Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»
(Нефтегазовая отрасль). — Уфимский государственный нефтяном
технический университет. — Уфа, 2011. — 77 с.
Научный консультант — доктор технических наук, профессор Матвеев
Ю.Г.
Цель работы
Предотвращение биокоррозии и образования эмульсий в процессах нефтедобычи в результате создания и внедрения ресурсосберегающих технологий и соответствующих им устройств для комплексной подготовки технологических жидкостей.
Научная новизна
С использованием современных методов исследования адсорбции и эффективности реагентов нефтедобычи (ингибиторы коррозии и деэмульгаторы), квантовохимических расчетов молекул этих веществ научно доказано, что при одновременном проведении внутритрубной магнитогидродинамической обработки технологических жидкостей и введении в них данных реагентов ионы гидроксония под воздействием магнитного поля можно принудительно направлять в нанослои ингибиторов и деэмульгаторов еще до их перемешивания с технологическими жидкостями, в результате чего образуются новые молекулярные комплексы. Они имеют более высокие заряды на адсорбционных центрах и дипольные моменты, а также происходит перераспределение электрических зарядов на атомах молекул реагентов, что в целом значительно повышает адсорбционную способность ингибиторов и поверхностную активность деэмульгаторов. Данные молекулярные комплексы изменяют механизмы ингибирования и деэмульсации: комплексы с молекулами ингибиторов адсорбируются на катодных участках поверхности металла, замедляя его коррозию, а комплексы с молекулами деэмульгаторов активнее взаимодействуют с глобулами нефти, приводя к их ускоренному слиянию.
Выдвинут и экспериментально подтвержден научно обоснованный механизм подавления жизнедеятельности адгезированных форм сульфатвосстанавливающих бактерий путем магнитогидродинамической обработки технологических жидкостей. Ионы разного знака движутся в противоположные стороны к области максимального воздействия магнитного поля. В зоне с нулевой магнитной индукцией происходит значительное увеличение концентрации катионов и анионов. Если при этом в технологическую жидкость добавлять расчетный избыток ионов кальция по отношению к имеющемуся в ней количеству сульфат-ионов, дозируя в жидкость, например, хлорид кальция, то наличие данного избытка обеспечивает уменьшение концентрации сульфат-ионов до значений ниже 0,05 % масс., при которых жизнедеятельность сульфатвосстанавливающих бактерий невозможна вследствие замещения сульфат-ионов труднорастворимыми микрокристаллами сульфата кальция, непригодными для этого вида бактерий в качестве питательной среды. Важно, что данные микрокристаллы имеют размеры до 4 мкм и при высоких скоростях потока не способны к отложению на стенках труб и оборудования. Они перемещаются в объеме транспортируемой технологической жидкости в виде мелкодисперсной взвеси.
Научно доказано и экспериментально подтверждено, что при проведении магнитогидродинамической обработки закрученного в гидроциклоне потока технологической жидкости, наряду с увеличением концентраций механических примесей и бактерий в зоне ее пристеночного слоя, в самом потоке, проходящем через магнитное поле, индуцируется электрический ток таким образом, что положительно заряженные ионы перемещаются к стенке гидроциклона, в результате чего происходит локальное снижение рН технологической жидкости. Это приводит к практически полному подавлению жизнедеятельности планктонных форм сульфатвосстанавливающих бактерий, которые не могут существовать при значениях рН менее 3. В результате необходимость в использовании биоцидов либо вообще отпадает, либо сводится к минимуму.
Практическая ценность
На разработанные при участии соискателя устройства для антибактериальной обработки потоков водных сред, дозирования деэмульгаторов и ингибиторов коррозии получен патент РФ на способ и устройство № 2376247 и патенты РФ на полезные модели № 54035 и № 59628.
