Тема 4. Причины образования и отложения солей в оборудовании и трубопроводах.

На некоторых месторождениях в процессе эксплуатации скважин происходит интенсивное отложение солей в электроцентробежных насосах, а также в штанговых; помимо этого, в насосно-компрессорных трубах, в выкидных линиях и, в некоторых случаях, в сборных коллекторах. Наибольшее отложение солей наблюдается для высокообводненных скважин. Соли, которые содержатся в пластовых водах, подразделяются на водорастворимые (NaCl, CaCl₂) и водонерастворимые (CaCO₃, MgCO₃, MgSO₄, гипс). Основной причиной образования и отложения солей в процессе добычи является нарушение равновесия, то есть изменение температуры и давления в нефтегазовой смеси. При нарушении равновесия из водного раствора солей выделяется CO₂. В результате водный раствор становится перенасыщен солями и образуются кристаллы (зародыши солей), которые в процессе транспортирования способны накапливаться, расти и в результате отлагаются на стенках трубопровода. При движении нефти, газа и пластовой воды по коллекторам происходит выделение растворенного газа, который также способствует образованию и отложению солей на поверхностях.

Тема 5. Методы борьбы с отложениями солей при эксплуатации скважин.

В промышленности существует три метода борьбы с отложениями солей.

1. Химический метод. Используется главным образом при выпадении карбонатных либо сульфатных солей (водонерастворимые). В данном методе для выделения солей используют специальные компоненты как в чистом виде, так и с добавлением присадок. В качестве присадки используется гексаметофосфат (NaPO₃)₆, либо триполифосфат Na₃P₃O₁₀). Сущность данного метода сводится к тому, что при образовании кристаллов карбонатных солей, они тут же сорбируются из раствора этими компонентами (присадками), в результате чего на поверхности возникает коллоидная оболочка, которая препятствует прилипанию кристаллов солей к поверхности трубопроводов либо других поверхностей. Расход добавок составляет в среднем 0,1% массы на добытую нефть. Также для борьбы с водонерастворимыми солями используются растворы соляной кислоты, которая способна взаимодействовать с солями и приводит к образованию осадков, но данный метод практически не используется, вследствие того, что кислота является коррозионным агентом

2. Физический метод. Основан на использовании магнитного поля. Сущность: при обработке воды магнитным полем создается условие для более быстрого выращивания зародышей кристаллов солей, которые постепенно с течением времени «растут» и на своей поверхности сорбируют ионы солей и в результате выпадают в виде аморфного шлама, который легко удаляется самим потоком

3. Использование пресной воды. Используется для предотвращения образования водорастворимых солей. Является наиболее эффективным и широко используемым методом на установках подготовки нефти. Этот метод применяют в двух вариантах:

   1. Непосредственно подлив пресной воды в забой скважины

   2. Периодический подлив воды в затрубное пространство скважины.

Первый метод позволяет исключить возможность выпадения солей в скважине и нефтесборной системе благодаря переводу насыщенного раствора солей в ненасыщенный (разбавление) и в результате кристаллы солей не способны образовываться. Второй способ рассчитан на периодическое растворение солей в скважине и сборной системе по мере накопления осадков. Для применения обоих методов на месторождении должны дополнительно строиться сети водоснабжения пресной воды и установки химической её обработки.

Причины образования углеводородных, водяных и гидратных пробок в газопроводах и методы борьбы.

Образование водяных и углеводородных пробок.

При движении нефтяного газа по газосборной системе из-за гидравлических сопротивлений давление и температура как правило понижаются, при этом из газа выделяется углеводородный и водный конденсаты (жидкая фаза). При определенных термодинамических условиях могут образовываться гидратные отложения. Конденсация паров углеводородов и воды происходит за счет снижения температуры газа и засчет отдачи теплоты газа более холодным стенкам трубопровода. В реальных условиях, в первую очередь, образуется водный конденсат (выпадают кристаллики воды), и только потом образуется углеводородный конденсат. Таким образом, в составе углеводородного конденсата будет преобладать легкие фракции, в частности, бензиновая, от С5 и выше.

Образование водного и углеводородного конденсатов имеет множество последствий, одно из которых - пробкообразование и, как следствие, понижение пропускной способности трубопровода. Кроме этого, водный и углеводородный конденсаты в большей степени могут образовываться на стадии сепарации, то есть отделения газа от жидкости, который сопровождается уносом капельной жидкости.

Образование в газопроводах гидратных пробок.

Гидраты нефтяных и природных газов представляют собой кристаллические соединения, характеризующиеся строго определенной структурой. Они способны образовываться только в контакте газа с капельной водой. Гидраты обладают плотностью <1. По цвету светло-желтого оттенка, по структуре напоминают рыхлый снег. Гидраты углеводородных газов являются типичными представителями так называемых смешанных гидратов, в которых гидратообразователями являются не отдельные индивидуальные углеводороды, а их смеси. Для определения возможного места образования гидратов и их количество, необходимо знать следующие условия:

1. Состав транспортируемого газа

2. Плотность газа в рабочих условиях (т.е. при транспортировке)

3. Изменение температуры и давления в газосепараторах, если они используются

4. Изменение влагосодержания газа в зависимости от изменения температуры и давления в начале и конце газопровода (перепад давления).

Конденсация паров воды и начало образования гидратов зависят от:

1) компонентного состава транспортируемого газа

2) темпа падения температуры и давления в газопроводе от начального до кнечного участков

3) расхода газа и теплофизических свойств пород, окружающих газопровод

4) теплоемкости транспортируемого газа

5) наличия или отсутствия теплоизоляции на газопроводе

Поэтому на практике точное определение возможного места образования гидратов (гидратных пробок), как правило, вызывает большие трудности.

Предупреждение образования и устранение гидратных пробок.

Все существующие способы борьбы с гидратными отложениями можно разделить на две группы:

1) непосредственно предупреждение образования гидратов

2) устранение в газопроводах образовавшихся гидратов

В газосборных сетях могут использоваться следующие способы предупреждения и ликвидации гидратных отложений:

1. Осушка газа высококонцентрированными сорбентами (концентрация до 98%, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль). Эти вещества способны поглощать капельки воды из газа.

2. Поддержание температуры газа в газопроводе выше температуры гидратообразования. Этот способ является экономически невыгодным и применяется крайне редко.

3. Введение в газовые смеси различных ингибиторов гидратообразования, которые способствуют поглощению капелек воды из газа и переводят их в растворы, не образующих гидраты (метанол)

4. Используется снижение давления газа за образовавшейся гидратной пробкой ниже равновесного давления образования гидратов. Этот способ позволяет механически и постепенно разрушить образовавшиеся гидраты, используется при аварийной закупорке газопроводов, однако, этот метод дорогой.

Из всех этих методов наиболее предпочтительный является 1 метод (осушка газа), который осуществляется на специальных установках.