WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Исследованиям причин, механизма и зон отложения солей посвящены работы Ю.В. Антипина, К.Б.Аширова, Г.А.Бабаляна, М.Д.Валеева, В.И. Вещезорова, А.Г.Габдрахманова, Ю.В.Гатенбергера, Р.Ф. Габдуллина, А.А.

Глазкова, В.И. Гусева, Н.И.Даниловой, Л.Т.Дытюка, Н.М.Дятловой, Ю.В.

Зейгмана, Г.Ш.Ислановой, Л.Х. Ибрагимова, В.Е.Кащавцева, Р.И. Кузоваткина, С.Ф.Люшина, Л.Б.Лялиной, М.М.Мухаметшина, И.Т.Мищенко, А.Ю.

Намиота, К.Р.Низамова, А.И.Пагубы, В.А. Панова, А.С.Пантелеева, М.К. Рогачева, Ю.В.Ревизского, Р.З.Сахабутдинова, А.Ш.Сыртланова, В.П. Ташлыкова, В.П.Тронова, В.Г.Уметбаева, Э.М.Халимова, Н.И.Хисамутдинова, А.И.

Чистовского, Э.М. Юлбарисова, Ю.Е.Девиса, Л.К.Кеза, Р.С.Фулфорда, И.К.Кервера, Р.М.Ластера, В.Бионa, И.К.Шёна, Ж.Х.Станфорда, И.Н.

Странского, Н.А.Стиффа, О.Ю.Веттера, M.Вольмера, В.Косселя и др.

На основании анализа эксплуатации ряда месторождений нефтей Республик Башкортостан и Татарстан, Пермского Прикамья, приуроченных к терригенной толще нижнего карбона, автором показано, что по истечении 5-лет после начала закачки в пласт пресной воды начинается интенсивный процесс солеотложений в нефтепромысловом оборудовании. При этом осадки в начальный период в основном были представлены сульфатом кальция (СаSO4). Далее, через 3-8 лет состав твердых осадков становится комплексным, включающим карбонат кальция (СаСО3), сульфид железа (FeS). Во всех осадках присутствуют асфальто-смоло-парафиновые вещества (АСПВ).

Для изучения структуры и состава комплексных сульфидсодержащих осадков (ССО) была разработана экспресс-методика, основанная на определении состава газа, выделяющегося при растворении осадков с соляной кислотой. По объему образовавшихся газов СО2 и Н2S исследуемый образец осадка относят к тому или иному виду.

Изучение группового состава отложений позволило выделить три основных их вида: гипсоуглеводородные (I), гипсосульфидоуглеводородные (II) и карбонатосульфидоуглеводородные (III).

В табл. 1 показан компонентный состав осадков, извлеченных из оборудования скважин месторождений Урало-Поволжья (Республик Башкортостан, Татарстан, Удмуртии и Пермского Прикамья),приуроченных к терригенной толще нижнего карбона (ТТНК), по предложенной автором классификации. Виден существенный интервал изменения каждого компонента осадка, обусловленный разнообразием химического состава пластовых вод и термобарических условий их образования, а также наличием высокомолекулярных компонентов нефтей.

Таблица Компонентный состав солевых отложений по регионам Урало-Поволжья Содержание Содержание, % Компонентов I II III Республика Башкортостан FeS - 26 – 29 21 – CaSO4 75-95 27 – 59 CaCO3 - 0 – 3 42 – АСПВ 5 – 15 33 – 39 25 – Республика Татарстан FeS - 25 – 31 23 – CaSO4 71-95 26 – 59 CaCO3 - 0 – 3 37 – АСПВ 5 – 26 36 – 42 26 – Республика Удмуртия FeS - 28 – 35 30 – CaSO4 72-95 29 – 55 CaCO3 - 0 – 5 41 – АСПВ 5 – 25 35 – 41 25 – Пермское Прикамье FeS - 27-31 23-CaSO4 71-93 32-61 CaCO3 - 0-3 40-АСПВ 5-25 31-39 26-Структура фонда скважин НГДУ "Краснохолмскнефть", осложненных образованием комплексных осадков, представлена в табл. 2. Соотношение указанных видов осадков, извлеченных из оборудования, соответствует примерно 1:2:7.

