Предупреждение отложений и эмульсеобразования в нефтегазодобывающих скважинах
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)
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.
Похожие работы на - Предупреждение отложений и эмульсеобразования в нефтегазодобывающих скважинах
|