Попередження відкладень і емульсеобразованія в нафтогазовидобувних свердловинах

К.т.н. Шайдаков В.В. (Інжинірингова компанія "Інкомп-нафта"), Малахов А.І. (ВАТ "Газпром"), Ємельянов А.В. (Уфімський державний нафтовий технічний університет), к.т.н. Лаптєв А.Б. (Інжинірингова компанія "Інкомп-нафта"), Чернова К.В. (Уфімський державний нафтовий технічний університет

У статті розглянуті питання ресурсозбереження при розробці й експлуатації нафтових і газових родовищ. Заходи по боротьбі з ускладненнями в нафтогазовидобування -- відкладеннями солей, АСПО і емульсеобразованіем - з кожним роком стають все більш дорогими через зростання цін на хімічні реагенти. Застосування магнітної обробки дозволяє значно знизити витрати хімічних реагентів, а в деяких випадках - і повністю відмовитися від хімічної обработкі.Поздняя стадія розробки, на якій знаходиться в даний час більшість нафтових і газових родовищ, через низку відомих причин сприяє росту частки ускладнень, пов'язаних з емульсеобразованіем, АСПО і відкладеннями неорганічних солей, що мають місце у всьому технологічному ланцюжку видобутку, транспорту та підготовки нафти і газу.

Підйом свердловини рідини, що представляє собою водогазонефтяную емульсію, від продуктивного пласта до гирла, пов'язаний з зміною тиску, температури, швидкості руху потоку. Водогазонефтяная суміш - складний конгломерат, емульгованих турбулізації потоку в колоні НКТ, і що включає розчини важких ненасичених і гетероорганіческіх з'єднань в нафти і стиснутому газі, мінеральних солей у воді, а також механічних домішок. Якісна оцінка процесів, що відбуваються в свердловині, свідчить про чільної ролі швидкості руху потоку. При малих швидкостях відбувається освіта АСПО і солеотложеній, при високих швидкостях - освіта емульсій і підвищення в'язкості продукціі.Образованіе відкладень на стінках НКТ. У випадку, якщо розчини насичені, зниження температури і (або) тиску призводить до випадання твердої фази АСП з нафти і кристалів солей з води. Процес утворення відкладень має адсорбційний механізм: сольватовані молекули смол і асфальтенів полярні, гідратованих іони мінеральних солей мають електричний заряд і вже при слабкій взаємодії з енергетично неоднорідною поверхнею металу НКТ і малих швидкостях потоку виходять з розчину і адсорбуються на стінках труб. Освічені мономолекулярного шари АСП або неорганічних солей за рахунок перерозподілу зарядів між відкладеннями і основною поверхнею металу знову набувають здатність адсорбувати на себе молекули АСП і неорганічних солей. При однорідності складу потоку в часі, адсорбційні процеси відбуваються постійно, а вузькі межі зміни тиску і температури, при яких відбувається випадання твердої фази, призводять до лавиноподібного адсорбції одного з компонентів розчинів у певному інтервалі свердловини, що може призвести до повного перекривання перетину НКТ (Рис.1).

Рис.1 Асфальтосмолопарафіновие відкладення в насосно-компресорних трубах

Солеотложеніе в нафтовидобутку відбувається за будь-яких способах експлуатації свердловин, однак найбільш негативні наслідки мають місце при видобутку нафти з допомогою штангових глибинних насосів (ШГН) і установок електропогружних відцентрових насосів (ЕЦН) (рис.2). Наявність неорганічних солей на поверхні робочих органів насосів підвищує їх знос, приводить до заклинювання і руйнування валу ЕЦН та штанг ШГН.

У газовидобутку солеотложеніе відбувається в НКТ, технологічному обладнанні збору та підготовки газу.

Рис. 2 Відкладення солей на робочому колесі ЕЦН і в НКТ

Емульсеобразованіе Високі швидкості руху водогазонефтяной суміші перешкоджають адсорбції на стінках труб і починається випадіння твердої фази безпосередньо в розчині, як правило, в зонах розділу фаз "нафта - газ - вода", що, у свою чергу, призводить до утворення структурно-механічного шару емульгаторів (асфальтенів, смол, парафінів і механічних домішок) на кордоні глобул, а також до утворення подвійного електричного шару в присутності іонізованих електролітів. Турбулізації потоку в колоні і перемішування в насосі призводить до утворенню стійких емульсій, збільшенню її дісперсності.Образованіе стійких емульсій знижує міжремонтний період роботи свердловин через обриви штанг в ШСНУ, пробоїв електричної частини УЕЦН внаслідок перевантажень погружного електродвигуна. Зростання тиску рідини в системах збору нафти і газу спричиняє за собою пориви колекторів. Важко сепарація газу і попередній скидання води на УПС. Однак найбільше зростання енерго-та металоємності, пов'язаний з необхідністю руйнування стійких емульсій, має місце в системах підготовки нафти.

