ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм образования отложений в гидродинамических условиях из "Органические нефтяные отложения и их утилизация" Практические наблюдения и имеющиеся научные факты позволяют предположить следующий механизм формирования парафиновых отложений на поверхности стенки трубы. Формирование отложений начинается за счет частиц дисперсной фазы, которые находятся в тонком диффузионном подслое, где возможны молекулярные диффузионные потоки. В этом подслое, благодаря броуновскому движению, являющемуся следствием молекулярного движения, частицы будут непрерывно соударяться со стенкой трубы,и,когда удерживающие частицу силы на поверхности будут превосходить инерционные силы, частица окажется закрепленной на подложке. Следовательно, в образовании твердой макрофазы в конкретном отрезке поверхности стенки смогут участвовать лишь те частицы дисперсной фазы, которые способны к диффузионным перемещениям в результате броуновского движения и которые оказались в данный момент по тем или иным причинам в этом тонком подслое. Таким образом, интенсивность формирования отложений будет определяться количеством таких частиц над поверхностью отложения, т.е. будет зависеть от их концентрации в единице объема и толщины диффузионного подслоя. При этом концентрация частиц будет определяться природой нефти и физико-химическими условиями, тогда как толщина диффузионного подслоя практически целиком зависит от гидродинамической ситуации в данном сечении трубы. [c.81] В общем случае будут функционировать все эти варианты, однако в конкретных условиях вклады их могут существенно различаться. Так, кристаллизация частиц из раствора будет играть существенную роль лишь в тех случаях, когда наблюдается падение температуры по длине трубы, тогда как при отсутствии градиента температур определяющим окажется вклад поступательного движения потока. Диффузия частиц из ядра потока происходит во всех случаях, однако это весьма медленный процесс и сказывается лишь при достаточно значительном отрезке времени или протяженности трубы. [c.82] Выражение для движущей силы процесса можно составить путем следующих предпосьшок. Процесс формирования отложений на стенке можег продолжаться до тех пор, пока концентрация частиц, образующих отложение, не снизится до концентрации насыщения дисперсионной среды ЭТИМ частицами при данной температуре. Поэтому движущая сила процесса будет пропорциональна С-Сн, где С - текущая объемная концентрация способных к броуновскому движению частиц в подслое Сн - концентрация насыщения частиц при данной температуре. По существу, рассматриваемая разность гредставляет собой степень пересыщения дисперсионной среды этими частицами. [c.84] Определяющей в процессе является поверхность контакта фаз, поэтому в движущую силу процесса включается удельная поверхность частиц. [c.84] Как видно, предлагаемое уравнение непосредственно или косвенно учитывает практически все факторы, влияющие на процесс образования парафиноотложений. Из уравнения (2.16) однозначное ускорение процесса образования отложений будет наблюдаться при повышении коэффициента диффузии и числа соударений частиц с поверхностью отложения. Оба эти параметра увеличиваются при уменьшении размера частиц дисперсной фазы и снижении вязкости среды. Преимущественное формирование отложе-1ШЙ из наиболее мелких частиц дисперсной фазы наблюдали на практике многократно /22, 30/. Было также показано /24/, что нефть, имеющая вязкость более 0,2 Стив которой диффузия затруднена, не образует отло . ений парафина при транспортировке по трубопроводу даже газонефтяных смесей. [c.85] Была проведена серия расчетов для определения порядка процесса, результаты которого представлены на рис. 2.4. [c.86] Как видно из рисунка, в зависимости от принятого порядка процесса изменение интенсивности процесса от скорости потока происходит весьма различно. Практические наблюдения показали, что при отсутствии поступательного движения нефти парафинизация труб не наблюдается. Специальные экспериментальные исследования подтвердили это положение и показали экстремальный характер изменения интенсивности отложения парафина от скорости потока /41, 42, 54/. Указывается /30/, что зависимость интенсивности отложения парафина от дебита скважины имеет вид параболы. [c.87] На рис.2.5 показано влияние дисперсности частиц на интенсивность парафинизации поверхности. Как видно, и в этих случаях экстремальный характер зависимостей сохраняется, причем с ростом дисперсности частиц интенсивность процесса резко возрастает. Так, при уменьшении размера частицы с 3 мкм до 0,1 мкм, т.е. в 30 раз, интенсивность отложения повышается на 5 порядков. [c.88] Таким образом, полученные результаты позволяют предположить, что максимальная интенсивность отложения парафинов на стенках трубопроводов будет наблюдаться в таких гидродинамических ситуациях, когда происходит переход системы из зоны гладкого трения в зону смешанного трения. При этом наблюдающиеся при максимуме значения критерия Рейнольдса будут определяться как диаметром трубы, так и шероховатостью стенки. Полученный результат согласуется с высказанным ранее утверждением /41/, что вначале с ростом скорости потока, но при сохранении ламинарного режима течения интенсивность запарафинирования возрастает, а затем, достигнув своего максимума, начинает снижаться . Указывалось, что для стальных труб максимальная интенсивность совпадает с переходом в турбулентный режим. [c.90] По мере парафинизации поверхности стенки происходит постепенное уменьшение свободного сечения трубы, что при постоянной производительности приводит к изменению гидродинамического режима в трубе. Такая ситуация сопровождается резким повышением давления, что в некоторых случаях даже приводит к разрыву выкидной линии насосной скважины /40/. С целью выяснения характера изменения интенсивности парафинизации с изменением гидродинамической ситуации по мере сужения сечения трубы была проведена серия расчетов, результаты которых представлены в табл. 2.5. [c.90] Как видно из данных табл. 2.5, сужение сечения трубы сопровождается снижением интенсивности образования отложений как следствие уменьшения толщины диффузионного подслоя. Так, сужение диаметра трубы в 5 раз приводит к снижению интенсивности парафинизации в 14 раз. Наблюдается явное затухание парафинизации поверхности по мере сужения сечения трубы, что особенно заметно при отнесении интенсивности ко всему периметру сечения. В последнем случае снижение происходит более 70 раз. Наблюдающаяся картина позволяет предположить, что при постоянной массовой производительности полная закупорка трубы парафиновыми отложениями не происходит. Свободное сечение в трубе асимптотически приближается к определенному минимуму, зависящему от гидродинамической характеристики потока. Однако в практических условиях этот минимум не достигается, так как давление в трубе при уменьшении свободного сечения повышается на два порядка быстрее, чем снижается интенсивность парафиноотложения, и достигает огромных величин в рассматриваемом случае сопротивление системы на один метр длины пути возрастает около 1500 раз Поэтому на практике, как следствие парафинизации, иногда наблюдается разрыв трубы. [c.91] Вернуться к основной статье