Спосіб переміщення в'язких нафт і нафтопродуктів
F15D1 / 02 - в трубах або каналах
Власники патенту RU 2262035:
Волгоградський державний технічний університет (ВолгГТУ) (RU)
Винахід відноситься до нафтовидобувної, нафтопереробної, нафтохімічної та хімічної промисловості і може бути використано при транспортуванні високов'язких ньютоновских і неньютоновскіх рідин по трубопроводах. Технічним результатом є зменшення гідравлічного опору і енерговитрат при переміщенні в'язких нафт і нафтопродуктів по трубопроводу за рахунок створення обертального руху потоків за ділянками, де відбувається зміна їх швидкостей за величиною або напрямку. Це досягається тим, що в способі переміщення в'язких нафт і нафтопродуктів, що полягає у формуванні коаксіального концентричного шару води у внутрішній поверхні труби шляхом додавання в нафту води та надання потокам нафти і води обертального руху, при цьому обертальний рух здійснюють лопатевими мішалками, встановленими за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку, з кутовою швидкістю, яка визначається за формулою де # X003C9; - кутова швидкість обертання лопатевої мішалки; g - прискорення вільного падіння; R - радіус трубопроводу. 1 мул. 1 табл.
Пропоноване технічне рішення відноситься до способів, що знижують гідравлічний опір при транспортуванні високов'язких ньютоновских і неньютоновскіх рідин по трубопроводах, і може знайти застосування при гідротранспорті нафт, масел і рідких продуктів нафтопереробки в нафтовидобувній, нафтопереробній, нафтохімічній і хімічної промисловості на магістральних, галузевих, міжзаводських і внутрішньозаводських трубопроводах.
Відомий спосіб напірного гідротранспорту вантажів по трубопроводу, коли в потік транспортує рідини вводять стиснене повітря (Авт. Св. СРСР № 224378, B 65 G 51/00, 1975).
До причин, що перешкоджає досягненню заданого технічного результату, відноситься нестійкість повітряного прикордонного до стінки труби шару, що призводить до перемішування повітряного прошарку з основним потоком рідини, що транспортується і створення гетерофазной системи рідина-повітря, гідравлічне опір якої зростає через руйнування повітряного малов'язкого прикордонного шару особливо за місцевими гідравлічними опорами (поворотами, компенсаторами, кранами, засувками і т.д.).
До причин, що перешкоджає досягненню заданого технічного результату, відноситься поряд з утворенням маловязких емульсій нафту-вода, коли крапельки нафти оточені плівкою води, освіту високов'язких емульсій вода-нафта, коли крапельки води оточені плівкою нафти. Така інверсія фаз найбільш часто відбувається за місцевими опорами (поворотами, температурними компенсаторами, вентилями, засувками, кранами і т.д.). Ця нестійкість маловязкой водонефтяной емульсії призводить до збільшення гідравлічного опору в усьому обсязі рідини, а не тільки в прикордонному з трубою шарі, що вимагає додаткових витрат енергії.
Найбільш близьким технічним рішенням до заявляється способу переміщення в'язких нафт і нафтопродуктів є спосіб гідротранспорту високозастивающіх і в'язких нафт і нафтопродуктів, що полягає у формуванні коаксіального концентричного шару води у внутрішній поверхні труби шляхом додавання в нафту води та надання потокам нафти і води обертального руху за рахунок гвинтової нарізки на внутрішній поверхні труби за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку (так званими ме тнимі опорами: поворотами, колінами, компенсаторами, кранами, вентилями, заслінками і т.д.), що призводить до перемішування води і нафти або нафтопродуктів і збільшення гідравлічного опору і енерговитрат на гідротранспорт (Трубопровідний транспорт нафти і газу: Учеб. для вузів / Р.А.Аліев, В.Д.Белоусов, А.Г. немудре і ін. - 2-е изд. перераб. і доп. - М. Недра, 1988. - 368с. С.243).
До причин, що перешкоджає досягненню заданого технічного результату, відноситься складність виготовлення гвинтової нарізки на внутрішній поверхні труби, особливо на вже діючих трубопроводах, заповнення згодом нафтою або нафтопродуктами гвинтової нарізки, що призводить до припинення обертального руху потоків, перемішування нафти і води і збільшення гідравлічного опору і енерговитрат.
Завданням запропонованого технічного рішення є створення стійкого коаксіального концентричного шару води у внутрішній поверхні труби за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку.
Технічним результатом пропонованого технічного рішення є зменшення гідравлічного опору і енерговитрат при переміщенні в'язких нафт і нафтопродуктів по трубопроводу за рахунок створення обертального руху потоків за ділянками, де відбувається зміна їх швидкостей за величиною або напрямку.
