Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и примесей, свойства которой сильно варьируются в зависимости от месторождения. Одним из важнейших показателей, влияющих на выбор технологии добычи, является вязкость нефти. Давайте разберемся, как классифицируют нефти по вязкости и как это влияет на способ их извлечения.
Понятие вязкости нефти и ее виды
Вязкость - это мера текучести жидкости и ее сопротивления деформации. Чем выше вязкость, тем меньше текучесть нефти. Различают динамическую и кинематическую вязкость.
Динамическая вязкость - сила внутреннего трения в жидкости. Единицы измерения - Па*с (паскаль-секунда) в системе СИ и пуаз (П) в системе СГС.
Кинематическая вязкость - динамическая вязкость, деленная на плотность. Единицы измерения - м2/с в системе СИ и Ст (стокс) в системе СГС.
На вязкость нефти влияют:
- температура - чем выше, тем ниже вязкость;
- давление - влияние неоднозначное;
- состав - содержание смол, асфальтенов, парафинов, растворенного газа.
Также для измерения вязкости применяются условные величины, такие как вязкость по Энглеру (в градусах Энглера), вязкость по Сейболту (в секундах Сейболта), относительная вязкость (по отношению к эталонной жидкости).
Классификация нефтей по вязкости
Существуют различные критерии классификации нефтей по вязкости.
В России по вязкости выделяют:
- маловязкие нефти - до 5 мПа*с;
- вязкие нефти - 5-10 мПа*с;
- высоковязкие нефти - 10-50 мПа*с;
- сверхвязкие нефти - более 50 мПа*с.
В США классификация иная:
| Легкая нефть | до 100 мПа*с |
| Средняя | 100-10 000 мПа*с |
| Тяжелая | более 10 000 мПа*с |
Пример месторождений:
- Маловязкие нефти - месторождения Западной Сибири.
- Высоковязкие нефти - Ашальчинское месторождение в Татарстане.
- Сверхвязкие нефти - Русское месторождение в Тюменской области.
Чем выше вязкость нефти, тем сложнее ее добыча и переработка. Поэтому классификация по вязкости имеет большое практическое значение.
Влияние вязкости на выбор технологии добычи
В зависимости от вязкости применяются разные методы добычи нефти.
Для обычных маловязких нефтей используют традиционные технологии:
- Фонтанная добыча под действием пластового давления.
- Механизированная добыча с помощью насосов.
- Гидравлический разрыв пласта для увеличения притока нефти.
Для высоковязких нефтей применяют специальные методы:
- Термические - закачка пара, горячей воды, вытеснение сжиганием части нефти.
- Химические - закачка ПАВ, щелочей, кислот для снижения вязкости.
- Физические - вибрация, ультразвук.
Сверхвязкие нефти часто добывают шахтным способом. Эффективность разных методов зависит от особенностей месторождения.
На выбор технологии влияют факторы:
- Глубина залегания и проницаемость пласта.
- Пластовое давление и температура.
- Химический состав нефти.
- Экономическая целесообразность.
Таким образом, классификация нефти по вязкости является основой для выбора оптимального метода ее добычи.
Измерение вязкости нефти
Для определения вязкости нефти используют различные лабораторные методы:
- Измерение времени истечения через отверстие или капилляр.
- Ротационный метод с помощью вискозиметров.
- Колебательный метод с использованием пьезоэлементов.
Существуют приборы для измерения вязкости:
- Вискозиметры Энглера, Редвуда, Сейболта.
- Ротационные вискозиметры Брукфильда.
- Вибрационные вискозиметры.
В процессе добычи контроль вязкости необходим:
- При отборе проб на анализ.
- При подборе оборудования и режимов эксплуатации.
- Для мониторинга изменений свойств нефти.
Показания приборов зависят от давления, температуры, состава пробы.
Вязкость нефти при транспортировке и переработке
После извлечения на поверхность вязкость нефти возрастает из-за:
- Падения температуры.
- Выделения растворенного газа.
- Окисления.
При транспортировке по трубопроводам вязкость не должна превышать:
- Для магистральных трубопроводов - 30-35 мПа*с.
- Для промысловых трубопроводов - 45 мПа*с.
Высоковязкая нефть сложнее перерабатывать. НПЗ применяют:
- Нагрев нефти.
- Разбавление разжижающими добавками.
- Предварительную переработку для снижения вязкости.
Корреляция вязкости с другими свойствами нефти
Вязкость тесно связана с плотностью - чем выше плотность, тем выше вязкость.
На вязкость влияет состав углеводородов:
- Асфальтены и смолы увеличивают вязкость.
- Метан и этан снижают вязкость.
- Высокомолекулярные углеводороды C5+ повышают вязкость.
Большое содержание серы и парафинов также приводит к росту вязкости.
Поэтому классификация должна учитывать весь комплекс свойств.
Перспективы совершенствования классификации нефтей
Существуют направления улучшения классификации:
- Учет большего числа химических показателей.
- Использование дополнительных физических характеристик.
- Разработка интегрированных систем оценки свойств.
- Применение новых цифровых технологий и ИИ.
Это позволит точнее подбирать технологии для конкретных типов нефтей.
Рекомендации по работе с разными типами нефтей
Для эффективной добычи разных типов нефтей рекомендуется:
- Тщательно анализировать свойства и состав нефти месторождения.
- Подбирать оптимальное оборудование и технологии под конкретный тип нефти.
- Следить за динамикой изменения вязкости и других показателей.
- При необходимости регулировать вязкость физическими или химическими методами.
Для транспортировки вязких нефтей рекомендуется:
- Использовать трубы большего диаметра.
- Поддерживать температурный режим, исключающий застывание.
- Применять присадки-депрессаторы.
При переработке высоковязких нефтей эффективны:
- Предварительный нагрев и разбавление нефти.
- Глубокая переработка с разложением высокомолекулярных соединений.
- Гидропроцессы для удаления серы и металлов.
Это позволяет повысить эффективность и снизить затраты.
Проблемы, связанные с вязкостью нефти
Высокая вязкость нефти создает сложности:
- Снижение дебита скважин, осложнения при добыче.
- Увеличение энергозатрат на транспортировку.
- Сложности стабилизации, переработки и хранения.
Для решения этих проблем можно использовать:
- Специальные химреагенты и технологии добычи.
- Подогрев нефти при транспортировке.
- Предварительную подготовку перед переработкой.
Направления исследований вязкости нефти
Актуальные научные исследования посвящены:
- Изучению факторов, влияющих на вязкость.
- Разработке новых методов измерения вязкости.
- Созданию реагентов и технологий регулирования вязкости.
- Моделированию поведения нефтей с разной вязкостью.
Это позволит расширить возможности добычи и переработки трудноизвлекаемых запасов.
Прогноз развития добычи высоковязких нефтей
В перспективе ожидается:
- Рост доли трудноизвлекаемых запасов в общем объеме добычи.
- Совершенствование техники и технологий для таких нефтей.
- Повышение экономической эффективности их разработки.
- Увеличение глубины переработки и использования.
Это обеспечит расширение ресурсной базы нефтедобычи.
