Исследования влияния высокочастотного, сверхвысокочастотного электромагнитного и теплового видов воздействия на свойства Ярегской и Девонской нефтей

Abstract

Petroleum produced in different regions and fields differ significantly in quality. The organization of pipeline transport of petroleum streams of a various quality produced in different geographic regions, according to a system with a complex topological structure, is possible only when controlling the quality of petroleum in traffic flows, in particular, controlling such property of petroleum as viscosity. Petroleum viscosity has a decisive influence on the performance of pumping and power equipment. The characteristics of the main petroleum pipelines depend on content’s viscosity. By influencing petroleum viscosity, it is possible to change the results of hydraulic calculations of main petroleum pipelines and pumping and power equipment without changing the equipment themselves, therefore, the task of changing the rheological characteristics of the pumped petroleum is timely. In this work, for the first time, thermal, super-high-frequency electromagnetic (SHF EM), high-frequency electromagnetic (HF EM) methods of treating the Siberian Devonian commercial petroleum and commercial petroleum of the Timan-Pechora province – Yaregskaya are studied. Both petroleum were exposed to thermal, high-frequency and super-high-frequency electromagnetic treatment on unique laboratory benches assembled at the Bashkir State University. As a result of the carried out studies, it was discovered that electromagnetic treatment affects the rheological properties of these petroleum in the temperature range corresponding to the operating temperatures of main petroleum pipelines. The most effective was the EM HF method of exposure. The relaxation time of the rheological properties of Devonian and Yaregskaya petroleum after EM treatment is 5 days, which is substantial compared to the currently popular thermal heating. The results of preliminary heat treatment with subsequent cooling on the Devonian and Yarega petroleum showed less efficiency compared to the results of electromagnetic treatment. When temperatures reach 30 degrees Celsius and above, the effectiveness of thermal and EM methods of exposure for both petroleum is reduced to zero. Another problem that arises during the pipeline transport of Yaregskaya and Devonian petroleum is the formation of asphalt-resin-paraffin deposits (ARPD) on the inner walls of the pipeline, leading to the need for more frequent cleaning of the pipeline, higher energy consumption to ensure the specified productivity of the pipeline. EM processing has also become one of the methods for solving this problem. As a result of an experiment to determine the amount of deposits on the inner walls of petroleum pipelines without treatment and after EM exposure, it was revealed that HF EM treatment is a preventive method for combating ARPD for Yaregskaya and Devonian petroleum. For Yaregskaya petroleum treated with HF EM field, the ARPD value on the walls of the model pipeline was 6 times less than for untreated Yaregskaya petroleum. Thus, as a result of all the work carried out within the framework of the study, it was found that high-frequency and super-high-frequency electromagnetic processing methods are effective in the transport of Yaregskaya and Devonian petroleum, and, unlike the thermal method of exposure and the introduction of additives, they contribute to an increase in the productivity of petroleum pipelines by improving the rheological properties of petroleum for a significantly long period of time, as well as to a reduction in formation of ARPD on the inner walls.

Нефти, добываемые в различных регионах и месторождениях, существенно отличаются по качеству. Организация трубопроводного транспорта потоков нефти широкого диапазона качества, добываемых в различных географических регионах, по системе со сложной топологической структурой возможна, но только при управлении качеством нефти в транспортных потоках, в частности управлением таким свойством нефтей, как вязкость. Вязкость нефти оказывает решающее влияние на производительность насосно-силового оборудования. От вязкости зависят характеристики магистральных нефтепроводов. Влияя на вязкость, возможно изменить результаты гидравлических расчетов магистральных нефтепроводов и насосно-силового оборудования, не меняя его, поэтому задача изменения реологических характеристик перекачиваемых нефтей является актуальной. В данной работе впервые рассматриваются тепловой, сверхвысокочастотный электромагнитный (СВЧ ЭМ), высокочастотный электромагнитный (ВЧ ЭМ) методы воздействия на Сибирскую Девонскую товарную нефть и товарную нефть Тимано-Печорской провинции – Ярегскую. Обе нефти были подвержены тепловому, высокочастотному и сверхвысокочастотному электромагнитным воздействиям на уникальных лабораторных стендах, собранных на базе Башкирского государственного университета. В результате проведенных исследований было выяснено, что электромагнитная обработка оказывает влияние на реологические свойства данных нефтей, причем наибольшую эффективность оказал ЭМ ВЧ метод воздействия в интервале температур, соответствующих температурам эксплуатации магистральных нефтепроводов. Время релаксации реологических свойств Девонской и Ярегской нефтей после ЭМ обработки составляет 5 дней, что значительно больше по сравнению с популярным на сегодняшний день тепловым нагревом. Результаты предварительного теплового воздействия с последующим охлаждением на Девонскую и Ярегскую нефть показали меньшую эффективность по сравнению с результатами электромагнитного воздействия. При достижении температур 30 °Ϲ и выше эффективность теплового и ЭМ методов воздействий для обоих нефтей сводится к нулю. Еще одной проблемой, возникающей при трубопроводном транспорте Ярегской и Девонской нефтей, является образование асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на внутренних стенках нефтепровода, приводящее к необходимости более частых очисток нефтепровода, большему энергопотреблению для обеспечения заданной производительности нефтепровода. Одним из методов решения данной проблемы тоже стала ЭМ обработка. В результате эксперимента по определению количества отложений на внутренних стенках нефтепроводов нефтей без обработки и после ЭМ воздействий, выполненного в рамках данной работы, было выявлено, что ВЧ ЭМ обработка является превентивным методом борьбы с АСПО для Ярегской и Девонской нефтей. Для Ярегской нефти, обработанной ВЧ ЭМ полем, величина АСПО на стенках модельного трубопровода оказалась в 6 раз меньше, чем для необработанной Ярегской нефти. Итак, в результате всех проведенных в рамках исследования работ выяснено, что высокочастотные и сверхвысокочастотные электромагнитные методы обработки эффективны в процессах транспорта Ярегской и Девонской нефтей и, в отличие от теплового метода воздействия и введения присадок, способствуют не только увеличению производительности работы нефтепроводов за счет улучшения реологических свойств нефти на достаточно продолжительный период времени, но и также меньшему образованию отложений АСПО на внутренних стенках нефтепроводов.