Берілген мақалада әлемдегі жоғары парафинді мұнайды жинау және тасымалдау ерекшеліктері талданады.
Кілт сөздер: мұнай, парафин, тұтқыр мұнай, мұнайды жинау, мұнайды тасымалдау
В данной статье анализируются особенности сбора и транспортировки высокопарафинистой нефти в мире.
Ключевые слова: нефть, парафин, высоковязкая нефть, сбор нефти, транспортировка нефти.
Мұнай өндіру, жинау, тасымалдау және сақтау кезінде технологиялық жабдықтың, резервуарлардың және құбырлардың жұмыс істеуінде проблемалардың бірі парафинді шөгінділер болып табылады.
Парафиндердің ағынды бөліктерде және резервуарларда жиналуы жүйе жұмысының күрт төмендеуіне, ауытқу қысымының жоғарылауына әкеледі. Бүгінгі күні мұнай парафиніне қарсы өте тиімді көптеген күрес әдістері қолданылады, олардың көпшілігі пайдаланылуына байланысты термохимиялық әдістерге негізделген.
Қазақстанның оңтүстік және батыс бөлігіндегі аса тұтқыр мұнайды үлкен ұзындықтағы құбыржолдар арқылы тасымалдау кезінде проблемалар туындайды, төмен температурада парафин кристалданып, құбыр қабырғаларының бетіне тұнып қалуы мүмкін.
Ағынның температурасына қарағанда қабырғадағы температура төмен болғандықтан, бұл температура градиенті мен концентрация градиентіне әкеледі, парафин кристалдарының қабырғада молекулалық диффузиясы байқалады. Уақыт өте келе қатты көмірсутектердің жинақталуы салдарынан құбырдың ішкі диаметрлері кішірейеді. Ғалымдардың айтуынша, парафиннің шөгуі диффузия процестері, жылжу дисперсиясы және броундық қозғалыстарға байланысты орын алады. Парафиннің шөгу жылдамдығына әсер ететін бірқатар факторлар: айдалатын мұнай температурасы, құбырдың қабырғасының температурасы, ағынның жылдамдығы, жүру уақыты, парафин концентрациясы, құбырлардың кедір-бұдырлығы және т. б. Парафиннің шөгуі құбырдағы ағынның жоғары жылдамдығына, қысымның, өткізгіштіктің төмендеуіне, шығындардың көбеюіне немесе азаюына, жабдықтың тозуына алып келуі мүмкін.
Бүгінгі күні парафин түзілуінің алдын алуы бойынша әртүрлі әдістер бар, механикалық, термиялық, химиялық әдістер және т. б.
Жоғары тұтқырлы және жоғары парафинді мұнайдың реологиялық қасиеттерін жақсартудың ең тиімді және қолжетімді тәсілдерінің бірі көмірсутекті сұйылтқыштар — газ конденсатын және аз тұтқырлы мұнайды қолдану болып табылады. Бұл сұйылтқыштарды пайдалану мұнайдың тұтқырлығы мен қату температурасын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл, біріншіден, қоспадағы парафиннің концентрациясын төмендетеді, өйткені оның бір бөлігі сұйылтқыштың жеңіл фракцияларымен ериді. Екіншіден, сұйылтқышта асфальт-шайырлы заттар болған кезде, парафин кристалдарының бетіне адсорбцияланып, берік құрылымдық тордың пайда болуына кедергі келтіреді [1].
Максималды әсер ламинарлы айдау режимінде орын алады. Турбуленттік режим неғұрлым дамыған сайын, қысым шығыны азаяды.
Ерітінділермен араласқан жоғары тұтқырлықтағы мұнайды қотару кең таралған. Тұтқыр мұнай мен мұнай өнімдерін қотаруды жеңілдету үшін бензинмен және керосиндермен сұйылту іс жүзінде жүзеге асырылмайды, өйткені оларды кен орындарына жеткізу үлкен капиталды және пайдалану шығындарын талап етеді. Мазуттар мен гудрондар үшін де мұндай сұйылтқыштар орынсыз, өйткені соңғы пунктте қоспаны айдау қондырғылары қажет.
Сұйылтқыштар ретінде аз тұтқырлы мұнайды пайдалану орынды болып табылады. Егер кен орнында әртүрлі қасиеттегі- жоғары тұтқырлы, жоғары парафинді және аз тұтқырлы мұнай өндірілсе, онда тұтқыр мұнайды аз тұтқырлы етіп сұйылтып, қоспаның тұтқырлығы мен қату температурасының күрт төмендеуіне қол жеткізуге болады және осылайша, оларды қайта айдауды жеңілдетеді.
