Пошкодження пластів від парафінів та асфальтенів

Можливо, найпоширенішою проблемою пошкодження пластів, про яку повідомляють у зрілих нафтовидобувних регіонах світу, є органічні відкладення, що утворюються як у стовбурі свердловини, так і навколо нього. Ці органічні родовища поділяються на дві великі категорії:

асфальтенів

  • Парафіни
  • Асфальтени

Ці відкладення можуть виникати в трубопроводах або в порах породи пласта. Обидва ефективно задушують потік вуглеводнів. У цій статті розглядається джерело, осадження, видалення та запобігання цим відкладенням.

Зміст

  • 1 Парафін та асфальтени в сирій нафті
  • 2 Осадження парафіну
  • 3 Видалення відкладень парафіну
  • 4 Методи запобігання осадження парафіну
  • 5 Опади асфальтену
  • 6 Видалення відкладень асфальтену
  • 7 Список використаної літератури
  • 8 Примітні статті в OnePetro
  • 9 Зовнішні посилання
  • 10 Див. Також

Парафін та асфальтени в сирій нафті

Сира олія містить три основні групи сполук:

  • Насичені вуглеводні або парафіни
  • Ароматичні вуглеводні
  • Смоли та асфальтени

Таблиця 1 наведено валовий склад сирої нафти, смол та бітумів, отриманих з різних джерел. Очевидно, що сира нафта містить значну частку насичених та ароматичних вуглеводнів із відносно невеликим відсотком смол та асфальтенів. Більш деградована нафта, включаючи смоли та бітуми, містить значно більшу частку смол та асфальтенів.

Осадження парафіну

Парафіни - це високомолекулярні алкани (C 20+), які можуть накопичуватися у вигляді відкладень у стовбурі свердловини, у живильних трубах тощо. Ці органічні відкладення можуть діяти як дроселі в стовбурі свердловини, що призводить до поступового зменшення видобутку з часом відкладення збільшуються в товщі. Це може спричинити проблеми, якщо лише систематично та періодично не вживати певних заходів щодо усунення несправностей. Консистенція родовищ різниться від м’яких накопичень до твердих крихких відкладень. Зазвичай відкладення стають твердішими та твердішими, оскільки молекулярна маса парафінових відкладень зростає. Іноді парафіни та асфальтени зустрічаються разом в органічних відкладах.

Основною причиною осадження воску або парафіну є просто втрата розчинності в сирій олії. [1] [2] Ця втрата розчинності зазвичай є результатом змін температури, тиску або складу сирої нафти в результаті втрати розчинених газів. парафіни, які мають найвищу температуру плавлення та молекулярну масу, зазвичай першими відокремлюються від розчину, при цьому парафіни нижчої молекулярної маси відокремлюються при подальшому зниженні температури. Наприклад, алкан C 60 з температурою плавлення близько 215 ° F осідає при значно вищій температурі, ніж алкан C 20 з температурою плавлення 98 ° F.

Здатність сирої нафти утримувати парафін у розчині, як правило, визначається двома показниками:

  • Точка заливки
  • Хмарна точка

Порядок вимірювання температури витікання та точки помутніння можна знайти в посібниках ASTM (D2500-66 для хмарних точок та D97-66 для витікання). Точка хмарності визначається як температура, при якій парафіни починають виходити з розчину, а прозорий розчин вуглеводнів стає каламутним. Очевидно, важко виміряти температуру хмарності для темної сирої нафти, оскільки хмарності не видно. У таких випадках, наявність кристалів парафіну, можливо, доведеться виявити за допомогою мікроскопа з поляризуючим світлом. Температура застигання визначається як температура, при якій сира нафта більше не витікає з контейнера. Коли температура знижується, кристали воску утворюють взаємозв’язану мережу, яка підтримує вуглеводневу рідину всередині неї. Ця мережа кристалів парафіну досить чутлива до зсуву і пухка при першому формуванні, але може затвердіти і стати надзвичайно жорсткою, оскільки рідина втрачає з неї. Точки заливки порівняно легко виміряти в польових умовах і добре вказують на умови, за яких велика кількість парафіну випаде з розчину в сирій олії.

Найбільш поширеною причиною втрати розчинності парафіну в сирій нафті є зниження температури, яке може відбуватися з різних причин [3]:

  • Охолодження, що виробляється сирою нафтою та супутнім газом, що розширюється через перфорації
  • Розширення газу при підйомі рідини на поверхню
  • Випромінювання тепла від трубки до навколишнього пласта, спричинене проникненням води в або навколо стовбура свердловини
  • Втрата легших складових у сирої нафті через випаровування

Можна передбачити кілька інших можливих причин зниження температури. Наприклад, у офшорних установках проблеми з парафіном, як правило, пов’язані зі швидкою зміною температури, оскільки сира нафта із стовбура свердловини надходить у підводні трубопроводи, занурені в морську воду при 4 ° C. Великі обсяги парафінів можуть осідати на поверхнях трубопроводів, що вимагає періодичного прокачування. Див. Забезпечення потоку для морських та підводних споруд.

