Моделирование процесса каплеобразования при промысловой подготовке нефти

Цель работы: – поиск и анализ методик расчета размера капель при разрушении водонефтяной эмульсии; – внедрение их в математическую модель процесса каплеобразования;
– проведение исследований влияния технологических параметров на показатели процесса каплеобразования с применением математической модели. В процессе работы найдены методики для расчета размера капель воды в водонефтяных эмульсиях. С учетом полученных формул, разработан алгоритм и программный блок расчета процесса каплеобразования при промысловой подготовке нефти. Проведены исследования влияния технологических параметров на показатели процесса каплеобразования с применением математической модели.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 13

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ………………………………………………………………….. 14

1.1 Физико-химические свойства нефтяных эмульсий ………………… 15
1.2 Способы разрушения водонефтяных эмульсий ……………………… 19
1.3 Гидродинамические каплеобразователи (коалесценторы) ……… 22
1.4 Методики расчетов процессов разрушения водонефтяных
эмульсий ………………………………………………………………………………………………. 24
1.5 Поверхностно-активные вещества- деэмульгаторы водонефтяных
эмульсий ………………………………………………………………………………………………. 26
1.6 Методики расчета размеров капель ………………………………………. 30
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………….. 33

3 РАСЧЕТЫ И АНАЛИТИКА ……………………………………………………………….. 36

3.1 Исследование влияния температуры на входе на максимальный
диаметр капли воды. …………………………………………………………………………….. 37
3.2 Исследование влияния расхода деэмульгатора на максимальный
диаметр капли воды. …………………………………………………………………………….. 43
3.3 Исследование влияния расхода эмульсии на максимальный
диаметр капли воды. …………………………………………………………………………….. 45
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………. 48

4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ………………………………………………………………………………. 49
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …….. 49
4.1.2. Диаграмма Исикавы………………………………………………………….. 50
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………. 51
4.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………… 53
4.2 Инициация проекта ………………………………………………………………. 54
4.2.1 Организационная структура проекта ………………………………….. 55
4.2.2 Ограничения и допущения проекта ……………………………………. 55
4.2 Планирование научно – исследовательских работ…………………. 56
4.2.1 План проекта …………………………………………………………………….. 56
4.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………. 58
4.3.1 Расчет материальных затрат НТИ ………………………………………. 58
4.3.2 Основная заработная плата исполнителей темы …………………. 59
4.3.3 Организационная структура проекта ………………………………….. 62
4.4 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………. 62
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………. 66

5.1. Производственная безопасность ………………………………………….. 66
5.1.1 Анализ вредных факторов на рабочем месте ………………………. 66
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать
объект исследования …………………………………………………………………………….. 71
5.1.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от
действия опасных и вредных факторов …………………………………………………. 73
5.2 Экологическая безопасность ………………………………………………… 74
5.2.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду
…………………………………………………………………………………………………………….. 74
5.2.2 Анализ влияния использования ПК на окружающую среду … 75
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………… 76
5.3.1 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и
разработка порядка действия в случае возникновения ЧС ……………………… 76
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
…………………………………………………………………………………………………………….. 77
5.4.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства ……………………………………….. 77
5.4.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
…………………………………………………………………………………………………………….. 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 80

