Нужна помощь в написании работы?

Как мы уже отмечали, всякое накопление твердой фазы на границе раздела твердое тело—жидкость, в том числе и образование парафиновых отложений, в принципе может происходить путем: 1) прилипания к поверхности отдельных частиц твердой фазы и их комплексов; 2) возникновения и роста отдельных кристаллов непосредственно на границе раздела фаз; 3) смешанным путем, имеющим все особенности первых двух. При этом состояние поверхности и ее природа существенным образом влияют на течение процесса образования парафиновых отложений.

Рассмотрим вероятность образования парафиновых отложений по первому механизму.

 На силу адгезии кристаллов парафина к поверхности существенно влияют природа этой поверхности, время взаимного контакта, присутствие асфальто-смолистых веществ и вес прилипающих частиц. Ее величина в данном случае на несколько порядков меньше сил адгезии, проявляемых при молекулярном контакте парафина с материалом подложки. Таким образом, силы прилипания кристаллов парафина к поверхности стекла и органического стекла из объема нефти определяются величинами порядка А *10-4 дин (где А— числа от 1 до 10).

 Силы прилипания кристаллов парафина к поверхностям различной природы при введении в дисперсионную фазу асфальтово-смолистых веществ существенно уменьшаются

Установлено, что на слипаемость кристаллов парафина с поверхностью в присутствии ПАВ значительно влияет природа материала подложки. На полярных гидрофильных поверхностях это действие оказывается более эффективным. Введение в парафиновую массу асфальтово-смолистых веществ позволило снизить сцепляемость парафинов с поверхностью стекла, стали и бакелита на 26—50%.

На действие присадок существенно влияют размеры и природа частиц. Чем меньше частицы, тем эффективнее действие присадок. Максимальное снижение прилипания частиц наблюдается при оптимальных концентрациях присадки. Таким образом, снижение слипаемости частиц с поверхностями в присутствии ПАВ определяется их адсорбцией на поверхности металла или другого вещества и обусловленным в связи с этим изменением свойств поверхностей и их сольватацией.

Исследованиями, проведенными в лабораторных и промысловых условиях, установлено, что сцепляемость взвешенных в потоке нефти кристаллов парафина со стенками оборудования очень низка.

 В результате исследований было установлено, что кристаллы парафина и их скопления даже при скоростях потока порядка 0,25 – 0,5 мм/с ни к поверхности стекла, ни к поверхности стали не прилипают и легко уносятся им.

Характерно, что при повышении скорости потока до четко выраженного турбулентного режима и появлении поперечных к направлению движения потока струй, прочного прилипания кристаллов парафина к стенкам камеры также не было обнаружено. Ударяющиеся с большой скоростью о поверхность металла кристаллы парафина и их скопления, задерживаясь на ней на мгновение, тут же легко срываются и уносятся потоком, так как импульсы ударных сил, обусловливающих жесткий контакт частицы с поверхностью, исчезают так же мгновенно, как и появляются. Поэтому вопрос о влиянии скорости потока и режима движения нефти на закрепление частицы парафина на поверхности решается здесь однозначно. Причем с увеличением скорости потока условия для закрепления частицы ухудшаются, так как кратковременное приложение прижимающей силы нейтрализуется возрастанием постоянно проявляющегося скоростного напора со стороны потока и ростом в связи с этим срывающего усилия, действующего на взвешенную в нефти частицу парафина.

При снижения температуры и за счет процесса разгазирования нефти вязкость жидкой фазы в интервале забой — мерник возрастает с 3—4 до 28—30 спз, т. е. почти в 10 раз. Если считать, что скорость седиментации обратно пропорциональна вязкости среды, то при всех прочих равных условиях увеличение вязкости нефти в этих пределах свидетельствует о соответствующем повышении несущей способности потока по отношению к парафину во столько же раз.

Увеличение скорости потока нефти в интервале забой—мерник за счет разгазирования также приводит к возрастанию кинетической устойчивости системы в целом, так как поперечные составляющие скорости при турбулентном режиме поддерживают во взвешенном состоянии и те частицы парафина, которые в других условиях могли бы осесть на стенки оборудования. Следовательно, скорость оседания частицы определенного размера в нефтяном потоке также должна снижаться при движении нефти от забоя к устью скважины, свидетельствуя об увеличении несущей способности потока в этом же направлении.

Таким образом, кинетическая устойчивость суспензии парафина в нефти возрастает в связи с разгазированием  вследствие снижения температуры потока в целом и повышения вязкости жидкой фазы. При переходе в газовую фазу наиболее легких компонентов нефти существенно повышается концентрация в ней асфальтово-смолистых веществ, присутствие которых в нефти также способствует снижению скорости седиментации. Это происходит в связи с тем, что за счет адсорбции этих веществ  на парафиновых частицах  возрастает зона лиосферы, увеличивающая сродство с окружающей жидкостью, что приводит к снижению эффективной плотности частицы и возможности удержания ее в объеме жидкости.

