Особливості будови твердих вуглеводнів та їх вплив на рух нафти трубопроводами

Abstract

Детально розглянуто фізико-хімічні властивості високов'язких нафт, аномальність яких значною мірою впливає на процес їх перекачування магістральними трубопроводами. Розкрито суть процесу парафіноутворення, включаючи особливості молекулярної будови нафтових парафінів, та їх фізико-хімічні властивості. Доведено, що для адекватної характеристики аномальності високов'язких нафт необхідно враховувати вміст в ній всіх 17 індивідуальних компонентів парафіну. Оскільки температура плавлення компонентів парафіну змінюється від 18,2 °С (гексадекан) до 93,0 °С (пентаконтан), то загальноприйняте значення для нафтового парафіну tпл = 52-55 °С може суттєво відрізнятися від реального значення. Запропоновано метод визначення температури плавлення парафіну та зв'язаної з нею температури підігріву високов'язкої нафти в процесі термопідготовки до транспортування трубопроводами. Доведено, що врахування компонентного складу нафтового парафіну дозволить об'єктивно оцінити властивості високов'язких нафт та дасть можливість спрогнозувати дійсні втрати тиску в магістральних нафтопроводах, що транспортують такі нафти. Проаналізовано процес упакування молекул нафтових парафінів в залежності від умов кристалізації в нафті. Визначено основні чинники, що впливають на процес кристалоутворення парафіну в нафті. Встановлено, що чисті нормальні парафінові вуглеводні можуть утворювати при кристалізації чотири різні форми кристалів: гексагональну (a-форма), орторомбічну (b-форма), моноклинну (g-форма) і триклинну (s-форма). Розглянуто вплив поверхнево-активних речовин на ріст кристалів парафіну, що проявляється, в першу чергу, в глибоких змінах форми та структури кристалічної гратки твердих алканів.

Детально рассмотренны физико-химические свойства высоковязких нефтей, аномальность которых в значительной мере влияет на процесс их перекачивания магистральными трубопроводами. Раскрыта суть процесса парафинообразования, включая особенности молекулярного строения нефтяных парафинов и их физико-химические свойства. Доказано, что для адекватной характеристики аномальности высоковязких нефтей необходимо учитывать содержание в ней всех 17 индивидуальных компонентов парафина. Поскольку температура плавления компонентов парафина меняется от 18,2 °С (гексадекан) до 93,0 °С (пентаконтан), то общепринятое значение для нефтяного парафина tпл = 52-55 °С может существенно отличаться от реального значения. Предложен метод определения температуры плавления парафина и связанной с ней температуры подогрева высоковязкой нефти в процессе термоподготовки к транспортировке трубопроводами. Доказано, что учет компонентного состава нефтяного парафина позволит объективно оценить свойства высоковязких нефтей и спрогнозировать действительные потери давления в магистральных нефтепроводах, транспортирующих такие нефти. Проанализирован процесс упаковки молекул нефтяных парафинов в зависимости от условий кристаллизации в нефти. Определены основные факторы, влияющие на процесс кристаллообразования парафина в нефти. Установлено, что чистые нормальные парафиновые углеводороды могут образовывать при кристаллизации четыре разные формы кристаллов: гексагональную (a-форма), орторомбическую (b-форма), моноклинную (g-форма) и триклинную (s-форма). Рассмотрено влияние поверхностно-активных веществ на рост кристаллов парафина, который проявляется, в первую очередь, в глубоких изменениях формы и структуры кристаллической решетки твердых алканов.

The physical and chemical properties of high-viscosity oils have been examined in detail, because their abnormality significantly affects the process of pumping over by main pipelines. We’ve defined the main paints of the paraffin formation process including the peculiarityes of petroleum paraffin molecular structure and their physical and chemical properties. It is proved that it is necessary to take into account all of the 17 separate components of the paraffin in order to make an adequate characteristic of the high-viscosity oil abnormality. Since the melting point of the paraffin components varies from 18.2° C (hexadecane) to 93.0°C (pentakontan) the standard value of tmp = 52-55° C for oil paraffin may substantially differ from the actual value. We’ve suggested the method for determining the paraffin melting temperature and the related temperature of heating high viscosity oil during the thermal preparation for the transportation by pipelines. It is proved that taking into the account the componential structure of petroleum paraffin will allow us to evaluate fairly the properties of high viscosity oils and enable us to predict the actual pressure loss in main pipelines that transport such oil. The dependence of the process of petroleum paraffin molecular packing on the crystallization conditions in oil has been analyzed. The key factors that affect the process of paraffin crystallization in oil are defined. It is found that during the crystallization the pure standard paraffin hydrocarbons may form four different crystal forms: hexagonal (a-shape), orthorhombic (b-shape), monoclinic (g-shape) and triclinic (s-shape). We’ve considered the influence of surface-active substances on the growth of paraffin crystals that leads to significant changes of the shape and structure of the solid alkenes crystal lattice.