Разработка методики оценки эффективности и подбор растворителей асфальто-смолистых и парафиновых отложений на нефтепромысловом оборудовании

Опыт показывает, что молекулы КОРЭ и ТСП проникают между металлической поверхностью и отложением, тем самым вытесняют АСПО с поверхности металла. Растворение АСПО в ТСП и в КОРЭ протекает медленно в статическом режиме при температуре 20°С.

Исследовано влияние температуры растворителей КОРЭ и ТСП на скорость растворения АСПО. Образец отложения, нанесенного на металлическую форму, опускали в нагретый растворитель и фиксировали время, за которое отложение полностью растворится. Масса отложений в опыте составляла (2,2±0,3) г в зависимости от плотности АСПО. Для АСПО-4, 8 аналогично определяли время расплавления в воде. Полученные смеси АСПО с КОРЭ и ТСП однородные по составу, после охлаждения до 0°С отложение не выпадает в осадок. На рисунках 5 и 6 показано, что скорость растворения АСПО для отложений парафинового основания больше, чем для АСПО асфальтенового типа.

АСПО-4: Кушкульское м. скв.154 (А);

АСПО-7: Чекмагушевское м. скв. 400 (П);

АСПО-8: НГДУ-1 «Белкамнефть» скв.13054 (П);

АСПО-9: Четырманское м. скв. 1289 (П);

АСПО-10: Кушкульское м. скв.283 (А)

Рисунок 5 – Влияние температуры на время растворения АСПО в ТСП

АСПО-4: Кушкульское м., скв.154 (А);

АСПО-7: Чекмагушевское м., скв. 400 (П);

АСПО-8: НГДУ-1 «Белкамнефть», скв.13054 (П);

АСПО-9: Четырманское м., скв. 1289 (П);

АСПО-10: Кушкульское м., скв.283 (А)

Рисунок 6 – Влияние температуры на время растворения АСПО в КОРЭ

Температуры плавления АСПО находятся в диапазоне 54-72,5 °С. Причем температура плавления АСПО асфальтенового основания выше, чем парафинового, и составляет 69,5-72,5 °С. Эти данные необходимо учитывать при обосновании температуры подогрева растворителя при теплохимических обработках скважин.

Установлено, что в системе «вода – АСПО» протекает только процесс плавления, а в системе «растворитель – АСПО» одновременно протекают два процесса – растворение и плавление. При нагревании растворителя до 70°С в системе преобладает процесс растворения, а свыше 70°С – процесс плавления АСПО. При температуре 80°С происходит плавление АСПО независимо от рода теплоносителя. Получено, что минимальная температура нагрева растворителя, обеспечивающая высокую скорость растворения отложений, равна 70С.

При определении кинематической вязкости смесей отложений с КОРЭ и ТСП показано, что вязкость смесей увеличивается с увеличением содержания в них АСПО. На рисунке 7 показано, что вязкость смесей с отложениями асфальтенового основания несколько выше, чем с отложениями парафинового основания.

АСПО-4: Кушкульское м., скв.154 (А); АСПО-8: НГДУ-1 «Белкамнефть», скв.13054 (П)

Рисунок 7 – Кинематическая вязкость смесей АСПО с КОРЭ и ТСП при 50 и 80°С

С целью определения степени насыщения растворителя в ТСП и КОРЭ поочередно растворяли отложения при температуре 80°С на водяной бане. Исследования показали, что растворение первого образца АСПО в КОРЭ и ТСП происходит с той же скоростью, что и последнего. Растворитель не насыщается по мере увеличения содержания в нем АСПО, увеличиваются вязкость полученного продукта, плотность, температура вспышки. При повторном разогреве смеси растворение отложений происходит аналогично.

Определены температуры застывания для некоторых смесей АСПО с КОРЭ и ТСП по стандартной методике. Установлено, что температура застывания смесей АСПО с КОРЭ и ТСП зависит от массового содержания в них отложений. Чем больше содержание парафинов в АСПО, тем температура застывания смеси выше.

Использование КОРЭ и ТСП на промысле возможно многократно, количество обработок будет зависеть от количества АСПО в скважине. Высокая плотность растворителей способствует увеличению времени пребывания растворителей в зонах наибольших скоплений отложений в скважине, отсутствие серы в составе растворителей придает им антикоррозионные свойства, а температура вспышки более 100°С обеспечивает возможность нагрева растворителей до 100°С.

На рисунке 8 показана принципиальная схема обработки скважины с применением растворителей-теплоносителей.

1-пласт, 2-обсадная колонна, 3-колонна НКТ, 4-насос, 5-АСПО, 6-нагнетательная линия, 7-насосный агрегат, 8-ёмкость с растворителем, 9-нагревательный аппарат, 10-ёмкость с отработанным растворителем и АСПО.

