RU2616683C1 - Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов - Google Patents
Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616683C1 RU2616683C1 RU2015149556A RU2015149556A RU2616683C1 RU 2616683 C1 RU2616683 C1 RU 2616683C1 RU 2015149556 A RU2015149556 A RU 2015149556A RU 2015149556 A RU2015149556 A RU 2015149556A RU 2616683 C1 RU2616683 C1 RU 2616683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- metal pipe
- ultrasonic
- piezoelectric element
- cylindrical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D1/00—Pipe-line systems
- F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
- F17D1/16—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity
Landscapes
- Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при добыче и транспортировке тяжелых нефтей и нефтепродуктов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса добычи и перекачивания тяжелых нефтей и нефтепродуктов за счет снижения их вязкости в результате одновременного кавитационного и теплового воздействия ультразвуковых стоячих волн высокой интенсивности без увеличения общего энергопотребления. Устройство содержит ультразвуковой пьезоэлектрический модуль, соединенный с трубопроводом при помощи фланцев, состоящий из цилиндрического пьезоэлемента с расположенным внутри отрезком металлической трубы, имеющим акустический контакт с пьезоэлементом, при этом диаметры цилиндрического пьезоэлемента и отрезка металлической трубы, а также резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний соответствуют условию возбуждения цилиндрической стоячей волны в отрезке металлической трубы, заполненной нефтью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Устройство относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче и транспортировке тяжелых нефтей и нефтепродуктов.
Уровень техники
Известны три основных способа снижения вязкости нефтепродуктов: нагрев, применение растворителей и ультразвуковая обработка. Нагрев требует высоких энергозатрат, применение растворителей предполагает высокий расход различных химических веществ и затрат на экологическую безопасность, а ультразвуковая обработка является недостаточно эффективной и требует усовершенствования.
Известно устройство для снижения вязкости тяжелых нефтей (US №6,279,653, МПК Е21В 28/00, опубликовано 28.08.2001) [1]. В скважину добавляется водный раствор щелочи, который смешивается и реагирует с сырой тяжелой нефтью. Затем ультразвуковые волны возбуждаются в смеси для формирования эмульсии. Конструктивным недостатком устройства является сложность технической реализации, обусловленная необходимостью последующего разделения нефти и химических реагентов.
Известно устройство для интенсификации добычи вязких нефтей (US №7,059,413, МПК Е21В 43/24, опубликовано 13.06.2006) [2]. Устройство использует ультразвуковые волны высокой эффективности в донной части скважины для нагрева и снижения вязкости нефти без использования реагентов и насосов. Устройство содержит ультразвуковой генератор, расположенный на поверхности, и ультразвуковой магнитострикционный излучатель, размещенный на конце буровой трубы в скважине. Недостатком устройства является сложность технической реализации и энергоемкость. Кроме того, устройство не решает проблем дальнейшей транспортировки нефти.
Известно устройство для ультразвуковой обработки жидкостей (RU №2228912, МПК C02F 1/36, опубликовано 10.09.2002) [3], в котором в качестве источника ультразвука применяется механическое звуковое устройство, принцип действия которого основан на прерывании струй жидкости, резонансные эффекты, обусловленные геометрическими размерами устройства, не используются.
Известен способ обработки парафинистой нефти (RU №2549383, МПК C10G 15/08, опубликовано 09.01.2013) [4], заключающийся в комбинации ультразвукового и магнитного воздействий на парафинистую нефть, в котором ультразвуковое воздействие осуществляется с использованием бегущих ультразвуковых волн. Недостатком способа является низкая эффективность и сложность технической реализации исполнительного устройства.
Наиболее близким по большинству совпадающих признаков и по достигаемому результату к настоящему изобретению является устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения (RU №2382933, МПК F17D 1/16, опубликовано 28.10.2008) [5], принимаемое за прототип, которое содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки. Устройство обеспечивает комплексное воздействие двух факторов: микроволнового излучения и ультразвукового воздействия. Микроволновое излучение нагревает нефть и снижает вероятность слипания асфальтеновых ядер в крупные агрегаты, и, как следствие, уменьшается вязкость. Кавитационные эффекты, возникающие при воздействии ультразвука на нефть, препятствуют объединению поляризованных ассоциатов в крупные структуры, диспергируя их на более мелкие группы молекул. Данное устройство характеризуется сложностью исполнения и энергозатратностью, так как при организации ультразвукового воздействия резонансные эффекты, обусловленные геометрическими размерами устройства, не используются. В качестве источников ультразвуковых колебаний использованы магнитострикционные преобразователи, массогабаритные характеристики которых уступают аналогичным характеристикам пьезопреобразователей.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса добычи и перекачивания тяжелых нефтей и нефтепродуктов за счет снижения их вязкости в результате одновременного кавитационного и теплового воздействия ультразвуковых стоячих волн высокой интенсивности без увеличения общего энергопотребления.
