Известные физические эффекты зачастую требуют практического подтверждения, чтобы психологически мы могли их принять. То же касается и влияния акустического воздействия на изменение вязкости жидкостей. В ходе лабораторных исследований мы получили снижение вязкости нефтяной эмульсии (нефть+пластовая вода) за счет разрушения ее реологической структуры и гомогенизации.
Лабораторные исследования проводились в три этапа, оценка:
- исходной вязкости;
- влияния акустической обработки на нагрузку перекачивающего нефтяную эмульсию насоса до и после обработки;
- снижения вязкости нефтяной эмульсии после акустической обработки и время восстановления исходной вязкости.
Для оценки вязкости использовали стеклянный сосуд с выходным отверстием 4 мм. Объем отбираемых проб составляет 100 мл. Оценка времени истечения нефтяной эмульсии оценивалась исходя из скорости истечения 75 мл пробы. Все пробы выдерживались в помещении температурой 22 С. При нагреве пробы в процессе акустической обработки производили охлаждение до 22 С, после чего производили замер вязкости.
Испытательный стенд представлен ультразвуковым реактором (стержневой излучатель с магнитостриктором в цилиндрической емкости) и генератором УЗГ-5. Циркуляцию охлаждающей жидкости обеспечивает циркуляционный насос.
1 ЭТАП. Замер скорости истечения исходного образца нефтяной эмульсии из вискозиметра. Температура эмульсии 22 С.
| Проба | Замер | Объем, мл | Температура, С | Время истечения, сек |
| исходная эмульсия | 1 | 75 | 22 | 92 |
| 2 | 75 | 22 | 94 | |
| 3 | 75 | 22 | 92 | |
| 4 | 75 | 22 | 98 |
В ходе работ произведена оценка вязкости исходного образца нефтяной эмульсии. Средняя скорость истечения составила 94 секунды при температуре исходного образца 22С (абсолютная погрешность +/-2 секунды, относительная погрешность 2%).
2 ЭТАП. Испытания по оценке нагрузки на циркуляционный насос при исходной вязкости и после ультразвуковой обработки.
Цель – оценить нагрузку на циркуляционный насос при исходной вязкости и после акустической обработки с сохранением температуры обрабатываемого образца.
Температура исходного и обработанного образцов 22С. Объем образца для акустической обработки 800 мл.
Замер нагрузки насоса при циркуляции исходного образца.
| Замер | U, В | J, А | Темп, С | Мощность, Вт |
| 1 | 24 | 2,76 | 22 | 66 |
| 2 | 24 | 2,8 | 22 | 67 |
| 3 | 24 | 2,87 | 22 | 69 |
| 4 | 24 | 2,84 | 22 | 68 |
Среднее значение тока J=2.817 А, мощности 68 Вт. Абс.погрешность +/- 0,0375 А, относительная погрешность 1,3%.
Замер нагрузки насоса при циркуляции образца, обработанного ультразвуком в течение 60 секунд.
| Замер | U, В | J, А | Темп, С | Мощность, Вт |
| 1 | 24 | 1,7 | 22 | 41 |
| 2 | 24 | 1,73 | 22 | 42 |
| 3 | 24 | 1,76 | 22 | 42 |
| 4 | 24 | 1,8 | 22 | 43 |
Среднее значение тока J=1,747А, мощности 42 Вт. Абс.погрешность +/- 0,0325 А, относительная погрешность 1,2%.
Установлено влияние на нагрузку перекачивающего нефтяную эмульсию насоса, при акустической обработке в течение 60 секунд снижение нагрузки составило 38%.
3 ЭТАП. Проведение испытаний по оценке вязкости в зависимости акустического воздействия с сохранением постоянной температуры. Оценка времени восстановления вязкости.
Цель – установить зависимость изменения вязкости нефтяной эмульсии от акустического воздействия и оценить время восстановления вязкости (релаксация).
Температура исходного и обработанного образцов 22С. Объем образца для акустической обработки 800 мл.
Замер вязкости (времени истечения) нефтяной эмульсии после 60 секунд акустической обработки.
| Время после УЗО, час | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Исходная вязкость при Т=22С | 94 | 94 | 94 | 94 | 94 | 94 |
Акустическая обработка 60 секунд, Т=22С
| Замер 1. Время истечения, сек | 65 | 69 | 75 | 84 | 97 | |
| Замер 2. Время истечения, сек | 67 | 71 | 64 | 73 | 82 | 93 |
| Замер 3. Время истечения, сек | 70 | |||||
| Среднее значение, сек | 66 | 70 | 67 | 74 | 83 | 95 |
Абс.погрешность +/- 2 сек, относительная погрешность 2%.
Акустическая обработка 300 секунд, Т=22С
| Замер 1. Время истечения, сек | 62 | 65 | 65 | 93 | 93 | |
| Замер 2. Время истечения, сек | 68 | 64 | 64 | 91 | 91 | |
| Замер 3. Время истечения, сек | 68 | 68 | ||||
| Среднее значение, сек | 65 | 66 | 66 | 92 | 92 |
Абс.погрешность +/- 2 секунды, относительная погрешность 3%.
1 проба – нефтяная эмульсия после 60 сек. акустической обработки; 2 проба – нефтяная эмульсия после 300 сек. акустической обработки; 3 проба – исходная нефтяная эмульсия.
В ходе испытаний 3 этапа установлено снижение вязкости на 30% после обработки в течение 60 и 300 секунд. Снижение вязкости обусловлено сугубо акустическим воздействием, так как все замеры произведены при одинаковой температуре. Восстановление вязкости начинается после 2 часов отстоя, причем более длительная акустическая обработка не дала большего снижения вязкости и показала более быстрое восстановление в исходное состояние. Так же в ходе эксперимента выяснили, что устойчивость эмульсии сохраняется примерно в течение 10-12 часов.
Основные выводы:
- При испытаниях был исключен эффект от нагрева нефтяной эмульсии акустическим воздействием. Потери энергии на нагрев дадут дополнительный эффект за счет отдачи тепла нефтяной эмульсии.
- После обработки была получена стабильная эмульсия с сохранением состояния до 10-12 часов, с вязкостью ниже на 30% с восстановлением в течение 5 часов.
- Получено снижение нагрузки на перекачивающем насосе на 38%, эффект достигнут без нагрева нефтяной эмульсии.
- При обработке нефтяной эмульсии в слабом акустическом получили более быстрое разделение воды и нефти.
- Использовался излучатель с акустической мощностью 1 кВт. Есть более мощные акустические системы, которые можно применить в промышленных условиях.
- Необходимо провести дополнительные испытания с акустической обработкой временем экспозиции менее 1 минуты, на более высоких частотах и с более мощными акустическими излучателями.
