Научно-информационный блог

При турбулентном режиме течения в жидкости возникают завихрения, приводящие к хаотичному разнонаправленному движению молекул и потерям механической энергии на трение между слоями. В трубопроводах это явление выражается в резком росте перепада давления поэтому важное практическое значение имели сделанные еще в середине прошлого века наблюдения о значительном повышении скорости перекачки водных растворов и органических веществ после добавления некоторых ПАВ и длинноцепочечных полимеров. Так, например, всего 10 ppm полиметилметакрилата в хлорбензоле более чем на треть увеличивают скорость потока при неизменном давлении. Вещества, снижающие внутреннее трение в жидкости известны как противотурбулентные присадки (ПП). Их дебютом в топливной промышленности 1 июля 1979 г. стала закачка в магистральный нефтепровод протяженностью 1300 км, соединяющий месторождения на севере Аляски и отгрузочный терминал Валдиз. Впоследствии ПП прочно вошли в практику трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов и успешно используются на сотнях объектов добычи и переработки углеводородов. Особое значение «химический» способ прироста пропускной способности приобрел для шельфовых проектов без возможности строительства промежуточных насосных станций и с ограничениями по диаметру труб в пакете, соединяющем морские платформы с наземными объектами.

Разрез трубного пакета платформы Галифакс в Северном море https://doi.org/10.2118/80238-MS

Несмотря на многочисленные исследования, механизм действия ПП до конца не выяснен. Считается, что полимеры и стержнеобразные мицеллы ПАВ разворачиваются в потоке во всю длину и гасят энергию завихрений, тем самым «выпрямляя» течение жидкости. Промышленные ПП для транспортировки нефти должны отвечать трем основным требованиям: выраженное влияние в малых дозировках, механическая устойчивость молекулярной структуры и отсутствие негативного влияния на нефтепереработку. Количественно эффективность ПП характеризуют в процентах снижения первоначального перепада давления ΔP0 до ΔPПП при постоянной скорости потока:

%ПП= ∆P0-∆PПП∆P0×100%,

Схематическое изображение структуры турбулентного потока в трубопроводе с ламинарной пристенной, промежуточной буферной и центральной турбулентной зонами до и после точки ввода противотурбулентной присадки (injection point) https://doi.org/10.3390/ma13020444

Ниже показаны результаты испытаний ПП на основе альфа-полиолефинов в дозировке 60 ppm на египетском месторождении Фагур с парафинистой нефтью плотностью 824 г/см3. Видно, что при устойчивой подаче химреагента давление на входе в нефтепровод длиной 28 км снижается с почти 900 до 600 psi, приводя к увеличению перекачки в среднем на 35%.

Из отрицательных моментов было отмечено сильное загустевание обработанной ПП нефти при температуре ниже 25 oC или превышении рекомендуемой концентрации химреагента.

Резиноподобная консистенция нефти после передозировки полимерной ПП https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2015.02.013

До недавнего времени присадки на основе альфа-полиолефинов, полимеров акриламида и акриловой кислоты доминировали на рынке благодаря высокой эффективности в низких концентрациях. Ахиллесовой пятой этих композиций является постепенная потеря свойств при разложении на низкомолекулярные фрагменты под воздействием напряжений сдвига в перекачиваемой среде. В отличие от необратимой деградации полимерных цепей, ПАВ обладают способностью к самосборке стержнеобразных мицелл если содержание амфифильных молекул в растворе превышает критическую концентрацию. Несмотря на более высокую эффективную дозировку ПП на основе ПАВ, мицеллярные присадки завоевывают популярность на рынке в силу улучшенной стабильности и экологичности.

Команда исследователей ООО «ТюменьНефтеТехнологии» занимается разработкой нестандартных химических решений для процессов добычи и подготовки нефти и газа. Все сформулированные в нашей аккредитованной лаборатории продукты проходят сертификацию для применения в добывающей промышленности. Тщательная отработка технологии производства является гарантией успешного результата при испытаниях и промышленном применении химреагентов под маркой ТюмНТ.