Тиксотропные свойства аномальных нефтей
Аномальные нефти с уникальными реологическими характеристиками представляют большой интерес для нефтяной промышленности. Их тиксотропные свойства делают возможной разработку труднодоступных месторождений высоковязкой нефти.
Что такое тиксотропия
Тиксотропия - это свойство жидкостей уменьшать вязкость при механическом воздействии и восстанавливать ее после прекращения воздействия.
Тиксотропные жидкости разжижаются при перемешивании, встряхивании или деформации сдвига, а затем постепенно восстанавливают вязкость в состоянии покоя.
Причины тиксотропии нефтей
Тиксотропию нефтей вызывают:
- Высокое содержание смол и асфальтенов
- Наличие структурообразующих компонентов (глинистых частиц, воды в эмульсии)
- Образование пространственной сетки частиц при взаимодействии компонентов нефти
Эти факторы приводят к формированию подвижных структур в нефти, легко разрушающихся при механических воздействиях.
Аномальные нефти
К аномальным относят высоковязкие нефти с вязкостью >100 мПа·с. Их разработка затруднена из-за повышенного сопротивления потоку в пласте и трубопроводах.
Наиболее распространенные типы аномальных нефтей:
- Смолистые нефти
- Парафинистые нефти
- Высокосернистые нефти
- Нефтяные эмульсии (водонефтяные эмульсии)
Эти нефти часто проявляют тиксотропные свойства, что позволяет эффективно транспортировать их по трубопроводам, временно снижая вязкость расходом и турбулентностью потока.
Исследование реологии
Для характеристики тиксотропных свойств аномальных нефтей используют реологические исследования на ротационных вискозиметрах или капиллярных вискозиметрах типа «Реотест».
| Условия испытаний | Показатели |
| Ступенчатое увеличение скорости сдвига от 1 до 1000 с−1 | Изменение эффективной вязкости |
| Постоянная скорость сдвига 1000 с−1 | Кинетика восстановления структуры |
Данные испытаний позволяют оценить степень и скорость проявления тиксотропии, разработать режим транспортировки.
Тиксотропия грунтов
Тиксотропные свойства проявляют и некоторые разновидности глинистых грунтов, что приводит к оползням и провалам при возведении фундаментов в таких условиях.
Методы разработки месторождений аномальных нефтей
Для разработки месторождений с аномальными тиксотропными нефтями применяются специальные методы, использующие это свойство для снижения вязкости в процессе добычи:
- Закачка пара или горячей воды в пласт
- Использование ПАВ для снижения межфазного натяжения на границе нефть-вода
- Применение щелочных реагентов
Эти методы разрушают структуру аномальных нефтей за счет теплового, химического или эмульгирующего воздействия. В результате снижается вязкость и облегчается извлечение нефти на поверхность.
Тиксотропные свойства геля
Наряду с нефтями, тиксотропные свойства проявляют некоторые гели, используемые в нефтепереработке и нефтехимии в качестве загустителей и структурообразователей. К ним относятся:
- Полимерные гели (на основе полиакриламида, гуаровой камеди)
- Углеводородные гели (из воскообразных углеводородов)
- Неорганические гели (силикатные, алюмосиликатные)
Тиксотропные гели нашли широкое применение в процессах очистки и разделения углеводородных смесей, ректификации, экстракции, поглощения токсичных веществ.
Транспортировка аномальных нефтей
Тиксотропные свойства аномальных нефтей позволяют осуществлять их транспортировку по трубопроводам со средней скоростью 1-2 м/с. При такой скорости создается достаточная турбулентность потока для разрушения структуры и снижения эффективной вязкости.
Хранение аномальных нефтей
Для хранения высоковязкой тиксотропной нефти применяются специальные резервуары с мешалками и системами подогрева, не допускающие восстановления структуры и роста вязкости при длительном нахождении в спокойном состоянии.
Переработка аномальных нефтей
Переработка высоковязких аномальных нефтей осложнена из-за их повышенной температуры застывания и высокого содержания смолисто-асфальтеновых компонентов.
Для снижения вязкости в процессах переработки применяются следующие методы:
- Термическое разложение (висбрекинг)
- Гидрокрекинг с катализатором
- Эмульгирование в воде с ПАВ
- Экстракция ароматических углеводородов
Висбрекинг аномальных нефтей
Процесс висбрекинга основан на термическом крекинге углеводородных цепей при температуре 450-500°С. Происходит разложение смол и асфальтенов с образованием жидких и газообразных фракций, что снижает вязкость нефтепродуктов.
Гидрокрекинг аномальных нефтей
В процессе гидрокрекинга висбрекинг комбинируется с каталитическим крекингом в присутствии водорода. Это повышает выход светлых фракций и качество целевых продуктов по сравнению с термическим крекингом.
Эмульгирование аномальных нефтей
Добавление воды и ПАВ может снизить вязкость высоковязкой нефти за счет образования водонефтяной эмульсии. Это облегчает транспортировку по трубопроводам. Однако затем требуется дополнительная обработка для разделения эмульсии.
Экологические аспекты разработки аномальных нефтей
Воздействие на окружающую среду
Добыча и переработка аномальных высоковязких нефтей сопряжена с повышенными экологическими рисками из-за высокого содержания смол, асфальтенов и серы, а также необходимости применения специальных химических реагентов для снижения вязкости.
Основные экологические проблемы:
- Загрязнение почв и грунтовых вод токсичными веществами
- Выбросы серосодержащих газов, усиление парникового эффекта
- Накопление отходов переработки, содержащих смолы и минеральные соли
Методы защиты окружающей среды
Для снижения экологического ущерба применяются различные методы защиты:
- Герметизация оборудования, предотвращение утечек и проливов
- Очистка и утилизация газовых выбросов
- Переработка и захоронение токсичных отходов
- Восстановление нарушенных ландшафтов
Соблюдение этих мер позволяет свести к минимуму отрицательное воздействие добычи аномальных нефтей на окружающую среду.
Перспективы освоения ресурсов аномальных нефтей
Мировые запасы аномальных нефтей
По оценкам экспертов, мировые запасы аномальных высоковязких нефтей составляют порядка 4-6 трлн баррелей. Основные ресурсы сосредоточены в Канаде, Венесуэле, России и Казахстане.
Доля трудноизвлекаемых запасов в общемировом объеме неуклонно растет в связи с истощением традиционных месторождений.
Разведка и освоение месторождений
Интенсивно ведутся геологоразведочные работы на выявление новых залежей аномальных нефтей, разрабатываются и внедряются передовые технологии их разработки с использованием тиксотропных свойств:
- Бурение горизонтальных скважин
- Гидроразрыв пласта
- Термические и химические методы воздействия
Перспективы роста добычи
Эффективное применение современных технологий позволит нарастить объемы добычи аномальных высоковязких нефтей. По прогнозам, к 2040 г. их доля в мировом производстве составит 35-40%.
Увеличение доли трудноизвлекаемых запасов в структуре мировой добычи будет способствовать росту цен на нефть и стабилизации рынка.