8.3 Причины образования и отложения солей

На некоторых месторождениях (Самотлор, Речица, месторождениях Самарской области, Азербайджана и др.) в процессе эксплуатации скважин наблюдается интенсивное выпадение солей в рабочих органах штанговых и центробежных электронасосов, а также в насосно-компрессорных трубах и вы­кидных линиях. Выпадение солей в основном наблюдается в обводненных скважинах. Пластовые воды, поднимаемые на по­верхность вместе с нефтью, могут содержать свыше 400 г/л солей, а плотность этих вод достигает 1,4 г/см³.

Соли, содержащиеся в пластовых водах, могут быть как водо­растворимые (NaCl, СаСl₂), так и водонерастворимые: карбонат кальция СаСОз, карбонат магния MgCO₃, сульфат кальция CaSO₄·2H₂O (гипс), сульфат магния MgSO₄, сульфат бария BaSO₄, силикат кальция CaSiO₃, силикат магния MgSiO₃ и т. д.

Основная причина образования и отложения этих солей в про­цессе добычи нефти и воды – это нарушение карбонатного равно­весия, обусловленного снижением температуры и давления. При его нарушении из водного раствора солей выделяется углекислый газ СО₂, раствор становится перенасыщенным, в результате про­исходят образование кристаллов и отложение их на стенках труб.

В пластовых водах, как известно, кроме свободного углекислого газа СО₂ и недиссоциированных молекул углекислоты Н₂СО₃ содержатся бикарбонатные ионы НСО₃^ˉ и карбонатные ионы СО₃^ˉ.

Слабая углекислота диссоциирует

Н₂СО₃ ↔ Н^ˉ + НСО₃^ˉ,

НСО₃^ˉ ↔ Н⁺ + СО₃^2-.

В водных растворах углекислых соединений обычно существует при постоянном давлении и температуре в пластовых условиях динамическое равновесие между различными формами углекислоты.

2 НСО₃^ˉ ↔ СО₃^2- + СО₂↑ + Н₂О.

Данное уравнение показывает, что если количество бикарбонатных ионов (НСО₃^ˉ) соответствует определенному количеству свободного углекислого газа СО₂, то существует карбонатное равновесие. Такая вода называется стабильной. При наличии в пластовых водах одновременно ионов Са²⁺, Mg²⁺ и НСО₃^ˉ образуются очень непрочные бикарбонаты кальция и магния

Са²⁺ + 2НСО₃^ˉ = Са(НСО₃)₂,

Mg²⁺ + 2НСО₃^ˉ = Mg (HCO₃)₂,

равновесие которых также поддерживается за счет растворенного в воде углекислого газа.

При движении нефти, газа и пластовой воды по стволу сква­жины, выкидным линиям и сборным коллекторам давление в них понижается, в результате чего из воды выделяется углекислый газ и образуется осадок солей

Са (НСО₃)₂ = СаСО₃↓ + CO₂↑ + Н₂О,

Mg (НСО₃)₂ = MgСО₃↓ + CO₂↑ + Н₂О,

заклинивающий рабочие органы насосов и выводящий их из строя.

Так, например, на Самотлорском месторождении центробежные электронасосы через 25÷30 дней непрерывной работы выходят из строя из-за отложения солей, тогда как эти же насосы без образования в них осадков солей на других горизонтах могут работать больше года.

В выкидных линиях и сборных коллекторах вследствие выпадения солей образуются прочные отложения, существенно снижа­ющие их пропускную способность.

8.4 Методы борьбы с отложениями солей

Существуют два способа борьбы с отложениями солей: хими­ческий и применение пресной воды.

Химические методы борьбы с образованием солей в скважинах применяют, главным образом, при выпадении карбонатных и суль­фатных солей (водонерастворимых).

В качестве реагентов в данном случае применяют главным образом гексаметафосфат натрия (NaPO₃)₆ и триполифосфат нат­рия как в чистом, так и с добавкой дубового экстракта или других присадок.

Сущность данного метода борьбы с отложениями солей сводится к тому, что водный раствор гексаметафосфата натрия (0,1 мас. %) образует коллоидный раствор, который не дает осадка солей.

С отложениями водонерастворимых солей легко можно бороть­ся также с помощью растворов соляной кислоты.

СаСО2	+2НС1=	СаС12	+СО2↑.
соль не растворяется в воде		соль растворяется в воде

Однако, как показала практика, применение растворов соля­ной кислоты быстро приводит к порче оплетки кабеля для насоса и усиленной коррозии оборудования, в связи с чем эти растворы, как правило, не применяются.

Для борьбы с образованием отложений водорастворимых со­лей (NaCl, СаСl₂) самым эффективным оказался метод подачи в добываемую продукцию скважин пресной воды.

Пресную воду можно подавать двумя способами: непрерыв­но – на забой скважины в процессе ее эксплуатации и периодиче­ски – в затрубное пространство.

Первый способ позволяет исключить возможность выпадения солей в скважине путем перевода насыщенного раствора солей в ненасыщенное состояние, в результате чего кристаллы солей не образуются и не выпадают в осадок. Смешение высокоминерали­зованной пластовой воды с пресной, подливаемой в затрубное пространство скважины (8÷14%), позволяет компенсировать уменьшение растворимости солей, вызванное снижением темпера­туры потока.

Второй способ рассчитан на периодическое растворение солей в скважине по мере накопления их осадка.

Для осуществления обоих методов на месторождениях, где во­дорастворимые соли выпадают в скважинах, должны строиться сети водоснабжения пресной воды и подготовки этой воды. Водоподготовка заключается в химической обработке пресной воды для исключения возможности образования и выпадения нераствори­мых солей при взаимодействии пресной воды с пластовой.

Сети водоснабжения и водоподготовки могут быть централи­зованными (исходящие из одного пункта) и децентрализованны­ми – все зависит от местных условий (наличие пресных вод и климатические условия).

Однако там, где предусматривается разработка месторождения с поддержанием пластового давления закачкой пресной воды в пласт, строительство специальной сети водоснабжения для борьбы с отложениями солей необязательно. В этом случае от общих во­доводов прокладываются ответвления небольшого диаметра (25÷37 мм) к каждой эксплуатационной скважине. На них устанавли­вается расходомерная шайба с вентилем для регулирования пода­чи пресной воды.