Парафинизация нефтепровода

Транспортируемая в настоящее время по МН Западной Сибири нефть содержит в своем составе от 2,5 до 5% парафина. При температурах 25¸35°С и выше парафин растворен в нефти и не оказывает существенного влияния на ее транспорт. При более низких температурах, при температурах ниже температуры начала кристаллизации Т_нк парафин выделяется в виде кристаллов, которые при определенных условиях могут отложиться на стенках трубопровода. Плотность отложений зависит от состава нефти, скорости ее течения в трубопроводе и температуры нефти и грунта. Считается, что благоприятными условиями для образования парафиновых отложений являются малая вязкость нефти, меньше 0,2 Ст, и оптимальный диапазон изменения температуры в нефтепроводе – Т_нк > Т > Т₀. Большое влияние на процесс образования отложений оказывает скорость течения нефти. При отсутствии течения отложения практически не образуются или образуются рыхлые и непрочные, легко смываемые при начале движения нефти. По мере увеличения скорости возрастает интенсивность образования отложений, достигая максимума при скорости V_м. Дальнейшее увеличение скорости приводит к снижению интенсивности образования отложений и при скорости V₀ образование отложений прекращается.

Образующиеся на стенках труб отложения только на 40¸60% состоят из парафинов, оставшаяся часть представлена другими компонентами приблизительно пропорционально их содержанию в нефти. Прочность отложений зависит от состава парафинов в нефти, чем выше их температура плавления, тем больше прочность отложений. Отложения в нефтепроводах Западной Сибири представляют собой высоковязкую жидкость типа консистентных смазок.

В настоящее время, несмотря на достаточно большое количество исследований, механизм образования парафиновых отложений окончательно еще не выяснен. Существуют две гипотезы:

1) отложения образуются путем кристаллизации парафина на стенках труб;

2) отложения образуются за счет осаждения на стенках кристаллов парафина, образовавшихся в потоке нефти.

Вполне вероятно, что имеют место оба этих процесса и их соотношение зависит от конкретных условий работы трубопровода.

Учитывая все вышесказанное, можно представить процесс образования отложений следующим образом. При снижении температуры нефти в трубопроводе ниже Т_нк из нефти начинают выделяться кристаллы парафина. Часть из них тем или иным способом отлагаются на стенках, труб. В начале трубопровода снижение температуры нефти происходит быстро, и интенсивность выделения парафина превышает интенсивность его осаждения, что приводит к нарастанию количества кристаллов в потоке и к увеличению толщины отложений. При движении нефти по трубопроводу скорость снижения температуры уменьшается, и в определенной точке интенсивность выделения, и отложения парафина сравняются. Этой точке будет соответствовать максимальная толщина отложений. На остальной части трубопровода процесс отложения парафина будет преобладать над его выделением, и толщина отложений будет уменьшаться, стремясь к нулю. Описанный процесс можно представить следующим уравнением:

(4.61)

где V_П – объем парафиновых отложений, м³; V_п^¢ – объем кристаллов парафина, м³:

; (4.62)

у – интенсивность осаждения парафина, 1/м; R_Н, R – содержание (растворимость) парафина в нефти начальное и при температуре Т, % ; Q – производительность нефтепровода, м³/с; r_н, r_п – плотность нефти и парафина, кг/м³; t – время работы нефтепровода, с.

Растворимость парафинов в нефти описывается уравнением Пула:

, (4.63)

где А и К – постоянные коэффициенты для данной пары «Парафин-растворитель».

А и К можно определить, зная содержание парафина в нефти и температуру начала кристаллизации Т_нк:

, (4.64)

. (4.65)

Решив совместно (4.61), (4.62) и (4.81), получаем

, (4.66)

, (4.67)

где l – расстояние от места начала парафинизации до места, где определяется толщина отложений, м; V_п – объем отложений в участке длиной 1, м³.

Показатель интенсивности отложения парафина зависит от диаметра трубопровода, физических свойств нефти и скорости ее течения:

, (4.68)

где A_Y , b_П – постоянные для данной системы показатели,

. (4.69)

Для нефтей Тюменской области ориентировочные значения показателей следующие: , с/м; ; , м^-1.

Уравнения (4.67) и (4.68) позволяют определить место максимальных отложений в трубопроводе l_max и значение скорости течения нефти, при которой отложения парафина невозможны – V₀:

, (4.70)

. (4.71)

При эксплуатации МН показатель интенсивности осаждения парафина определяется по результатам исследования его работы из уравнения (4.67), (4.68) или (4.71).