Жалпы жағдайда сұйылтқыштың түрін таңдау сұйылтқышты алуға, жеткізуге және араластыруға, сондай-ақ қоспаны тасымалдауға кеткен жалпы шығындарды салыстыру арқылы таңдалады. Сонымен қатар, жоғары парафинді мұнайды және тұтқырлығы төмен қоспаларды араластыру арқылы алдын-ала анықталған құрам қоспаларын алуға және сол арқылы мұнай өңдеу зауыттарының құбырлары мен қондырғыларының жұмысын тұрақтандыруға, мұнай өнімдерінің шығымдылығын арттыруға болатындығын ескеру қажет.
Сұйылтқышы бар мұнай айдау бойынша алғашқы тәжірибелерді (керосинді дистиллят) Ресей инженерлері А. Н. Саханов пен А. А. Кащеев 1926 жылы жүргізді. Қазіргі уақытта сұйылтқыштары бар жоғары тұтқырлы және жоғары өнімді мұнай айдау біздің елде және шетелде кеңінен қолданылады. Мысалы, Маңғышлақтың жоғары парафинді мұнайы Самара қаласының аймағына қыздырылған күйде қотарылады, содан кейін Еділдің аз тұтқырлы мұнайымен араластырылып, «Дружба»мұнай құбырына айдалады.
Мұнай қоспасының реологиялық қасиеттеріне құрамдас компоненттердің температурасы әсер ететіні анықталды. Егер тұтқыр компоненттің қату температурасынан 3–5 градус жоғары температурада араластыру жүргізілсе, неғұрлым біртекті қоспа алынады. Ал қолайсыз жағдайда араластырылса тұтқырлы мұнайда сұйылтқыштың тиімділігі едәуір дәрежеде азайып, қоспа қатпарлануы да мүмкін [2].
Жоғары тұтқырлы және жоғары парафинді мұнайды гидрокөлікпен тасымалдау бірнеше жолмен жүзеге асырылуы мүмкін:
− су сақинасының ішінде мұнай айдау;
− «судағы мұнай» типтегі эмульсия түріндегі су-мұнай қоспасын айдау;
− мұнай мен суды қабаттап айдау.
1906 жылы И. Д. Исааке АҚШ-та алғаш рет 800 м қашықтыққа диаметрі 76 мм болатын құбыр бойынша суы бар жоғары парафинді калифорниялық мұнайды айдауды жүзеге асырды. Құбырдың ішкі қабырғасына айналмалы ағынды қамтамасыз ететін спиральды оралған сым дәнекерленді. Нәтижесінде ауыр су құбырдың қабырғасына тікелей төгілді, ал мұнай ағыны су сақинасының ішінде қозғалып, ең аз үйкеліс сезілді. Сонымен қатар, құбырдың максималды өнімділігі қысымның тұрақты өзгеруі кезінде мұнай мен су шығындарының 9:1-ге тең арақатынасында қол жеткізілгені анықталды. Эксперименттің нәтижелері алғаш рет диаметрі 203 мм және ұзындығы 50 км өнеркәсіптік мұнай құбырының құрылысында қолданылды.
Алайда, көліктің бұл тәсілі құбырлардың ішкі бетінде бұрандалы кесіктердің аса күрделілігіне байланысты кең таралған жоқ. Сонымен қатар, парафин шөгуінің нәтижесінде кесіктер бітеліп, қабырғадағы су сақинасы қалыптаспайды, бұл айдау параметрлерінің күрт нашарлауына әкеледі.
Гидрокөліктің басқа әдісінің мәні жоғары парафинді мұнай мен су «судағы мұнай» сияқты эмульсия пайда болу үшін тікелей айдау алдында араласады. Бұл жағдайда мұнай тамшылары су пленкасымен қоршалып, мұнай құбыр қабырғасымен байланыспайды [4].
Эмульсияларды тұрақтандыру және құбыр қабырғаларына гидрофильді қасиеттер беру үшін, яғни өз бетінде суды ұстап тұру қабілетін беру үшін оларға беттік — белсенді заттар (БӘЗ) қосылады. «Судағы мұнай» түріндегі эмульсияның тұрақтылығы ПБЗ типі мен концентрациясына, температураға, ағын ағысының режиміне, су мен мұнайдың қоспадағы арақатынасына байланысты болады.
Қоспадағы су көлемінің азаюы эмульсияның тұрақтылығын нашарлатады. Жүргізілген эксперименттер нәтижесінде судың ең төменгі мөлшері 30 % — ға тең екені анықталды.
