Анализ методов и перспективы борьбы с потерями нефти на месторождении



Статья посвящена вопросам анализа методов и перспектив борьбы с потерями от испарения нефти при промысловой подготовке ее к транспорту.

Ключевые слова: потери нефти, углеводороды, технологические потери, большие дыхания резервуара, малые дыхания резервуара, поверхностно-активные вещества

Увеличение потребления углеводородного сырья требует комплексного и рационального подхода к использованию ценного «невосполнимого» природного сырья, сокращения его технологических потерь и утилизации при сборе, подготовке и хранении на нефтегазодобывающих предприятиях. Небольшие доли процента потерь легких фракций могут в течение года составить миллионы тонн углеводородов. Достижение потенциала стабильной нефти позволит увеличить ее выход для месторождений Казахстана в среднем на 2,5...6,5 %.

Рис. 1. Технологические потери нефти

Важной проблемой является загрязнение окружающей среды ископаемыми углеводородами.

Размещение основных месторождений нефти и газа в районах, удаленных от промышленно развитых регионов, диктует в свою очередь разработку простых и эффективных технологий сокращения технологических потерь и утилизации углеводородного сырья. Анализируя технологических потери и отходы производства можно утверждать, что сокращение потерь нефти только наполовину позволит удовлетворить потребности промышленности без дополнительного ввода в эксплуатацию новых месторождений нефти и газа.

Систематизация использования углеводородных ресурсов с учетом отдельных источников потерь и внедрения технологий по их предупреждению является актуальным как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Важным из показателей эффективного использования углеводородного сырья на месторождении является величина потерь нефти при ее промысловой подготовке к транспорту.

Кроме материальных потерь испарение нефти сопровождается ухудшением некоторых физико-химических свойств нефти и приводит к загрязнению окружающей среды. При испарении легких фракций углеводородов изменяются физические характеристики нефти: увеличивается плотность, утяжеляется фракционный состав и т. д. При испарении происходит вытеснение части паровоздушной смеси из газового пространства. В обычных условиях в резервуаре газовое пространство заполнено смесью воздуха с парами нефти. Поэтому,разработка и исследование способов и методов снижения потерь легких углеводородов при подготовке нефти являются одним из приоритетных направлений современной нефтяной науки и практики.

Ориентировочные подсчёты показывают, что потери нефти при перекачке составляют около 9 % от добычи [1]. При этом в результате испарения из нефти уходит главным образом наиболее легкие компоненты, являющиеся основным и ценнейшим сырьём для нефтехимических производств.

Потери лёгких фракций приводят к ухудшению товарных качеств, понижению октанового числа, повышению температуры кипения.

Основные источники потерь — испарения в резервуарах:

1. Потери при опорожнении и заполнении резервуара, т. е. потери от «больших дыханий».

При выкачке нефтепродуктов из ёмкости в освобождающийся объём газового пространства (ГП) всасывается атмосферный воздух. При этом концентрация паров в ГП уменьшается и начинается испарение нефтепродукта. В момент окончания выкачки парциальное давление паров в ГП обычно бывает значительно меньше давления насыщенных паров при данной температуре. При последующем заполнении резервуара находящаяся в ГП паровоздушная смесь вытесняется из ёмкости. По удельному весу потери от «больших дыханий» составляют более 2/3 суммарных потерь испарения.

2. Потери от «малых дыханий»:

а) От суточного колебания температуры, а, следовательно, от парциального давления паров, вследствие чего изменяется и абсолютное давление в ГП резервуара. При достижении давления, превышающего необходимую величину для подъёма клапана, приподнимается тарелка клапана, и часть паровоздушной смеси выходит в атмосферу (получается как бы «выдох»). В ночное время суток ГП и поверхность нефтепродукта охлаждается, газ сжимается и происходит частичная конденсация паров нефтепродукта, давление в ГП падает, и как только вакуум в резервуаре достигает величины, равной расчётной, откроется вакуумный клапан и из атмосферы в резервуар начнёт поступать чистый воздух (получается как бы «вдох»).

б) От расширения паровоздушной смеси при понижении атмосферного давления, вследствие чего часть газа выйдет из резервуара.

Технологические потери нефти на месторождениях происходят в результате сжигания попутного нефтяного газа и капельной жидкости на факелах, при закачке нефтепромысловых сточных вод, содержащих нефтепродукты для поддержания пластового давления, в сальниковых уплотнениях нефтепромыслового оборудования, а также при испарении нефти из резервуаров. Величины технологических потерь нефти по месторождению составляет в пределах 0,4–0,7 % от массы добытой нефти. Основная доля технологических потерь нефти приходится на испарение из сырьевых и товарных резервуаров при больших и малых «дыханиях», которые составляют более 90 % от суммарных технологических потерь [2, 3].

Промысловые резервуары, работающие при низком давлении и используемые в качестве технологических емкостей и для хранения товарной нефти, являются наиболее активными источниками потерь нефти.

Согласно [3], на долю резервуаров в герметизированных системах сбора приходится 90,4 % общих потерь, из них 85 % связано с испарением нефти, а 5,4 % – с кипением, вызванным выделением растворенного в ней газа.

