книги / Тепловая депарафинизация скважин

нические, карбоксиметилцеллюлозу и воду при следующих соотношениях

Лигносульфонаты технические представляют собой смесь натриевых солей лигносульфоновых кислот, выпускаются промышленностью согласно ТУ 54-028-00279580-97 в жидком и порошкообразном состоянии:

— в жидком состоянии представляют собой вязкую жидкость темнокоричневого цвета с содержанием основного вещества не менее 48... 58%, с массовой долей сухих веществ 50%;

—в порошкообразном состоянии — мучнистый порошок от светложелтого до коричневого цвета с массовой долей сухих веществ не менее 92%.

Карбоксиметилцеллюлоза представляет собой натриевую соль целлю­ лозогликолевой кислоты, выпускается согласно ТУ 6-5540-90 в виде мел­ козернистого, порошкообразного, содержащего волокна материала от бе­ лого до кремового цвета с массовой долей основного вещества не ме­ нее 45%.

Техническое моющее средство представляет собой порошкообразное вещество от белого до бледно-серого цвета, включающее не менее 4,5% ПАВ, не менее 11% фосфорно-кислых солей и не менее 1,7% силиката на­ трия в пересчете на SiC>2, выпускается согласно ТУ 2499-019-04643756-96.

Кристаллический карбамид (мочевина) представляет собой порошок белого цвета с массовой долей азота не менее 46,2%, выпускается согласно ГОСТ 2081-92.

Твердый реагент [19] обладает комплексным действием и помимо от­ ложений АСПО предотвращает образование неорганических солей и кор­ розию оборудования.

Физические методы

Создание дополнительных центров кристаллизации. Успешное внедре­ ние в последние годы технологий, используемых для решения острых про­ блем, связанных с добычей нефти, и основанных на использовании магнит­ ного воздействия на промысловые среды [27, 28, 61], настоятельно требует рассмотрения механизма действия магнитной обработки и достигаемого эффекта.

Магнитную обработку парафиносодержащих нефтяных сред осуще­ ствляют при их прохождении через постоянное магнитное поле, создавае­ мое магнитным устройством.

Установка магнитного устройства в скважине производится:

—путем спуска устройства на скребковой проволоке при добыче нефти фонтанным способом и установками УЭЦН;

—путем включения устройства в колонну штанг или НКТ — для скважин, эксплуатируемых установками УСШН.

Масса большинства устройств составляет 3.. .15 кг, длина — 0,4.. .0,7 м. Типичная конструкция устройства (муфтовый вариант) для предотвра­

щения АСПО представлена на рис. 1.15.

Механизм действия магнитного поля. Нефтеводогазовая смесь, по­ ступающая в скважину, содержит в своем составе примеси железа в типич­ ных концентрациях 10... 100 г/т. Эти примеси сформированы, в основном, в форме агрегатов ферромагнитных микрокристаллов железа (ФМЖ).

При прохождении нефтяного потока через область магнитного поля происходит разрушение агрегатов ФМЖ на отдельные субмикронные ча­ стицы длинной 0,3 ... 0,5 мкм, диаметром 0,03 ... 0,07 мкм и массой поряд­ ка 1 0 " 14 г, что связано с вращением частиц в магнитном поле, поступатель-

А

ант)

ным движением в направлении градиента магнитного поля и действием сил Лоренца [61]. Если учесть, что в каждом агрегате содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч ферромагнитных микрочастиц, то становится понятным, что разрушение агрегатов приводит к резкому 1 0 0 ... 1000-крат­ ному увеличению концентрации центров кристаллизации парафинов, на поверхности которых формируются пузырьки газа микронных размеров.

Поскольку скорость радиального перемещения включений пропорцио­ нальна их объему, то при увеличении количества центров кристаллизации в 10 0 раз во столько же раз уменьшится средний размер кристаллов па­ рафина и в 100 раз уменьшится скорость переноса парафинов к стенке трубопровода. В результате разрушения агрегатов кристаллы парафина вы­

падают в виде тонкодисперсной, объемной, устойчивой взвеси, а скорость роста отложений уменьшается пропорционально уменьшению средних раз­ меров выпавших совместно со смолами и асфальтенами в твердую фазу кристаллов парафина, т. е. тоже в 100 раз.

Таким образом, защита нефтепромыслового оборудования от АСПО с помощью магнитных устройств [61] реализуется за счет: 1 ) разрушения агрегатов ФМЖ в постоянном магнитном поле; 2) мицеллообразования па­ рафина на ФМЖ, как на ядрах мицелл; 3) формирования на кристаллах парафина газовых микропузырьков, т. е. за счет формирования кристаллами ФМЖ центров мицеллообразования и флотации парафинов и адсорбиро­ ванных на них смол, асфальтенов, воды и тяжелых нефтяных фракций.