Гидрокөліктің бұл тәсілінің кемшілігі фазалардың инверсия қаупі болып табылады, яғни " судағы мұнай " эмульсиясының айдау жылдамдығы мен температурасы өзгерген кезде «мұнайдағы су» эмульсиясына айналуы. Мұндай эмульсияның тұтқырлығы бастапқы мұнайдың тұтқырлығынан да үлкен. Бұдан басқа, эмульсияны сораптар арқылы өту кезінде ол өте қарқынды араласады және кейіннен оны мұнай мен суға бөлу өте қиын.
Гидрокөліктің үшінші тәсілі-мұнай мен суды қабаттап айдау. Бұл жағдайда су, неғұрлым ауыр сұйықтық ретінде, төменгі түзуші құбырда, ал мұнай — жоғарғыда орын алады. Айдау жылдамдығына байланысты фазаларды бөлу беті жазық және қисық сызықты болуы мүмкін. Бұл жағдайда құбырдың гидравликалық кедергісінің азаюы мұнайдың бір бөлігі құбырдың қозғалмайтын қабырғасымен емес, қозғалып келе жатқан сумен жанасуына байланысты болады. Бұл қотару әдісі аралық сорап станциялары бар құбырларда қолданылуы мүмкін емес, өйткені тұрақты су-мұнай эмульсияларының пайда болуына алып келеді.
Термоөңдеу дегеніміз — парафиндерді балқу температурасынан жоғары температураға дейін қыздыруды және реологиялық параметрлерді жақсарту үшін берілген жылдамдықпен одан әрі салқындатуды қамтитын жоғары парафинді мұнайды термиялық өңдеу.
Мұнайды термоөңдеу бойынша алғашқы тәжірибе 30-шы жылдары орындалды. Мәселен, кен орын мұнайын термиялық өңдеу арқылы, оның тұтқырлығын 2 еседен астам азайтуға және қату температурасын 20 градусқа төмендетуге мүмкіндік берді.
Мұнайдың реологиялық қасиеттерінің жақсаруы термоөңдеу нәтижесінде болып жатқан кейбір ішкі өзгерістермен байланысты екені анықталды. Қалыпты жағдайда парафинді мұнай аймақтарын табиғи суыту кезінде қатты дененің қасиеттерін беретін кристалды парафин құрылымы пайда болады. Құрылымның беріктігі мұнайдағы парафиннің концентрациясы жоғары болған сайын және бұл ретте пайда болатын кристалдардың мөлшері аз болған сайын соғұрлым көп болады. Мұнайды парафиндердің балқу температурасынан асатын температураға дейін қыздыра отырып, біз оларды толығымен ерітеміз. Мұнайды кейіннен салқындату кезінде парафиндердің кристалдануы жүреді. Мұнайдағы парафин кристалдарының мөлшеріне, санына және пішініне парафинді кристалдану орталықтарының пайда болу және бөлініп шыққан кристалдардың өсу жылдамдығының қатынасы күшті әсер етеді. Парафин кристалдарында адсорбирленетін асфальт-шайырлы заттар оның беткі керілуін төмендетеді. Нәтижесінде қолданыстағы кристалдардың бетіне парафиннің бөліну процесі жаңа кристалдану орталықтарының пайда болуына қарағанда энергетикалық жағынан неғұрлым тиімді болады. Бұл термоөңделген мұнайда өте ірі парафин кристалдарының пайда болуына әкеледі. Сонымен бірге, осы кристалдардың бетінде адсорбцияланған асфальтендер мен шайырлардың болуы салдарынан олардың арасындағы коагуляцияның біріккен күштері едәуір әлсірейді, бұл күшті парафиндік құрылымның пайда болуына жол бермейді..
Термоөңдеудің тиімділігі көбінесе қыздыру температурасына, салқындату жылдамдығына және салқындату процесіндегі мұнай жағдайына (статика немесе динамика) байланысты.
Термоөңделген мұнайдың реологиялық параметрлері уақыт өте келе баяу нашарлайтынын және ақырында мұнайдың термоөңдеуге дейінгі қасиетіне жететінін ескеру қажет. Өзексуат мұнайы үшін бұл уақыт 3 күн, ал Маңғышлақ мұнайы үшін 45 күн. Сондықтан құбыр көлігі проблемасын шешу үшін мұнайды бір рет термиялық өңдеу жеткілікті емес. Сонымен қатар, термоөңдеуге күрделі салымдар өте жоғары [8].
Қазіргі уақытта жоғары тұтқыр және жоғары парафинді мұнай құбыр көлігінің ең көп таралған тәсілі оларды қыздырумен айдау болып табылады («ыстық» айдау деп аталады).
Бұл жағдайда резервуарлар мұнайды тіреуіш сораптармен сорып алу мүмкін болатын температураға дейін қыздыру жүйесімен жабдықталады. Олар мұнайды қосымша жылытқыштар арқылы айдайды және мұнайды магистральдық құбырға айдайтын негізгі магистральдық сораптарға қабылдауға береді.
