авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Обоснование технологии предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании миннибаевской площади ромашкинского месторождения

-- [ Страница 1 ] --
                1. На правах рукописи

ШАНГАРАЕВА Лилия Альбертовна

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫПАДЕНИЯ СУЛЬФАТА БАРИЯ В СКВАЖИННОМ ОБОРУДОВАНИИ миннибАЕВСКОЙ ПЛОЩАДИ РОМАШКИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ


Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

    1. Санкт-Петербург - 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

            1. Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук, доцент

Петухов Александр Витальевич


Официальные оппоненты:

Долгий Иван Емельянович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра строительства горных предприятий и подземных сооружений, профессор

Леонтьев Сергей Александрович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», кафедра Разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, доцент

Ведущая организация ООО «Газпромнефть Научно-Технический Центр»

Защита состоится 19 июня 2013 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 17 мая 2013 г.

Ученый секретарь НИКОЛАЕВ

диссертационного совета Александр Константинович

    1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 Актуальность темы исследования. Современный этап добычи нефти в России характеризуется необходимостью извлечения из залежей огромных объемов попутных вод, как пластовых, так и закачиваемых с целью поддержания пластового давления. В результате обводнения добываемой продукции на всех стадиях разработки месторождений нефти происходит выпадение солей. Накапливаясь в эксплуатационных колоннах скважин, на поверхности глубинно-насосного оборудования и в системе внутрипромыслового сбора и подготовки нефти, солевые отложения приводят не только к большим материальным затратам в процессе их удаления, но и к значительным недоборам нефти при ее добыче.

По мере истощения запасов нефти Ромашкинского месторождения и перехода его на позднюю стадию разработки с возрастающим фондом высокообводненных добывающих скважин проблема солеотложений усугубляется. Кроме того, возникает необходимость извлечения остаточной нефти, требующей применения современных технологий повышения нефтеотдачи пластов, в том числе и физико-химического воздействия, что также стимулирует процессы отложения солей.

Из всех неорганических отложений, которые встречаются в процессе эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин, сульфат бария (барит) является наиболее трудноудаляемым. Это происходит по двум причинам. Эти отложения очень плохо растворяются в водном растворе, показывая крайне высокую термодинамическую стабильность. Кроме того, сульфат бария обладает очень высокой плотностью и твердостью и почти не растворим многими химическими веществами, что значительно усложняет задачу удаления его отложений в скважинном оборудовании.

Поэтому разработка и обоснование технологии, обеспечивающей предотвращение выпадения барита в скважинном оборудовании, является актуальной задачей.

Значительный вклад в разработку и совершенствование технологий предупреждения отложений солей при эксплуатации нефтяных и газовых скважин внесли многие отечественные и зарубежные учёные: Антипин Ю.В., Ахметов В.Н., Аширов К.Б., Бабалян Г.А., Габдрахманов А.Г., Гатенбергер Ю.В., Гуськова И.А., Емков А.А., Ибрагимов Л.Х., Исланова Г.Ш., Кащавцев В.Е., Ким В.К, Люшин С.Ф., Лялина Л.Б., Мищенко И.Т., Мухаметшина М.М., Намиот А.Ю., Панов В.А., Пантелеев А.С., Рагулин В.А., Рогачев М.К., Саттарова Ф.М., Сыртланов А.Ш., Тронов В.П., Яркеева Н.Р., Devis J.E., Kerver J.K., Stanford G.K., Stiff H.A., Tomson M.B. и другие.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности эксплуатации добывающих скважин путем предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании с использованием разработанной ингибирующей композиции.

Идея работы. Предотвращение выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании в течение длительного времени может быть обеспечено применением разработанной ингибирующей композиции, обладающей улучшенными адсорбционно-десорбционные характеристиками.

Задачи исследований: 

1. Выполнить анализ современного состояния технологий и технических средств, применяемых при эксплуатации скважин, для предупреждения образования отложений солей в продуктивном пласте и скважинном оборудовании.

2. Исследовать особенности состава и свойств скважинных отложений барита, а также кинетику кристаллизации сульфата бария с участием поверхностно-активных компонентов нефти и предложить методику прогнозирования отложения сульфата бария по результатам анализа пластовых вод.

3. Разработать химический состав с улучшенными адсорбционно-десорбционными характеристиками для предотвращения выпадения сульфата бария в продуктивном пласте и в скважинном оборудовании.

4. Исследовать ингибирующую способность по отношению к солям бария, коррозионную активность по отношению к поверхности внутрискважинного оборудования, а также совместимость с пластовыми флюидами разработанного химического состава и определить его оптимальную дозировку.

5. Обосновать технологию применения разработанного химического состава для предупреждения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании.

 Методы исследований включают в себя теоретический анализ с использованием математического аппарата, экспериментальные исследования в лабораторных условиях и обработку результатов методами математической статистики.