Разрушение кристаллической решетки парафинов. Предотвраще­ ние образования АСПО на внутренней поверхности нефтепромыслового оборудования может быть достигнуто принудительным электроискровым воздействием на кристаллическую решетку парафинов при обработке добы­ ваемых парафинистых нефтей [81]. Для этого в колонну НКТ выше интерва­ ла начала массовой кристаллизации парафинов устанавливают специальное устройство, предназначенное для электроискровой обработки добываемой нефти. В кассете устройства, содержащего гранулы графита, происходит принудительное перемешивание гранул графита и кристаллов парафина от­ носительно друг друга. При воздействии электрического тока возникает объемный пучок электроискровых зарядов, пронизывающий поток нефти и вызывающий изменение кристаллической решетки парафинов, в резуль­ тате чего и происходит улучшение реологических свойств нефти.

1.2.2. Удаление парафиновых отложений

Удаление АСПО может быть осуществлено самыми различными мето­ дами, среди которых выделяются:

1 . Тепловые — промывка скважинного оборудования горячей нефтью, со­ здание локального теплового потока с помощью глубинных электрона­ гревателей или высокочастотного электрического поля;

2.Химические —удаление растворителями и растворами ПАВ;

3.Физические —разрушение ультразвуковым воздействием;

4.Биологические — ликвидация с помощью аэробных и анаэробных бак­ терий.

Наиболее востребованными являются тепловые и химические методы удаления АСПО.

Тепловые методы удаления

Тепловые методы удаления АСПО в нефтепромысловой практике нахо­ дят достаточно широкое и устойчивое распространение. Существует значи­ тельное разнообразие способов их осуществления. Общим началом, опре­ деляющим и составляющим основу терминологии и сущности метода, яв­ ляется тепловая энергия, а вот способы её получения для каждого метода остаются различными. В связи с этим рассмотрение тепловых методов уда­ ления АСПО производится с учетом способов получения тепловой энергии.

Нагрев нефти на поверхности агрегатами АДП. Удаление АСПО горячей нефтью [75] является в настоящее время основным методом под­ держания в работоспособном состоянии эксплуатационного фонда скважин, подверженных отложению парафиновых образований. Теоретические осно­ вы метода подробно будут исследованы и описаны в последующих главах.

Использование глубинных электронагревателей. Удаление пара­ финовых отложений с использованием электронагревателей осуществля­ ют восходящим потоком горячей нефти, проходящей через стационарно установленное нагревательное устройство, и непосредственно создаваемым в зоне формирования АСПО плавающим тепловым полем теплоизлучателя, спускаемым на геофизическом кабеле, при его движении по колонне НКТ.

Классическая схема удаления АСПО с помощью проточных электрона­ гревательных устройств предусматривает установку их ниже зоны начала образования отложений и периодическое, через 15... 30 суток, включение

в работу на 4 . .. 10 часов, в зависимости от глубины и интенсивности запарафинивания НКТ [136].

Некоторые конструкции нагревателей [80] обеспечивают регулирова­ ние теплового режима скважины, достигаемого за счет привязки темпера­ туры нагрева извлекаемого флюида к температуре плавления выпадающего парафина.

Получение тепла за счет взаимодействия химических реагентов. Создание высокотемпературного теплового поля в зоне отложения АСПО достигают путем закачки в НКТ взаимодействующих с выделением теп­ ла компонентов. При этом предполагают, что в результате экзотермической реакции в полости НКТ обеспечивается создание температуры, превыша­ ющей температуру плавления самых тугоплавких составляющих парафи­ новых отложений. В качестве таких компонентов авторы [85] предлагают использовать водные растворы диэтиламина и соляной кислоты. При сме­ шении этих компонентов протекает экзотермическая химическая реакция с выделением значительного количества тепла

(CH3CH2)2NH 4- HCl -+ [(CH3CH2)2NH2]C1 + 2300 кДж/кг.

Диэтиламин (CH3CH2)2NH, выпускаемый согласно ТУ 6-09-68-79, представляет собой вязкую (1,25 мПа • с) растворимую в воде жидкость. Плотность 702 ... 706 кг/м3.

Обработку лифтовой колонны через затрубное пространство осуще­ ствляют чередующейся закачкой порций 85% водного раствора диэтила­ мина и 1 2 % соляной кислоты, при соотношении объемов диэтиламин — кислота равном 1 : 2 и суммарном объеме двух последовательных порций, равном половине объема затрубного пространства скважины.

Применение высокочастотного электромагнитного поля. Удаление АСПО может быть осуществлено высокочастотным электромагнитным по­ лем при разогреве материала трубы переменным магнитным полем, созда­ ваемым токами промышленной частоты [1 1 ].

Химические методы удаления

Использование растворителей. Применение растворителей для уда­ ления АСПО нашло довольно широкое распространение в нефтяной прак­ тике [1, 5, 6 , 10, 12, 13, 15, 16, 18, 77, 88 , 117, 137]. Из-за широкого спектра составов АСПО и условий эксплуатации скважин каждому конкретному случаю соответствует какой-либо растворитель, обеспечивающий достиже­ ние максимально возможного эффекта.

Разработан, например, состав [88], в котором в качестве углеводород­ ной основы используют ароматический растворитель, а в качестве ПАВ — сульфокислоты общей формулы R —SOnH, где п = 3 —4, a R = CmH(2m+i)

ИЛИ CmH(2m+l) - С6Н4, 771 = 12 - 14.

