СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛАБОРАТОРНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В СЫРОЙ НЕФТИ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И. А. КАРИМОВА

ФАКУЛЬТЕТ «ЭЛЕКТРОНИКА И АВТОМАТИКА»

Кафедра «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И

СЕРТИФИКАЦИЯ»

ДИССЕРТАЦИОННАЯ РАБОТА

ОЗОДБОЕВ РУСЛАН РУСТАМБЕК УГЛИ

«СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛАБОРАТОРНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В СЫРОЙ НЕФТИ»

для получения академической степени магистра по направлению
5А310902- «Метрология, стандартизация и управления качеством»

Научный руководитель д. т. н., проф. П. М. Матякубова

Ташкент-2020 г.

Оглавление

Введение . . .

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ОБЪЕМНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
1. 1 Метрологическое обеспечение измерений состава и свойств нефти и
нефтепродуктов . . .
1. 2 Лабораторные методы определения содержания воды . . .
1. 3 Измерение содержания воды поточными влагомерами . . .
1. 4 Состояние метрологического обеспечения измерения объемного
влагосодержания . . .
1. 5 Цели работы . . .
ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ ЭТАЛОНА
2. 1 Воспроизведение единицы объемной доли воды в смеси нефть-вода.
2. 2 Выбор метода дозирования компонентов . . .
2. 3 Выбор средств измерений и оборудования для включения в состав
эталона . . .
ГЛАВА 3 СОСТАВ И СТРУКТУРА ЭТАЛОНА

3. 1 Состав эталона . . .

3. 2 Подготовка эталона к применению . . .
3. 3 Создание смесей . . .
Заключение

Список использованной литературы. .

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Представленная работа посвящена актуальной задаче и средств воспроизведения и передачи единицы нефти и нефтепродуктов при учетных операциях.

История коммерческого учета добываемой нефти в Республики Узбекистан насчитывает не многим более 25 лет, так как до начала 90-х годов недровладелец инедропользователь имели государственную форму собственности . В техусловиях основное внимание уделялось учету товарной нефти, т. е. нефти, прошедшей стадии обезвоживания, обессоливания и стабилизации. Для учета применялись средства измерений расхода, количества и показателей качества, устанавливаемые на станциях и пунктах учета нефти. Для определения содержания воды первоначально применялся только лабораторный метод, позднее получили широкое распространение поточные влагомеры, позволяющие более оперативно получать информацию о содержании воды в нефти.

С изменением формы собственности в начале 90-х годов 20-го века основной задачей недропользователей стало достоверное измерение количества извлеченных углеводородов из каждой отдельно взятой скважины . Как объект измерений, "сырая" нефть отличается от товарной нефтисоставом и свойствами и поэтому попытка позаимствовать методологию метрологического обеспечения учета товарной нефти не увенчалась успехом, т. к. применявшиеся методы измерения расхода, количества, объемного влагосодержания не позволяли с высокой точностью производить измерения количества скважинной продукции . В частности, диапазон измерений объемного влагосодержания вырос до 100 % об. и требовалась разработка приборов, реализующих новые более точные методы определения объемного влагосодержания.

Постановка данной работы была обусловлена возросшими требованиями кдостоверности определения количества энергоресурсов, а также появлением нарынке усовершенствованных средств измерений единицы с высокими метрологическими характеристиками. Однакосуществовавшая на тот момент общесоюзная поверочная схема для средствизмерений объемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов не единицы объемного влагосодержания к эталону, а специальный эталон не единицы объемного влагосодержания в диапазоне от 0 до 100 %объемного влагосодержания с наивысшей точностью.

Цель работы

Совершенствование методов и средств воспроизведения и передачиединицы объемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов путем реализацииновых технических и методических решений.