Согласно изобретению устройство содержит ультразвуковой пьезоэлектрический модуль, соединенный с трубопроводом при помощи фланцев, состоящий из цилиндрического пьезоэлемента с расположенным внутри отрезком металлической трубы, имеющим акустический контакт с пьезоэлементом. При этом диаметры цилиндрического пьезоэлемента и отрезка металлической трубы, а также резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний соответствуют условию возбуждения цилиндрической стоячей волны в отрезке металлической трубы, заполненной нефтью.
Цилиндрическая стоячая волна характеризуется чередованием пучностей и узлов, при этом в пучностях цилиндрической стоячей волны происходит резонансное увеличение амплитуды ультразвуковых колебаний, достаточное для снижения вязкости тяжелых нефтей и нефтепродуктов в результате кавитационного и теплового воздействия без увеличения потребляемой мощности.
В частных случаях выполнения устройства резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний составляют 1-100 кГц, мощность источника ультразвуковых колебаний - от 100 до 1000 Вт.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов в поперечном сечении.
На фиг. 2 представлена структура цилиндрической стоячей волны в нефти, заполняющей отрезок металлической трубы.
Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов (фиг. 1) содержит ультразвуковой пьезоэлектрический модуль, состоящий из цилиндрического пьезоэлемента 1, электродов 2, 3, отрезка металлической трубы 4, фланцев для крепления к трубопроводу 5 и источника ультразвуковых колебаний 6 с диапазоном от 1 до 100 кГц и мощностью от 100 до 1000 Вт. Сигнал от источника ультразвуковых колебаний 6 поступает на электроды 2, 3 и возбуждает ультразвуковые колебания цилиндрического пьезоэлемента 1, которые передаются отрезку металлической трубы 4, и нефти, заполняющей трубопровод. Резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний 6, а также диаметры цилиндрического пьезоэлемента 1 и отрезка металлической трубы 4 выбираются таким образом, чтобы в нефти, заполняющей отрезок металлической трубы 4, возбуждалась цилиндрическая стоячая волна.
Схема образования цилиндрической стоячей волны в нефти, заполняющей отрезок металлической трубы, приведена на фиг. 2. При приложении к электродам 2, 3 электрического напряжения заданной частоты, в цилиндрическом пьезоэлементе 1 и отрезке металлической трубы 4 возбуждаются ультразвуковые колебания, максимумы смещения которых находятся на внутренней границе отрезка металлической трубы 4 и внешней границе цилиндрического пьезоэлемента 1.
Таким образом, в нефти, заполняющей отрезок металлической трубы 4, устанавливается цилиндрическая стоячая волна, одна из пучностей акустического давления которой 8 находится на границе нефти и внутренней отрезка (внутренней границе отрезка) металлической трубы 4, вторая пучность акустического давления 7 располагается на центральной оси отрезка металлической трубы 4, а между ними располагаются узлы акустического давления цилиндрической стоячей волны 5, 6. При изменении резонансной частоты источника ультразвуковых колебаний в нефти образуются цилиндрические стоячие волны с кратным числом узлов и пучностей, которые также могут быть использованы для обработки нефти, заполняющей отрезок металлической трубы.