Состав существенно расширяет область применения растворителей за счет повышения растворяющей способности углеводородной основы в присутствии сульфокислот общей формулы R —SOnH и за счет дис­ пергирования отложений в объеме растворителя под действием ПАВ.

Сульфокислоты общей формулы R —SOnH соответствуют алкилсульфокислотам, алкиларилсульфокислотам и сульфоэфирам высших жирных кислот, являющихся полупродуктами в производстве моющих средств. В их состав входят, например, додецилсульфокислота, тетрадецилсульфокислота, тридецилбензолсульфокислота, додецилсульфат, тетрадецилсульфат.

Ароматический растворитель общей формулы (R'), (R"), (R'") -СбН „, где п = 3 —5, a R', R", R"' — одинаковые или различные радикалы Н, СНз, С2Н5 , С3Н7 , в своем составе содержит соединения на основе данных радикалов:

R' —R" —H, R"' = СН3 — метилбензол,

R' = R" = Н(С2Н5), R'" = С2Н5 — этилбензолы,

R' = R" = H, R'" = С3Н7 — изопропилбензол,

R7 = H, R" = СНз, R"' = С2Н5 —метилэтилбензол,

R; = СНз, R" = СНз, Rw = С2Н5 —1 ,2-диметил-4-этилбензол и другие.

Оценку эффективности очистки нефтепромыслового оборудования проводят по результатам определения растворяющей способности углево­ дородных растворителей, выражающейся в непосредственном растворении

идиспергировании асфальтосмолопарафиновых отложений.

Вкачестве ПАВ, способствующих увеличению растворяющей и дис­ пергирующей способности известных углеводородных растворителей, пред­ ложено использовать диспергаторы РТ-1, состоящие из сульфокислот общей формулы R —SOnH и ароматических растворителей. На их основе разра­ ботаны составы [88] и освоено промышленное производство нескольких типов растворителей серии РТ-1 У.

Вреагенте РТ-1У-1 в качестве ароматического растворителя использу­ ют легкую пиролизную смолу Казанского производственного объединения «Оргсинтез», содержащую, мае. %: бензол 27,4; толуол 13,9; ксилолы 17,8; этилбензол 2 ,0 ; изопропилбензол 1 ,8 ; стирол + кумол + псевдокумол 1 0 ,6 ; этилметилбензол 3,0; альфаметилстирол 1,6; рексан-гептан 5,3; изопарафи­ ны С7 —С9 8,3; нонан 7,3.

Вреагенте РТ-1У-2 в качестве ароматического растворителя исполь­ зуют побочный продукт производства стирола, содержащий, мае. %: толу­ ол 10... 15; этилбензолы 51 ... 64; изопропилбензол 8 ... 12; метилэтилбензол 3 . .. 4; 1,2-метил-4-этилбензол 2 ... 5 и др.

Таблица 1.12. Результаты лабораторных исследований растворяющей способности реагентов

В реагенте РТ-1У-3 в качестве ароматического растворителя использу­ ют бутилбензольную фракцию Казанского объединения «Оргсинтез», содер­ жащую, мае. %: бутилбензол 60... 75; изопропилбензол 9 . .. 15, полиалкилбензолы 10... 25; псевдокумол 8 ... 13 и др.

Результаты определения растворяющей способности некоторых про­ мышленно выпускаемых углеводородных растворителей и растворителей серии РТ-1У представлены в табл. 1.12. В качестве АСПО использованы отложения со скважины № 1553 Бегешкинского месторождения, имеющие состав, мае. %: асфальтены 30,26; смолы 9,44; парафины 31,64.

Диспергаторы серии РТ-1 в пресной воде не растворяются, однако об­ разуют стойкие эмульсии, не расслаивающиеся в течение длительного вре­ мени, табл. 1.13.

Водные эмульсии ПАВ рекомендуется использовать в качестве промы­ вочной жидкости, поскольку в результате воздействия эмульсии ПАВ на АСПО происходит их частичное растворение и диспергирование. Результа­ ты воздействия водной эмульсией на парафиновые отложения в статическом и в динамическом режиме представлены в табл. 1.14.

Таким образом, введение ПАВ в углеводородные растворители техно­ логически полезно и целесообразно, поскольку обеспечивает появление у них диспергирующих свойств и общее увеличение растворяющей способ­ ности самого углеводородного растворителя.

Физические методы удаления

Применение ультразвуковых преобразователей. В ламинарном по­ токе извлекаемой нефти скорость теплообмена соизмерима со скоростью самого потока, вследствие чего процесс его охлаждения, зарождаясь в при­ стенных слоях, захватывает и более глубинные слои нефти. Это состояние наглядно продемонстрировано на эпюрах скоростей в потоке, рис. 1.16. Вблизи стенок НКТ скорость нефти близка к нулю, а в середине потока она плавно достигает своего максимального значения (1). Виброактивация при­ граничных слоев [87] приводит к увеличению скорости их перемещения