Сам тиск майже не впливає на розчинність парафіну в сирій нафті або зовсім не впливає на нього. Однак це має значний вплив на склад сирої нафти. Зниження тиску зазвичай призводить до втрати летких речовин із сирої нафти і може спричинити осадження парафінів. Це основна причина, чому проблеми з парафіном частіше зустрічаються у більш зрілих регіонах світу. Оскільки тиск у пласті виснажується, і легші компоненти сирої нафти отримують перевагу більш важким фракціям, то ймовірність опадів парафіну значно збільшується.

Щоб осадження парафіну було значною проблемою, парафін повинен осідати на стінках пор або поверхні труб. Якщо парафін залишається захопленим у сирій нафті, це, як правило, створює незначні проблеми з виробництвом. На здатність парафіну осідати на стінках труби впливає кілька факторів:

  • Наявність води, що змочує поверхні труби, має тенденцію стримувати відкладення парафіну. Крім того, вода має більш високу питому теплоємність, ніж нафта, що підвищує температуру течії.
  • Якість труб відіграє важливу роль. Іржаві труби з великою поверхнею та численними майданчиками для утворення кристалів парафіну пропонують ідеальне місце для осадження парафіну. Парафін краще тримається на шорстких поверхнях, ніж на гладких поверхнях.
  • Температурний профіль в приствольній ділянці або в трубі відіграє важливу роль у визначенні того, чи буде парафін осідати на стінах, чи буде він і надалі захоплюватися рідиною.

Впорскування рідин, таких як стимулюючі рідини або закачування води в стовбур свердловини, часто може викликати проблеми з відкладенням парафіну. Це особливо вірно, якщо температура поверхні значно нижча за температуру пласта. Польові випадки, в яких зафіксовано випадання парафіну під час стимуляції руйнування, наведені в McClaflin [1] .

Видалення відкладень парафіну

Накопичення парафіну видаляють методами, які можна широко розділити на три категорії:

  • Механічне видалення відкладень парафіну
  • Використання розчинників для видалення парафінових відкладень
  • Використання тепла для плавлення та видалення воску

Для видалення відкладень парафіну в стовбурі свердловини найчастіше застосовують такі механічні методи, як скребки, ножі та інші інструменти. Вони можуть бути дуже ефективними і відносно недорогими.

Найпоширенішим розчинником, що застосовується для видалення парафіну з трубочків та біля стовбурової зони, є сира нафта. Гаряче мастило - найменш витратний метод, який зазвичай застосовується на свердловинах для видалення парафінових відкладень. Сировина, взята з днища резервуара, нагрівається до температури 300 ° F і більше. Потім це нагріте масло впорскується або під дією сили тяжіння подається в трубопровід або затрубний простір (частіше). Висока температура індукує солюбілізацію парафінових відкладень у закачуваній сировині, яка потім виробляється назад на поверхню. Гаряче змащення успішно застосовується для видалення відкладень парафіну, але може призвести до пошкодження пласта. Використання гарячої солоної води для розплавлення парафіну може бути більш безпечним підходом.

У минулому використовувались як органічні, так і неорганічні розчинники. Сюди входять склади сирої нафти, гасу, дизеля та ПАР, які можуть солюбілізувати парафін. Органічні розчинники, що складаються із суміші ароматичних речовин, зазвичай використовуються для видалення сумішей парафінових та асфальтенових відкладень. Однак вартість таких процедур може бути значно вищою, ніж вартість процедур з гарячим маслом або водою.

Пара використовувалась у ряді випадків, коли серйозні проблеми з парафіном призвели до закупорювання труб. Відсутність розчинності парафіну в гарячій воді вимагає використання ПАР з парою або гарячою водою, щоб розплавлений парафін можна було видалити.

Методи запобігання осадження парафіну

У виробничій колоні можна зробити кілька механічних регулювань, які можуть мінімізувати ймовірність осадження парафіну. Загалом, ці етапи призначені для мінімізації охолодження сирої нафти у міру її видобутку на поверхню. Цього можна досягти, спроектувавши насосні свердловини або розміри труб, а також газові ліфтові системи, які максимізують приплив нафти на поверхню і мінімізують тепло, втрачене навколишніми пластами. Економіка суворо обмежує використання більш дорогих методів, таких як пластикові покриття на трубопроводах та електронагрівачах.