Поставлений технічний результат досягається тим, що в способі переміщення в'язких нафт і нафтопродуктів формування коаксіального концентричного шару води у внутрішній поверхні труби відбувається шляхом додавання в нафту води та надання потокам нафти і води обертального руху, при цьому обертальний рух здійснюють лопатевими мішалками, встановленими за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку з кутовий швидкістю, яка визначається за формулою
де # X003C9; - кутова швидкість обертання лопатевої мішалки;
g - прискорення вільного падіння;
R - радіус трубопроводу.
Приведення потоків води і нафти або нафтопродуктів в обертальний рух лопатевими мішалками за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку (за так званими місцевими опорами) дозволяє відновити коаксіальний концентричний шар води у внутрішній поверхні труби, який руйнується на поворотах, в компенсатори, вентилях, кранах, засувках та інших місцевих опорах. У відцентровому полі при обертанні потоку важкі краплі і шари води, що опинилися за місцевими опорами всередині потоку, відкидаються до внутрішньої поверхні труби, створюючи стійкий коаксіальний концентричний шар води. Легкі краплі і шари нафти або нафтопродуктів, що опинилися за місцевими опорами у внутрішній поверхні труби, відцентровими силами відкидаються у внутрішні шари потоку.
Зменшення кутової швидкості обертання лопатевої мішалки так, що вона стає меншою від зазначеної нижньої межі, що розраховується за формулою (1), не дозволяє розвинути відцентрову силу, достатню для поділу важких крапель і шарів води від легких крапель і верств нафти, і створити стійкий коаксіальний концентричний шар води у внутрішній поверхні труби.
Збільшення кутової швидкості обертання лопатевої мішалки так, що вона стає більше зазначеного верхньої межі, що розраховується за формулою (1), призводить до турбулізації потоку, виникнення в ньому вихорів, що розбивають коаксіальний концентричний шар води на краплі, що призводить до утворення емульсії крапельок води в нафти , зростанню гідравлічного опору і витрат енергії на перекачування нафти або нафтопродуктів.
Застосування лопатевих мішалок дозволяє крім створення обертального руху потоку повідомляти йому додатковий тиск для осьового руху по трубопроводу.
Спосіб здійснюють наступним чином.
Були проведені експериментальні дослідження по переміщенню нафти в трубопроводі з внутрішнім діаметром 100 мм на ділянці довжиною l = 10 м з коліном на вході під кутом 90 # x000B0 ;, в якому була встановлена лопатева мішалка з двома лопатками діаметром 80 мм і шириною лопатей 14 мм. Вал лопатевої мішалки був з'єднаний з приводом, що дозволяє варіювати число обертів мішалки. Потужність приводу вимірювалася ваттметром.
Основна рідина - нафта подавалася з ємності нафти відцентровим насосом в напірний патрубок діаметром 80 мм, діаметром більше основного трубопроводу. Вода в кільцевої зазор між основним трубопроводом і напірним патрубком відцентрового насоса подавалася з ємності води відцентровим насосом. Витрати нафти і води регулювалися вентилями і контролювалися ротаметрами. Перепад тиску на мірної довжині l = 10 м визначався U-подібним дифманометром. Потік нафти і води на виході з трубопроводу надходив в бак-відстійник, де нижня фракція - вода після відстоювання зливалася в ємність води, а верхня фракція - нафту в ємність нафти. В'язкості нафти і води були відповідно 72 і 1 СПЗ, а щільності 900 і 980 кг / м 3.
На кресленні представлена схема установки за пропонованим способом переміщення в'язких нафт і нафтопродуктів.
Установка включає в себе лінійну частину трубопроводу 1 з внутрішнім діаметром 100 м і U-подібним дифманометром 2 для вимірювання перепаду тиску на мірної довжині l = 10 м лінійної частини трубопроводу 1, коліно 3 з встановленої в ньому лопатевою мішалкою 4 з валом 5, з'єднаним з приводом 6, змінює число оборотів в залежності від напруги, що подається. Число обертів вала 5 з лопатевою мішалкою 4 вимірюється строботахометром 7, а потужність приводу 6 ваттметром 8.
Установка містить ємність для нафти 9, в яку опущено всмоктуючий патрубок відцентрового насоса 10, а нагнітальний патрубок 11, що має діаметр 80 мм (менший внутрішнього діаметра трубопроводу 1) встановлено Осесиметрична з лінійною частиною трубопроводу 1, приєднаного до коліна 3. Для вимірювання витрати нафти встановлений ротаметр 12. Витрата нафти регулюється вентилем 13.
Установка містить також ємність для води 14, в яку опущено всмоктуючий патрубок відцентрового насоса 15, а нагнітальний патрубок 16 приєднаний до нижньої частини гілки 11 трубопроводу. Для вимірювання витрати води встановлений ротаметр 17. Витрата води регулюється вентилем 18. Для прийому нафтоводяної потоку з трубопроводу 1 встановлена ємність-відстійник 19 з трубопроводом 20 і вентилем 21 для відбору нафти і зливу її в ємність 8 і трубопроводом 22 з вентилем 23 для відбору води і зливу її в ємність 14.
