Generalitati privind petrolul brut cu vascozitate mare

GENERALITATI PRIVIND PETROLUL BRUT CU VASCOZITATE MARE

1. Proprietatile petrolului

Titeiul reprezinta un amestec de hidrocarburi gazoase, lichide si solide care contin in proportie redusa compusi cu oxigenul, sulful si azotul. Unele dintre aceste hidrocarburi se separa din masa lichida in timpul exploatarii, astfel incat la iesirea din zacamant titeiul se separa in :

gazul de sonda

apa si titeiul propriu-zis

ceara de petrol, pamanturi fine, nisip, etc.

Principalele proprietati fizice de care trebuie sa se tina seama la

transportul si depozitarea titeiului sunt

greutatea specifica ;

densitatea relativa ;

vascozitatea ;

caldura specifica ;

temperatura de congelare ;

temperatura de inflamabilitate ;

Greutatea specifica (γ ) reprezinta greutatea unitatii de volum fluid. Ea se exprima prin raportul intre greutatea fluidului G si volumul sau V .

Densitatea relativa a titeiului reprezinta raportul intre masa unui volum de titei si masa unui volum egal dintr-un corp de referinta aflat intr-o stare de agregare data.

Drept corp de referinta se ia apa distilata in vid, fara urme de gaze, la 4°C si 760 mm col Hg cand are densitate max.

Densitatea relativa a titeiului reprezinta raportul intre masa unui volum egal dintr-un corp de referinta aflat intr-o stare de agregare data.

Densitatea relativa se noteaza cu simbolul  si este un numar adimensional. Densitatea relativa a titeiului din tara noastra este cuprinsa intre 0.790 ÷ 0.960.

Volumul titeiului crescand cu temperatura la care este supus conform legii de dilatare, densitatea lui relativa va scadea cu cresterea temperaturii si invers.

Densitatea relativa la diferite temperaturi se poate calcula cu relatia

=+ c(t₁-20)

= + c(t₁-t₂)

in care

= =0.9285

Determinarea densitatii relative se face conform STAS 35 - 80 cu

areometru - cea mai utila metoda

balanta Mohr - Westphol

picnometru

Vascozitatea este definita ca fiind  proprietatea unui lichid datorita caruia iau nastere in interiorul lui tensiuni tangentiale care se opun deplasarii straturilor in miscarea lor unul fata de celalalt.

Pentru masurarea vascozitatii se folosesc unitati absolute cand se masoara efectul fortelor interne de coeziune si unitati conventionale cand se determina numai timpul de scurgere prin orificii standardizate al unui anumit volum de lichid la temperatura constanta.

Vascozitatea dinamica sau absoluta exprima forta necesara pentru a deplasa doua straturi moleculare situate in interiorul lichidului avand fiecare o suprafata de 1 cm² si gasindu-se la o distanta de 1 cm unul fata de celalalt, sensurile de deplasare fiind contrare . Unitatea de masura este "poise-ul

In sistemul international vascozitatea dinamica se exprima in N.S. m² .

Vascozitatea cinematica este data de raportul dintre vascozitatea dinamica si densitatea relativa a acestui lichid.

In sistemul C.G.S. unitatea de masura a vascozitatii este "stokes-ul" si are ca dimensiuni cm²/s

Din punct de vedere al vascozitatii, calitatea titeiului si a produselor petroliere este caracterizata exclusiv prin vascozitatea cinematica.

Datorita dificultatilor de determinare a vascozitatii cinematice, in practica se lucreaza de regula cu vascozitatea conventionala. La noi in tara se foloseste mai ales vascozitatea conventionala determinata cu aparatul Engler.

Aceasta reprezinta valoarea raportului dintre timpul de curgere masurat in secunde a unui anumit volum de lichid ( 200 cm³ ) printr-un orificiu calibrat si timpul de curgere in conditii identice a unui volum egal dintr-un lichid de referinta.

