. В данной статье проанализированы три основных способа улучшения реологических характеристик нефтей, а также представлены результаты проведения лабораторных испытаний воздействия электромагнитного излучения на свойства нефти. 

Ключевые слова: реологические свойства, электромагнитное излучение, нефть, термообработка, ультразвуковое воздействие.

Bayazitova S.R.

ORCID: 0000-0002-6412-0058, Student, FSBEI of Higher Education Ufa State Petroleum Technological University, Branch in Oktyabrsky

STUDY OF THE INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC RADIATION ON THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF OIL

Abstract

At present, light oil reserves are depleted and mankind is forced to shift to hard-to-recover reserves. Pumping of such oils requires huge energy costs; therefore several methods of improving their rheological characteristics are used in order to reduce energy costs for pumping oil. This article analyzes three main ways to improve the rheological characteristics of oils and contains the results of laboratory tests of the effects of electromagnetic radiation on the properties of oil.

Keywords: rheological properties, electromagnetic radiation, oil, heat treatment, ultrasonic action.

Человечество находится на заре эры тяжелой нефти. Россия этому чёткий пример: простых нефтей – никак не больше 30%, 70% – это трудноизвлекаемые резервы, при этом часть трудных углеводородов регулярно увеличивается.

Разведанные запасы в России составляют около 14 млрд. т, большая часть которых трудноизвлекаемые, проблемные. Проблемными являются как высоковязкие высокосмолистые нефти, так и высокопарафинистые, застывающие при положительных температурах.

На фоне снижения добычи нефти на крупнейших месторождениях Западной Сибири для сохранения текущего уровня добычи России потребуется вовлекать в разработку все больше месторождений тяжелых высоковязких нефтей. Для перекачки таких нефтей потребуется увеличение энергозатрат на перекачку нефти или монтаж дополнительного оборудования для снижения вязкости нефти, что в свою очередь также приведет к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.

В данной статье рассмотрен один из наименее изученных и применяемых методов улучшения реологических свойств нефти – воздействие на нефть электромагнитными волнами радиодиапазона.

Для снижения энергетических затрат на перекачку нефтей используют несколько способов улучшения их реологических характеристик.

1. Термообработка. При термическом воздействии структурно– механические характеристики подвергнутой обработке нефти улучшаются. Имеющийся в нефти парафин при нагреве переходит в растопленное состояние, а остывание формирует условия с целью отделения из нефти кристаллов парафина, для их роста и формирования структурной решетки в нефти. Термообработка даёт возможность получить нефть с непрочной структурной решеткой, не способной удержать в своих ячейках весь объем нефти. В данном случае огромной ролью является грамотно подобранные условия остывания нефти [1, C. 94].
2. Депрессорные присадки. Их продуктивность в значительной мере зависит от состава нефти и химического строения присадки. Подбор депрессорных присадок проводится индивидуально путем исследования вязкостно-температурных свойств нефти.
3. С целью усовершенствования вязкостно-температурных характеристик парафинистых высокосмолистых (ПВСН) и высокопарафинистых (ВПН) нефтей обширно изучается использование физических методов воздействия, в частности, полей с частотами ультразвукового спектра [2, C. 39-40]. Вязкость ПВСН, обработанной ультразвуком в течение 15 мин, снижается с 1044 до 48 мПа·с, а депрессия температуры застывания составляет 20°С. Иное поведение после УЗО наблюдалось для ВПН. Вязкость и температура застывания ВПН возрастали с увеличением времени обработки [3, C. 134-135].

Нагревание диэлектрических материалов микроволновым излучением обусловлено диэлектрическими потерями. Рост температуры происходит быстрее по сравнению с обычным нагревом, когда тепло поступает через поверхность, ограничивающую облучаемый объем [4, C. 3-6]. При обычном нагреве путем теплопроводности, конвекции или радиационного переноса тепловой энергии передача тепла от внешних участков к внутренним обусловлена температурным градиентом. Микроволновый нагрев более быстрый, эффективный и экологически чистый. Кроме того, важную роль играет «нетепловой эффект», заключающийся в селективном воздействии на определенные химические группы и связи [5, C. 20-25].

В процессе подготовки к проведению экспериментальной части исследований, был определен следующий состав экспериментальной установки (Рис. 1):

- Генератор высокочастотных колебаний с коаксиальным кабелем;

- Полый резонатор (камера для испытаний образцов нефти);

- Плоскодонная стеклянная колба объемом 500 мл с притертой крышкой [6, C.31-35].

В качестве генератора высокочастотных колебаний был приобретен и проверен генератор Г4-79.

Полый резонатор представляет собой куб со сторонами 400 мм, сваренный из листового металла 2 мм с отверстием 30 мм в верхней части камеры для коаксиального кабеля, и съемной металлической шторкой.

 

Рис. 1 – Схема экспериментальной установки

 

Экспериментальная часть проводилась в период с 12.05.2017 по 25.06.2017 г. на частоте 2450 МГц, максимальной выходной мощностью не менее 3·10-3 Вт, время выдержки образцов нефти под электромагнитным излучением варьировалось от 5 до 110 минут.