Установка працює в такий спосіб. Включають насос нафти 10 і за допомогою вентиля 13 встановлюють витрату нафти по ротаметру 12. Потім включають насос води 15 і за допомогою вентиля 18 встановлюють витрату води по ротаметру 17. Регулюючи напругу на приводі 6 строботахометром 7 встановлюють необхідне число обертів # X003C9; вала 5 з лопатевою мішалкою 4. Після стабілізації потоків нафти і води в трубопроводі 1 вимірюють перепад тиску на мірної довжині l U-подібним дифманометром. Відпрацьований нафтоводяної потік зливають в ємність-відстійник 19.
Після завершення дослідів і розшаровування нафти і води в ємності-відстійнику 19 відкривають вентилі 21 і 23 і по трубопроводах 20 і 22 відповідно нафту і вода з ємності-відстійника 19 переливають в ємність нафти 8 і ємність води 14.
Витрата нафти у всіх дослідах був 4 л / с, витрата води 1,1 л / с.
Таблиця
Результати експериментальних досліджень по переміщенню нафти в трубопроводі
Як видно з таблиці, пропонований спосіб переміщення нафти в трубі дозволяє в порівнянні з прототипом зменшувати гідравлічний опір в 1,26-1,64 рази, а в порівнянні з промисловим способом (коли нафта заповнює весь трубопровід і не обертається) в 1,78- 2,33 рази. Зменшення кутової швидкості обертання лопатевої мішалки в порівнянні з нижньою межею, що розраховується за формулою 1, як і її збільшення вище верхньої межі (досліди 1 і 5 відповідно не дають переваг в порівнянні з прототипом (досвід 7) як по гідравлічному опору, так і за енерговитратами .
Як видно з таблиці (досліди 1-5) енерговитрати на обертання мішалки складають не більше 10% від енерговитрат на переміщення рідини по трубопроводу. Загальні енерговитрати в порівнянні з прототипом знижуються в 1,15-1,34 рази, а в порівнянні з промисловим способом в 1,4-1,53 рази.
Застосування лопатевих мішалок дозволяє створювати обертальний рух потоку, на відміну від пропелерних і турбінних мішалок, які створюють відповідно осьовий і радіальний протягом потоку і сприяють перемішуванню води і нафти.
Таким чином, пропонований спосіб переміщення в'язких рідин і нафт дозволяє за рахунок створення відцентрової сили при обертанні потоків нафти і води лопатевими мішалками за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку, відновити зруйноване коаксіальне концентричне кільце води у внутрішній поверхні труби, знизити гідравлічний опір трубопроводу і зменшити енерговитрати.
Спосіб переміщення в'язких нафт і нафтопродуктів, що полягає у формуванні коаксіального концентричного шару води у внутрішній поверхні труби шляхом додавання в нафту води та надання потокам нафти і води обертального руху, що відрізняється тим, що обертальний рух здійснюють лопатевими мішалками, встановленими за ділянками, де відбувається зміна швидкостей потоків за величиною або напрямку, з кутовою швидкістю, яка визначається за формулою
де # X003C9; - кутова швидкість обертання лопатевої мішалки;
g - прискорення вільного падіння;
R - радіус трубопроводу.
Винахід відноситься до трубопровідного транспорту.
Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості, зокрема до збору і транспорту високообводненной продукції нафтових свердловин.
Винахід відноситься до нафтової промисловості, зокрема до способів транспортування газоводонефтяной суміші, і призначене для використання в системі збору та підготовки високообводненной нафти на пізній стадії розробки нафтового родовища.
Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості, а саме до збору нафти, газу і води на нафтовому родовищі.
Винахід відноситься до галузі транспорту разносортних нафтопродуктів магістральними нафтопродуктопроводами.
Винахід відноситься до трубопровідного транспорту рідини з зоною течії з неповним заповненням перетину трубопроводу (ТНЗСТ) і може бути використано при управлінні транспортуванням нафти.
Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості, зокрема до спільної збору нафти, газу і води по трубопроводах до промислових збірних пунктів.
Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості, зокрема до збору та підготовки на кущі свердловин газоводонефтяной емульсії і стосується транспорту її на великі відстані.
Винахід відноситься до нафтової промисловості, а саме до способів транспортування водогазонефтяной сумішей і установкам для їх здійснення.
Винахід відноситься до області гідродинаміки двофазних (парорідинних) потоків, а саме до конструкції, що працює в умовах регульованої гідродинамічної кавітації.
Винахід відноситься до області гідродинаміки, а саме до способів отримання кавітації в рідині, може бути застосоване для інтенсифікації процесів змішування, контакту, диспергування, емульгування, масообміну, теплообміну рідин, прискорення хімічних реакцій в рідких середовищах, а також для перекладу впорядкованої енергії (тиску і швидкості) рідини в теплову енергію.
Винахід відноситься до гідродинамічної обробки текучих середовищ.