Предупреждение
отложений и эмульсеобразования в нефтегазодобывающих скважинах
К.т.н. Шайдаков
В.В. (Инжиниринговая компания "Инкомп-нефть"), Малахов А.И. (ОАО
"Газпром"),Емельянов А.В.(Уфимский государственный нефтяной
технический университет), к.т.н. Лаптев А.Б.(Инжиниринговая компания
"Инкомп-нефть"),Чернова К.В. (Уфимский государственный нефтяной
технический университет
В статье
рассмотрены вопросы ресурсосбережения при разработке и эксплуатации нефтяных и
газовых месторождений. Мероприятия по борьбе с осложнениями в нефтегазодобыче -
отложениями солей, АСПО и эмульсеобразованием - с каждым годом становятся все
более дорогостоящими ввиду роста цен на химические реагенты. Применение
магнитной обработки позволяет значительно снизить расход химических реагентов,
а в некоторых случаях - и полностью отказаться от химической обработки.Поздняя
стадия разработки, на которой находится в настоящее время большинство нефтяных
и газовых месторождений, в силу ряда известных причин способствует росту доли
осложнений, связанных с эмульсеобразованием,
АСПО и отложениями неорганических
солей, имеющих место по всей технологической цепочке добычи, транспорта и
подготовки нефти и газа.
Подъем
скважинной жидкости, представляющей собой
водогазонефтяную эмульсию, от продуктивного пласта к устью, связан с
изменением давления, температуры, скорости движения потока. Водогазонефтяная
смесь - сложный конгломерат, эмульгированный турбулизацией потока в колонне
НКТ, и включающий растворы тяжелых непредельных и гетероорганических соединений
в нефти и сжатом газе, минеральных солей в воде, а также механических примесей.
Качественная оценка процессов, происходящих в скважине, свидетельствует о
главенствующей роли скорости движения потока. При малых скоростях происходит
образование АСПО и солеотложений, при высоких скоростях - образование эмульсий
и повышение вязкости продукции.Образование отложений на стенках НКТ. В случае,
если растворы насыщены, снижение температуры и (или) давления приводит к
выпадению твердой фазы АСП из нефти и кристаллов солей из воды. Процесс
образования отложений имеет адсорбционный механизм: сольватированные молекулы
смол и асфальтенов полярны, гидратированные ионы минеральных солей имеют
электрический заряд и уже при слабом взаимодействии с энергетически
неоднородной поверхностью металла НКТ и малых скоростях потока выходят из
раствора и адсорбируются на стенках труб. Образованные мономолекулярные слои
АСП или неорганических солей за счет перераспределения зарядов между
отложениями и основной поверхностью металла вновь приобретают способность
адсорбировать на себе молекулы АСП и неорганических солей. При однородности
состава потока во времени, адсорбционные процессы происходят постоянно, а узкие
пределы изменения давления и температуры, при которых происходит выпадение
твердой фазы, приводят к лавинообразной адсорбции одного из компонентов
растворов в определенном интервале скважины, что может привести к полному
перекрыванию сечения НКТ (Рис.1).
Рис.1
Асфальтосмолопарафиновые отложения в
насосно-компрессорных трубах
Солеотложение в
нефтедобыче происходит при любых способах эксплуатации скважин, однако наиболее
негативные последствия имеют место при добыче нефти с помощью штанговых
глубинных насосов (ШГН) и установок электропогружных центробежных насосов (ЭЦН)
(рис.2). Наличие неорганических солей на поверхности рабочих органов насосов
повышает их износ, приводит к заклиниванию и разрушению вала ЭЦН и штанг ШГН.
В газодобыче
солеотложение происходит в НКТ, технологическом оборудовании сбора и подготовки
газа.
Рис. 2
Отложения солей на рабочем колесе ЭЦН и в НКТ
Эмульсеобразование
Высокие скорости движения водогазонефтяной смеси препятствуют адсорбции на
стенках труб и начинается выпадение твердой фазы непосредственно в растворе,
как правило, в зонах раздела фаз "нефть - газ - вода", что, в свою
очередь, приводит к образованию структурно-механического слоя эмульгаторов
(асфальтенов, смол, парафинов и механических примесей) на границе глобул, а
также к образованию двойного электрического слоя в присутствии ионизированных
электролитов. Турбулизация потока в колонне и перемешивание в насосе приводит к
образованию стойких эмульсий, увеличению ее дисперсности.Образование стойких
эмульсий снижает межремонтный период работы скважин из-за обрывов штанг в ШСНУ,
пробоев электрической части УЭЦН вследствие перегрузок погружного
электродвигателя. Рост давления жидкости в системах сбора нефти и газа влечет
за собой порывы коллекторов. Затрудняются сепарация газа и предварительный
сброс воды на УПС. Однако наибольший рост энерго- и металлоемкости, связанный с
необходимостью разрушения стойких эмульсий, имеет место в системах подготовки
нефти.