Парафінові інгібітори - це клас сполук, що складаються з кристалічних модифікаторів, що запобігають осіданню парафіну на поверхні труб. Ці поверхнево-активні матеріали уповільнюють осадження парафіну, інгібуючи прилипання парафіну до ділянок на стінках НКТ. Поверхнево-активні речовини, що використовуються в цих додатках, включають змочувальні агенти, диспергатори та модифікатори кристалів. [3] [4] Кожну з цих хімікатів потрібно протестувати на наявність певної сирої нафти, щоб оцінити її ефективність.

Опади асфальтену

Високомолекулярні компоненти сирої нафти, що містять сполуки азоту, сірки та кисню (N, S та O), називаються асфальтенами. Цей широкий клас сполук явно не є вуглеводнем, оскільки ці сполуки містять у своїй структурі значну частину гетероатомів. Низькомолекулярні сполуки NSO називають смолами. Поділ сирої нафти на смоли та асфальтени та інші складові засноване насамперед на розчинності. Асфальтени та смоли зазвичай визначаються як нерозчинна у пентані фракція сирої нафти. [5]

Середня молекулярна структура прикладу асфальтенової фракції з сирої нафти з Венесуели показана в Рис. 1. [5]

Рис. 1 - Вид поперечного перерізу моделі асфальтену на основі дифракції рентгенівських променів. Зигзагоподібна лінія представляє конфігурацію насиченого вуглецевого ланцюга або пухкої сітки нафтенових кілець; пряма лінія являє собою край плоских аркушів ущільнених ароматичних кілець. [5]

Складається переважно із ущільнених ароматичних кілець, пов’язаних з аліфатичними хвостами. Полінуклеарні ароматичні кільця асоціюються між собою за допомогою своїх π-електронних систем, утворюючи кластери з накопиченими кільцями, як показано на малюнку. У сирих нафтах ці асфальтенові структури диспергуються і підтримуються в суспензії під дією смол. Якщо в сирій нафті присутня достатня кількість молекул смоли, асфальтени залишаються дисперсними та у розчині. Однак додавання великої кількості алканів або видалення фракції смоли може призвести до втрати розчинності, оскільки молекули асфальтену асоціюються між собою, утворюючи великі агрегати або міцели, і випадають в осад. Ці міцели або агрегати видно під оптичними мікроскопами як темні тверді агрегати. Осадження асфальтенів відбувається за рахунок утворення таких агрегатів. Отже, розчинність асфальтенів залежить від температури, тиску та складу сирої нафти. Будь-яка дія, яка впливає на баланс складу сирої нафти, може вплинути на здатність нафти утримувати асфальтени в розчині.

Дуже поширеним прикладом зміни складу сирої нафти є те, що відбувається під час зниження тиску у пласті. Як показано в Рис.2, розчинність асфальтену мінімальна при тиску в балонах. [6] Це має важливі наслідки для прогнозування того, де у водоймі відбуватимуться опади асфальтену. Оскільки резервуар виснажується, а тиск пухирців досягається нижчим у трубі або навіть у самому пласті, у цих місцях виникає можливість осадження асфальтену. Дійсно, у дослідженнях, опублікованих у літературі, спостерігається переміщення місця осадження асфальтену від верху труби до дна та у резервуар протягом певного періоду, оскільки тиск у пласті виснажується та місце, де тиск бульбашкової точки досягнуті рухи далі у напрямку до водойми.

Рис. 2 - Залежність розчинності асфальту від тиску для нафти Північного моря, що показує можливість осадження асфальту в трубі свердловини. [6]

Осадження асфальтену також може бути спричинене зміною складу сирої нафти шляхом впорскування рідин, таких як СО2 або пісний газ. [7] [8] Кілька досліджень задокументували можливість осадження асфальтену під час впорскування газу та CO2 [9] [10]. Великі зміни температури також можуть спричинити осадження асфальтену. [11] [12] У таких випадках поклади парафіну та асфальтену зазвичай спостерігаються разом. Частинки асфальтену часто діють як місця зародження кристалів парафіну.

Видалення відкладень асфальтену

Видалення відкладень асфальтену також вимагає використання розчинників або механічних пристроїв. Однак розчинники, що використовуються для видалення асфальтену, значно відрізняються від тих, що використовуються для парафінів. Оскільки асфальтени розчинні в ароматичних розчинниках, для видалення відкладень асфальтену використовували суміші ароматичних розчинників, таких як ксилол. [13] Слід зазначити, що такі розчинники, як дизель та гас, які є переважно прямоланцюговими алканами, не слід використовувати, оскільки вони можуть спричинити осадження асфальтену.