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА ……………………………………………………. 83

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………………………. 84

ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………. 89

ПРИЛОЖЕНИЕ Б …………………………………………………………………………………… 106

В ходе выполнения раздела магистерской диссертации «Социальная
ответственность», были даны характеристики объекта исследования, область
его применения. Выявлены основные вредные факторы при производстве и
эксплуатации объекта исследования. Приведены основные средства защиты.
Проведен анализ загрязнений окружающей среды, воздействие объекта
на окружающую среду, разработаны решения по обеспечению экологической
безопасности.
Также, в данной работе представлен перечень возможных ЧС при
разработке и эксплуатировании объекта исследования, разработаны действия
в результате возникновения наиболее типичной ЧС.
Рассмотрены правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности труда.
При выполнении диссертации соблюдаются все правовые и
организационные нормы, работник обеспечен средствами защиты от вредных
факторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Продукция нефтедобывающих скважин представляет собой
высокодисперсную эмульсию капель пластовой воды, взвешенных в нефти.
Пластовая вода в значительной степени минерализована хлоридами Na, Mg и
Са (до 2500 мг/л солей даже при наличии в нефти всего 1% воды),
вызывающими быструю коррозию аппаратов и коммуникаций, повышение
расходов на перекачку, снижение качества получаемых нефтепродуктов и т.д.
Для разрушения эмульсии и удаления из нефти воды и солей необходима
стадия промысловой подготовки.
В настоящее время при исследовании химико-технологических
процессов эффективно используются математические модели.
На кафедре Химической технологии топлива и химической
кибернетики разработана математическая модель процесса каплеобразования,
позволяющая учитывать влияние технологических параметров на процесс
каплеобразования при промысловой подготовке нефти.
Анализ литературных источников показал, что существует достаточно
большое количество методик расчета диаметра капель воды в водонефтяных
эмульсиях. В данной работе для исследований были выбраны шесть формул(I–
VI). С учетом данных методик была модернизирована математическая модель
и программа расчета. Для оптимизации работы с математической моделью
была разработана программа расчета процесса каплеобразования в объектно-
ориентированной среде программирования Borland Delphi 7.
С использованием данной модели были проведены исследования
влияния технологических параметров на максимальный диаметр капель воды
эмульсии, с целью нахождения эффективного режима для проведения
процессов коалесценции и отстаивания.
Исследование влияния температуры на максимальный диаметр капель
воды для эмульсии с плотностью нефти 827 кг/м3, при расходе 400000 кг/час
показали (рис. 3 – 5), что при увеличении температуры в интервале 15 – 50 С,
максимальный диаметр капли растет. Так, например диаметр капель,
рассчитанный по методике I увеличивается от 390 до 425 мкм. Также показано,
что при с ростом температуры вязкость и плотность уменьшаются, что
согласуется с литературными данными.
Результаты исследования зависимости плотности и вязкости от
температуры на рис. 6 – 7 показывают, что вязкость и плотность уменьшаются
с увеличением температуры, что согласуется с литературными данными.
Влияние температуры на диаметр капель, рассчитанных по различным
методикам для эмульсий с разными физико-химическими свойствами
представлено на рис. 8 – 13. Показано, что с увеличением температуры
максимальный диаметр капли растет, а так же видно, что чем больше
плотность эмульсии нефти, тем меньше максимальный размер капли.
Исследования влияния расхода химического реагента на
максимальный диаметр капли воды, при расходе 400000 кг/ч (рис. 14 – 16)
показывают, что при повышении расхода деэмульгатора, диаметр капли
уменьшается. Например, по методике III диаметр капли уменьшается от 220
до 75 мкм. Так же видно, что для эмульсии с разными свойствами, действие
деэмульгатора по разным методикам различное. Так, при изменении расхода
деэмульгатора, по методикам I и V диаметры капель для разных эмульсий
значительно отличаются друг от друга, а для всех остальных – динамики
изменения размеров капель практически не наблюдается. Важно помнить, что
химический реагент очень дорогой, поэтому с точки зрения экономики, не
целесообразно повышать его расход.
Исследования влияния расхода водонефтяной эмульсии на
максимальный диаметр капли воды приведены на рис. 17 – 19 показывают, что
по методике I рационально производить расчеты для больших расходов
450000 – 500000 кг/час, по методике II – III- 200000 – 300000 кг/час. Размеры
капель, рассчитанные по методикам IV – VI при данных условиях являются не
эффективными для дальнейшего осаждения. Чтобы сформировать капли с
большим диаметром была увеличена температура с 15 до 50 °С. В результате
проведённых исследований можно рекомендовать проводить расчеты
размеров капель для потоков с небольшими расходами:150000 – 200000 кг/час
по методике V, но при повышенной температуре- 45 – 50 С. Максимальный
диаметр капли, рассчитанный по методикам IV, VI оказался не эффективным,
поэтому данные методики для расчетов не рекомендуются (рис. 18).
Результаты, полученные с использованием данной математической
модели, хорошо согласуются как с теоретическими, так и с представленными
в литературе экспериментальными данными о процессе каплеобразования,
следовательно, данная модель может использоваться для исследования
процесса отстаивания нефти при промысловой подготовке и прогнозирования
более эффективных режимов работы.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА

1. Ефимова Е.Г. Исследование процесса каплеобразования при
промысловой подготовке нефти // Химия и химическая технология в XXI веке :
материалы XVII Международной научно-практической конференции студентов
и молодых ученых, имени профессора Л.П. Кулёва, посвященной 120-летию
Томского политехнического университета (г. Томск, 17–20 мая 2016 г.) /
Томский политехнический университет. — Томск : Изд-во Томского
политехнического университета. — 2016. — с. 368-369.
2. Боговой А.А., Ефимова Е.Г. Моделирование процесса обезвоживания
нефти с учетом дисперсного состава водонефтяной эмульсии// Труды XXI
Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и
молодых учёных, посвященного 130-летию со дня рождения профессора М.И.
Кучина, Том II (г. Томск 2017г.) / Томский политехнический университет. —
Томск : Изд-во Томского политехнического университета. — 2017. — с. 294-296.
3. Ефимова Е.Г., Боговой А.А. Моделирование процесса
каплеобразования при промысловой подготовке нефти// Труды XXI
Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и
молодых учёных, посвященного 130-летию со дня рождения профессора М.И.
Кучина, Том II (г. Томск 2017г.) / Томский политехнический университет. —
Томск : Изд-во Томского политехнического университета. — 2017. — с. 309-311.
4 Ефимова Е. Г. Моделирование процесса каплеобразования при
промысловой подготовке нефти//XXII Международный научный симпозиум
студентов и молодых ученых имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии
и освоения недр» (г. Томск 2-7 апреля 2018г.) / Томский политехнический
университет. — Томск : Изд-во Томского политехнического университета. —
2018.