ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНЫЕ ЭМУЛЬСИИ

PROSPECTS OF USING THE ULTRASOUND INTERACTION TO OIL EMULSIONS

Andrey Nenashev

student, Department of Geology and Oil and Gas Engineering,  Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Nikita Denisov

student, Department of Geology and Oil and Gas Engineering,  Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Yanina Denisova

scientific supervisor, candidate of biological sciences, associate professor, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены данные исследования, которые подтверждают возможность использования ультразвуковых волн в качестве метода воздействия для разделения водонефтяных эмульсий.

ABSTRACT

This article presents research data that confirm the possibility of using ultrasonic waves as a method of exposure for the separation of oil-water emulsions.

Ключевые слова: нефть, энергия, ультразвук, технологии, эмульсия, подготовка, переработка.

Keywords: oil, energy, ultrasound, technology, emulsion, preparation, processing.

На сегодняшний день ультразвук широко применим в нефтегазовой отрасли: от использования в большом количестве контрольно-измерительных приборов (в ультразвуковых расходомерах и уровнемерах различных моделей производства) до проведения с помощью ультразвука дефектоскопии сварных соединений трубопровода для транспортировки углеводородов [1]. Но какие же перспективы есть у этой технологии не только в качестве принципа действия измерительных приборов, но и в процессах подготовки сырой нефти?

Ультразвук — звуковые волны частотой выше 20 килогерц, который не воспринимается человеческим ухом. Ультразвук имеет некоторые особенности по сравнению со слышимым звуком. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний [2].

В природе ультразвук встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, звуках грозовых разрядов), так и среди звуков животного мира. Многие животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве и общения. Искусственно ультразвук создается с помощью пьезокерамических преобразователей.  Пьезоэлектрические элементы (кварц, турмалин, кристаллы титаната бария, свинца) позволяют генерировать звук высокой частоты под воздействием переменного электрического тока.

В нефтедобывающей промышленности в настоящее время для обезвоживания нефтяных эмульсий на установках предварительного сброса воды чаще всего используются горизонтальные отстойники. Это горизонтальный цилиндрический корпус объемом до 200 м³, принцип работы которого основывается на разности удельного веса нефти и растворенной в ней воды [3]. На выходе из УПСВ получаем нефть обводненностью от 3 до 10 %. В среднем операция отстаивания занимает от 24 часов для отстойника объемом 200 м³, что достаточно долго и требует технического улучшения для ускорения данного процесса.

Лабораторные исследования показали, что этот процесс можно значительно ускорить с применением ультразвука. На рисунке 1 видна разница между обычным отстаиванием и отстаиванием с применением ультразвуковых волн. Разделение нефти и воды происходит значительно быстрее, примерно в 5-7 раз при одинаковых условиях. Частота ультразвука в опыте – 40 кГц. Прирост достигается тем, что УЗ волны являются механическими волнами и способствуют микродвижениям молекул воды и нефти в эмульсии, что позволяет им эффективней собираться в единую массу и разделяться.

Рисунок 1. Разделение водонефтяной эмульсии простым отстаиванием (слева) и с использованием ультразвука (справа)

Исходя из этого можно сделать вывод, что применение подобной технологии в нефтяных отстойниках позволит значительно увеличить их производительность.

При изменении частоты ультразвука меняется и время, затрачиваемое на процесс полного разделения жидкостей, а также ряд других параметров. Результаты математических расчетов для наглядности приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристика обезвоживания нефти с помощью ультразвука.

Оптимальным по % воды в нефти, времени обработки и кол-ву потребляемой электроэнергии будет использование излучателей с частотой от 50 кГц. Более дорогие излучатели с большей частотой потребляют меньше электроэнергии, поэтому есть возможность изначально вложиться и закупить более совершенное оборудование, чтобы потом экономить.

Список литературы:

1. Хмелев В.Н. Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности. – Бийск: Изд-во Алтайского государственного технического университета, 2010. – 203 c.
2. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1980. – 280 c.
3. Коршак А.А. Основы нефтегазового дела // А.А. Коршак, А.М. Шаммазов – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2005. – 528 с.