Основные задачи исследований

• анализ и оценка состояния метрологического обеспечения измерений единицыобъемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов для совершенствования метрологического обеспечения измеренийколичества добываемого полезного ископаемого и транспортируемых потрубопроводам нефти и нефтепродуктов с целью повышения точности измеренийпри учетных операций;

• создание усовершенствованного первичного специальногоэталона единицы объемного влагосодержания и исследования егометрологических характеристик;

• разработка поверочной схемы для средств измеренийобъемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов;

• разработка Методики передачи единицы объемного влагосодержания отГосударственного первичного специального эталона нижестоящим эталонамединицы величины.

ГЛАВА 1

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ОБЪЕМНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

1. 1 Метрологическое обеспечение измерений состава и свойств нефти и
нефтепродуктов

Под обеспечением единства измерений понимается деятельность, направленная на установление и применение научных, правовых, организационных и технических основ, правил, норм и средств, необходимых длядостижения заданного уровня единства измерений .

Структура метрологического обеспечения измерений приведена на рисунке1. 1.

Научной основой метрологического обеспечения является метрология -
наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способахостижения требуемой точности .

Рисунок 1. 1 - Структура метрологического обеспечения измерений

Нормативная основа - создана и действует Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), представляющая собой комплекс нормативных документов, , нормы, требования, направленные на достижение и поддержаниеединства измерений в стране, утверждаемых Федеральным агентством потехническому регулированию и метрологии.

В соответствии с, объектами ГСИ являются:

- единицы физических величин;

- государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы;

- методы и средства поверки средств измерений;

- номенклатура и способы нормирования метрологических характеристиксредств измерений;

- нормы точности измерений;

- способы выражения и формы представления результатов и показателейточности измерений;

- методики (методы) измерений;

- методики оценки достоверности и формы представления данных о свойствахвеществ и материалов;

- требования к стандартным образцам свойств веществ и материалов;

- термины и определения в области метрологии;

- организация и порядок проведения испытаний средств измерений, поверкии аттестации испытательного оборудования; калибровки средств измерений, метрологической экспертизы нормативно-технической, проектной, конструкторской и технологической документации, а также экспертизы и данныхо свойствах используемых материалов и веществ.

Теоретической основой метрологического обеспечения является систем:

- государственных эталонов единиц физических величин, состоящих из 114государственных и более 250 вторичных эталонов;

- передачи размеров единиц физических величин от эталонов к рабочимсредствам измерений;

- разработки, постановки на производство и выпуска в обращение средствизмерений;

- испытаний средств измерений;

- поверки и калибровки средств измерений;

- стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

- стандартных справочных данных о физических константах и свойствахвеществ и материалов.

1. 2 Лабораторные методы определения содержания воды

Вода является природным спутником нефти при ее добыче. В нефти водаможет содержаться в виде свободной воды и легко отстаиваться при хранении, либо в виде эмульсии. В этом случае капли (глобулы) воды диспергированы внефти и защищены оболочкой из смолисто-асфальтеновых веществ, солейкарбоновых кислот, механических примесей, которая препятствует слияниюглобул воды и ее отделению от нефти.

Содержание воды в светлых очень мало, заисключением случаев их обводнения. На наличие воды в смазочных маслахуказывает их мутность. Однако, при технических анализах нефтепродуктов вбольшинстве случаев необходимо подтверждать отсутствие воды, под которойподразумевают суспензированную и эмульсионную воду. Различают качественные и количественные методы определения воды. Классификация методов приведена на рисунке 1. 2. К качественным методам испытаний, которые позволяют определить лишьналичие или отсутствие воды, относят:

- проба Клиффорда. Суть метода состоит в следующем: испытуемыйпродукт встряхивают в делительной воронке с порошком марганцево-кислогокалия. Приналичии влаги образуется быстро исчезающая слабо-розовая окраска.

- проба на прозрачность. Применяют в основном для светлых смазочныхмасел и дизельных топлив. Образец нефтепродукта, помещенный в пробирку стермометром, охлаждают и затем определяют степень помутнения на рассеянномсвету. Помутнение или легкое потускнение продукта свидетельствует о наличиивлаги.

