Delist.ru

Методы и агрегаты для магнитодинамической обработки водонефтяных сред (02.10.2007)

Автор: Лаптев Анатолий Борисович

Карбокатионы могут быть получены путем присоединения иона гидроксония к молекулам с экзоциклической двойной связью:

В нефтях, добываемых на различных месторождениях, содержится большое количество (в среднем около 30 %) соединений, способных образовывать достаточно стабильные карбокатионы и задерживать в нефтяной фазе ионы гидроксония.

При протекании коррозионного процесса в безкислородных средах важной стадией коррозионного процесса является реакция восстановления водорода из ионов Н+. Поэтому для снижения скорости коррозии металла достаточно уменьшить концентрацию ионов Н+ (или ионов гидроксония) у его поверхности.

Разработка агрегатов МГДО для снижения коррозии основывалась на том, что, взаимное расположение вектора магнитной индукции от разнополярных ИМП и вектора скорости потока таково, что индуцируемое электрическое поле перемещает ионы гидроксония в направлении от корродирующей поверхности в сторону нефтяной фазы.

Таким образом, в агрегате МГДО вызывается принудительное перераспределение катионов и анионов в объеме водонефтяной среды. На границе раздела и в нефтяной фазе значительно увеличивается концентрация ионов гидроксония, то есть создается эффект присутствия сильной кислоты, образующей с высокомолекулярными гетероорганическими соединениями нефти карбокатионы.

Разработанный способ МГДО осуществляется при прохождении промысловой среды в агрегате МГДО со скоростью u ( 0 через постоянное магнитное поле ИМП, вектор индукции которого перпендикулярен вектору скорости потока.

Для его реализации был сконструирован агрегат МГДО, схема которого приведена на рисунке 4. Показано поперечное сечение трубопровода с установленными в нем перегородками, в которые вмонтированы постоянные точечные магниты. На соседних перегородках магниты обращены разноименными полюсами друг к другу. Поток промысловой среды движется навстречу взгляду перпендикулярно сечению трубопровода.

Рисунок 4 – Схема устройства для МГДО промысловых сред: 1 – корпус; 2 - нефтяная фаза; 3 - водная фаза; 4 - вертикальные перегородки с ИМП; 5 – направление индуцированного электрического тока; 6 – векторы магнитной индукции

Исследования показали, что при прохождении агрегата МГДО потоком среды (водный раствор 3 %-го NaCl, подкисленный уксусной кислотой до рН 6) со скоростью 1 м/с, с индукцией ИМП 0,05 Т значения рН в различных зонах ее объема изменяются от 5 до 7 (рисунок 5). Таким образом, в центральной зоне проточной ячейки концентрация ионов гидроксония уменьшилась примерно на два порядка.

Определение рН нефтяной фазы показало увеличение в ней концентрации ионов гидроксония, что свидетельствует о возможности образования карбокатионов. Стабильность последних зависит от диэлектрической проницаемости среды и состава нефти: чем больше молекулярная масса и количество гетероатомов в молекулах тяжелых фракций, тем стабильнее образующиеся карбокатионы.

Было проведено исследование влияния МГДО двухфазных сред при ламинарном режиме их течения на скорость коррозии образцов из стали 20.

Регистрировали скорость коррозии металла при изменении величины магнитной индукции и скорости потока среды, в качестве которой использовали обводненную до 70 % продукцию нефтяных скважин Сергеевского месторождения с содержанием сероводорода около 30 г/м3.

Рисунок 5 – Изменение рН в объеме коррозионной среды: 1 – зона с рН 5; 2 – рН 6; 3 – рН 7

При индуцировании в устройстве (рисунок 4) тока катионов на границе раздела фаз увеличивается их концентрация. Молекулы смол и асфальтенов, всегда присутствующих в нефти в большом количестве, образуют с катионами карбокатионы, стабильность которых, как показали проведенные исследования, поддерживается на высоком уровне 15-20 минут, если в систему не происходит дополнительный ввод энергии (электрическое и звуковое поле, нагрев).