Основная мода ультразвуковых колебаний в нефти, заполняющей отрезок металлической трубы, определяется уравнением Бесселя первого рода нулевого порядка [6]. Как видно из фиг. 2, цилиндрическая стоячая волна устанавливается, когда первый максимум 8 функции Бесселя находится на внутренней границе отрезка металлической трубы 4. То есть, когда ее первая производная равна нулю на этой границе. Это условие выполняется, когда
kr=η1,
где r - радиус трубы, k - волновой вектор, η1 - первый ноль первой производной функции Бесселя первого рода нулевого порядка. Волновой вектор k определяется как
где 
- частота, с - скорость звука в нефти. Соответственно, искомая частота резонансных ультразвуковых колебаний равна
Например, при внутреннем диаметре трубопровода 125 мм (ГОСТ 20295-85: Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов) [7] и скорости звука в нефти 1350 м/с (RU №2133332, МПК Е21B 43/00, опубликовано 20.07.1999) [8], учитывая, что η1=3,832, получаем частоту цилиндрической стоячей волны, равную 13,18 кГц.
В качестве примера реализации рассмотрим устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, показанное на фиг. 1, в котором сформирована цилиндрическая стоячая волна, показанная на фиг. 2. При увеличении мощности, передаваемой от источника ультразвуковых колебаний 6 (фиг. 1), амплитуда цилиндрической стоячей волны начинает расти до тех пор, пока энергия, передаваемая нефти от источника ультразвуковых колебаний 6 при помощи цилиндрического пьезоэлемента за период, станет равной потерям акустической энергии в нефти. Так как энергия цилиндрической стоячей волны пропорциональна квадрату амплитуды, то справедливо выражение
Здесь А0 - амплитуда бегущей волны, А1 - амплитуда стоячей волны, α - коэффициент акустических потерь за период. Соответственно,
В частности, при акустических потерях энергии за период, равный 20% (α=0,2), характерных для мазутов марок M100 и М40 на частоте 20 кГц при температурах мазута 40 и 30°C соответственно, амплитуда цилиндрической стоячей волны превысит амплитуду бегущей волны в 25 раз при тех же энергозатратах.
Источники информации
1. US №6,279,653, МПК Е21В 028/00, опубликовано 28.08.2001.
2. US №7,059,413, МПК Е21В 43/24, опубликовано 13.06.2006.
3. RU №2228912, МПК C02F 1/36, опубликовано 10.09.2002.
4. RU №2549383, МПК C10G 15/08, опубликовано 09.01.2013.
5. RU №2382933, МПК F17D 1/16, опубликовано 28.10.2008 – прототип.
6. Г.Н. Ватсон. Теория бесселевых функций. М.: 1949. Ч. 1.
7. ГОСТ 20295-85: Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов.
8. RU №2133332, МПК Е21В 43/00 опубликовано 20.07.1999.
Claims (3)
1. Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, отличающееся тем, что оно содержит ультразвуковой пьезоэлектрический модуль, соединенный с трубопроводом при помощи фланцев, состоящий из цилиндрического пьезоэлемента с расположенным внутри отрезком металлической трубы, имеющим акустический контакт с пьезоэлементом, при этом диаметры цилиндрического пьезоэлемента и отрезка металлической трубы, а также резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний соответствуют условию возбуждения цилиндрической стоячей волны в отрезке металлической трубы, заполненной нефтью.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний составляют 1-100 кГц.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мощность источника ультразвуковых колебаний составляет 100-1000 Вт.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015149556A RU2616683C1 (ru) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015149556A RU2616683C1 (ru) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2616683C1 true RU2616683C1 (ru) | 2017-04-18 |
Family
ID=58642515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015149556A RU2616683C1 (ru) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2616683C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109084179A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-25 | 黑龙江兰德超声科技股份有限公司 | 功率超声原油降粘用管道输送装置 |
| RU2768664C2 (ru) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | Публичное акционерное общество "Славнефть-Мегионнефтегаз" | Способ ультразвуковой диспергации деэмульгатора в водонефтяной эмульсии |
| RU2795858C1 (ru) * | 2022-08-23 | 2023-05-12 | Эльшан Тарланович Гасымов | Способ снижения вязкости нефти и нефтепродуктов и устройство для его реализации |