Clasificarea titeiurilor vascoase:

Titeiuri cu punct de congelare scazut, cu vascozitate mare ;

Titeiuri cu punct de congelare ridicat, cu vascozitate mare ;

Titeiuri semicongelate, cu vascozitate mare ;

Pentru pomparea acestora se utilizeaza urmatoarele procedee: marirea presiunii (pana la 120 atm), marirea diametrului conductei, incalzirea titeiului, amestecarea cu calitati de titei cu puncte de congelare scazute si vascozitate mica, incalzirea conductelor sau combinatii intre unele din metodele enumerate.

Substantele asfalto-gudrunoase continute in titei absorbindu-se pe suprafata cristalelor impiedica cresterea acestora si conditioneza varietatea structurilor diferitelor tipuri de titeiuri.

Vascozitatea efectiva a titeiurilor depinde de viteza deplasarii fluxului de titei prin conducta. Aceasta se micsoreaza odata cu marimea vitezei de pompare si creste la scaderea acesteia.

Prin racirea titeiurilor parafinoase cristalele se leaga intre ele formand o plasa de parafina" .Cristalele de parafina congelate sunt distribuite atat de uniform incat tot titeiul se transforma intr-un corp plastic. Prin agitare sau amestecare, sau prin impingere pe conducta gelul titeiurilor parafinoase se destinde pana la starea de solutie.

Temperatura de congelare a unui titei se considera temperatura cand acesta nu mai curge. Aceasta proprietate este in directa legatura cu continutul de parafina al titeiului respectiv.

Determinarea punctului de congelare se face prin testarea titeiului la diferite temperaturi pana cand acesta ramane nemiscat timp de 1 minut intr-o epubreta inclinata la 45⁰ .

Cunoasterea punctului de congelare este foarte importanta pentru pomparea titeiului. Procesul de pompare trebuie sa se efectueze in conditii in care sa nu permita formarea retelei de parafina.

Temperatura sau punctul de inflamabilitate a unui produs reprezinta temperatura la care o proba de fluid incalzita in conditii stabilite, da nastere la o cantitate de vapori care formeaza cu aerul un amestec inflamabil.

Temperatura de inflamabilitate caracterizeaza titeiul din punctul de vedere al pericolului de aprindere in timpul depozitarii sale.

Aspecte privind pomparea petrolului vascos

Titeiul care se obtine la suprafata este un amestec de hidrocarburi iar restul rasini si asfaltene, precum si alte substante ca diferiti acizi si metale in proportii mai mici.

In functie de compozitia chimica, variaza si proprietatile titeiului : greutatea specifica, vascozitatea, culoarea, precum si cantitatea produselor care se pot obtine prin distilare in rafinarii.

In functie de continutul in parafina, titeiurile din tara noastra se clasifica astfel:

titei parafinic (clasa C ) contine 414% parafina, congeleaza la o temperatura variind intre 024⁰C, depunand parafina pe conducta si producand dificultati in mersul normal al exploatarii.

titei parafinos (clasa C)contine 13% parafina. Nu congeleaza la temperaturi peste 0⁰ C si depune putina parafina .

titei neparafinos (clasa A ), contine 0.21% parafina, titeiul neparafinos congeleaza la temperaturi sub 15⁰ C

Titeiurile din clasa A se impart in urmatoarele subclase :

-titei A₁ - octanic uleios

-titei A₂ -octanic neuleios

- titei A₃ -neoctanic uleios

- titei A₄ - neoctanic neuleios

Chiar daca incalzim titeiul peste aceasta temperatura, vascozitatea nu mai scade. Pentru titei limta superioara este de 7080⁰ C . Vascozitatea nu variaza liniar cu temperatura.

Pentru fiecare grad de temperatura densitatea creste sau scade cu o marime constanta. Vascozitatea variaza dupa o curba caracteristica fiecarui titei si produs petrolier .

3. Procedee de prevenire a congelarii

Procedeele care sunt folosite pentru prevenirea congelarii petrolurilor parafinoase in conducte urmaresc, in general ,coborarea punctului de congelare si a vascozitatii acestora .

Cele mai cunoscute metode practicate pe scara industriala sunt

incalzirea

agitarea mecanica

diluarea

tratarea cu aditivi anticongelanti

pomparea cu apa

Incalzirea este metoda universala care rezolva pomparea petrolului parafinos, oricare ar fi punctul lui de congelare si vascozitate. La proiectarea unei conducte se intocmeste intotdeauna curba variatiei vascozitatii functie de temperatura si se indica temperatura de congelare a petrolului brut ce urmeaza a fi pompat, determinata dupa metoda conventionala standardizata.

