И высокозастывающих нефтей

Условно к высоковязким нефтям можно отнести нефти с вязкостью более 2 Ст, а к высокозастывающим с температурой застывания t_з > 0°С. Эти их особенности и предполагают использование специальных технологий для трубопроводного транспорта. В настоящее время для транспорта высоковязких и высокозастывающих нефтей используют следующие методы:

· Транспорт с разбавителями (нефть маловязкая, конденсат, нефтепродукты);

· Транспорт с использованием присадок;

· Транспорт термообработанных нефтей;

· Транспорт подогретых нефтей.

Разбавители используются для транспорта высоковязких и высокозастывающих нефтей при наличии маловязких углеводородов вблизи добычи аномальных нефтей или при прохождении трубопровода с аномальными нефтями вблизи от нефтепровода с маловязкой нефтью.

В настоящее время при транспорте аномальных нефтей используется два вида присадок: ламинизаторы потока и регуляторы процесса кристаллизации парафина в нефти. Второй вид присадок используется только в случае высокозастывающих и, как правило, высокопарафинистых нефтей. В этом случае присадки адсорбируясь на поверхности кристаллов парафина снижают эффективную вязкость нефти и улучшают другие реологические характеристики. В качестве присадок ламинизирующих поток используются высокомолекулярные соединения с длинными цепочками. В потоке молекулы, вытягиваясь вдоль потока, гасят пульсирующую составляющую скорости и тем снижают гидравлическое сопротивление движению нефти. Этот вид присадок имеет перспективу использования при транспорте даже маловязких нефтей и нефтепродуктов, так как позволяет на 40% снизить потери напора на трение. Присадки добавляются в количествах не превышающих 0,2% по отношению к транспортируемой нефти.

Процесс термообработки нефти заключается в разогреве ее до температуры выше температуры начала кристаллизации парафина и последующим охлаждении с темпом исключающим перенасыщение нефти парафином. В результате вырастают крупные и рыхлые кристаллы парафина, легко разрушающиеся в потоке, и нефть приобретает свойства позволяющие транспортировать ее как маловязкую. В процессе движения по трубопроводу нефть восстанавливает свои свойства. По этой причине транспорт термообработанных нефтей используется на расстоянии в несколько десятков километров.

Основным методом транспорта высоковязких и высокозастывающих нефтей является транспорт нефти с подогревом – «горячая» перекачка нефти. При этом нефть может подогреваться на специальных тепловых станциях (ТС) расположенные через определенные расстояния по трассе «горячего» нефтепровода или постоянно (попутно) при движении по трубопроводу. Для попутного подогрева используются специальные ленточные подогреватели, наносимые на поверхность трубопровода и разогрев поверхности труб вихревыми токами (скин-эффект). Для снижения тепловых потерь трубы могут быть теплоизолированны.

Особенностью работы «горячего» нефтепровода является переменная температура по длине участка между ТС. Температура нефти в трубе меняется вследствие теплообмена с окружающей средой и попутным подогревом за счет тепла трения потока и скрытой теплоты кристаллизации потока

, (4.81)

где t – температура нефти на расстоянии x от начала участка, °С; t₀ – температура грунта, °С; b – температура трения, °С; t₁ – температура в начале участка, °С; а – показатель крутизны падения температуры, 1/м;

; (4.82)

; (4.83)

k – полный коэффициент теплопередачи, Вт/м²×град, k = l¸2Bт/м²×гpaд; С*_M – удельная эффективная массовая теплоемкость нефти, Дж/кг×град,

; (4.84)

С_м – удельная теплоемкость нефти; e – доля выпадающего парафина при снижении температуры до t; x – скрытая теплота кристаллизации парафина, Дж/кг; t_нп – температура начала кристаллизации парафина, °С; t – температура, для которой известно e.

В соответствии с (4.81) температура нефти стремится по экспоненте к (t+b). Величина температуры трения b увеличивается в увеличением D и Q и с уменьшением k. Так при D = 1,2м и производительности 10000м³/час b = 27°С при k = 2 Bт/м²×гpaд и b = 54°С при k = 1 Вт/м²×град. Следовательно, тепло трения замедляет снижение температуры и в определенных условиях может привести к разогреву нефти. Наличие парафина еще больше замедляет процесс охлаждения нефти.

При транспорте высокозастывающих нефтей температура в любой точке трубопровода должна превышать температуру застывания на 2¸5°С. Температура в начале участка t₁, ограничивается температурой кипения нефти и опасностью пригорания на горячих поверхностях подогревателей.

При транспорте высоковязких нефтей температура определяется из условия максимума прибыли.

Снижение температуры по длине нефтепровода приводит к снижению вязкости нефти и увеличению гидравлического уклона. В этих условиях расчет нефтепровода как «изотермического» ограничено относительно небольшой длиной, увеличивающейся к концу участка между ТС. Общие потери напора определяются как сумма потерь на отдельных участках. Чем выше заданная точность расчета, тем на большее число подучастков должен быть «разбит» участок между ТС.

Существует методика расчета участка между ТС целиком. В этом случае

, (4.85)

где h₀ – потери напора в участке при начальной температуре нефти (режим изотермический); Dr – поправка на неизотермичность в радиальном направлении; Dl – поправка на неизотермичность по длине участка.

При турбулентном режиме течения нефти Dr = 1. Поправка на неизотермичность по длине участка и на неизотермичность в радиальном направлении рассчитываются по специальным формулам.