В целом,  силы, удерживающие частицу в потоке нефти и продвигающие ее вдоль поверхности, на несколько порядков выше сил прилипания, в связи с чем накопление отложений парафина за счет кристаллов, взвешенных в потоке нефти, оказывается маловероятным, а точнее – практически невозможным.

Рассматривая этот вопрос с точки зрения соотношения сил сцепления между частицами, взвешенными в объеме нефти, и поверхностью с силами, возникающими при росте кристаллов непосредственно на поверхности, можно отметить следующее.

Как показали исследования, сила взаимодействия кристаллов парафина, выросших непосредственно на твердой поверхности, в зависимости от природы подложки   может определяться   величиной   порядка +15*10-1 дин для кристаллов размером 10 мк, что на три порядка больше сил прилипания частиц при оседании их из жидкостей. Поэтому в условиях, когда поток нефти в состоянии транспортировать частицы парафина во взвешенном состоянии, рост кристаллов непосредственно на поверхности оборудования оказывается более вероятным вариантом прочного закрепления частиц на поверхности.

Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Рассмотрим возможность образования отложений парафина по второму механизму.

После возникновения первого, чрезвычайно тонкого слоя смоло-парафиновых отложений на поверхности оборудования дальнейшее их накопление и рост происходят по схеме «парафин по парафину». Естественно, что этот процесс в значительной мере регулируется возможностью слипания кристаллов, взвешенных в объеме нефти, и теми,  которые выросли на поверхности. Другими словами, низкая агрегативная устойчивость означает не только формирование крупных комплексов в самом потоке, но и является одним из факторов, обусловливающих возможность накопления смоло-парафиновых отложений за счет кристаллов, взвешенных в потоке нефти.

Поскольку в принципе процесс комплексообразования (а следовательно, и склеивание с частицами, выросшими на стенках оборудования) будет происходить всякий раз, как только в потоке появится новая порция кристаллов парафина, то и процесс парафинизации промыслового оборудования может идти параллельно изменениям термодинамических условий, способствующих выпадению новых порций кристаллов. В связи с тем, что склеивание частиц друг с другом может продолжаться и после прекращения выпадения новых порций твердых углеводородов, зона парафинизации промыслового оборудования за счет таких кристаллов может, как считалось, распространяться и на те участки оборудования, где не образуются новые порции твердой фазы. По мере разгазирования нефти условия для склеивания частиц друг с другом ухудшаются и можно было бы предполагать, что в принципе это могло бы повлечь за собой снижение интенсивности парафинизации промыслового оборудования за счет взвешенных в потоке нефти кристаллов.

 Разгазирование нефти сопровождается снижением абсолютного значения s, поверхностного натяжения на границе частица – окружающая среда и поверхность – окружающая среда, вследствие чего сила взаимного притяжения между частицами должна уменьшаться, и в этом смысле по своему эффекту разгазирование аналогично процессу стабилизации системы. (Снижение температуры нефти действует в обратном направлении). Повышение агрегативной устойчивости (т.е. способности суспензии сохранять степень дисперсности частиц дисперсной фазы во времени) приводит к образованию менее жестких связей между соприкасающимися кристаллами.

Кроме того, в связи с ажурностью формы кристаллов, площадь контакта очень невелика – всего в нескольких точках.

Качественные исследования характера взаимодействия взвешенных в объеме нефти кристаллов парафина и их отложений с помощью киносъемки в промысловых условиях показали, что прочность склеивания частиц парафина друг с другом невелика и не превышает сил прилипания, обнаруженных для других систем.

Также экспериментально было показано, что накопление отложений парафина за счет слипания малых кристаллов парафина в процессе их роста практически невозможно.

В нагретую и насыщенную парафином нефть для снижения  оптической плотности и возможности последующего фотографирования было добавлено 50% насыщенного парафином товарного керосина. Затем пробу разделили на две части и охладили со скоростью 0,25°С в 1 мин. Причем одну из частей охлаждали в условиях статики, а вторую в процессе охлаждения умеренно перемешивали вручную для  обеспечения столкновений друг с другом возникающих в нефти кристаллов. При проведении эксперимента исходили из предположений, что в результате обеспечения условий взаимного столкновения растущих кристаллов друг с другом при перемешивании раствора возникающие при слипании кристаллов агломераты должны быть несколько крупнее кристаллитов, возникающих и растущих в нефти в условиях статики.

Однако процесс пошел в прямо противоположном направлении. Кристаллы парафина, выросшие в объеме модели нефти в условиях статики, оказались крупнее тех, которые возникали при ее перемешивании. Это говорит о том, что кристаллы в процессе их роста практически не слипаются друг с другом, и поэтому механизм парафинизации оборудования за счет этих явлений невозможен. Такие же результаты были получены и при охлаждении нефти со скоростью 12°С в 1 мин.

Большая степень дисперсности  кристаллов парафина при перемешивании раствора объясняется тем, что ветви таких структур в потоке нефти легко разрушаются и сохраняются в основном только хорошо «скатанные» компактные частицы.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость
Поделись с друзьями