Таблица Структура фонда скважин, осложненных образованием комплексных осадков в скважинах НГДУ "Краснохолмскнефть" по состоянию на 01.01.2002 г.

Год появле- Количество скважин с Фонд Год ния осадков комплексными осадками добы- нача- ГипКом- ГипсоМесторо- ваю- ла соуг- КарбонаЗалежь плекс сульфиждение щих за- левод тосульфиГипс ный Всего доуглесква- качки ород- доуглевооса- водожин воды ные дородные док родные 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ОрьебашС2, С12h, D3 274 1966 1972 1989 42 4 10 ское Игровское С2, С12h, C11 513 1967 1975 1986 101 9 24 ЧетырС2, С12h, D3 490 1966 1977 1987 33 7 13 манское Юг.МаксиС2, С12h, D3 819 1970 1993 1993 54 4 - мовское БураевС2, С12h, D3 362 1975 1980 1986 141 9 28 ское ВоядинС2, С12h, C11 247 1976 1981 1990 19 3 4 ское ТатышС2, С12h, D3 298 1984 1990 1990 5 2 3 линское По НГДУ 3057 345 38 82 Каждый вид осадка имеет разновидности по кристаллическому строению. Различаются осадки с крупными (до 50 мм) и мелкими (до 5-7 мм) игольчатыми кристаллами гипса, крупно (до 15 мм) и мелко (до 2 мм) зернистым строением. Наличие FeS и АСПВ придают осадкам бурый цвет.

Наличие ионов железа и сероводорода в попутно-добываемой пластовой воде является необходимым условием формирования отложений 2 и 3 видов.

Достаточным условием при этом является перенасыщенность пластовой воды сульфатами и карбонатами. Согласно исследованиям ряда авторов, процесс осадкообразования в добывающих скважинах является следствием двух определяющих факторов: нарушения химического равновесия ионов, входящих в состав пластовой воды в результате закачки в продуктивный пласт пресных и слабоминерализованных вод; непрерывного изменения термобарического равновесия попутно-добываемой пластовой воды (ПВ).

Эти два фактора постоянно присутствуют во всех звеньях процесса добычи нефти. Автором было установлено, что степень нарушения химического равновесия ионов определяется минерализацией попутнодобываемой пластовой воды, а степень снижения минерализации характеризует вид образуемых осадков и интенсивность их образования.

Получена зависимость количества добывающих скважин, осложненных образованием осадков первого, второго и третьего видов, от минерализации попутно-добываемой пластовой воды. При снижении плотности ПВ от 1,18 до 1,15 г/см3 начинается образование осадков первого вида, при снижении плотности ПВ от 1,15 до 1,12 г/см3 происходит образование осадков второго вида, при снижении плотности ПВ от 1,12г/см3 и ниже образуются отложения третьего вида.

Анализы состава попутно-добываемых пластовых вод скважин, осложненных осадками 2 и 3 видов, показали наличие в них большого количества свободного сероводорода (Н2S) и ионов двух- и трехвалентного железа. Это свидетельствовало о том, что процесс образования сульфидов железа в добывающих скважинах не завершен и будет продолжаться в последующих технологических звеньях процесса добычи нефти (системах сбора, подготовки нефти, ППД).

Важнейшими факторами, влияющими на кристаллизацию, рост осадка на поверхности и структуры солей, являются состав раствора и степень перенасыщения его солями. Из-за большого многообразия состава ПВ и перенасыщенности растворов на поверхности оборудования может происходить сокристаллизация солей, т.е. в одном и том же осадке могут сосуществовать сульфаты, карбонаты и сульфид железа. Автором предложен следующий механизм образования твердых сульфидсодержащих отложений.

Основой для образования любых видов осадков в скважинах являются отложения АСПО на поверхности металла НКТ. Углеводороды, благодаря значительно большей смачиваемости металла в сравнении с водой, в первые же минуты подъема обводненной нефти образуют на поверхности оборудования пленку, которая во времени утолщается.