 Научная новизна работы:

1. Установлена зависимость индукционного периода кристаллизации сульфата бария от относительного пересыщения раствора и молярного отношения ионов бария и сульфат ионов, а также определен размер критического зародыша кристалла барита.

2. Предложен механизм формирования отложений сульфата бария в скважинном оборудовании с участием поверхностно-активных компонентов нефти, который заключается в гидрофобизации поверхности оборудования и кристаллов сульфата бария за счет формирования на ней адсорбционных слоев этих компонентов.

3. Выявлена способность разработанной химической композиции на основе оксиэтилидендифосфоновой и соляной кислот, бифторида аммония, неонола и изопропилового спирта предотвращать выпадение сульфата бария в течение длительного времени эксплуатации скважины за счет снижения поверхностного натяжения в системе «порода-нефть-ингибирующий раствор» и образования прочных силикатных пленок в составе с ингибитором на поверхности породообразующих минералов.

 Защищаемые научные положения:

1. Водорастворимые поверхностно-активные компоненты (соли нафтеновых кислот), которые образуются в результате реакции нафтеновых кислот, содержащихся в нефти, с ионами натрия в пластовой воде, обладают способностью химически связывать ионы бария с образованием труднорастворимых органоминеральных соединений сульфата бария.

2. Разработанная химическая композиция на основе оксиэтилидендифосфоновой и соляной кислот, бифторида аммония, неонола и изопропилового спирта обладает эффективными ингибирующими и адсорбционно-десорбционными свойствами, обеспечивающими предотвращение выпадения сульфата бария и увеличение межремонтного периода работы скважин.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими и экспериментальными исследованиями с использованием современного оборудования (компаний CoretestSystems, Kruss, Bruker, Zeiss), высокой сходимостью расчётных величин с экспериментальными данными, воспроизводимостью полученных результатов.

 Практическое значение работы:

1. Разработана химическая ингибирующая композиция на основе водных растворов оксиэтилидендифосфоновой, соляной кислот, бифторида аммония, неонола и изопропилового спирта с улучшенными адсорбционно-десорбционными характеристиками для предупреждения выпадения сульфата бария в течение длительного времени эксплуатации скважины.

2. Обосновано применение технологии предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании и продуктивном пласте с применением разработанной ингибирующей композиции.

3. Предложена методика прогнозирования выпадения сульфата бария с использованием данных химического анализа пластовых вод, включая содержание ионов бария, ее плотности, минерализации и анализа состава твердых взвешенных частиц.

Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного конкурса в СПГГИ(ТУ) (г. Санкт-Петербург, 2010); Международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ(ТУ), 2010); межрегиональном семинаре «Рассохинские чтения» (г. Ухта, УГТУ, 2010); VIII межрегиональной научно-практической конференции «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий» (г., Уфа, 2010); II Международной конференции «Ресурсно-геологические и методические аспекты освоения нефтегазоносных бассейнов» (г. Санкт-Петербург, 2011); межвузовской научно-практической конференции «Оценка месторождений полезных ископаемых с падающим объемом добычи в условиях исчерпания запасов» (г. Санкт-Петербург, 2011); VII Всероссийской научно-практической конференции "Нефтепромысловая химия" (г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012).

 Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки России.

 Структура и объём диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 109 наименований. Материал диссертации изложен на 140 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц, 27 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются цель, идея, задачи, излагаются защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе выполнен анализ литературных данных по проблеме солеотложения в скважинах и способах предотвращения их образования, а также рассматривается процесс отложения солей с точки зрения современной теории сложных динамических систем.

Отложение солей при разработке и эксплуатации залежей нефти – это достаточно сложный и многофакторный процесс, который наиболее активно проявляется на поздних стадиях разработки, когда растет обводнённость продукции добывающих скважин.

Литологические и физические свойства коллектора, величины давления и температуры, химический состав и минерализация пластовых вод относятся к важнейшим факторам, которые влияют на процесс выпадения солей и их состав. Наиболее часто встречающимися в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений являются отложения кальцита, гипса, ангидрита, барита, баритоцелестина и галита.

Отложения солей имеют сложный химический состав, который включает в себя как минеральную, так и органическую часть, представленную в основном ароматическими углеводородами, асфальтенами, смолами, парафинами, сернистыми соединениями.

Выпадение химического вещества в осадок из раствора происходит в том случае, если концентрация этого вещества или иона в растворе превышает равновесную концентрацию.

Смешение вод различных типов ведет к нарушению равновесия в растворе, из-за чего возникает тенденция к образованию труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок, главным образом, сульфатных отложений. Эта ситуация имеет место, когда пластовая вода, содержащая значительное количество ионов кальция, стронция или бария смешивается с водой вышележащих горизонтов, содержащей большое число сульфат-ионов, что приводит к образованию солей кальция, стронция, бария.

Низкая растворимость сульфата бария практически во всех растворителях, по сравнению с другими солеобразующими минералами, делает его крайне нежелательным из всех органических и неорганических отложений, которые встречаются в процессе эксплуатации нефтяных скважин при высокой обводненности продукции.