Список літератури

  1. ↑ 1.01.1 Макклафлін, Г. та Вітфілл, Д.Л. 1984. Контроль осадження парафіну у виробничих операціях. J Pet Technol 36 (11): 1965-1970. SPE-12204-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12204-PA
  2. ↑ Томас, округ Колумбія, 1988. Вибір продуктів та програм для контролю парафіну. Представлено на Міжнародній нараді з нафтової техніки, Тяньцзінь, Китай, 1-4 листопада 1988 р. SPE-17626-MS. http://dx.doi.org/10.2118/17626-MS
  3. ↑ 3.03.1 Ньюберрі, М.Є. та Баркер, К.М. 1985. Запобігання пошкодженню утворенням шляхом контролю відкладення парафіну та асфальтену. Представлено на симпозіумі з виробничих операцій SPE, Оклахома-Сіті, Оклахома, 10-12 березня 1985 р. SPE-13796-MS. http://dx.doi.org/10.2118/13796-MS
  4. ↑ Хоучін, Л.Р. і Хадсон, Л. М. 1986. Прогнозування, оцінка та лікування пошкоджень пластів, спричинених осадженням органіки. Представлено на симпозіумі з контролю за пошкодженнями утворення SPE, Лафайєт, Луїзіана, 26-27 лютого 1986 р. SPE-14818-MS. http://dx.doi.org/10.2118/14818-MS
  5. ↑ 5.05.15.2 Єна, Т.Ф. 1974. Будова нафтового асфальтену та його значення. Джерела енергії 1 (4): 447.
  6. ↑ 6.06.1 Гіршберг А., Де Йонг, Л.Н.Й., Шиппер, Б.А. та ін. 1984. Вплив температури та тиску на флокуляцію асфальтену. SPE J. 24 (3): 283–293. SPE-11202-PA. http://dx.doi.org/10.2118/11202-PA
  7. ↑ Монгер, Т.Г. і Fu, J.C. 1987. Природа органічного осадження, спричиненого СО2. Представлено на щорічній технічній конференції та виставці SPE, Даллас, штат Техас, 27-30 вересня 1987 р. SPE-16713-MS. http://dx.doi.org/10.2118/16713-MS
  8. ↑ Монгер, Т.Г. та Трухільо, Д.Е. 1991. Органічне осадження під час затоплення СО2 та багатих газів. SPE Res Eng 6 (1): 17-24. SPE-18063-PA. http://dx.doi.org/10.2118/18063-PA
  9. ↑ Браун, С.В., Райан, Д.Ф., Чемберс, Б.Д. та ін. 1995. Простий підхід до очищення горизонтальних свердловин за допомогою попередньо розфасованих екранів. J Pet Technol 47 (9): 794-800. SPE-30116-PA. http://dx.doi.org/10.2118/30116-PA
  10. ↑ Зайн, З.М. та Шарма, М.М. 1999. Очищення стінових будівельних фільтрів. Представлено на щорічній технічній конференції та виставці SPE, Х'юстон, Техас, 3-6 жовтня 1999 року. SPE-56635-MS. http://dx.doi.org/10.2118/56635-MS
  11. ↑ Леонтарітіс, К. 1989. Відкладення асфальтену: всебічний опис проблемних проявів та моделювання. Представлено на симпозіумі з виробничих операцій SPE, Оклахома-Сіті, Оклахома, 13-14 березня 1989 р. SPE-18892-MS. http://dx.doi.org/10.2118/18892-MS
  12. ↑ Kawanaka, S., Park, S.J., and Mansoori, G.A. 1991. Органічне осадження з пластових рідин: термодинамічна передбачувальна техніка. SPE Res Eng 6 (2): 185-192. SPE-17376-PA. http://dx.doi.org/10.2118/17376-PA
  13. ↑ Schantz, S.S. and Stephenson, W.K. 1991. Осадження асфальтену: Розробка та застосування полімерних диспергаторів асфальтену. Представлено на щорічній технічній конференції та виставці SPE, Даллас, штат Техас, 6-9 жовтня 1991 р. SPE-22783-MS. http://dx.doi.org/10.2118/22783-MS

Цікаві статті в OnePetro

Використовуйте цей розділ, щоб перерахувати документи в OnePetro, які читач, який хоче дізнатись більше, обов’язково повинен прочитати

зовнішні посилання

Використовуйте цей розділ для надання посилань на відповідні матеріали на веб-сайтах, відмінних від PetroWiki та OnePetro