In functie de aceste date principale se stabileste regimul tehnologic de incalzire a petrolului inainte de pompare, luandu-se o rezerva care sa asigure iesirea petrolului din conducta la o temperatura cu 24^oC deasupra punctului sau de congelare si intrarea in schimbatorul de caldura.

Prin incalzirea prealabila a petrolului, punctul de congelare si vascozitatea lui se schimba, in functie de temperatura la care a fost preincalzit.

In fig. 3 este reprezentata variatia vascozitatii titeiului inainte si dupa tratarea termica (curba 2) in functie de temperatura, iar diagrama din figura 4 reprezinta variatia punctului de congelare in functie de temperatura de tratare termica.

Ridicarea temperaturii titeiului se poate realiza prin mai multe procedee :

Incalzirea titeiului inainte de intrarea sa in conducta si in cateva puncte de parcurs. Procedeul este eficient din punct de vedere economic, cu conditia izolarii termice a conductelor folosindu-se ca material de izolatie bitumuri granulate.

Incalzirea titeiului prin intermediul unei conducte de abur izolata impreuna cu conducta de titei, este folosita in cazul distantelor mici de transport.

Incalzirea titeiului la temperatura de 8090^oC urmata de o racire lenta, metoda cunoscuta sub denumirea de "tratare termica"

Aceasta are ca urmare schimbari in reteaua cristalina a parafinei care se produc in faza lichida la temperaturi mai inalte decat temperatura inceputului cristalizarii parafinei si odata cu aceasta coborarea temperaturii de congelare.

Incalzirea electrica, in general pentru conducte scurte, procedeul fiind cel mai economic, pornirea si oprirea automata.

Prin procedeul agitarii mecanice, formarea retelei de cristale de parafina este impiedicata prin distrugerea centrelor de cristalizare imediat ce s-au format, sau chiar prin inlaturarea aparitiei lor.

In functie de viteza de curgere scade si punctul de congelare si vascozitatea aparenta a acestuia, pana cand petrolul trece in starea de repaus. Este vorba de fenomenul de fixotropie.

La miscarea petrolului parafinos la o temperatura apropiata de punctul lor de congelare se poate observa un al III-lea regim de curgere, regimul structural, care se supune altor legi decat regimurile laminar si turbulent. In diagrama de mai jos temperatura fiind considerata constanta, atunci si vascozitatea reala a petrolului ramane constana, factorul variabil fiind doar vascozitatea aparenta, care este strans legata de aparitia structurilor parafinoase in masa petrolului racit.

Fig. 3 Diagrama relatiei dintre vascozitatea aparenta si viteza de curgere la temperatura constanta

I regim turbulent

II regim laminar

III regim structural

In cazul pomparii petrolurilor brute la temperaturi mai scazute se intampla uneori sa se produca fenomene de autoincalzire a curentului de lichid din conducta.

In cazul unei bune izolatii pierderile sunt reduse substantial si deci caldura din frecare se va acumula in lichid ridicandu-i temperatura.

Procedeul pomparii cu apa se poate realiza prin

dispersarea petrolului parafinos in apa;

pomparea succesiva de petrol parafinos cu apa;

Dipersarea petrolului parafinos in apa se face cu o instalatie speciala, amplasata la capatul conductei, in care se pregateste o emulsie de petrol in apa, care sa ramana fluida la temperatura exitenta in conducta. La capatul de destinatie, petrolul este dezemulsionat prin incalzire. Suspensia de mai sus consta din particule de petrol parafinos congelat dispersate in apa care formeaza faza continua.

Concluziile finale in urma aplicarii acestui procedeu sunt :

pomparea petrolurilor parafinoase, usor congelabile, sub forma de suspensie in apa poate fi aplicata cu succes printr-o conducta de diametru mare;

pomparea poate fi oprita temporar pe intervale de timp pana la cinci zile si apoi reluata,cu variatii de presiune moderata;

separarea particulelor de petrol si apa pe o panta, in timpul opririi pomparii, nu constituie o problema serioasa.