Перекачка высоковязкой и застывающей нефти, страница 3

Некоторое распространение получили лишь первые два способа создания кольцевого слоя воды.

Еще в 1906 г. Т.Д. Исаакс осуществил в США совместную перекачку тяжелой асфальто-смолистой калифорнийской нефти (r = 980 кг/м³;             n = 20×10^-4... 30×10^-4 м²/с) с водой по трубопроводу ( D = 0,076 м, L = 804 м), к внутренней стенке которого была приварена спирально свернутая проволока, обеспечивающая винтовое движение потока. Возникающие при этом центробежные силы отбрасывают более тяжелую воду к стенкам трубы. Максимальная производительность трубопровода с постоянным перепадом давления была достигнута при соотношении нефти и воды 9:1.

Рис. 2.2. Гидроперекачка нефти внутри водяного кольца

а- с применением винтовой нарезки; б- с применением кольцевых муфт; в- с использованием перфорированного трубопровода

Результаты эксперимента впоследствии были использованы для строительства промышленного трубопровода D = 0,203 м и L = 50 км. Винтовая дорожка в нем имела высоту 0,024 м и шаг 3,05 м.

Теоретически такой способ гидротранспорта высоковязких и парафинистых нефтей был изучен В.И. Черникиным и его учениками. В результате расчетов было показано, что производительность трубопровода по нефти увеличивается при гидроперекачке в 14...16 раз по сравнению с изотермической перекачкой одной нефти. Однако широкого распространения данный способ гидротранспорта не получил из-за сложности изготовления  винтовых нарезок на внутренней поверхности труб, их засорения. При отсутствии же нарезки вследствие разности плотностей нефти и воды последняя занимает положение у нижней образующей трубы и эффект от гидроперекачки резко снижается.

Перекачку высоковязкой нефти по схеме, приведенной на рис. 2.2 б, применяет компания Shell Oil Co.: по трубопроводу диаметром 150 мм и длиной 39 км транспортируют нефть вязкостью 50000 мм²/с при 38 ^оС. Поток содержит 70 % нефти и 30 % воды. Производительность перекачки    4300 м³/сутки. Установлено, что структура потока, в котором вязкая нефть движется внутри воды сохраняется при скорости потока не более 0,92 м/c.

С увеличением дальности перекачки неизбежно произойдет гравитационное расслоение нефти и воды, что приведет к резкому увеличению перепада давления в трубопроводе.

Сущность другого способа гидротранспорта состоит в том, что высоковязкая нефть и вода смешиваются перед перекачкой в такой пропорции, чтобы образовалась эмульсия типа “нефть в воде”. Частицы нефти окружены водяной пленкой и поэтому контакта нефти с внутренней поверхностью трубы не происходит (рис. 2.3 а).

 

Для стабилизации эмульсий и придания стенкам трубопровода гидрофильных свойств, т.е. способности удерживать на своей поверхности воду, в них добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Устойчивость эмульсии типа “нефть в воде” зависит от характеристики и концентрации ПАВ, температуры, режима течения, соотношения воды и нефти в потоке.

Уменьшение объема воды в смеси ухудшает устойчивость эмульсии. При увеличении объема транпортируемой воды устойчивость эмульсии повышается, но возрастают энергозатраты на перекачку балласта (воды). В результате экспериментов было установлено, что минимальное количество воды должно составлять около 30 % от общего объема транспортируемой смеси.

Недостатком данного способа гидроперекачки является опасность инверсии фаз, т.е. превращения эмульсии типа “нефть в воде” в эмульсию типа “вода в нефти”(рис. 2.3 б), при изменении скорости или температуры перекачки. Транспортирование водонефтяных эмульсий по трубопроводам с промежуточными насосными станциями также нежелательно, поскольку в насосах происходит диспергирование фаз и такие эмульсии затем трудно разрушить.