Исследование процессов разрушения водонефтяных эмульсий с применением математической модели

Цель работы: провести исследования влияния технологических параметров на процессы каплеобразования и отделения воды от нефти при промысловой подготовки.
В результате исследования были найдены различные методики расчета максимального диаметра капли воды и теоретические зависимости, описывающие влияние концентрации химического реагента на поверхностное натяжение.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 14
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………….. 15
1.1 Нефтяные эмульсии ………………………………………………………………………. 15
1.2 Методы разрушения водонефтяных эмульсий ……………………………….. 18
1.3 Стабилизаторы нефтяных эмульсий ………………………………………………. 20
1.4 Деэмульгаторы ……………………………………………………………………………… 22
1.5 Методы определения поверхностного натяжения ………………………….. 29
1.6 Методики расчета диаметра капли воды при разрушении
водонефтяных эмульсий……………………………………………………………………… 35
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………………………… 38
3 РАСЧЕТЫ И АНАЛИТИКА…………………………………………………………………..41
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………. 53
4.1 Предпроектный анализ ………………………………………………………………….. 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 53
4.1.2 Диаграмма Исикавы……………………………………………………………………. 54
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации ……………………….. 56
4.1.4 Методы коммерциализации результатов научного исследования … 58
4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………….. 59
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом …………….. 61
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта ……………………………………… 61
4.3.2 Контрольные события проекта ……………………………………………………. 62
4.3.3 План проекта ……………………………………………………………………………… 63
4.3.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………….. 65
4.3.4.1 Расчет материальных затрат НТИ …………………………………………….. 65
4.3.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ ………………………………………………………………… 66
4.3.4.3 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………….. 66
4.3.5 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала …………………………………………………………………………………………… 68
4.3.6 Отчисления на социальные нужды ……………………………………………… 68
4.3.7 Накладные расходы ……………………………………………………………………. 69
4.3.8 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта
…………………………………………………………………………………………………………… 69
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
…………………………………………………………………………………………………………… 70
4.4.1 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………….. 70
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………. 73
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 74
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………. 76
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 85
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 87
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования ……………………………………………………………………………………… 75
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………….. 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 88
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ……………………………………………………………………….. 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………. 91
ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………. 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Б …………………………………………………………………………………… 107

В настоящее время при исследовании химико-технологических
процессов достаточно широко используются математические модели.
На кафедре ХТТ и ХК разработана математическая модель процесса
каплеобразования, позволяющая учитывать влияние технологических
параметров на процесс каплеобразования при промысловой подготовке
нефти.
Анализ литературных источников показал, что универсальных
теоретических зависимостей, которые бы учитывали влияние концентрации
химического реагента на поверхностное натяжение, практически не
существует. Поэтому на основании литературных экспериментальных
данных в работе были получены теоретические зависимости поверхностного
натяжения от концентрации деэмульгатора, которые были включены в
математическую модель. Так же в литературе были найдены методики,
которые позволяют рассчитать максимальный диаметр формирующихся при
данных условиях подготовки нефти капель воды в нефтяной эмульсии,
которые также были включены в математическую модель процесса
каплеобразования.
С применением модернизированной модели и программы расчета были
выполнены исследования влияния технологических параметров на
показатели процесса каплеобразования.
Результаты исследования:
1) Анализ результатов исследований, представленных на рисунках 3.1-
3.6 показывает, что с увеличением температуры от 15 – 40 °С при расходе
эмульсии 250 т/ч максимальный диаметр капли увеличивается. Причем,
нефть с меньшей плотностью (825 кг/м3) имеет большее значение
максимального диаметра капли воды от 154,4 мкм до 173,2 мкм (методика 5).
А нефть с большей плотностью (843 кг/м3) имеет меньшее значение
максимального диаметра: от 36,3 мкм до 41,5 мкм.
2) Результаты исследований, представленных на рисунках 3.7 – 3.8
показывают, что при варьировании температуры от 15 до 40 °С вязкость
нефти снижается от 0,0866 Пуаз. до 0,0783 Пуаз., плотность нефти и
эмульсии уменьшается от 827,194 кг/м3 до 818,478 кг/м3 и от 866,704 кг/м3 до
856,126 кг/м3.
3) Показано, что при изменении расхода эмульсии (рис. 3.9 – 3.13) от
200 т/ч до 400 т/ч максимальный диаметр капель уменьшается от 119, 91 мкм
до 52,19 мкм (формула 5, методика 2). Наиболее эффективный для осаждения
размер капель для каждой методики наблюдается по формулам: 2, 4, 6
методики – 2, 3, 5; 3 методика – 1, 3, 5; 5 методика – 3, 4, 5.
4) Из зависимостей, представленных на рисунках 3.14-3.17 видно, что с
увеличением концентрации деэмульгатора 0,001…0,004 % масс. снижается
максимальный диаметр капель воды от 119,91 мкм до 52,19 мкм (формула 5,
методика 2).
5) С увеличением концентрации деэмульгатора (формула 5), например,
0,001…0,004 % масс. снижается поверхностное натяжение от 38,19 дин/см до
25,38 дин/см.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Золотухина К. В. Влияние технологических параметров на
эффективность процесса электрокоалесценции / К. В. Золотухина, М. Е.
Щетинина; науч. рук. О. Е. Мойзес // Проблемы геологии и освоения недр:
труды XXI Международного симпозиума имени академика М. А. Усова
студентов и молодых ученых, посвященного 130-летию со дня рождения
профессора М. И. Кучина, Томск, 3-7 апреля 2017 г.: в 2 т. – Томск : Изд-во
ТПУ, 2017. – Т. 2. – [С. 313-314].
2. Щетинина М. Е. Учёт влияния деэмульгатора при моделировании
процесса разрушения водонефтяных эмульсий / М. Е. Щетинина, К. В.
Золотухина; науч. рук. О. Е. Мойзес // Химия и химическая технология в XXI
веке: материалы XVIII Международной научно-практической конференции
студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва, 29 мая-1 июня
2017 г., г. Томск. – Томск: Изд-во ТПУ, 2017. – [С. 343-344].
3. Щетинина М. Е. Исследование процесса разрушения водонефтяных
эмульсий / М. Е. Щетинина; науч. рук. О. Е. Мойзес // Проблемы геологии и
освоения недр: труды XXII Международного симпозиума имени академика
М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 155-летию со дня
рождения академика В.А. Обручева, 135-летию со дня рождения академика
М.А. Усова, основателей Сибирской горно-геологической школы, и 110-
летию первого выпуска горных инженеров в Сибири, Томск, 2-7 апреля 2018
г.: в 2 т. – Томск: Изд-во ТПУ, 2018. – Т. 2. – [С. 427-428].