Магнитную
обработку добываемой продукции следует отнести к наиболее перспективному из
физических методов борьбы с перечисленными осложнениями [7]. Использование
магнитных устройств, в частности для предотвращения АСПО, началось достаточно
давно, но из-за малой эффективности широкого распространения не получило. Отсутствовали
магниты, долго и стабильно работающие в условиях скважины. В последнее время
интерес к магнитным технологиям значительно возрос. В России более 30
организаций предлагают различные аппараты магнитной обработки жидкостей, в том числе скважинной продукции [1-3]. Это связано с появлением на рынке
широкого ассортимента высокоэнергетических магнитов на основе редкоземельных
металлов.
Принципы
воздействия магнитного поля на водные системы заложены рядом исследователей
[4,5,6] и в общих чертах заключается в следующем. Транспортировка по
трубопроводам водных сред, содержащих в своем составе растворенные соли,
представляет собой перенос электрических зарядов - ионов гидратированных солей.
Известно, что на движущиеся в магнитном поле заряженные частицы действует сила
Лоренца, направленная перпендикулярно вектору движения частиц. При движении
ионов по трубе происходит смещение положительных и отрицательных ионов в
противоположные стороны. Известно также, что под действием магнитных полей на
движущиеся жидкости происходит разрушение агрегатов, находящихся в нефтяной и
водной фазах в количестве 10-100 г/т и
состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа. В
каждом агрегате содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч микрочастиц.
Разрушение агрегатов приводит к резкому (в 100-1000 раз) увеличению
концентрации центров кристаллизации парафинов и солей и формированию на
поверхности ферромагнитных частиц пузырьков газа микронных размеров. Таким
образом, в магнитном поле инициируется выпадение твердой фазы в объеме жидкости
и предотвращается адсорбция частиц при малых скоростях потоков и образование
структурно-механических слоев в эмульсии при более высоких скоростях.
Для повышения
эффективности магнитной обработки в реальных условиях скважины, разработана
методика подбора оптимальных характеристик магнитного поля (частоты, формы и
амплитуды изменения напряженности магнитного поля). Создан лабораторный
комплекс, позволяющий достигать максимального эффекта по решаемой проблеме на
реальных средах с использованием электромагнитной лабораторной установки [7].
Программа на ПЭВМ на основании лабораторных данных дает возможность производить
расчет и конструирование устройства магнитной обработки жидкости.
Инжиниринговой
компанией "Инкомп-нефть" освоено производство глубинных скважинных
установок магнитной обработки жидкости
типа УМЖ. Установка УМЖ-73-005 представляет собой корпус (рис. 3) из
ферромагнитной трубы с присоединительными резьбами. На одном конце трубы
закреплена муфта с присоединительной резьбой. На внутренней поверхности корпуса
закреплены точечные постоянные магниты, залитые полимерной композицией.
Установка с
помощью резьб монтируется в колонну НКТ на прием ШГН или в требуемый участок
колонны НКТ. При прохождении добываемой жидкости по корпусу она обрабатывается
пульсирующим или знакопеременным магнитным полем.Установки УМЖ-122 разработаны
для скважин оборудованных УЭЦН.
а)
б)
Рис. 3.
Установки магнитной обработки жидкости УМЖ-122 (а) и УМЖ-73 (б)
Основные
результаты использования УМЖ. Инжиниринговая компания "Инкомп-нефть"
изготовила более 250 скважинных установок УМЖ, которые внедрены в АНК "Башнефть", ОАО
"Белкамнефть", НК
"Лукойл", НК "ЮКОС", ОАО "Газпром" и ряде других
организаций.
Применение
установок УМЖ-73 позволило увеличить средний межремонтный период скважин НГДУ
"Арланнефть" осложненных
эмульсией и АСПО в среднем в 1,8 раза. Химическая обработка
скважин была прекращена.На Сергеевском месторождении НГДУ "Уфанефть"
использование установок УМЖ-73-005 дало возможность увеличить межочистной
период скважин в 2,7 раза, а количество термических и химических обработок уменьшить в 2 и 5 раз соответственно.
Внедрение
установок УМЖ-73 в скважинах МортымьяvТетеревского и Толумского месторождения
ТПП "Урайнефтегаз", осложненных АСПО, позволило увеличить их средний
межремонтный период в 2 раза при прекращении химических обработок скважин.
Список
литературы
1. Магнитные
камеры для предотвращения осложнений в добыче нефти.- Нижневартовск: НПП
"Сибнефтехим", 1991.- 10 с.2.
Рекламные проспекты фирмы ООО "НПК "Магниты и магнитные
технологии"
3. Аппарат для магнитной обработки воды типа
АМО-25УХЛ4. Паспорт 2.959.005 ПС
4. Тебенихин
Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках.-М.: Энергия,
1977.- 184 с.
5. Классен В.И.
Омагничивание водных систем.- М.: Химия, 1978.- 240 с.
6. Огибалов
П.М., Мирзаджанзаде А.Х. Механика физических процессов.- М.: Изд-во МГУ им.
Ломоносова, 1976.
7. Аппараты для
магнитной обработки жидкостей / Н.В. Инюшин, Л.Е. Каштанова и др.- М.: ООО
"Недра-Бизнесцентр", 2001.- 144 с.