Магистральдық құбырда қозғалу шамасына қарай мұнай қоршаған ортамен жылу алмасу есебінен баяу суытылады. Сондықтан құбыр трассасы бойынша қосымша жылыту пункттері орнатылады. Аралық сорғы станцияларын гидравликалық есепке сәйкес орналастырады, бірақ оларды пайдалануды жеңілдету үшін мұнайды жылыту пункттерімен міндетті түрде біріктіреді. Соңында мұнайды жылыту жүйесімен жабдықталған соңғы резервуарларға айдайды.
1 сурет. «Ыстық» айдаудың принципті технологиялық сұлбасы: 1-жеткізуші құбыр; 2,9-резервуарлар; 3 — тіреуіш сорғы; 4,10 — қосымша жылытқыштар (жылыту пештері); 5,8 — негізгі сорғылар; 6 — магистральды құбыр; 7-жылыту пункті; ГҒТС-бас сорғы-жылу станциясы; НТС-сорғы-жылу станциясы; КП-соңғы пункт
Мұнайды «ыстық» құбырлармен айдау әдеттегі магистралды орталықтан тепкіш сораптардың көмегімен жүргізіледі, өйткені айдалатын мұнайдың теммпературасы өте жоғары, сондықтан оның тұтқырлығы елеусіз. Мұнай құбырларынан суыған мұнайды итерген кезде поршеньді сораптар пайдаланылады, мысалы НТ-45 маркалары. Мұнайды жылыту үшін пәк 77 % жететін радиантті-конвекциялық пештер қолданылады [3].
«Ыстық» айдау технологиялардың екінші тобына жатады және сұйықтықты алдын ала қыздыру жолымен мұнайдың реологиялық қасиеттерінің өзгеруіне (тұтқырлығы және ығысудың шекті кернеуіне) байланысты.
«Ыстық» айдау кезінде жоғары ағатын мұнай бас айдау станциясында қыздырылады және сорғымен құбыржолға беріледі. Құбыр бойынша қозғалу кезінде ол салқындатылады және бұл үйкеліс шығындарының ұлғаюына әкеледі, сондықтан мұнай аралық жылу станцияларында қайтадан қыздырылады.
Соңғы уақытта тұрақсыз қасиеттері бар мұнай өндіру мен тасымалдау көлемі ұлғайды. Жоғары парафинді мұнайды магистральдық мұнай құбырларымен айдау және оларды цистерна, танкерлермен тасымалдау қиынға соғуда, себебі қоршаған орта температурасында оларда тұтқырлықтың ауытқуы және статикалық ығысу кернеуі пайда болады, сондай-ақ құбырлардың, резервуарлардың, цистерналардың және басқа да жабдықтардың ішкі бетінде асфальтті-шайырлы-парафинді шөгінділер қалыптасады. Осындай жоғары тұтқырлы мұнайды өндірісте жинау және құбырлармен тасымалдау біздің мемлекетте де әлемде де үлкен проблема болып отыр. Жоғарыда аталған әдістердің ішінде қазіргі таңда жиі қолданатыны сұйылтқыштарды араластырып тасымалдау.
Әдебиет:
- Агаев С. Г. Влияние физико-химических свойств асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на парафинизацию скважин / С. Г. Агаев, А. Н. Гребнев // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Нефть и Газ Западной Сибири». — 2009. — 392 с.
- Алиев Р. А., Блейхер Э. М. Трубопроводный транспорт высокозастывающих нефтей с жидкими углеводородными разбавителями. Тематический научно-технический обзор // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, М., ВНИИОЭНГ, 1970, С. 88–90.
- Бикбавлеев Н. И., Неткачев И. А., Сашин И. А. Влияние на эффективность новых технологий повышения нефтеизвлечения производственно технических факторов // Проблемы геологии и освоения недр: Тр. VII Международного научного симпозиума студентов, аспирантов и молодых учёных. — Томск: Изд-во ТПУ, 2003. — С. 433–435.
- Борисов Ю. П., Пилатовский В. П., Табаков В. П. Разработка нефтяных и газовых месторождений горизонтальными и многозабойными скважинами. — М.: Недра, 1964–320.
- Бухаренко и др. Нефтепромысловое оборудование. Недра 2011 г.
- Вдовин Э. Ю. Компенсация тепловых потерь — эффективный способ предотвращения АСПО и ВВЭ в скважинах / Э. Ю. Вдовин, Л. И. Локшин, А. В. Казаков // Экспозиция Нефть Газ. — № 7. — 2012. — С. 35- 37.
