Delist.ru

Методы и агрегаты для магнитодинамической обработки водонефтяных сред (02.10.2007)

Автор: Лаптев Анатолий Борисович

Рисунок 6 – Модели комплекса «асфальтен – соединения железа»

Значения дипольного момента комплексов «асфальтен – Fe2O3» и «асфальтен – FeS» составляют 4,06 D и 4,58 D соответственно, что значительно превосходит значения дипольного момента других компонентов нефти, поэтому данные комплексы активно реагируют на индуцируемые в агрегате МГДО электрические поля. Благодаря своей полярности асфальтеновые комплексы в электромагнитном поле ориентируются вдоль направления вектора электродвижущей силы и одновременно притягиваются к ИМП, перемещаясь из раствора в его сторону. В непосредственной близости от поверхности ИМП увеличивается концентрация асфальтеновых комплексов, происходят их коагуляция, самоассоциация и рост АСПО (агломерация). Процесс самоассоциации асфальтенов происходит за счет «сшивающего» действия соединений железа комплексов «асфальтен – соединения железа». Кроме того, значительные дипольные моменты асфальтеновых комплексов способствуют их параллельной ориентации в объеме среды, что снижает стерические затруднения и приводит к агломерации комплексов на ИМП соответствующего агрегата.

С целью исследования влияния магнитного поля и звуковых колебаний на скорость расслоения водонефтяных эмульсий разработана «Методика получения лабораторной модели промысловой эмульсии», позволяющая подготавливать модельные эмульсии из ингредиентов постоянного и известного состава, которые по своим свойствам (скорость расслоения, плотность, вязкость и др.) имитируют реальные промысловые эмульсии.

В состав промысловых эмульсий чаще всего входят следующие вещества: асфальтены – хрупкие твердые вещества бурого или черного цвета чрезвычайно сложного строения, плотностью более единицы, способные образовывать крупные агломераты; парафины, начиная с С10Н22 и выше; хлориды, карбонаты и сульфаты натрия, калия, кальция и магния; оксиды, гидроксиды и сульфиды железа общей формулы FeХOУ, FeХ(OH)У и FeХSУ , соответственно.

Результаты исследования влияния вибрационного воздействия на скорость расслоения эмульсии, обработанной в агрегате МГДО, показывают, что наибольшее увеличение скорости расслоения эмульсии происходит при вибрационном воздействии с частотой 50 Гц и индукции постоянного магнитного поля ИМП 0,05 Тл.

Определены оптимальные параметры работы созданного агрегата для магнитно-вибрационной обработки эмульсий:

- использование однополярно расположенных ИМП с индукцией 0,05 Тл;

- частота вибрационного воздействия 40-100 Гц;

- вибратор должен быть изготовлен в форме горизонтальной сетки с минимальной шириной ячейки (не более 5 мм), перемещающейся в вертикальной плоскости;

Установлено, что скорость расслоения эмульсии (вода-70 %, нефть-30 %) при температуре 21 (С, скорости движения потока 1 м/с, концентрации деэмульгатора ХПД-005 в нефти 40 мг/л в случае использования агрегата магнитно-вибрационной обработки увеличивается в 3-4 раза по сравнению со скоростью расслоения аналогично подготовленной необработанной эмульсии (рисунок 7).

Рисунок 7 – Влияние устройств магнитной и вибрационной обработки на скорость расслоения эмульсии

В пятой главе изложены разработанная методика расчета агрегатов МГДО промысловых сред, а также результаты лабораторных и натурных испытаний устройств, изготовленных в соответствии с этой методикой.

На практике для осуществления МГДО промысловых сред необходимо рассчитать и изготовить агрегат, который имел бы высокую эффективность в отношении рассматриваемого осложнения.

r – расстояние между пластинами с ИМП, м; m – расстояние между ИМП на пластине, м; L – длина устройства, м

Рисунок 8 - Расчетная схема агрегата МГДО промысловых сред

Основываясь на соображениях и результатах исследований, изложенных в третьей главе, примем расчетную схему устройства, изображенную на рисунке 8.