| WO2024043808A1 (ru) * | 2022-08-23 | 2024-02-29 | Эльшан Тарланович ГАСЫМОВ | Способ снижения вязкости нефти и нефтепродуктов и устройство для его реализации |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2053604C1 (ru) * | 1995-09-05 | 1996-01-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Авуар" | Способ акустического воздействия на продуктивную зону нефтяных и газовых скважин и устройство для его осуществления |
| RU2285793C2 (ru) * | 2002-05-15 | 2006-10-20 | Александр Васильевич Войтович | Способ обработки призабойной зоны скважины, способ крекинга нефти и устройство для их реализации |
| RU2455086C1 (ru) * | 2011-05-03 | 2012-07-10 | Андрей Александрович Геталов | Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред и расположенных в среде объектов |
-
2015
- 2015-11-19 RU RU2015149556A patent/RU2616683C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2053604C1 (ru) * | 1995-09-05 | 1996-01-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Авуар" | Способ акустического воздействия на продуктивную зону нефтяных и газовых скважин и устройство для его осуществления |
| RU2285793C2 (ru) * | 2002-05-15 | 2006-10-20 | Александр Васильевич Войтович | Способ обработки призабойной зоны скважины, способ крекинга нефти и устройство для их реализации |
| RU2455086C1 (ru) * | 2011-05-03 | 2012-07-10 | Андрей Александрович Геталов | Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред и расположенных в среде объектов |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109084179A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-25 | 黑龙江兰德超声科技股份有限公司 | 功率超声原油降粘用管道输送装置 |
| CN109084179B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-04-21 | 黑龙江兰德超声科技股份有限公司 | 功率超声原油降粘用管道输送装置 |
| RU2768664C2 (ru) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | Публичное акционерное общество "Славнефть-Мегионнефтегаз" | Способ ультразвуковой диспергации деэмульгатора в водонефтяной эмульсии |
| RU2795858C1 (ru) * | 2022-08-23 | 2023-05-12 | Эльшан Тарланович Гасымов | Способ снижения вязкости нефти и нефтепродуктов и устройство для его реализации |
| WO2024043808A1 (ru) * | 2022-08-23 | 2024-02-29 | Эльшан Тарланович ГАСЫМОВ | Способ снижения вязкости нефти и нефтепродуктов и устройство для его реализации |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mohsin et al. | An extended model for ultrasonic-based enhanced oil recovery with experimental validation | |
| RU2616683C1 (ru) | Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов | |
| Luo et al. | Enhanced separation of water-in-oil emulsions using ultrasonic standing waves | |
| US2670801A (en) | Recovery of hydrocarbons | |
| JP4543087B2 (ja) | 井戸の生産回復強化のために物質移動プロセスを促す電気音響学的方法及び装置 | |
| Abramov et al. | Acoustic and sonochemical methods for altering the viscosity of oil during recovery and pipeline transportation | |
| RU2361901C2 (ru) | Повышение качества нефти в результате комбинированной ультразвуковой и сверхвысокочастотной обработки | |
| EA009190B1 (ru) | Устройство для интенсификации добычи высоковязкой нефти | |
| WO2006104462A1 (en) | Improvements to viscosity reduction means in oil products | |
| Wang et al. | State-of-the-art on ultrasonic oil production technique for EOR in China | |
| US20150138924A1 (en) | Acoustic fracturing of rock formations | |
| US20150138923A1 (en) | Acoustic cavitation in fluids | |
| CN101564604B (zh) | 一种乳化液超声波破乳装置 | |
| CA2830480A1 (en) | Method and apparatus for electromagnetically producing a disturbance in a medium with simultaneous resonance of acoustic waves created by the disturbance | |
| Wang et al. | The development of recent high-power ultrasonic transducers for Near-well ultrasonic processing technology | |
| Ye et al. | Desalting and dewatering of crude oil in ultrasonic standing wave field | |
| Mullakaev et al. | An ultrasonic technology for productivity restoration in low-flow boreholes | |
| RU2721955C1 (ru) | Устройство волнового воздействия для подготовки нефтяного сырья | |
| Makarev et al. | Effects of different power high-intensity ultrasonic treatment on rheological properties of heavy oil products | |
| RU2701431C1 (ru) | Способ снижения вязкости высоковязкого нефтяного сырья для трубопроводного транспорта | |
| RU2312980C1 (ru) | Способ повышения нефтеотдачи и устройство для его осуществления | |
| CA2888203A1 (en) | A device for decolmatation of the bottom-hole area of production and injection wells | |
| RU2612238C1 (ru) | Устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам | |
| Adeyemi et al. | Numerical assessment of ultrasound supported coalescence of water droplets in crude oil | |
| JP2007298275A (ja) | 流量測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201120 |