RU2819808C1

RU2819808C1 - Method for electromagnetic treatment of high-viscosity and high-paraffin oils in pipelines

Info

Publication number: RU2819808C1
Application number: RU2023128167A
Authority: RU
Inventors: Лиана Ароновна Ковалева; Расул Рашитович Зиннатуллин; Гульшат Ильдаровна Мухарямова
Filing date: 2023-11-01
Publication date: 2024-05-24

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of heating high-paraffin and high-viscosity oils in pipelines by electromagnetic fields and can be used by oil transportation enterprises when transporting high-paraffin and high-viscosity oils through field and main pipelines. Method for electromagnetic treatment of high-viscosity and high-paraffin oils in pipelines involves continuous exposure to an electromagnetic field on an oil flow in a bypass with a built-in emitter, wherein frequency of electromagnetic field is selected depending on value of parameter K, determined by formula , where A, R, P and S are fractions of asphaltenes, resins, paraffins and sulphur in the transported oil, respectively, namely: 13.56 MHz or 2.45 GHz in case of values of K < 3; 13.56 MHz in case of values of 3 ≤ K ≤ 25; 2.45 GHz, in case of values of K > 25, wherein in case of K < 3 values of dielectric loss tangent tgδ at frequencies of 13.56 MHz and 2.45 GHz and selecting the frequency of the electromagnetic field for treating oil by the maximum value of tgδ.

EFFECT: increased efficiency of transported oil heating by electromagnetic fields.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии нагрева высокопарафинистых и высоковязких нефтей в трубопроводах электромагнитными полями и может быть использовано нефтетранспортирующими предприятиями при транспортировке высокопарафинистых и высоковязких нефтей по промысловым и магистральным трубопроводам.The invention relates to the field of technology for heating highly paraffinic and highly viscous oils in pipelines by electromagnetic fields and can be used by oil transportation enterprises when transporting highly paraffinic and highly viscous oils through field and main pipelines.

Известно устройство разогрева вязких диэлектрических продуктов при их транспортировке трубопроводами (патент РФ №2439863 МПК Н05В 6/64 опубликованный 10.01.2012), содержащее волновод в форме спиралевидной металлической полосы с распределенными на нем излучателями. Волновод расположен на тефлоновой трубе. Тефлоновая труба коаксиально установлена внутри трубопровода и плотно к нему прилегает. Источник микроволнового излучения соединен с волноводом с помощью коаксиального кабеля через отверстие в трубопроводе.A device for heating viscous dielectric products during their transportation by pipelines is known (RF patent No. 2439863 MPK N05V 6/64 published on January 10, 2012), containing a waveguide in the form of a spiral metal strip with emitters distributed on it. The waveguide is located on a Teflon pipe. The Teflon pipe is coaxially installed inside the pipeline and fits tightly to it. The microwave source is connected to the waveguide using a coaxial cable through an opening in the conduit.

Недостатками данного устройства является то, что установка имеет ограничения по частоте излучения и не предусматривает использование электромагнитных волн высокочастотного (ВЧ) диапазона (1-100 МГц), под воздействием которых происходит дипольная поляризация полярных компонентов нефти, приводящая к диструкции высокомолекулярных структур. Кроме этого при значительных скоростях потока продукции трубопроводов спиралевидный волновод внутри трубопровода может создавать дополнительное сопротивление.The disadvantages of this device are that the installation has limitations on the frequency of radiation and does not provide for the use of electromagnetic waves in the high-frequency (HF) range (1-100 MHz), under the influence of which dipole polarization of the polar components of oil occurs, leading to the destruction of high-molecular structures. In addition, at significant flow rates of pipeline products, a spiral waveguide inside the pipeline can create additional resistance.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ и устройство нагрева высоковязких нефтей в трубопроводах высокочастотными электромагнитными полями (патент РФ №2589741 МПК Н05В 6/64 опубликованный 10.07.2016), заключающийся в непрерывном воздействии высокочастотного электромагнитного поля на поток нефти в трубопроводе, в устройстве для осуществления данного способа, содержащем источник электромагнитных волн, байпас, выполненный в виде обвода трубопровода. Внутри байпаса при помощи центраторов устанавливается излучатель длиной, равной половине длине электромагнитной волны, который подсоединяется к высокочастотному генератору через коаксиальный кабель. Наружная поверхность излучателя изолируется радиопрозрачным материалом. Далее регулировкой выходной мощности генератора производят нагрев продукции трубопровода до необходимой температуры.The closest analogue of the invention is a method and device for heating high-viscosity oils in pipelines with high-frequency electromagnetic fields (RF patent No. 2589741 MPK N05V 6/64 published on July 10, 2016), which consists in the continuous influence of a high-frequency electromagnetic field on the flow of oil in the pipeline, in a device for implementing this method containing a source of electromagnetic waves, a bypass made in the form of a pipeline bypass. Inside the bypass, using centralizers, an emitter with a length equal to half the length of the electromagnetic wave is installed, which is connected to the high-frequency generator via a coaxial cable. The outer surface of the emitter is insulated with radiotransparent material. Next, by adjusting the output power of the generator, the pipeline products are heated to the required temperature.

