Кавитация повысит эффективность подготовки нефти

В институте «ТатНИПИнефть» (входит в «Татнефть») подбирают параметры воздействия на нефтеносные пласты. Это позволит эффективнее разделять нефть и воду при подготовке сырья. В лаборатории волновой технологии специалисты изучают применение гидродинамической кавитации для разрушения устойчивых водонефтяных эмульсий. Об этом пишет издание «Вестник ТатНИПИнефти» (Данис АХМЕТЗЯНОВ).

Для транспортировки и переработки нефти от нее требуется отделить воду. Однако между двумя фазами может образовываться устойчивая водонефтяная эмульсия. Она занимает лишнее место в емкостях, препятствует слиянию капель воды. Эмульсия ускоряет коррозию оборудования и увеличивает энергозатраты.

Специалисты лаборатории исследуют способы воздействия на свойства нефтяных систем с помощью ультразвуковых, акустических и гидродинамических эффектов. Такие технологии рассматриваются для разных этапов работы с нефтью – от добычи до подготовки и транспортировки.

Одним из перспективных направлений стала гидродинамическая кавитация. Для создания эффекта используется не отдельный ультразвуковой генератор, а механическая энергия самого потока.

«Кавитация возникает в тех местах, где давление жидкости резко снижается, – рассказал завлабораторией волновой технологии Артур Габдрахманов. – В таких условиях формируются небольшие полости – кавитационные пузырьки. Когда давление восстанавливается, они быстро схлопываются. При этом возникают локальные ударные воздействия, способные влиять на структуру жидкости».

В случае водонефтяной эмульсии кавитация воздействует на своеобразную защитную оболочку, которая удерживает мелкие капли воды в нефти. После ее разрушения они могут объединяться в более крупные. Этот процесс называется коалесценцией. Крупные капли воды легче отделить от нефти.

«Для нас важно не просто разрушить эмульсию, а найти управляемый режим воздействия, при котором промежуточный слой можно будет вовлечь в стандартный цикл подготовки нефти, – отметил директор по повышению нефтеотдачи пластов, волновым и биотехнологиям института Ирик ФАТТАХОВ. - Поэтому исследование проводится с подбором конкретных параметров процесса для реальной продукции месторождений».

«Гидродинамическая кавитация отличается от ультразвукового воздействия тем, что для ее возникновения не требуется отдельного источника ультразвука, – поделился Артур Габдрахманов. - Эффект создается за счет механической энергии потока. Жидкость проходит через локальное сужение, где изменяются скорость и давление».

Проблема устойчивых эмульсий связана не только с работой установок подготовки нефти. Ее причины формируются еще на этапе добычи, когда вместе с нефтью из скважины поступает пластовая вода.

Для специалистов по интенсификации притока важно учитывать, как состав и свойства скважинной продукции влияют на последующие технологические операции. Поэтому изучение способов управления свойствами такой продукции может дать эффект не на одном отдельном участке технологической цепочки.

«При работе с продукцией скважин важно смотреть на весь технологический процесс в комплексе, – подчеркнул заместитель начальника отдела интенсификации притока Теюб ЮСИФОВ. – Если удается изменить свойства устойчивого промежуточного слоя и облегчить последующее разделение воды и нефти, это может снизить нагрузку на оборудование подготовки».

Чтобы определить оптимальные параметры процесса, в «ТатНИПИнефти» создали экспериментальный стенд с проточным кавитатором. Он представляет собой замкнутую циркуляционную систему с емкостью-накопителем, насосом, системой подачи химических реагентов, кавитатором и узлом подогрева.

Обрабатываемая жидкость циркулирует по контуру и проходит через рабочую зону кавитатора. Здесь возникают пульсации давления, сдвиговые деформации и другие гидроакустические эффекты. Схлопывание кавитационных пузырьков создает локальные ударные воздействия. Они должны способствовать разрушению эмульсий.

«Проточный кавитатор позволяет исследовать процесс в условиях контролируемого потока и последовательно менять параметры воздействия, – рассказал Артур Габдрахманов. - Мы смотрим, как изменяются свойства промежуточного слоя после обработки. В частности, его вязкость и способность к дальнейшему разделению. Это помогает определить режим, который даст необходимый эффект без избыточного воздействия на систему».

Ученым важно не только получить кратковременное изменение свойств эмульсии. Результат должен сохраняться достаточно долго, чтобы нефть можно было транспортировать по трубопроводам. Поэтому специалисты «ТатНИПИнефти» продолжают лабораторные исследования и подбор режимов обработки.

Требуется определить параметры, при которых кавитация будет эффективно разрушать устойчивую эмульсионную структуру, но при этом позволит управляемо работать с системой. «Преимущество подхода заключается в том, что кавитационный эффект создается в потоке жидкости, — отметил Теюб Юсифов. — Это может упростить интеграцию технологии в существующие процессы».

Если в ходе исследований удастся подобрать эффективные режимы для продукции конкретных месторождений, гидродинамическая кавитация может стать дополнительным инструментом подготовки нефти. Особенно на объектах, где устойчивые промежуточные слои осложняют работу стандартного оборудования.

В 2018 году ИА «Девон» сообщало, что в НГДУ «Лениногорск» ПАО «Татнефть» на Куакбашской установке подготовки высокосернистой нефти (УПВСН) внедрили технологию обезвоживания и обессоливания нефти методом промывки сточной водой. За счет этого вдвое уменьшен расход подаваемого деэмульгатора.

Глубокое обезвоживание нефти до уровня менее 1% позволяет снизить финансовые затраты и расходы электроэнергии на перекачку водонефтяной эмульсии до установки подготовки нефти.

А в 2015 году ученые «ТатНИПИнефти» испытали технологию обезвоживания природного битума ультразвуком.  Пилотные испытания провели на Ашальчинском месторождении сверхвязкой нефти.