- проба на потрескивание. Пробу нефти или нефтепродукта, помещенную встеклянную пробирку, нагревают. При наличии в продукте влаги она начинаетпениться, слышится треск, пробирка вздрагивает, а капли продукта на стенкахверхней части мутнеют. Этот метод до настоящего времени применяется приопределении наличия воды в нефтяных маслах и пластичных смазках всоответствии с ГОСТ 1547-84. На современном этапе развития техники и технологии качественные методыопределения содержания воды применяются лишь для демонстрационных целей; втехническом анализе используют количественные методы. При этом, измерениесодержания воды в нефти позволяет не только оценить качество подготовленнойнефти в соответствии с ГОСТ Р 51858-2002, но определить количество балластапри определении массы нетто нефти при коммерческом ее учете .

Рисунок 1. 2 - Классификация методов определения содержания воды

К лабораторным методам измерения объемного влагосодержаниянефти и нефтепродуктов относятся перегонка с растворителями, а дляопределения малых количеств воды используют методы титрованияпродуктов взаимодействия с водой [14, 15] .

Метод перегонки нефтепродукта с растворителем, более известный какметод Дина и Старка, реализуется в соответствии с ГОСТ 2477-65 «Нефть инефтепродукты» [16] . Этот метод определения содержания воды в Россиииспользуют как арбитражный.

Прибор Дина - Старка (рисунок1. 3) состоит из колбы 1, приемника 2,
который представляет собойпробирку с нижней частью, ихолодильника

3. Сущность метода
состоит в нагревании пробы
нефтепродукта нерастворимым в
воде растворителем и измерении
объема сконденсированной воды. В
качестве растворителя используют
нефтяной дистиллят с пределами
кипения от 100 до 200 °С или от 100
до 140 °С, толуол или ксилол.
Растворитель увеличивает летучесть
воды и образовывает с ней
нераздельно кипящую смесь. Послеконденсации эта смесь разделяется на фазу растворителя и водную фазу, которая скапливается в нижней части приемника. Данный метод позволяет определитьмассовую или объемную долюводы в процентах. Объектами измерений по ГОСТ 2477-65 являются [17] :

- товарная нефть- диапазон измерений содержания воды 0÷1%;

- сырая нефть - диапазон измерений содержания воды 0÷85%;

- нефтегазовая смесь - диапазон измерений содержания воды 0÷98%.

Основные метрологические характеристики метода по ГОСТ 2477-65представлены в таблице 1. 1.

Таблица 1. 1 - Характеристики метода по ГОСТ 2477-5.

Как уже было сказано, данный метод применяется при учетныхоперациях с нефтью, но из-за длительности процедуры испытания, а такжебольшой погрешности (до 30 % отн. ) по определению содержания воды, онвносит большую составляющую в погрешность определения массы(количества) нефти при учетных операциях.

Более точным лабораторным методом определения содержания водыявляется метод Карла Фишера. Его работа [18] была опубликована в 1935году и с тех пор титрование по Карлу Фишеру развилось вшироко применяемый аналитический метод [19-21] .

В основе метода лежит реакция Бунзена между йодом, диоксидом серыи водой. При титровании пробы, содержащей воду, протекает несколькореакций:

SО ₂ +Н ₂ О+I ₂ →SО ₃ +2НI (1. 1)

С ₅ Н ₅ N+ SО ₃ → [С ₅ Н ₅ N] ⁺ [SО ₃ ] ^- (1. 2)

[С ₅ Н ₅ N] ⁺ [SО ₃ ] ^- + СН ₃ ОН → [С ₅ Н ₅ NH] ⁺ [СН ₃ ОSО ₃ ] ^- (1. 3)

На первой стадии вода реагирует с диоксидом серы, в результате чегойод I ₂ восстанавливается дойод I. Выделяющейся триоксид серы образует спиридиномкомплекс (реакция 1. 2), который в присутствии метанола СН ₃ ОН(или другогоспирта) превращается в стабильный пиридиновый комплекс(реакция 1. 3) . Такимобразом, для титрования каждого эквивалента водызатрачивается одинэквивалент йода.