При участии соискателя в ООО «Научно-производственное предприятие «Регион-сервис» (г. Уфа) разработаны технические условия «Устройство для антибактериальной обработки жидкости» ТУ 3667–005–80005313–2007 и согласованы в Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Республике Башкортостан. Изготавливаемые в соответствии с этими техническими условиями устройства пред-назначены для использования в процессах добычи и транспортировки нефти в умеренных и холодных макроклиматических районах РФ.
Изготовлено антибактериальное устройство МГДО для проведения промысловых испытаний, которые показали, что его использование на водоводе системы поддержания пластового давления (ППД) ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» привело к снижению количества СВБ с 106 кл/мл до следовых значений.
Для ЗАО «ОЗ Нефтехим» (г. Уфа) разработана методика «Исследование влияния МГДО модельных и промысловых сред на защитную способность ингибиторов коррозии и эффективность деэмульгаторов». Вы-полненные в соответствии с данной методикой промысловые испытания разработанного при участии соискателя пилотного устройства УВМГДО-1.1 для проведения МГДО водонефтяных сред с ингибиторами и деэмульгаторами в цехе подготовки и перекачки нефти Аксаковской группы месторождений филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Ишимбай» показали повышение эффективности ингибиторов коррозии на 7-21 % в зависимости от химической основы реагента, а испытания на скважинах № 413 и № 746 Сергеевского месторождения филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» - улучшение деэмульсации на 5-19 %.
При участии соискателя в ООО «Научно-производственный центр «Знание» (г. Уфа) разработаны методические указания «Устройство для подавления жизнедеятельности СВБ путем МГДО жидкости с предварительным дозированием раствора CaCl2». Промысловые испытания сконструированного в соответствии с этими указаниями устройства МВ-1-300-0,1 на водоводе системы ППД филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» показали, что концентрация растворенных сульфат-ионов снизилась до 0,05-0,1 % масс., и, тем самым, была полностью предотвращена жизнедеятельность СВБ. Скорость коррозии гравиметрических образцов по истечении 30-ти суток после начала испытаний снизилась на 70 %, а локальная коррозия металла, вызываемая колониями СВБ, не наблюдалась, что обеспечило значительное повышение безопасности эксплуатации водовода.
Предотвращение биокоррозии и образования эмульсий в процессах нефтедобычи в результате создания и внедрения ресурсосберегающих технологий и соответствующих им устройств для комплексной подготовки технологических жидкостей.
Научная новизна
С использованием современных методов исследования адсорбции и эффективности реагентов нефтедобычи (ингибиторы коррозии и деэмульгаторы), квантовохимических расчетов молекул этих веществ научно доказано, что при одновременном проведении внутритрубной магнитогидродинамической обработки технологических жидкостей и введении в них данных реагентов ионы гидроксония под воздействием магнитного поля можно принудительно направлять в нанослои ингибиторов и деэмульгаторов еще до их перемешивания с технологическими жидкостями, в результате чего образуются новые молекулярные комплексы. Они имеют более высокие заряды на адсорбционных центрах и дипольные моменты, а также происходит перераспределение электрических зарядов на атомах молекул реагентов, что в целом значительно повышает адсорбционную способность ингибиторов и поверхностную активность деэмульгаторов. Данные молекулярные комплексы изменяют механизмы ингибирования и деэмульсации: комплексы с молекулами ингибиторов адсорбируются на катодных участках поверхности металла, замедляя его коррозию, а комплексы с молекулами деэмульгаторов активнее взаимодействуют с глобулами нефти, приводя к их ускоренному слиянию.
Выдвинут и экспериментально подтвержден научно обоснованный механизм подавления жизнедеятельности адгезированных форм сульфатвосстанавливающих бактерий путем магнитогидродинамической обработки технологических жидкостей. Ионы разного знака движутся в противоположные стороны к области максимального воздействия магнитного поля. В зоне с нулевой магнитной индукцией происходит значительное увеличение концентрации катионов и анионов. Если при этом в технологическую жидкость добавлять расчетный избыток ионов кальция по отношению к имеющемуся в ней количеству сульфат-ионов, дозируя в жидкость, например, хлорид кальция, то наличие данного избытка обеспечивает уменьшение концентрации сульфат-ионов до значений ниже 0,05 % масс., при которых жизнедеятельность сульфатвосстанавливающих бактерий невозможна вследствие замещения сульфат-ионов труднорастворимыми микрокристаллами сульфата кальция, непригодными для этого вида бактерий в качестве питательной среды. Важно, что данные микрокристаллы имеют размеры до 4 мкм и при высоких скоростях потока не способны к отложению на стенках труб и оборудования. Они перемещаются в объеме транспортируемой технологической жидкости в виде мелкодисперсной взвеси.
Научно доказано и экспериментально подтверждено, что при проведении магнитогидродинамической обработки закрученного в гидроциклоне потока технологической жидкости, наряду с увеличением концентраций механических примесей и бактерий в зоне ее пристеночного слоя, в самом потоке, проходящем через магнитное поле, индуцируется электрический ток таким образом, что положительно заряженные ионы перемещаются к стенке гидроциклона, в результате чего происходит локальное снижение рН технологической жидкости. Это приводит к практически полному подавлению жизнедеятельности планктонных форм сульфатвосстанавливающих бактерий, которые не могут существовать при значениях рН менее 3. В результате необходимость в использовании биоцидов либо вообще отпадает, либо сводится к минимуму.
Практическая ценность
На разработанные при участии соискателя устройства для антибактериальной обработки потоков водных сред, дозирования деэмульгаторов и ингибиторов коррозии получен патент РФ на способ и устройство № 2376247 и патенты РФ на полезные модели № 54035 и № 59628.
При участии соискателя в ООО «Научно-производственное предприятие «Регион-сервис» (г. Уфа) разработаны технические условия «Устройство для антибактериальной обработки жидкости» ТУ 3667–005–80005313–2007 и согласованы в Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Республике Башкортостан. Изготавливаемые в соответствии с этими техническими условиями устройства пред-назначены для использования в процессах добычи и транспортировки нефти в умеренных и холодных макроклиматических районах РФ.
Изготовлено антибактериальное устройство МГДО для проведения промысловых испытаний, которые показали, что его использование на водоводе системы поддержания пластового давления (ППД) ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» привело к снижению количества СВБ с 106 кл/мл до следовых значений.
Для ЗАО «ОЗ Нефтехим» (г. Уфа) разработана методика «Исследование влияния МГДО модельных и промысловых сред на защитную способность ингибиторов коррозии и эффективность деэмульгаторов». Вы-полненные в соответствии с данной методикой промысловые испытания разработанного при участии соискателя пилотного устройства УВМГДО-1.1 для проведения МГДО водонефтяных сред с ингибиторами и деэмульгаторами в цехе подготовки и перекачки нефти Аксаковской группы месторождений филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Ишимбай» показали повышение эффективности ингибиторов коррозии на 7-21 % в зависимости от химической основы реагента, а испытания на скважинах № 413 и № 746 Сергеевского месторождения филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» - улучшение деэмульсации на 5-19 %.
При участии соискателя в ООО «Научно-производственный центр «Знание» (г. Уфа) разработаны методические указания «Устройство для подавления жизнедеятельности СВБ путем МГДО жидкости с предварительным дозированием раствора CaCl2». Промысловые испытания сконструированного в соответствии с этими указаниями устройства МВ-1-300-0,1 на водоводе системы ППД филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» показали, что концентрация растворенных сульфат-ионов снизилась до 0,05-0,1 % масс., и, тем самым, была полностью предотвращена жизнедеятельность СВБ. Скорость коррозии гравиметрических образцов по истечении 30-ти суток после начала испытаний снизилась на 70 %, а локальная коррозия металла, вызываемая колониями СВБ, не наблюдалась, что обеспечило значительное повышение безопасности эксплуатации водовода.