Однако описанный способ предусматривает обработку только высокочастотным электромагнитным полем и не предусматривает выбор частоты электромагнитного поля в зависимости от содержания в обрабатываемой нефти таких высокомалекулярных соединений как асфальтены, смолы, парафины и сера, что могло бы усилить эффект электромагнитной обработки разных сортов нефти.However, the described method involves processing only with a high-frequency electromagnetic field and does not provide for the selection of the frequency of the electromagnetic field depending on the content of high-molecular compounds such as asphaltenes, resins, paraffins and sulfur in the treated oil, which could enhance the effect of electromagnetic treatment of different types of oil.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности нагрева транспортируемых нефтей электромагнитными полями за счет подбора их частоты.The technical result of the proposed invention is to increase the efficiency of heating transported oils by electromagnetic fields by selecting their frequency.

Технический результат достигается за счет того, что в способе электромагнитной обработки высоковязких и высокопарафинистых нефтей в трубопроводах, включающем непрерывное воздействие электромагнитного поля на поток нефти в байпасе со встроенным излучателем, в отличие от прототипа, частоту электромагнитного поля выбирают в зависимости от значения параметра К, определяемого по формуле где А, С, П и S - доли в составе транспортируемой нефти асфальтенов, смол, парафинов и серы соответственно, а именно: 13,56 МГц либо 2,45 ГГц в случае значений показателя К < 3; 13,56 МГц в случае значений показателя 3 ≤ К ≤ 25; 2,45 ГГц в случае значений показателя К ≥ 25, причем в случае значений показателя К<3 дополнительно определяют значения тангенса угла диэлектрических потерь tgδпри частотах 13,56 МГц и 2,45 ГГц и выбирают частоту электромагнитного поля для обработки нефти по максимальному значению tgδ.The technical result is achieved due to the fact that in the method of electromagnetic processing of high-viscosity and highly paraffinic oils in pipelines, including the continuous influence of an electromagnetic field on the oil flow in a bypass with a built-in emitter, unlike the prototype, the frequency of the electromagnetic field is selected depending on the value of the parameter K, determined according to the formula where A, C, P and S are the proportions of asphaltenes, resins, paraffins and sulfur in the composition of the transported oil, respectively, namely: 13.56 MHz or 2.45 GHz in the case of values of the K indicator <3; 13.56 MHz in case of indicator values 3 ≤ K ≤ 25; 2.45 GHz in the case of values of the index K ≥ 25, and in the case of values of the index K<3, the values of the dielectric loss tangent tgδ are additionally determined at frequencies of 13.56 MHz and 2.45 GHz and the frequency of the electromagnetic field for oil processing is selected according to the maximum value of tgδ .