В качестве спирта обычно используется метанол, но , 2-пропанол, метоксиэтанол, моноэтиловый эфирдиэтиленгликоля. Первоначально, в качестве основания использовалипиридин, но позже былоопределено, что пиридин не принимает участия вреакции, т. е. играет роль буфера[22] . Поэтому в 1984 году был разработанне содержащий пиридина реагентФишера на основе имидазола.

Метод Карла Фишера может быть реализован вдвух вариантах:волюметрическом и кулонометрическом. Различиеммежду этимиметодамиявляется происхождение «активного ингредиента» - йода. йод содержится в реагенте и подается в пробучерез бюретку или системудозирования при титровании. Конечная точкатитрования в объеме индицируетсяпутем подвода переменного токапостоянной величины к двум электродам изплатины. Это приводит кпоявлению разности напряжений на проводах изплатины электродаиндикатора, которое существенно снижается в свободного йода.

В кулонометрическом методе йодпроизводится путем электролиза изиодид-ионов. Йод попадает на анод, которыйзатем вступает в реакцию санализируемым веществом. Количество йода электричества. Как уже было указано, постехиометрии реакции 1моль йода реагирует с 1 моль воды, а в сочетании с кулонометрией, 1 мгводы эквивалентен 10, 71 кулон электроэнергии. Такимобразом, количествоводы в образце определяется путем измерения тока электролиза в кулонах. Волюметрический метод, работающий в диапазоне от 10 ppm до 100 % [23], лучше подходит для определения высоких значений содержания воды, кулонометрический метод более чувствителен и используется дляопределения низкого уровня содержания воды (в диапазоне от 0, 02 % до 5 %) [21, 24] .

При использовании метода Карла Фишера как лабораторного методаопределения содержания воды в нефти и нефтепродуктах кулонометрический метод. В качестве примера средстваизмерения определения содержания воды в нефти и нефтепродуктах, вработе рассмотрен титратор модели DL32, выпускаемый по фирмы«Mettler-ToledoGmbH», Швейцария, приведены в таблице 1. 2.

Таблица 1. 2. - Характеристики титратора DL32.

Как видно из таблицы 1. 2, кулонометрический метод определениясодержания воды характеризуется высокой точностью. Особенностью методаявляется селективность реактива Карла Фишера именно к молекулам воды, что обеспечивает высокую чувствительность данного метода. Однако, реактив Фишера малоустойчив и со временем его способность к реакции сводой резко падает. Кроме того, всырыхнефтях содержатся некоторыевещества и классы соединений, например меркаптаны и сульфиды, вступающие в реакции конденсации или окислительно-, которые мешают определению воды методом Карла Фишера иснижают точность метода. Также часто, для гомогенизации пробы нефти илинефтепродукта, требуется применение специальных реактивов илидополнительных растворителей. Все это затрудняетпроцесс измеренийопределения содержания воды и ухудшает повторяемость результатов.

Учитывая все вышесказанное, можно характеризовать метод Карла
Фишера как частный случай определения содержания воды, но обладающийвысокими точностными характеристиками при определении содержанияводы в низких диапазонах. Как уже было отмечено, несмотря на простоту , метод Дина и Старка отличается длительностью проведенияанализа, титрометрические методы анализа применимы лишь дляопределения очень малых количеств воды [15, 24] . В связи с этим, впоследнее время разработаны лабораторные влагомеры нефти, которыеиспользуются для определения содержания воды в нефти как влабораторных, так в полевых условиях. В основе действия лабораторных, так в полевых условиях. В основе действия лежат косвенные методы измерения влагосодержания:диэлькометрический метод определения влажности (влагомер ВСН-Л, ВАД-40М, диэлькометр “FIZEPR-SW100”), либо метод микроволнового излучения(влагомер УДВН-1л, эталонный влагомер ЭУДВН-1л) . Технические иметрологические характеристики приборов приведены в таблице 1. 3.