Требуется определить величины В, r, m, L и необходимое количество последовательно устанавливаемых агрегатов.

Поскольку в образовании солей жесткости принимают участие катионы и анионы, необходимо рассчитать плотность индуцируемого тока для обоих видов ионов.

Величину магнитной индукции рассчитывали по формуле B = (0(H, где ( - магнитная проницаемость среды, Тл/м.

Индуцируемую плотность тока (А/м2) катионов и анионов (i-х ионов) солей жесткости определяли по формуле

ji = eiqiciVi,

где ei – заряд ионов, Кл; qi – валентность; ci – концентрация ионов, ед./м3; Vi – скорость ионов, м/с.

Учитывая, что Vi = uiEi (ui - подвижность i-х ионов, м2/В(с; Ei – электродвижущая сила, В/м), а Ei = UBi (U - скорость движения среды, м/с), получаем

ji = eiqiciuiUВi.

Тогда значение индукции магнитного поля, при которой осуществима эффективная МГДО среды, вычисляется как

Имея в виду, что

где Ii – индуцируемая сила тока i-х ионов в зазоре магнитного устройства, А; Qi – суммарный заряд i-х ионов, проходящий за время t в зазоре магнитного устройства, Кл; S – площадь сечения, через которое протекает индуцируемый ток, м2, получаем

Для катионов и анионов величина магнитной индукции различна, поэтому при проведении расчетов берут наибольшее значение с целью обеспечения эффективной обработки.

Величины r, m, L и необходимое количество последовательно устанавливаемых устройств определяли с помощью специально разработанной при участии соискателя (совместно с канд. физ.-мат. наук Н.А. Хасановым) компьютерной программы, выполненной на языке Delphi. На рисунках 9 и 10 представлен характер изменения плотности тока по оси x для катионов Са2+ и анионов СО32- при длине аппарата 100 мм, остаточной индукции ИМП В = 0,05 Тл, скорости течения жидкости U = 1 м/с, концентрации ионов Са2+ 7,2 мг/л, а СО32- - 2425 мг/л.

Видно, что катионы и анионы в зазоре агрегата МГДО движутся навстречу друг другу в сторону зоны с нулевой магнитной индукцией.

Анализ минерального состава различных промысловых сред показал, что, как правило, значения концентрации катионов и анионов солей жесткости в них отличаются в несколько раз. Поэтому при определении необходимого числа последовательно устанавливаемых агрегатов МГДО целесообразно рассматривать снижение ими концентрации ионов, содержащихся в среде в минимальном количестве.

Эффективность устройства для МГДО оценивали по формуле

Сi ост = С0i – kСi,

где Сi ост – остаточная концентрация i-х ионов после МГДО, моль/л; С0i - общая концентрация i-х ионов в среде, моль/л; k = n + 1 – число областей между пластинами с ИМП (n – число пластин); Сi - концентрация i-х ионов, которые образовали соли жесткости, находящихся между соседними пластинами устройства во время обработки.

Рисунок 9 – Зависимость плотности тока катионов Са2+ по оси x

Рисунок 10 – Зависимость плотности тока анионов СО32- по оси x

Если Сi ост > kСi, то необходимо устанавливать еще одно или несколько устройств для МГДО, пока не будет выполняться условие Сi ост < kСi. В этом случае установка дополнительных устройств для МГДО не требуется.

Расчет МВ для снижения коррозионной активности промысловых сред, обеспечивающей индуцирование необходимой плотности тока, проводили по формуле:

j = e(q(c(V,

где j – плотность тока ионов, А/м2; e – заряд электрона, Кл; q – валентность иона; c – концентрация ионов, ед./м3;(V – скорости ионов, м/с.

загрузка...