Магнітну обробку продукції, що видобувається слід віднести до найбільш перспективного з фізичних методів боротьби з перерахованими ускладненнями [7]. Використання магнітних пристроїв, зокрема для запобігання АСПО, почалося досить давно, але через малу ефективності широкого розповсюдження не отримало. Відсутні магніти, довго і стабільно працюють в умовах свердловини. Останнім часом інтерес до магнітних технологій значно зріс. У Росії більше 30 організацій пропонують різноманітні апарати магнітної обробки рідин, у тому числі свердловини продукції [1-3]. Це пов'язано з появою на ринку широкого асортименту високоенергетичних магнітів на основі рідкісноземельних металів.

Принципи впливу магнітного поля на водні системи закладені поруч дослідників [4,5,6] і в загальних рисах полягає в наступному. Транспортування по трубопроводами водних середовищ, що містять у своєму складі розчинені солі, являє собою перенесення електричних зарядів - іонів гідратованих солей. Відомо, що на рухаються в магнітному полі заряджені частинки діє сила Лоренца, спрямована перпендикулярно вектору руху частинок. При русі іонів по трубі відбувається зсув позитивних і негативних іонів у протилежні сторони. Відомо також, що під дією магнітних полів на рухомі рідини відбувається руйнування агрегатів, що знаходяться в нафтовій і водній фазах в кількості 10-100 г/т і складаються з субмікронних феромагнітних мікрочастинок з'єднань заліза. У кожному агрегаті міститься від декількох сотень до кількох тисяч мікрочастинок. Руйнування агрегатів призводить до різкого (у 100-1000 разів) збільшення концентрації центрів кристалізації парафінів і солей і формування на поверхні феромагнітних частинок бульбашок газу мікронних розмірів. Таким чином, в магнітному полі ініціюється випадіння твердої фази в об'ємі рідини і запобігає адсорбція частинок при малих швидкостях потоків та освіта структурно-механічних шарів в емульсії при більш високих швидкостях.

Для підвищення ефективності магнітної обробки в реальних умовах свердловини, розроблена методика підбору оптимальних характеристик магнітного поля (частоти, форми і амплітуди зміни напруженості магнітного поля). Створено лабораторний комплекс, що дозволяє досягати максимального ефекту за розв'язуваної проблеми на реальних середовищах з використанням електромагнітної лабораторної установки [7]. Програма на ПЕОМ на підставі лабораторних даних дає можливість виробляти розрахунок та конструювання пристрої магнітної обробки рідини.

інжинірингової компанією "Інкомп-нафта" освоєно виробництво глибинних свердловинних установок магнітної обробки рідини типу УМЖ. Установка УМЖ-73-005 являє собою корпус (рис. 3) з феромагнітною труби з приєднувальними різьблення. На одному кінці труби закріплена муфта з приєднувальних різьбою. На внутрішній поверхні корпусу закріплені точкові постійні магніти, залиті полімерною композицією.

Встановлення з допомогою різьблень монтується в колону НКТ на прийом ШГН або в необхідний ділянку колони НКТ. При проходженні видобувається рідини по корпусу вона обробляється пульсуючим або знакозмінним магнітним полем.Установкі УМЖ-122 розроблені для свердловин обладнаних УЕЦН.        

  

а)         

  

б)     

Рис. 3. Установки магнітної обробки рідини УМЖ-122 (а) і УМЖ-73 (б)

Основні результати використання УМЖ. Інжинірингова компанія "Інкомп-нафта" виготовила понад 250 свердловинних установок УМЖ, які впроваджені в АНК "Башнефть", ВАТ "Белкамнефть", НК "Лукойл", НК "ЮКОС", ВАТ "Газпром" і ряді інших організацій.

Застосування установок УМЖ-73 дозволило збільшити середній міжремонтний період свердловин НГВУ "Арланнефть" ускладнених емульсією і АСПО в середньому в 1,8 рази. Хімічна обробка свердловин була прекращена.На Сергіївське родовищі НГВУ "Уфанефть" використання установок УМЖ-73-005 дало можливість збільшити межочістной період свердловин в 2,7 рази, а кількість термічних та хімічних обробок зменшити в 2 і 5 разів відповідно.

Впровадження установок УМЖ-73 в свердловинах МортимьяvТетеревского і Толумского родовища ТПП "Урайнафтогаз", ускладнених АСПО, дозволило збільшити їх середній міжремонтний період в 2 рази при припинення хімічних обробок свердловин.

Список літератури

1. Магнітні камери для запобігання ускладненням у видобутку нафти .- Нижньовартовськ: НВП "Сібнефтехім", 1991 .- 10 с.2. Рекламні проспекти фірми ТОВ "НПК" Магніти та магнітні технології "

3. Апарат для магнітної обробки води типу АМО-25УХЛ4. Паспорт 2.959.005 ПС

4. Тебеніхін Е.Ф. Безреагентниє методи обробки води в енергоустановках.-М.: Енергія, 1977 .- 184 с.

5. Классен В.І. Омагнічування водних систем .- М.: Хімія, 1978 .- 240 с.

6. Огібалов П.М., Мірзаджанзаде А.Х. Механіка фізичних процесів .- М.: Изд-во МДУ ім. Ломоносова, 1976.

7. Апарати для магнітної обробки рідин/Н.В. Інюшін, Л.Є. Каштанова и др. - М.: ООО "Надра-Бізнесцентр", 2001 .- 144 с.