Достижение технического результата обусловлено тем, что в нефтях с показателем К меньше 3 имеет место значительное преобладание парафина и серы, что делает содержащие их комплексы малоподвижными с собственной частотой колебания в ВЧ (от 1 до 100 МГц) диапазоне, поэтому эффективным электромагнитным полем может оказаться как в ВЧ (13,56 МГц), так и в сверхвысокочастотного (СВЧ) (2,45 ГГц) диапазонах в зависимости от величины тангенса угла диэлектрических потерь при частотах воздействия; при К > 3 преобладает количество асфальтенов и смол, т.е. полярных компонентов нефти, активно взаимодействующих с ЭМ полем ВЧ диапазона; при К > 25 нефти являются, как правило, высокосмолистыми, что приводит к пептизации (разукреплению) асфальтеновых структур, делая их более подвижными и, следовательно, интенсивнее реагирующими на ЭМ поле в СВЧ диапазоне.The achievement of the technical result is due to the fact that in oils with a K index of less than 3, there is a significant predominance of paraffin and sulfur, which makes the complexes containing them inactive with a natural frequency of oscillation in the HF (from 1 to 100 MHz) range, so the effective electromagnetic field can be as follows: in HF (13.56 MHz) and in ultra-high frequency (microwave) (2.45 GHz) ranges, depending on the value of the dielectric loss tangent at exposure frequencies; at K > 3, the amount of asphaltenes and resins predominates, i.e. polar components of oil that actively interact with the HF EM field; at K > 25, oils are, as a rule, highly resinous, which leads to peptization (destrengthening) of asphaltene structures, making them more mobile and, therefore, more intensely responsive to the EM field in the microwave range.

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Были исследованы значения относительных изменений вязкости нефти при температурах 10°С и 20°С после обработки электромагнитными полями частотой 13,56 МГц и 2,45 ГГц. На фигуре представлены зависимости относительных изменений вязкости нефтей при 10°С и 20°С после обработки электромагнитным полем. На графиках видно, что в случае значений показателя К < 3 относительные изменения вязкостей близки по значению либо превышают друг друга незначительно. В этом случае рекомендуется дополнительно определить значения tgδ при рабочих частотах и частоту поля выбирать по максимальному значению tgδ. В интервале 3 ≤ К ≤ 25 значения относительных изменений вязкостей выше после обработки частотой 13,56 МГц. В случае значений показателя К ≥ 25 значения относительных изменений вязкостей выше после обработки электромагнитным полем частотой 2,45 ГГц.The values of relative changes in oil viscosity were studied at temperatures of 10°C and 20°C after treatment with electromagnetic fields with a frequency of 13.56 MHz and 2.45 GHz. The figure shows the dependences of the relative changes in the viscosity of oils at 10°C and 20°C after treatment with an electromagnetic field. The graphs show that in the case of values of the index K < 3, the relative changes in viscosities are close in value or exceed each other slightly. In this case, it is recommended to additionally determine the tgδ values at operating frequencies and select the field frequency according to the maximum tgδ value. In the range 3 ≤ K ≤ 25, the values of relative changes in viscosity are higher after processing with a frequency of 13.56 MHz. In the case of values of the K index ≥ 25, the values of the relative changes in viscosity are higher after treatment with an electromagnetic field with a frequency of 2.45 GHz.

Данный способ может быть использован на промысловых и магистральных трубопроводах в условиях крайнего Севера и в других регионах Российской федерации и странах СНГ в зимний период. Применение данного способа позволит снизить аварийные ситуации на трубопроводах и в узловых точках, а также повысить период между подогревами продукции, так как данным способом прогревается весь объем продукции трубопровода и дольше сохраняется мобильность нефти.This method can be used on field and main pipelines in the Far North and in other regions of the Russian Federation and CIS countries in winter. The use of this method will reduce emergency situations on pipelines and at key points, as well as increase the period between heating of products, since this method warms up the entire volume of pipeline products and preserves the mobility of oil longer.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность нагрева транспортируемых нефтей электромагнитными полями за счет подбора их частоты.Thus, the proposed invention makes it possible to increase the efficiency of heating transported oils by electromagnetic fields by selecting their frequency.

Claims

A method for electromagnetic processing of high-viscosity and highly paraffinic oils in pipelines, including the continuous action of an electromagnetic field on the oil flow in a bypass with a built-in emitter, characterized in that the frequency of the electromagnetic field is selected depending on the value of the parameter K, determined by the formula where A, C, P and S are the proportions of asphaltenes, resins, paraffins and sulfur in the composition of the transported oil, respectively, namely: 13.56 MHz or 2.45 GHz in the case of values of the K indicator <3; 13.56 MHz in case of indicator values 3 ≤ K ≤ 25; 2.45 GHz in the case of values of the index K > 25, and in the case of values of the index K < 3, the values of the dielectric loss tangent tgδ are additionally determined at frequencies of 13.56 MHz and 2.45 GHz and the frequency of the electromagnetic field for oil processing is selected according to the maximum value tgδ.