Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПО ТРУБОПРОВОДУ ВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения эффективности перекачивания по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов.

Уменьшение затрат во время транспортировка нефти - один из главных факторов экономии. Вязкая нефть не может быстро передвигаться по трубам, что сокращает объем перекачиваемой нефти. Когда она течет слишком медленно, ее разбавляют бензином или другими растворами, а иногда нагревают. Но эти методы далеко не дешевы, а иногда и трудновыполнимы, например, когда речь идет о нефтяных вышках в океанах.

Среди методов воздействия на нефть и нефтепровод с целью повышения их пропускной способности широкое распространение получили методы воздействия на нефтепровод и поток нефти, обеспечивающие повышение эффективности перекачки за счет уменьшения вязкости нефти. Часть методов основана на нагревании нефти в процессе ее перекачки (например, авторское свидетельство СССР №1588985, 1990). Другие методы предусматривают воздействие на нефтепровод электрическими и магнитными полями (http://technologv.newscientist.com/channel/tech/dn9871-zapped-crude-oil-flows-faster- through-pipes, html).

Однако при этом остается нерешенной проблема прямого воздействия на локальную скорость потока жидкости в трубопроводе.

Предлагаемый способ, помимо эффектов, описанных выше, обеспечивает эффективное воздействие непосредственно на параметры течения жидкости в трубопроводах различной геометрии. Многочастотное акустическое воздействие с определенным набором частот и амплитуд сигналов или простое шумовое воздействие, то есть воздействие многочастотным широкополосным сигналом, ведет к стохастизации поля течения жидкости. Последнее, в свою очередь, приводит к существенному уменьшению эффективной вязкости жидкости. Уменьшение вязкости на фоне стационарной депрессии ведет к увеличению скорости потока жидкости и, следовательно, увеличению расхода.

В соответствии с предлагаемым способом транспортировки вязких нефтей для повышения эффективности перекачки осуществляют воздействие на нефть многочастотным акустическим сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют условию перекрытия резонансов. Возможно осуществление воздействия многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром частот. Воздействие должно осуществляться в процессе перекачки для увеличения расхода жидкости.

Физический механизм, лежащий в основе предлагаемого способа, заключается в применении флуктуационно-диссипационных соотношений для жидкостей. Акустическое воздействие многочастотным сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют условию перекрытия резонансов, также, как и воздействие многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром частот, приводит к уменьшению гидравлического сопротивления потоку жидкости в трубе и, следовательно, к увеличению потока жидкости. И широкополосное, и многочастотное воздействие с параметрами сигнала, удовлетворяющими вышеуказанному условию, приводят к стохастизации поля скорости флюида. Это обеспечивает прямое воздействие возбуждающего сигнала на среднюю скорость потока жидкости в трубопроводе.

При воздействии многочастотным сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие P(t)=P₁sin((ω₁t)+P₂sin(ω₂t), частоты и амплитуды этих составляющих должны удовлетворять условию перекрытия резонансов. Данное условие выполняется, если

P₁≈P₂

где Р₁ и Р₂ - амплитуды сигналов [Па], ω₁ и ω₂ - их частоты [Гц], с - скорость звука в пластовом флюиде [м/с], ρ - плотность пластового флюида.

Указанное соотношение (1) получено на основе решения задачи о перекрытии резонансов нелинейных колебаний (см., например, Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. «Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса», М., Наука, 1988). При многочастотном воздействии на механическую систему, свойства которой нелинейны по отношению к данному виду воздействия, возможно появление эффекта перекрытия резонансов.

Если отклик системы на возмущающую силу линеен (например, деформация абсолютно упругового стержня пропорциональна сжимающей его силе), то при многочастотном воздействии спектр колебаний, возбуждаемый в системе, совпадает со спектром возбуждающей силы. То есть, если на «линейную» систему воздействуют сигналом, содержащим набор синусоидальных колебаний с разными частотами A₁sin(ω₁t)+A₂sin(ω₂t)+...+A_nsin(ω_nt), то спектр колебаний системы будет состоять из линейного набора дельта-функций B_1ωδ(ω-ω₁)+B₂δ(ω-ω₂)+...+B_nδ(ω-ω_n). Уравнение собственных колебаний такой системы может быть представлено в виде х''+ω²x=0, где х характеризует отклонение от положения равновесия, а х'' - вторая производная по времени.

Если же система реагирует на отклонения от положения равновесия, вызнанные возмущающей силой, нелинейным образом (уравнение собственных колебаний системы нелинейно по х, например x''+ω²sin(kx)=0), то спектр колебаний системы, возбуждаемой сигналом, содержащим набор синусоидальных колебаний, будет представлять собой набор колоколообразных функций частоты. В случае возникновения перекрытия по меньшей мере двух таких «колоколов» возникает стохастизация движения системы, т.е. движение системы приобретает случайный характер с определенной плотностью вероятности нахождения в том или ином состоянии.

Из анализа условия перекрытия «колоколов» для случая течения в пористой среде (то есть перекрытия резонансов) и получено соотношение (1).

Предпочтительно, верхняя граница диапазона частот при акустическом воздействии на пласт многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром не должна превышать 10⁵ Гц. При превышении этой границы в нефтенасыщенном пласте возможно появление слабых ударных волн, что может привести к неучтенным эффектам. Кроме того, такие возмущения быстро затухают и могут не дойти от источника до поровой среды.

Предлагаемый способ транспортировки по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов может быть реализован следующим образом.

Два генератора монохромотического сигнала, параллельно подключенные к усилителю так, чтобы настройки их амплитуд и частот удовлетворяли формуле (1), или источник широкополосного сигнала, в качестве которого может быть использован, например, генератор шумовых сигналов с широким диапазоном частот (100 Гц - 200 МГц), подключаются через усилитель к по меньшей мере одному виброакустическому излучателю, способному функционировать в трубопроводе. Излучатель помещают в трубу. Излучатели могут быть установлены по длине трубопровода через равные интервалы. Кусок стенки трубы может быть заменен на специально профилированную мембрану, колебания которой обеспечиваются колебаниями сердечника, на обмотку которого подается электрический ток необходимой частоты (набора частот). Сердечник с обмоткой располагается с внешней стороны трубы. Скважность расположения таких источников определяется величиной ожидаемого эффекта.

Оценка относительного увеличения потока может быть произведена по формуле

где α - сжимаемость [1/Па], Δω - ширина спектра [Гц], η - вязкость [Па·с], d - диаметр трубы [м], l - длина участка трубы, Δр - стационарный перепад давления.

Относительная мощность источника измеряется в единицах средней кинетической энергии потока.

Так, для трубы диаметром 1 м, длиной 10 м, сжимаемости 10^-10-10^-8 1/Па, вязкости 10^-3-10^-2 Па·с и при мощности источника в 1 кВт путем воздействия в диапазоне частот 10³-10⁴ Гц прирост потока может составить от 1 до 20%.