Для предотвращения солеотложений в нефтепромысловом оборудовании применяют технологические, физические и химические способы. Безреагентные методы включают в себя обработку потока жидкости магнитными и акустическими полями, операции по отключению обводненных интервалов, применение защитных покрытий поверхности оборудования и др. Одним из наиболее эффективных способов предотвращения солеотложения является химический с использованием реагентов-ингибиторов.

Наибольшее применение находят технологии задавливания ингибитора в призабойную зону пласта (ПЗП) при проведении капитального ремонта скважин, так как ингибитор солеотложений выносится из ПЗП продолжительное время и работает как в самой ПЗП, так и во внутрискважинном оборудовании, а также в системе сбора, транспорта и подготовки нефти.

Во второй главе приводится краткое описание приборов, современного лабораторного оборудования и методик проведения экспериментальных исследований, использованных при изучении свойств разработанного химического состава для предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании.

При проведении лабораторных исследований использовались следующие приборы и оборудование: автоматический пермеаметр-порозиметр AP-608 для определения фильтрационно-ёмкостных свойств кернов; фильтрационные установки FDES-645 и RPS-812 (Coretest Systems) для моделирования процесса фильтрации в термобарических условиях, максимально приближенных к пластовым; система капиллярного электрофореза «Капель-104Т» для определения массовых концентраций ионов пластовой воды; прибор EasyDrop для измерения поверхностного натяжения; лазерный анализатор частиц «Ласка-1К» для исследования кинетики кристаллизации сульфата бария.

В третьей главе дается краткая геолого-промысловая характеристика Миннибаевской площади Ромашкинского месторождения, приводится анализ эксплуатационного фонда скважин, осложненных отложениями сульфатных солей, а также результаты исследований кинетики кристаллизации сульфата бария и влияния естественных поверхностно-активных веществ (ПАВ) нефти на процессы выпадения солей.

Около 10% ремонтов добывающих скважин Миннибаевской площади связаны с отложением солей в скважинном оборудовании. Наибольшее количество таких ремонтов проводилось на высокообводненных скважинах (свыше 90%.)

В результате проведенного анализа компонентного состава отложений с рабочих колес электроцентробежных насосов скважин Миннибаевской площади установлено, что они представлены в основном баритом. Его содержание в пробах составляет 50 – 72%. Содержание нефтепродуктов в изученных отложениях варьируется в пределах 3 – 15 %.

Для мониторинга и прогнозирования отложений солей в скважинах удобно использовать карты разработки с нанесенными значениями по минерализации пластовой воды и содержанию в ней солеобразующих ионов по добывающим и окружающим их нагнетательным скважинам. Основной идеей такого подхода является изучение динамики состава попутно добываемой воды. Так, снижение содержания ионов бария на ранних стадиях может свидетельствовать о негерметичности эксплуатационной колонны (ЭК) и цементного кольца на уровне отложений каменноугольной системы – при неизменной плотности воды; при уменьшающейся же плотности воды – на уровне вышележащих пермских слоев. Появление в дальнейшем в составе воды сульфатов, при полном исчезновении бария, вероятно, свидетельствует о скором выходе из строя насоса по причине отложения солей. Дополнительным признаком является наличие в составе твердых взвешенных частиц сульфата бария.

На основании вышеизложенного была построена блок-схема для выявления нарушений технического состояния ЭК скважин. В отличие от традиционного мониторинга предложенная схема базируется на фиксировании изменений контролируемых параметров попутной воды, включая содержание в ней ионов бария, изменения плотности и минерализации воды, с обязательным отбором проб на анализ состава твердых взвешенных частиц.

В лабораторных условиях были проведены исследования кинетики кристаллизации сульфата бария в водных пересыщенных растворах. Время, между образованием пересыщенного раствора и появлением первых зародышей кристаллов солей, определяется как индукционный период.

Было установлено, что индукционный период кристаллизации сульфата бария обратно пропорционален пересыщению раствора. Процесс осаждения сульфата бария может протекать по двум наиболее распространенным сценариям: с индукционным периодом и без выраженного периода индукции. Время индукции имеет степенную зависимость от исходной концентрации ионов бария в растворе и практически не зависит от стехиометрии компонентов соли, т.е. система является инвариантной при разном соотношении ионов Ba2+и SO42- (рисунок 1).

 Зависимость движущей силы осаждения от индукционного периода Используя-0

Рисунок 1 - Зависимость движущей силы осаждения от индукционного периода

Используя полученные в результате лабораторных экспериментов значения индукционного периода кристаллизации сульфата бария при разных значениях концентрации ионов бария в растворе, можно определить размер критического зародыша барита по формуле Кристиансена и Нильсена:

, (2)

где р – число ионов в критическом зародыше, k – коэффициент пропорциональности.

Построив график зависимости индукционного периода от начальной концентрации ионов бария в растворе (рисунок 2) и подставив полученное уравнение линии тренда в формулу 2, определили значение р, которое составляет 4 иона бария.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.