Большие потери из резервуаров объясняются наличием контакта нефти с атмосферой, сравнительно высокой температурой, а также присутствием в нефти растворенного и окклюдированного в ней газа.

Так, при температуре 30^оС потери от испарения увеличиваются в среднем в 1,5 раза, при 40 °С — в 4 раза.

Рис. 2. Методы снижения потерь углеводородов

Потери нефти при хранении в вертикальных стальных резервуарах в большей мере зависят от ее испаряемости. При содержании в нефти большой концентрации легких фракций, тем больше будет наблюдаться испаряемость и потери их при прочих равных условиях. Поэтому на последней ступени сепарации необходимо поддерживать высокую температуру, а давление в сепараторе — ниже атмосферного. Для борьбы с потерями нефти, хранящейся в резервуарах большого объема, рекомендуется применять плавающие крыши и понтоны, в которых газовое пространство сведено к минимуму.

Большая часть применяемых в настоящее время устройств для сокращения потерь нефти и нефтепродуктов потеряли актуальность. Изобретения устаревают морально и физически, по причине увеличения объемов перекачки нефти и нефтепродуктов и ужесточившихся экологических требований. Ко всему, они не способны обеспечить должный уровень сохранности хранимого продукта, что приводит к его безвозвратной потери и, как следствие, материальным убыткам.

В данное время присадки являются актуальными для применения при производстве топлив. Присадки являются веществами, которые добавляют в малых количествах к топливам и техническим маслам для повышения их эксплуатационных характеристик. В настоящее время в мире выпускается около 1,5 млн. т присадок к топливам в год. На 95 % — это присадки к автомобильным бензинам [4].

Применение комплексных присадок для снижения испаряемости нефти позволит: сохранить объем нефти, которая ранее терялась безвозвратно в связи с отсутствием современных эффективных средств для снижения испаряемости; получить дополнительную прибыль; улучшить экологическую обстановку и условия труда обслуживающего персонала; уменьшить пожароопасность нефтехранилищ, повысить срок службы резервуаров и т. д.

Известен ряд способов сокращения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при хранении их в резервуарах в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно предотвращение испарения нефти и нефтепродуктов при их хранении в резервуарах. Способ с вводом присадок [C_nH_2n+1COO]₂Zn (где n=10–16) в концентрации 0,000925–0,001 % позволит снизить избыточное давление внутри резервуара и снизить потери лёгких углеводородов от испарения в резервуаре.

Еще один способ хранения и применения бензинов заключается во введении в бензин присадки [CnH_2n+1 COO]₂ Ni, где n=10–16, в концентрации 0,000925–0,001 %. Присадка приводит к снижению потерь бензина, а также обладает низкой коррозионной активностью и токсичностью. Как видно из данных таблицы 1, снижение потерь от испарения бензина при введении C₇F₁₅CONHC₃H₆N(CH₃)₃I и [CnH_2n+1 COO]₂ Ni представляют собой величины одного порядка [5].

Таблица 1

Характеристики влияния присадок ПАВ (поверхностно-активных веществ) кбензину

Пример	Вводимое вбензин вещество	Концентрация вводимого вбензин вещества,%	Потери от испарения по методу Бударова,%
1	––––––	0	4
2	C7F15CONHC3H6 N(CH3)3I	0,001	3,2
3	[CnH2n+1 COO]2 Ni	0,001	3,3

Все известные способы применения ПАВ были опробованы для бензиновых резервуаров, но не для нефтяных.

Основной недостаток подготовленного заранее ПАВ — высокая токсичность, которая обусловлена наличием в составе соединений фтора и хлора, что послужило основанием для запрета на производство четвертичных аммониевых солей и подтверждается отсутствием этих солей в перечне продуктов переработки нефти.

Механизм взаимодействия растворов ПАВ с нефтью в резервуарах различных типов сложен и многогранен. Поэтому необходимы дальнейшие экспериментальные и промысловые исследования этой проблемы на современной научной основе.

Литература:

1. Фархан М. М. Сокращение потерь лёгких углеводородов из нефти и бензина/ М. М. Фархан, Н. В. Корзун // Известия вузов. Нефть и газ, 2011. — № 6. — c. 95–98.
2. Блинов И. Г. Перспективные методы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения в резервуарах / И. Г. Блинов и [др.]. — М: ЦНИИТЭнефтехим. — 1990. — с.97
3. Бронштейн И. С. Технологические потери нефти в системах промыслового обустройства и пути их сокращения / И. С. Бронштейн, Б. М. Грошев, А. Ф. Гурьянов // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. — 1985. — № 8. — 21–24 с.
4. Коршак А. А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов / A. A. Коршак. — Уфа: Дизайн. Полиграф. Сервис, 2006. — 192 с.
5. Фархан М. М., Корзун Н. В. Влияние поверхностно-активных веществ на упругость паров бензина / М. М. Фархан, Н. В. Корзун // Известия вузов. Нефть и газ, 2012. — № 4. — c. 113–115.