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