Как следует из описания типов средств измерений, средипредставленных влагомеров приборы УДВН-1л и ЭУДВН-1л применяютсядля определения характеристик товарной нефти и только влагомер ВСН-Лпредназначен для измерений объемного влагосодержания сырой нефти. Диэлькометрический метод определения содержания воды не требуетиспользования специальных растворителей и реактивов, на точность методане оказывает влияние наличие сернистых соединений в нефти, а процесса измерения сводит к минимуму человеческий фактор. Несмотря на указанные преимущества, влагомер ВСН-Л обладает низкимиточностными характеристиками, что не позволяет применять его прикоммерческом учете добываемого полезного ископаемого.

Таблица 1. 3 - Характеристики лабораторных влагомеров

Обобщенные характеристики лабораторных методов представлены втаблице1. 4.

Таблица 1. 4 - Метрологические характеристики лабораторных методовопределения воды.

Особенностью применения лабораторных методов определениясодержания воды является удаленность лаборатории от скважин, групповыхзамерных установок, технологических объектов транспортировки иподготовки нефти. Поэтому влияющим фактором для всех лабораторныхметодов является правильность отбора пробы. В работах отмечается, чтособлюдение процедуры отбора проб и пробоотборников не исключает неоднородности пробы и еерасслоения при переносе в лабораторию. Особенно это актуально длянеустойчивых водонефтяных эмульсий.

Существенное влияние на изменение плотности как функции от температуры в процессе измерения, а изменение давления сказывается на значении , что также отражается на изменении влагосодержания.

Все это вносит дополнительные погрешности в результат измерениясодержания воды, вклад которых может быть сравним с погрешностьюсамого лабораторного метода.

В связи с вышесказанным, несмотря на рынке лабораторных средств измерения содержания воды, наиболееуниверсальным остается метод Дина и Старка, стандартизированный вРоссии как ГОСТ 2477-65, за рубежом как ASTMD 4006.

1. 3. Измерение содержания воды поточными влагомерами

Так как определение влагосодержанияс высокой точностью являетсяважнейшей задачей при измерении массы нефти, необходимо не толькоиспользование высокоточных средства измерения в лабораторной практике, но и постоянный мониторинг изменения содержания воды на всех этапахдобычи, транспортировки и подготовки углеводородного сырья . Внастоящее время в нефтяной промышленности при оперативном контролепараметров качества сырой и товарной нефти используют поточныевлагомеры, работающие в автоматическом режиме, которыепозволяют контроль, а также регулироватьнекоторые , например, подготовку нефти, вреальном времени.

В России используются поточные влагомеры производства (таблица 1. 5) с диапазоном измерений от 0 до 100 %. Анализсуществующих поточных средствизмерений объемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов показал, чтопринцип их действия основан на различном поведении воды и нефти вфизическихполях (электрическом, магнитном и т. д. ) . Большое количество средств измерений для определения объемной смесииспользует емкостные методы измерения:

• измерение диэлектрических свойств смеси нефть (нефтепродукт) -вода ;

• измерение объемных электрических свойств жидкости;

• измерение комплексного электрического сопротивления ирезонансной частоты электрических колебаний в зависимости отобъёмной доли воды в водонефтяной смеси ;

• поглощение водонефтяной эмульсии энергии ;

... продолжение

Разрушение высокостабильных водно-нефтяных эмульсий комбинированным способом: теоретические аспекты и практические применения

Экологически чистая керамика: инновационные подходы к производству легких кирпичей с использованием отходов нефтедобывающей и энергетической промышленности

Структура и свойства нефти: углеводороды, микроэлементы и экологические аспекты

Создание композитной смеси из отходов масложировой промышленности (отстойного фуза, шрота)

Выбор метода обезвреживания сточных вод на основе физических свойств фенолов и деструктивных процессов очистки

Исследование Способности Бактерий Окисляющих Углеводороды к Росту и Биоремедиации Нефти и Нефтепродуктов

Влагоустойчивость почвы: свойства и методы определения

Биодеградация нефти и нефтепродуктов в загрязненных экосистемах: эффективный метод восстановления почв

Химическая стабильность и свойства автомобильных бензинов

Классификация и свойства нефтяных эмульсий: типы, характеристики и методы разрушения

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда