Влияние термообработки на структурно-реологические свойства высокопарафинистой нефти

Abstract

Актуальность. Трубопроводная транспортировка тяжелых нефтей от места добычи до пункта переработки связана с серьезными проблемами из-за их высокой вязкости и температуры застывания. При прокачке тяжелых нефтей быстро образуются нефтяные отложения, снижающие свободный проход в трубе, а повышенное содержание сероводорода и хлористых солей приводит к росту скорости коррозии. Известно, что структурно-механические свойства и предел текучести высокозастывающих парафинистых нефтей зависят от многих факторов, в частности от температуры термостатирования нефти. Исследование влияния условий термообработки на вязкостно-температурные характеристики и процесс осадкообразования высокопарафинистой смолистой нефти позволит понизить энергопотребление и оптимизировать технологию перекачки и транспортировки проблемных нефтей в условиях пониженных температур. Цель: выявление критических интервалов температур термообработки высокопарафинистой смолистой нефти Южно-Майского месторождения на основании анализа данных структурно-реологического поведения, состава нефтяного осадка и изменения радиусов нефтяных агрегатов, формирующихся в исследуемой нефти при различных условиях термообработки. Методы. Реологических свойства нефти определены на ротационном вискозиметре HAAKE Viscotester iQ с измерительным устройством и системой управления HAAKE RheoWin; температуру застывания нефти анализировали с помощью измерителя низкотемпературных показателей нефтепродуктов «Кристалл»; выделение асфальтенов проводили «холодным» способом Гольде; содержание масляных и смолистых компонентов в нефти определяли методом колоночной жидкостной адсорбционной хроматографии; индивидуальный состав н-алканов определяли методом хроматомасс-спектрометрии (Thermo Scientific); размеры нефтяных агрегатов фиксировались на спектрометре динамического и статического рассеяния света Photocor Complex c программой обработки данных DynaLS методом фотонной корреляционной спектроскопии. Результаты. Изучено влияние температуры термообработки на вязкостно-температурные и энергетические характеристики высокопарафинистой смолистой нефти, процесс осадкообразования и состав асфальтосмолопарафиновых отложений. Установлено значение критической температуры термообработки 40°C, при которой в исследуемой нефти формируется наиболее плотная кристаллизационная структура, характеризуемая высокой вязкостью, интенсивным образованием осадка, энергией активации вязкого течения и внутренней энергии разрушения дисперсной структуры. Методом фотонной корреляционной спектроскопии показано, что после термообработки нефти при 40°C происходит спонтанный рост размеров нефтяных агрегатов в интервале температур 35-25°C.

Relevance. The pipeline transportation of heavy oils from the extraction site to the processing point is associated with serious problems due to their high viscosity and pour point. Oil deposits form quickly during pumping and causing flow reduction in pipe. Moreover, the increased content of hydrogen sulfide and chloride salts leads to increased rate of corrosion. Structural and mechanical properties and the yield point of highly pourable paraffinic oils depend on a variety of factors, like oil thermostatting temperature. Studying the impact of the heat treatment temperature of highly paraffinic resinous oil on its mobility will allow reducing energy consumption and optimizing the technology of oil pumping and transporting in winter conditions. Aim. To identify the critical temperature ranges for heat treatment of highly paraffinic resinous oil from the Yuzhno-Mayskoe field based on the analysis of data on structural and rheological behaviors, composition of oil sediments and changes in the radii of oil aggregates formed in the studied oil under various heat treatment conditions. Methods. Oil rheological properties were determined using a HAAKE Viscotester iQ rotational viscometer with HAAKE RheoWin measuring device and control system; oil pour point was analyzed using "Kristall" low-temperature indicator of petroleum products meter; asphaltenes were isolated using the "cold" Golde method; oil composition was determined by column liquid adsorption chromatography; oil particle size was recorded by a Photocor Complex spectrometer for dynamic and static light scattering with DynaLS data processing program. Results. The authors have studied heat treatment temperature impact on the viscosity-temperature and energy characteristics of highly paraffinic tarry oil, formation and composition of asphalt, resin and paraffin deposits. They established that the critical temperature of heat treatment is 40°C. At this temperature the densest crystallization structure is formed in the studied oil, characterized by high values of both viscosity, intensive formation of sediment, activation energy of viscous flow and internal energy of destruction of the dispersed structure. It was shown that with photon correlation spectroscopy, during oil heat treatment at 40°C, a spontaneous size increase of oil aggregates occurs in the temperature range of 35-25°C.