 |
Влияние химического состава нефти на процесс образования АСПО
|
|
|
|
Введение
Актуальность темы исследования в современном мире имеет огромное значение. Обусловлено это тем, что значительные объемы углеводородного сырья транспортируется по нефтепроводам, и лишь малая часть добываемой продукции транспортируется иными способами, будь то наземный транспорт либо по водным артериям.
Развитие нефтяной промышленности России на современном этапе характеризуется снижением качества сырьевой базы. В общем балансе разрабаты-
ваемых месторождений преобладают месторождения, вступившие в позднюю ста-
дию разработки и, как следствие, наблюдается значительное ухудшение их струк-
туры, увеличение доли трудноизвлекаемых запасов нефти, обводнение пластов и
продукции скважин.
Так, при добыче парафинистых нефтей серьезной проблемой, вызывающей
осложнения в работе скважин, нефтепромыслового оборудования и трубопровод-
ных коммуникаций, является образование асфальтосмолопарафиновых отложе-
ний (АСПО), формирование которых приводит к снижению производительности
системы и эффективности работы насосных установок [1]. Образование эмульсий
при выходе из скважины вместе с сопутствующей пластовой водой усиливает
осадкообразование.
Как известно, борьба с АСПО в процессах добычи нефти ведется по двум
направлениям: профилактика (или предотвращение) отложений; удаление уже
сформировавшихся отложений.
Выбор оптимальных способов борьбы с асфальтосмолопарафиновыми от-
ложениями и эффективность различных методов зависит от многих факторов, в
частности, от способа добычи нефти, термобарического режима течения, состава
и свойств добываемой продукции.
Несмотря на большое разнообразие методов борьбы с АСПО, проблема
|
|
|
еще далека от разрешения и остается одной из важнейших в отечественной нефте-
добывающей отрасли.
Факторы, влияющие на образование АСПО
На интенсивность образования АСПО в системе транспорта, сбора и подго-
товки нефти влияет ряд факторов, основными из которых являются [2, 3]:
– снижение давления в области забоя и связанное с этим нарушение гидро-
динамического равновесия газожидкостной системы;
– интенсивное газовыделение;
– уменьшение температуры в пласте и стволе скважины;
– изменение скорости движения газожидкостной смеси и отдельных её ком-
понентов;
– состав углеводородов в каждой фазе смеси;
– соотношение объёмов фаз (нефть-вода).
В призабойной зоне пласта (ПЗП) перечисленные факторы меняются не-
прерывно от периферии к центральной области в скважине, а в самой скважине –
от забоя до устья, поэтому количество и характер отложений не являются посто-
янными.
Место выделения АСПО может находиться на различной глубине и зави-
сит от режима работы скважины. Среди условий, способствующих образованию
отложений, можно назвать снижение давления и температуры, а также разгазиро-
вание нефти. Известно, что растворяющая способность нефти по отношению к па-
рафинам снижается с понижением температуры и дегазацией нефти. При этом
преобладает температурный фактор [4]. Интенсивность теплоотдачи зависит от
разницы температур жидкости и окружающих пород на определённой глубине, а
также теплопроводности кольцевого пространства между подъёмными трубами и
эксплуатационной колонной [5].
Практика добычи нефти на промыслах показывает, что основными участ-
ками накопления АСПО являются скважинные насосы, подъёмные колонны в
скважинах, выкидные линии от скважин, резервуары промысловых сборных пунк-
тов [6]. Наиболее интенсивно АСПО откладываются на внутренней поверхности
|
|
|
подъёмных труб скважин. В выкидных линиях их образование усиливается в зим-
нее время, когда температура воздуха становится значительно ниже температуры
газонефтяного потока [1].
С ростом скорости движения нефти интенсивность отложений вначале воз-
растает, что объясняют увеличением турбулизации потока и, следовательно, уве-
личением частоты образования и отрыва пузырьков от поверхности трубы, флоти-
рующих взвешенные частицы парафина и асфальтосмолистых веществ [7]. Кроме
того, движущийся поток срывает часть отложений со стенок труб, чем и можно
объяснить резкое снижение отложений в интервале 0-50 м от устья, а также, имея
большие скорости течения, он оказывается более стойким к охлаждению, что то-
же замедляет процесс образования АСПО.
Шероховатость стенок и наличие в системе твердых примесей способству-
ют также выделению из нефти парафина в твердую фазу [7].
Кроме указанных основных факторов на интенсивность парафинизации
трубопроводов при транспортировании обводненной продукции скважин могут оказывать влияние обводненность продукции [8] и величина рН пластовых вод [4].
Причем влияние этих факторов неоднозначно и может быть различным для разных месторождений.
Влияние химического состава нефти на процесс образования АСПО
АСПО, образовавшиеся в разных скважинах отличаются друг от друга по
химическому составу в зависимости от группового углеводородного состава неф-
тей, добываемых на этих скважинах. Но при всём возможном разнообразии соста-
вов для всех отложений установлено, что содержание в них асфальтосмолистой и
парафиновой компоненты будут обратными: чем больше в АСПО доля асфальто-
смолистых веществ, тем меньше будет содержаться парафинов, что в свою очередь определится их соотношением в нефти. Такая особенность обуславливается
характером взаимного влияния парафинов, смол и асфальтенов, находящихся в
нефти до момента их выделения в отложения [9].
Как показали экспериментальные и практические исследования, прежде
чем парафин выделяется на поверхности скважинного оборудования, его кристал-
лы производят преобразование своих структур так, что, соединяясь между собой,
|
|
|
организуют сплошную решётку подобно широкой ленте. В такой форме адгезион-
ные свойства парафина усиливаются во много раз, и его способность «прилипать»
к твёрдым поверхностям значительно интенсифицируется.
Однако если нефть содержит достаточно большое количество асфальтенов
(4-5 % и выше), сказывается их депрессорное действие. Асфальтены могут сами
выступать зародышевыми центрами. Парафиновые молекулы участвуют в сокри-
сталлизации с алкильными цепочками асфальтенов образуя точечную структуру.
То есть образование сплошной решётки не происходит. В результате такого про-
цесса парафин перераспределяется между множеством мелких центров и выделе-
ние парафинов на поверхности существенно ослабляется.
Смолы, в силу своего строения, напротив, способствуют созданию условий
для формирования ленточных агрегатов парафиновых кристаллов и их прилипа-
нию к поверхности и своим присутствием препятствуют воздействию асфальте-
нов на парафин, нейтрализуя их. Как и асфальтены, смолы влияют на величину
температуры насыщения парафином нефти, однако характер этого влияния проти-
воположный: с ростом их массового содержания в нефти температура насыщения
возрастает (если, например, присутствие смол увеличить с 12 до 32 %, то темпера-
тура насыщения повысится от 22 ºC до 43 ºC) [10].
Температура насыщения нефти парафином находится в прямой зависимо-
сти от массовой концентрации смол и в обратной от концентрации асфальтенов.
Следовательно, процесс парафинообразования зависит от соотношения асфальтовых (А) и смолистых (С) соединений в составе нефти. С увеличением параметра
А/С температура насыщения будет снижаться – ассоциаты асфальтенов в нефти
менее стабилизированы из-за недостатка стабилизирующих компонентов (смол),
что и приводит к уменьшению температуры насыщения, процесс кристаллизации
парафинов таких нефтей подавляется ассоциатами, и отложение парафина не
происходит; при небольших значениях А/С наоборот, температура насыщения
возрастает – асфальтены не оказывают воздействия на парафинообразование, па-
рафин свободно выделяется из нефти [4].
|
|
|