Активные соединения нефти полярной частью адсорбируются на металле, гидрофобизируя его поверхность. После образования на металле оборудования адсорбционного одинарного слоя молекул возникает разность полярности и потенциалов между твердой поверхностью и прилегающим слоем жидкости. Уравнивание разности полярности и потенциалов происходит за счет притягивания к твердой поверхности образовавшихся кристаллов солей сульфида железа, АСПО. Притягивание и прилипание частиц имеет непрерывный характер. Толщина подслоя АСПО, по замерам среза НКТ, с отложениями солей составляет от 0,02 до 0,05 мм. Замер толщины АСПО производился с помощью микрометра на образцах НКТ с осадками солей после их подготовки и аккуратного срезания на токарном станке. Таким образом, адсорбционный гидрофобный слой является активизирующим адгезирующим элементом для улавливания кристаллов солей, гипса и агломератов сульфида железа. Рост отложений связан с дальнейшим нарастанием АСПО, обволакиванием им кристаллов солей и улавливанием новых частиц из потока.

Анализ микрофотографий срезов сложных осадков показывает отсутствие всякой закономерности и хаотичность расположения солей СаСО3, СаSОи FeS по площади и объему осадка. Это свидетельствует о независимости формирования того или иного компонента друг от друга в образующемся осадке.

Установлено, что на интенсивность образования осадка влияет содержание в нефти смол, асфальтенов и парафина (АСП). Содержание АСП в составе осадка увеличивает его объем и скорость образования за счет лучшей адгезии кристаллов солей к твердым углеводородам.

На рис. 1 показано изменение содержания АСП в осадке в зависимости от комплексного параметра А+С/П (А,С и П – содержание в нефти асфальтенов, смол и парафина соответственно). На количество АСП в осадке наибольшее влияние оказывает содержание в нефти парафинов, являющихся связующим элементом.

Рис. 1. Зависимость содержания АСПО в твердых сульфидсодержащих отложениях I, II, III видов от комплексного параметра нефти (А+С)/П Автором установлено, что скорость роста отложений солей в присутствии сульфида железа существенно выше, чем при их отсутствии. Частицы сульфидов железа являются, по-видимому, своеобразными центрами, на которых происходит зарождение и дальнейший рост кристаллов солей.

Установлено, что количество образующегося сульфида железа в единице объема пластовой воды зависит от содержания в нем ионов двух- и трехвалентного железа (Fe++, Fe+++) и сероводорода (H2S). Образующийся в пластовой воде дефицит содержания Fe++ + Fe+++ в сравнении с начальным значением свидетельствует о частичном или полном их переходе в соединения FeS.

Предложена методика оценки интенсивного образования FeS по содержанию Fe++ +Fe+++ в попутно-добываемой воде. Пороговые содержания ионов Fe+++Fe+++, ниже которых начинается интенсивное образование в объеме воды FeS для районов Урало-Поволжья, находятся в интервале 3,5-8,5 мг/л.

В качестве иллюстрации приведем данные по динамике изменения Fe++ + Fe+++ в пластовой воде УПС-51 и МРП добывающих скважин Бураевского месторождения.

В период с 1993 по 1994 гг. произошло снижение содержания Fe++ + Fe+++ с 3,4 до 2,3 мг/л. МРП скважин из-за отложения сложных осадков также снизился. Далее, в нагнетаемую в систему ППД воду трижды в течение года подавался бактерицид. К 1997 г. содержание Fe++ + Fe+++ увеличилось до 7,9 мг/л. МРП скважин возрос до 701 суток. Прекращение обработки воды по экономическим соображениям вновь привело к появлению дефицита Fe++ + Fe+++ до 5,5 мг/л, росту FeS и количества осадков, а также к снижению МРП до 405 сут.

В табл. 3 представлены пороговые значения Fе++ + Fе+++, полученные на основе многолетних определений их среднегодовых значений для установок предварительного сброса пластовой воды и нефтесборных парков НГДУ "Краснохолмскнефть", позволяющие осуществлять контроль за процессом осадкообразования.

