Лекция №35 Методы борьбы с отложениями солей.

1. Общие сведения

В большинстве нефте- и- газодобывающих районах России разработка месторождений сопровождается отложением минеральных солей как в призабойной зоне пласта, так н в подземном и наземном нефтепромысловом оборудовании.

В результате, ухудшаются условия разработке пласта, понижается дебит скважин и увеличивается число ремонтов подземного и наземного оборудования, обусловленных ростом гидравлического сопротивления, ухудше­нием теплообмена, усилением язвенной коррозии.

Отложения солей в нефтепромысловом оборудовании наблюдаются либо в виде мягкой накипи либо в виде слоистой монолитной структуры. Первый вид отложений встречается редко и представляет собой рыхлую массу, легко удаляемую потоком жидкости. Второй вид отложений встречается гораздо чаше н имеет плотную структуру, обладающую хорошим сцеплением с поверхностью металла, крайне трудно удаляемую механическим путем.

По химическому составу отложения представляют собой смеси неорганических солей, продуктов корро­зии, механических примесей и нефтяных компонентов (в основном AСПO).

Неорганические соли, в основном, представлены хлоридом натрия, карбонатами кальция и магния, а также сульфатами кальция. В гораздо меньших количествах встречаются соли железа, алюминия, бария, стронция, различные силикаты и т.д.

Как правило, в отложениях преобладает один тип неорганических солей (в основном, карбонатный или сульфатный).

Практически всегда, основная массовая доля в отложениях принадлежит неорганическим солям.

Структура выпадающих монолитных солевых отложений также различна - от крупных, чётко вы­раженных кристаллов до плотных камиеобразных осадков.

2. Причины образования солевых отложений, а) Смешение химически несовместимых вод.

Различают исходно несовместимые воды и воды, становящиеся несовместимыми при движении но пла­сту (скрытая несовместимость).

Примерами исходно несовместимых вод могут служить воды девона и карбона. Первые, как правило, обогащены ионами железа, вторые - сульфидными ионами. При их смешении в системе ППД, пласта или эксплуа-тационной скважине в результате химической реакции происходит образование осадка сульфида железа:

Fe⁺² + S'² =FeS₂

Вторым примером исходно несовместимых вод могут служить пресные и сточные (или пластовые) воды.

Если первые содержат существенное количество сульфатных ионов, а вторые относятся к хлоркалыцие-вому типу, то при их смешении в системе ППД, пласте или эксплуатационной скважине вполне возможно образо­вание перенасыщенного раствора с выпадением осадка гипса, по уравнению:

Ga⁺² + SO42 = CaS04i

Если же первые содержат существенное количество карбонатных ионов, а вторые относятся к сильно минерализованным водам хлоркальциевого типа то при их смешении вполне возможно образование осадка карбо­ната кальция, по уравнению:

Ca^+COs^CaCCbJ

Скрытая несовместимость обусловлена изменением химического состава вод при их движении по пласту от нагнетательной к эксплуатационной скважине.

Известно, что начальное обводнение скважины происходит но одному из высоко проницаемых прослоев неоднородного пласта. Вследствии того, что порода ещё обладает остаточной гидрофобностыо, вода её не смачи­вает и выщелачивание ионов из породы, пласта не происходит; поэтому, первой прорывается в скважину вода зака­чиваемого состава. Но рано или поздно наступает момент прорыва воды в скважину по новому обводнившемуся прослою. К этому времени первый прослой уже лишился гндрофобности и состав, воды начал меняться вследствии её контакта с породой. В результате, при закачке одной и той же воды в эксплуатационной скважине могут смеши­ваться уже разные воды, которые уже вполне могут оказаться несовместимыми.

Количество выщелачиваемого минерала зависит не только от его общего содержания, но и от порис­тости, проницаемости, расположения его кристаллов относительной ёмкости, коллектора и ионного состава закачи­ваемой воды.

Способность к выщелачиванию каждого минерала коллектор» характеризуется коэффициентом выщела­чивания — 1С_ВЫщ.

Квыщ^^-Н»-/.^) Р0

где: Р _Выщ - количество выщелачиваемого из образна минерала, %;

P q - общее содержание минерала в образце, %.

После достижения максимального значения К^щ не меняется сколько бы данной воды не прокачали че­рез коллектор.

Длительность процесса выщелачивания можно оценить по следующей методике:

сначала определяют сколько максимально можно нояучнпгводы, насыщенной данным выщелачиваемым

минералом -V0 >^по формуле:

У_В = ^У*~^РН'Г^КВЫЩ 09)

Ю⁴-С

где:

Vj - объбм залежи, м³;

Р - объёмная плотность пород, т/м³;

Р - среднее содержание выщелачиваемого минерала в пласте, %;

С - количество минерала, содержащегося в 1 м³ насыщенного раствора, т.

Если V0^ Vj> "то ^вьнчелачиваниедашкн« минерала будет нроиеходить в течении всего нериода раз­работки.

Аналогичные расчёты могут быть произведены и для других минералов.

Для того, чтобы определить, приведет ли подобное выщелачивание к образованию солевых отложений при смешении различных вод необходимо осуществить следующие расчеты, приведённые нами в качестве приме­ра, для гипса:

Прежде всего, определяют химический состав образовавшейся смеси вод, путём расчета содержания ка­ждого иона -C'i > по уравнению:

C'i = ECi-Di (40) i=l

где:

Ci -содержание данного иона в данном типе воды; D| -доля воды данного тина в смеси.

Для оценки насыщенности гипсом смеси вод рассчитывают так называемое произведение концентрации:

nK=C_Cjl+2 csq^ (41)

где:

Сг;_а+^{2 и} CcQ-2 мольные концентрации соответствующих ионов.

Затем, определяют ионную силу раствора - Ц. :

1 i=n И = ~- l€'rZi (42)

² 1=1

где:

Z,i - заряд данного иона.

После этого необходимо воспользоваться соответствующим графиком изсправочной литературы (рис.130).

График характеризует границу между насыщенными (гипсом в данном случае) и ненасыщенными вода­ми.

Если расчетная точка лежит выше кривой то воды насыщены гипсом и образование отложений становит­ся неизбежным.