Рисунок 8 – Принципиальная схема обработки скважины с помощью растворителей-теплоносителей

Растворитель нагревается в аппарате 9 до 70-100°С и подается в затрубное пространство самотеком на прием глубинного насоса 4 с последующей циркуляцией по замкнутому циклу (круговая циркуляция), дополнительно подогреваясь до заданной температуры, проходя через теплообменник. Циркуляция продолжается до тех пор, пока разница температур входящего и выходящего потока из колонны НКТ не будет превышать 20°С. Смесь отработанного растворителя и АСПО направляется в ёмкость 10. Эффективность данного способа обработки колонны НКТ обусловлена тем, что на АСПО растворитель-теплоноситель оказывает одновременно тепловое и химическое воздействие, что способствует более быстрому удалению отложений с поверхности нефтепромыслового оборудования.

Полученная смесь АСПО и растворителя-теплоносителя после отделения механических примесей и воды на специальных установках может быть использована в качестве мазута, физико-химические свойства которого зависят от содержания АСПО в растворителе. Показатели качества полученных смесей представлены в таблицах 11 и 12.

Таблица 11 – Показатели качества полученных смесей АСПО с ТСП

Таблица 12 – Показатели качества полученных смесей АСПО с КОРЭ

Получено, что смесь ТСП с содержанием АСПО до 15 % масс. может быть использована в качестве мазута марки М40, а при содержании АСПО до 30% масс. - марки М100, а смесь КОРЭ с содержанием АСПО до 30% - марки М40. В отличие от смесей АСПО с ТСП смеси КОРЭ с АСПО менее вязкие и имеют более низкие температуры застывания. Увеличение содержания АСПО в смеси приведет к повышению температуры застывания. Смеси с низким содержанием АСПО в растворителях ТСП (до 7%) и КОРЭ (до 10%) возможно использовать повторно для удаления отложений тем же способом, при этом растворяющая способность растворителей не снижается.

Стоимость 1 тонны растворителей, предлагаемых сегодня на рынке, составляет более 20 тысяч рублей за 1 тонну, тогда как стоимость растворителей (тяжелой смолы пиролиза и кубового остатка ректификации этилбензола) составляет в среднем 6-9 тысяч рублей за 1 тонну. Экономия средств на обработку скважин только за счет снижения стоимости растворителя составит более 10 тыс. рублей на 1 тонну растворителя.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что существующие методики определения эффективности растворителей АСПО имеют ряд недостатков, приводящих к высокой погрешности и большим расхождениям полученных по ним результатов и промысловых испытаний растворителей.
2. Разработана новая методика определения эффективности растворителей АСПО на поверхности нефтепромыслового оборудования, показатель точности методики равен 15%.
3. Подобран эффективный бинарный растворитель на основе гексена и толуола в соотношении 40-60:60-40 %об., эффективность которого подтверждена результатами опытно-промысловых испытаний.
4. Установлена высокая растворяющая способность смесей ароматических углеводородов, в частности кубового остатка процесса ректификации этилбензола и тяжелой смолы пиролиза, по отношению к любому типу АСПО при их нагревании. Установлено повышение скорости растворения АСПО при повышении температуры растворителей до температур плавления отложений (50-70°С) и выше.
5. Определена минимальная температура (70С) нагрева растворителя, обеспечивающая высокую скорость растворения отложений. Показано, что применение технологии теплохимического удаления АСПО с применением КОРЭ или ТСП наиболее эффективно для отложений асфальтенового типа.
6. Применение технологии теплохимического удаления АСПО с применением КОРЭ или ТСП обеспечивает уменьшение затрат на обработку скважины за счет сокращения времени обработки и снижения стоимости растворителей по сравнению со стоимостью применяемых растворителей. Экономия средств на обработку скважин только за счет снижения стоимости растворителя составит более 10 тысяч рублей на 1 тонну растворителя.
7. Предложенная технология одновременно с удалением АСПО позволяет рационально и экологически безопасно утилизировать отходы, полученные после обработки скважины без ущерба для окружающей среды с последующим получением мазутов марки М40 и М100 из отходов обработки.

Основные результаты исследований изложены в следующих работах:

1. Ахметов А.Ф. Анализ лабораторных методик определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений/Ахметов А.Ф., Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Башкирский химический журнал.– 2008. – Т. 15, № 1. – С. 65-67.
2. Ахметов А.Ф. Лабораторная методика определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО)/Ахметов А.Ф., Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Башкирский химический журнал.– 2008. – Т. 15, № 2. – С. 161-163.
3. Герасимова Е.В. Разработка состава и методики оценки удалителей асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО)/ Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы IX Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов. – Томск, 2008. – С.85-86.
4. Герасимова Е.В. Методика определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений/ Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: материалы Международной научно-технической конференции. – Уфа, 2008.

   – С.77-78.

5. Герасимова Е.В. Лабораторная методика определения эффективности растворителей АСПО / Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Материалы 59 научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ – Уфа, 2008. – С.86.
6. Герасимова Е.В. Разработка лабораторной методики определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО)/ Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Научное и экологическое обеспечение современных технологий: материалы V Республиканской студенческой научно-практической конференции. – Уфа, 2008. – С.56-57.
7. Герасимова Е.В. Разработка лабораторной методики выполнения измерений эффективности удаления растворителями асфальто-смоло-парафиновых отложений с поверхности нефтепромыслового оборудования/ Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. // Трофимуковские чтения-2008: материалы Всероссийской молодежной научной конференции с участием иностранных ученых; Ин-т нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. – Новосибирск, 2008. – Т.1. – С.83-85.