Таблица Пороговые значения Fе++ + Fе+++ для объектов подготовки нефти НГДУ "Краснохолмскнефть" НСП НСП Че- УПС- УПС- УПС Объект Красный УПС-7 УПС-тырманово 51 43 Юссук Холм Значение Fе+++Fе+++ 4,0 4,0 6,0 4,0 4,5 6,9 8,[мг/дм3] 2. Основные виды осложнений в эксплуатации нефтепромысловых объектов, связанных с образованием в них сульфидсодержащих осадков Образование сложных видов солей с присутствием сульфида железа и их отложение вносит значительные осложнения в эксплуатацию скважины, систем сбора, подготовки нефти и поддержания пластового давления.

Предыдущими исследованиями Ю.В.Антипина, А.Ш.Сыртланова, Р.Ф.Габдуллина были выявлены отложения карбонатных и сульфатных солей в фильтре скважины, приеме насосов, рабочих полостях ЭЦН, колонне НКТ.

Присутствие сульфида железа в принципе не изменяет картину и характер отложения солей в скважине. Существенное отличие заключается в количественных характеристиках отложений и скоростях накопления осадков в оборудовании.

Формирование сложного осадка происходит с более высокой интенсивностью из-за присутствия FeS. Анализ динамики снижения относительной производительности установок ЭЦН для различных видов отложений показал, что сульфидсодержащие отложения ускоряют процесс снижения производительности в среднем в 1,5-2 раза.

Осадки сложного состава образуются и в фильтровой части скважин.

Отборы и анализы осадков с поверхности приемной части УЭЦН, расположенных близко (100-200 м) к интервалу перфорации, уже показали содержание FeS в осадках в количестве 25-54% (Бураевское и Кузбаевское месторождение).

Толщина отложения осадков в промысловых трубопроводах системы нефтесбора может достигать 5-6 см, а в емкостном оборудовании может накапливаться до 40-50 см по высоте. Содержание FeS в этих осадках ниже, чем в скважинных осадках, и составляет 10-25%.

Дальнейшее отложение сульфидсодержащих осадков происходит на забоях нагнетательных скважин. По истечении некоторого времени приемистость скважины снижается в 3-4 раза, что приводит к необходимости повторного их освоения. В составе черной массы, извлеченной из забоя нагнетательной скважины 2954 Бураевского месторождения, содержалось 22,6% мехпримесей, из которых 60,2% составляли FeS и CaCO3. Доля FeS в солевом осадке составила 7,9%.

Попадание в зазоры трущихся пар УЭЦН сульфидсодержащих осадков с примесью песка приводит к ускоренному износу вала и втулок насосов, вибрации установок и, в конечном итоге, падению УЭЦН на забой. В тонких слоях осадков, извлеченных из пар трения УЭЦН, вместе с кварцевым песком присутствовали цементирующие элементы –АСПО, СаСО3, сульфиды железа - в общей сложности в пределах 15-40%. Около 70% падений УЭЦН на забой скважин по НГДУ "Краснохолмскнефть" в период с 1995 по 2001гг.

было связано с абразивным износом трущихся узлов из-за образования и отложения сульфидсодержащих осадков с примесью песка.

Промысловыми исследованиями установлена тесная корреляционная связь между осадкообразованием и коррозией металла оборудования. В трубопроводах, в которых произошли порывы, под слоем осадка, содержащего FeS, как правило, обнаруживалась коррозионная язва.

На фотографии (рис.2) показан элемент трубы с отложившимся солевым осадком (а) и тот же элемент с удаленным осадком (б), под которым виден след питтинговой коррозии.

По мере роста объема и площади осадков сульфида железа в местах его соприкосновения с металлом трубопровода возникает макрогальваническая пара, в которой сульфид железа является катодом, а металл –анодом. В этой паре на аноде окисляется железо: FeFe+++2e; Fe+++HSFexSy+H+.

В макрогальванической паре металл - FexSy разность потенциалов достигает 0,4v, а скорость коррозии 2-5 мм в год.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»