Был определен следующий порядок проведения испытаний:

1. Операторами были отобраны 6 проб нефти согласно ГОСТ 2517.
2. Отобранные пробы были транспортированы на ПСП в ХАЛ, где тщательно были перемешаны в герметичном сосуде. С каждой проба была разделена на две части, с каждой было отделено 250 мл для проведения испытания нефти на вязкость и содержание хлористых солей.
3. Из оставшихся 250 мл вылили 200 мл в цилиндр и ареометром, и термометром согласно ГОСТ 3900-85 определили температуру и плотность нефти с точностью до 1 знака после запятой.
4. Записали результаты анализа на плотность, температуру и вязкость в журнал.
5. Пробу нефти объемом 250 мл из цилиндра вылили в плоскодонную колбу и поместили в камеру для проведения испытаний.
6. Опустили свободный конец коаксиального кабеля через верхнее отверстие полого резонатора для проведения испытаний образцов нефти таким образом, чтобы конец кабеля располагался строго вертикально.
7. Установили колбу с образцом нефти в центре камеры для испытаний, чтобы крышка колбы находилась под концом коаксиального кабеля в 2-3 см.
8. Закрыли дверцу камеры испытаний.
9. Выставили максимальную мощность генератора сигналов.
10. Зафиксировали начало испытаний.
11. После окончания времени испытания выключили прибор.
12. Оставили пробу в колбе, не открывая крышку, на 1 час.
13. После часового отстоя перемешали пробу испытуемого образца в течение не менее 1 минуты.
14. Перелили пробу в цилиндр объемом 250 мл. Замерили плотность и температуру нефти.
15. Необходимое количество пробы (около 100 мл) отделили для определения вязкости.
16. Зафиксировали результаты измерений в журнал.

В ходе дальнейших работ была проведена обработка экспериментальных данных статистическими методами, в частности, проверены все полученные результаты на соответствие правилу трех σ. Также были построены экспериментальный и интерполирующий экспериментальные данные графики зависимости величины изменения вязкости от времени воздействия электромагнитным излучением (Рис. 2) на нефть [7, C.20-21].

Рис. 2 – Графики зависимости величины изменения вязкости от времени воздействия электромагнитным излучением

 

Путем линейной интерполяции получено уравнение (1) зависимости величины изменения вязкости от времени воздействия электромагнитным излучением для нефти:

     (1)

где – ∆υ изменение вязкости нефти, сСт,

Т – время воздействия на пробу УВЧ излучением частоты 2450 МГц, мощностью 3·10-3 Вт, мин. [8, C. 19-26].

Проведенные исследования показали, что обработка микроволновым излучением образцов нефти приводит к снижению вязкости нефти [9, C. 31-34]. Также было получено математическое описание зависимости величины изменения вязкости от времени воздействия электромагнитным излучением для нефти сорта «ВСТО» на частоте 2450 МГц, мощностью 3·10-3 Вт.

Вместе с тем, необходимо отметить, что использованное оборудование позволило получить достаточный эффект по снижению вязкости. Мощными в диапазоне УВЧ считаются источники мощностью в единицы и десятки ватт, кроме того, подобные по мощности приборы имеют высокую стоимость (более десяти миллиона рублей) [10, C. 568-578].