С помощью разработанного стенда (рисунок 1) получена зависимость скорости коррозии стали 20 от линейной скорости перемещения ИМП, показывающая, что при прохождении двухфазного потока через магнитное поле скорость коррозии стали в пластовой воде снижается на 80 %.

Дальнейшие исследования коррозионной активности пластовой воды при варьировании линейной скорости перемещения ИМП и величины их магнитной индукции показали, что скорость коррозии стали 20 снижается с увеличением значения скорости и магнитной индукции (таблица 1).

Таблица 1 – Скорость коррозии стали 20 в подтоварной воде Сергеевского месторождения после МГДО при варьировании значений магнитной индукции и скорости

B, Т u, м/с Скорость коррозии, мм/год

0,0 0,0 0,84

0,1 0,5 0,27

0,5 1,0 0,09

1,0 2,0 0,03

Из таблицы 1 следует, что степень защиты стали путем применения МГДО пропорциональна скорости движения потока, поскольку при этом в водонефтяной среде индуцируется электрический ток большей силы. В частности, при скорости потока 2 м/с в первую минуту после обработки поддерживается степень защиты не менее 83 %, что превосходит эффективность многих ингибиторов коррозии.

В четвертой главе приведены результаты исследований состава, структуры и физико-химических свойств АСПО, а также компьютерного моделирования и определения молекулярных параметров асфальтеновой молекулы и комплекса «асфальтен – соединения железа».

Исследованы фазовый и химический составы образцов АСПО (скв. № 6761, скв. № 30 и скв. № 360), отобранных с внутренней поверхности нефтесборных трубопроводов ЗАО «Алойл».

Содержание осадка в образце скв. № 30 после промывки растворителями составило 26 %, скв. № 360 – 42 %, скв. № 6761 – 29 %.

Рентгенофазовый анализ осадков показал высокое содержание органических соединений во всех трех образцах, что подтверждено наличием аморфной фазы в них. Кроме того, отчетливо проявляются линии магнетита FeO ? Fe2O3 и гематита Fe2O3, несколько хуже – линии соединений Fе3(ОН)3, FeOOH и FeFe2О4.

Результаты измерений магнитной восприимчивости АСПО, проведенных на тех же образцах, представлены в таблице 2.

??????????

??????????

???????$??$??????– Экспериментальные значения удельной магнитной восприимчивости образцов АСПО

Наименование показателя скв. № 6761 скв. № 30 скв. № 360

1 обр. 2 обр. 3 обр. 4 обр. 5 обр. 6 обр.

Масса (m), г 0,57 0,54 0,58 0,59 1,22 1,23

Э.д.с ((m), мкВ 3,0 2,4 3,4 3,4 17,0 19,0

Удельная магнитная вос-приимчивость (k * 10-7), м3/кг 210,53 177,78 234,48 230,51 557,38 617,89

Из таблицы 2 видно, что образцы АСПО являются сильномагнитными веществами, так как в них высоко содержание ферро- и парамагнитных механических примесей, представляющих собой, возможно, продукты коррозии стального оборудования и трубопроводов.

На основе анализа элементарного состава асфальтенов ряда месторождений рассчитывали среднее количество атомов в молекуле асфальтенов, с целью моделирования молекулы асфальтенов и комплексов «асфальтен – соединения железа».

Методом MINDO 3 установлено, что асфальтены образуют комплексы с сульфидами и оксидами железа (рисунок 6), в большом количестве присутствующими в нефтепромысловых средах. Энергия взаимодействия асфальтенов с соединениями железа достигает 1000 ккал/моль, что на порядок выше энергии взаимодействия молекул асфальтенов между собой. Это доказывает, что соединения железа «сшивают» растворенные асфальтены и вызывает АСПО на поверхности стального оборудования.

«асфальтен – Fe2O3»: 1 – атом водорода; 2 – углерода; 3 – кислорода; 4 – железа «асфальтен – FeS»: 1 – атом водорода; 2 – углерода; 3 – кислорода; 4 – железа; 5 – серы

загрузка...