Список литературы / References

1. Карамышев В. Г. Улучшение реологических свойств высокопарафинистых нефтей / В. Г. Карамышев, Ф. А. Мамонов, С. А. Рзиев и др. // Институт проблем транспорта энергоресурсов: труды. – 2004. – №3 (63). – С.94.
2. Ануфриев Р. В. Реология нефтей, обработанных ультразвуком / Р. В. Ануфриев, Г. И. Волкова, Н. В. Юдина // Сборник материалов 27 Симпозиума по реологии. – 2014. – С.39-40.
3. Лоскутова Ю. В. Влияние ультразвуковой и магнитной обработки на реологические свойства тяжелой нефти / Ю. В. Лоскутова, Г. И. Волкова, Р. В. Ануфриев // Сборник материалов 27 Симпозиума по реологии – 2014. – С.134-135.
4. Волкова Г. И. Ультразвуковая обработка нефтей для улучшения вязкостнотемпературных характеристик / Г. И. Волкова, И. В. Прозорова, Р. В. Ануфриев и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2012. – №2. – С.3-6.
5. Цзян Хуа И. Изменение состава и свойств тяжелых высоковязких нефтей под воздействием микроволнового облучения / Цзян Хуа И, Цао Бо // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2013. – №4. – С.20-25.
6. Барышников А. А. Методы электрического воздействия на пласт с целью повышения нефтеотдачи / А. А. Барышников, А. В.Стрекалов, А. М. Ведменский и др. // Нефтепромысловое дело. – 2013 – №7. – С.31-35.
7. Ширяева Р. Н. Регулирование реологических свойств парафинистой нефти высокочастотным электромагнитным полем / Р. Н. Ширяева, Ф. Л. Саяхов, Ф. Х. Кудашева и др. // Химия и технология топлив и масел. – 2001. – №6. – С.20-21.
8. Саяхов Ф. Л. Физико-технические основы электромагнитной технологии извлечение нетрадиционных углеводородов / Ф. Л. Саяхов, Н. Я. Багаутдинов, Ю. Б. Салихов // Вестник БГУ. – 2000 – № 1. – С.19-26.
9. Муллакаев М. С. Исследование влияния ультразвукового воздействия и химических реагентов на реологические свойства вязких нефтей / М. С. Муллакаев // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2010. – № 5. – С.31–34.
10. Табаровский JI. A. Оценка разрешающей способности электромагнитных методов / JI. A. Табаровский, М. И. Эпов // Геология и геофизика. – 2006. – №5. – С.568-578.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Karamyshev V. G. Uluchsheniye reologicheskikh svoystv vysokoparafinistykh neftey [Improving the rheological properties of highly paraffinic oils] / V. G. Karamyshev, F. A. Mamonov, S. A. Rziyev and others// Institut problem transporta energoresursov: trudy [Institute for Energy Resources Transport: Works]. – 2004. – №3 (63). – P.94. [in Russian]
2. Anufriyev R. V. Reologiya neftey, obrabotannykh ul'trazvukom [The rheology of oils processed by ultrasound] / R. V. Anufriyev, G. I. Volkova, N. V. Yudina // Sbornik materialov 27 Simpoziuma po reologii [Collection of materials of the 27th Symposium on rheology]. – 2014. – P.39-40. [in Russian]
3. Loskutova YU. V. Vliyaniye ul'trazvukovoy i magnitnoy obrabotki na reologicheskiye svoystva tyazheloy nefti [Influence of ultrasonic and magnetic treatment on the rheological properties of heavy oil] / YU. V. Loskutova, G. I. Volkova, R. V. Anufriyev // Sbornik materialov 27 Simpoziuma po reologii [Proceedings of the Symposium on Rheology]. – 2014. – P.134-135. [in Russian]
4. Volkova G. I. Ul'trazvukovaya obrabotka neftey dlya uluchsheniya vyazkostnotemperaturnykh kharakteristik [Ultrasonic treatment of oils to improve viscosity-temperature characteristics] / G. I. Volkova, I. V. Prozorova, R. V. Anufriyev and others // Neftepererabotka i neftekhimiya [Oil refining and petrochemistry]. – 2012. – №2. – P.3-6. [in Russian]
5. TSzyan Khua I. Izmeneniye sostava i svoystv tyazhelykh vysokovyazkikh neftey pod vozdeystviyem mikrovolnovogo oblucheniya [Change in the composition and properties of heavy high-viscosity oils under the influence of microwave irradiation] / TSzyan Khua I, Tsao Bo // Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science and Technology of Pipeline Transportation of Oil and Oil Products]. – 2013. – №4. – P.20-25. [in Russian]
6. Baryshnikov A. A. Metody elektricheskogo vozdeystviya na plast s Tsel' povysheniya nefteotdachi [Methods of electrical impact on the reservoir with to increase oil recovery] / A. A. Baryshnikov, A. V.Strekalov, A. M. Vedmenskiy and others // Neftepromyslovoye delo [Oilfield business]. - 2013 - №7. - P.31-35. [in Russian]
7. Shiryayeva R. N. Regulirovaniye reologicheskikh svoystv parafinistoy nefti vysokochastotnym elektromagnitnym polem [Regulation of the rheological properties of paraffinic oil by a high-frequency electromagnetic field] / R. N. Shiryayeva, F. L. Sayakhov, F. KH. Kudasheva and others // Khimiya i tekhnologiya topliv i masel [Chemistry and Technology of Fuels and Oils]. – 2001. – №6. – P.20-21. [in Russian]
8. Sayakhov F. L. Fiziko-tekhnicheskiye osnovy elektromagnitnoy tekhnologii izvlecheniye netraditsionnykh uglevodorodov [Physical and technical basis of electromagnetic Technologies extraction of non-traditional hydrocarbons] / F. L. Sayakhov, N. YA. Bagautdinov, YU. B. Salikhov // Vestnik BGU [Bulletin of the Belarusian State University]. – 2000 – № 1. – P.19-26. [in Russian]
9. Mullakayev M. S. Issledovaniye vliyaniya ul'trazvukovogo vozdeystviya i khimicheskikh reagentov na reologicheskiye svoystva vyazkikh neftey [Investigation of the influence of ultrasonic action and chemical reagents on the rheological properties of viscous oils] / M. S. Mullakayev // Oborudovaniye i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa [Equipment and technologies for the oil and gas complex]. – 2010. – № 5. – P.31–34. [in Russian]
10. Tabarovskiy JI. A. Otsenka razreshayushchey sposobnosti elektromagnitnykh metodov [Evaluation of resolution electromagnetic methods] / JI. A. Tabarovskiy, M. I. Epov // Geologiya i geofizika [Geology and geophysics]. – 2006. – №5. – P.568-578. [in Russian]