Исследование процесса растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в различных углеводородных системах для определения их эффективности при удалении отложений

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 544. 422: 544. 461
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ АСФАЛЬТОСМОЛОПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ (АСПО)
В РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ УДАЛЕНИИ ОТЛОЖЕНИЙ
Иванова И. К.
ФГБУН «Институт проблем нефти и газа СО РАН», Якутск, e-mail: iva-izabella@yandex. ru
В работе приведены результаты оценки эффективности растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), образующихся в нефтяном оборудовании на Иреляхском газонефтяном месторождении Республики Саха (Якутия) в газовом конденсате, гексане и гексан-бензольной смеси при температурах эксплуатации скважины. Установлено, что для удаления АСПО при низких температурах наиболее эффективными являются алифатико-ароматические растворители.
Ключевые слова: асфальтосмолопарафиновые отложения, газовый конденсат, эффективные растворители, пластовые температуры, порядок и константа скорости реакции, диффузионный и кинетический режим
INVESTIGATION OF THE ASPHALTENE-RESIN-PARAFFIN DEPOSITS
dissolution processes in the different hydrocarbon systems to determine their efficiency for elimination of deposits
Ivanova I.K.
Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, Yakutsk, e-mail: iva-izabella@yandex. ru
The paper considers the results of the effectiveness evaluation of dissolution of the asphaltene-resin-paraffin deposits (ARPD) formed in the oil equipment of the Irelyakh gas and oil field of the Republic of Sakha (Yakutia) in gas condensate, hexane and hexane — benzene mixture at the well operation temperatures. It was established that the most effective solvents to remove the ARPD at low temperatures are aliphatic- aromatic one.
Keywords: asphaltene-resin-paraffin deposits, gas condensate, effective solvents, reservoir temperature, order and reaction rate constant, diffusion and the kinetic regime
Проблема образования АСПО на Иреляхском газонефтяном месторождении РС (Я) возникла с момента его эксплуатации в 1992 г. Это можно объяснить тем, что рассматриваемое месторождение расположено в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород, поэтому, для продуктивных горизонтов присущи регионально прослеженные низкие пластовые температуры (10−15 °С) и аномально низкие пластовые давления. Перечисленные факторы в сочетании с метаново-нафтеновым составом флюидов [1] приводят к интенсивному протеканию процессов кристаллизации и коагуляции АСПО непосредственно в пласте, в его призабойной зоне (ПЗ) и на поверхности нефтепромыслового оборудования.
Известно [2−6], что наибольшей эффективностью при удалении АСПО обладают углеводородные (УВ) растворители, представляющие собой композиции алифатических и ароматических УВ. Поскольку такое сочетание компонентов соответствует составу АСПО и является наиболее выгодным для их растворения. Основное назначение обработок ПЗ с использованием таких растворителей это разрушение водонефтяных эмульсий в призабойной зоне пласта (ПЗП) и удаление АСПО. Следует отметить, что
большинство УВ растворителей (газовый бензин, ароматические УВ, нефтяные дистилляты и т. д.) растворяют АСПО и не выделяют их после охлаждения раствора.
В настоящий момент на Иреляхском месторождении, для ликвидации последствий образования АСПО в лифт насоснокомпрессорных труб (НКТ) каждый год закачивается около 300 м³ газового конденсата, добываемого там же, однако полностью очистить оборудование от отложений не удается. Причем, для удаления АСПО в осенне-зимний сезон работы необходим больший объем конденсата по сравнению с весенне-летним периодом [7].
Таким образом, целью исследования является изучение процесса растворения АСПО при низких температурах в газовом конденсате, а также в различных УВ реагентах и определения наиболее эффективного растворителя АСПО.
Экспериментальная часть. В экспериментах использовали АСПО (Ирелях-ском ГНМ), образующиеся на поверхностях НКТ. Поскольку температура поверхности НКТ в осенне- зимний период составляет не более 10 °C, а весной и летом не превышает 25 °C — эксперименты были проведены при этих температурах. Групповой состав АСПО определен адсорбционным методом
по Маркуссону [8], установлено, что исследуемое АСПО относится к парафиновому типу (тип П3) [7]. В качестве растворителей АСПО были изучены: газовый конденсат [7], гексан, как модель легкой фракции конденсата и композиционная алифатико-ароматическая смесь, состоящая из гексана и бензола (ГБС) в соотношении 1:1.
Оценку эффективности растворителей производили двумя способами: методом НИИ «Нефтепромхим» — «методом корзинок» [9] и по результатам кинетических исследований. «Методом корзинок» эффективность реагента оценивалась по изменению массы отложений при их контакте с растворителями, время контакта — 4 ч, статические условия. По результатам исследования были определены следующие характеристики растворителя:
— Способность растворителя разрушать АСПО на более мелкие фрагменты. Это
Установлено, что применение газового конденсата при любых температурах является не лучшим выбором для удаления отложений с поверхности нефтепромыслового оборудования. Наиболее эффективно разрушают структуру парафинистого АСПО гексан и ГБС, т.к. в состав этих реагентов входят низкокипящие алифатические УВ, которые являются неплохими растворителями парафиновых УВ. Следует отметить, что при повышении температуры растворяющая способность всех реагентов увеличивается, тогда как диспергирующая — уменьшается. Видно, что композиционный алифатико-аро-матического растворитель лучше всего подходит для удаления парафинистого АСПО в условиях низких пластовых температур.
Исследование кинетики растворения АСПО в вышеназванных УВ проводилось гравиметрически в статических условиях при температурах 10 и 25 оС. В работах [10−12] показана возможность применения топохимической модели для описания кинетики растворения тяжелых нефтяных отложений. С использованием этой мето-
диспергирующая способность растворителя. Этот показатель должен быть оптимальным, так как при очень высокой диспергирующей способности растворителя существует вероятность образования фрагментов АСПО, которые могут забивать коллектор ПЗ.
— Способность растворителя образовывать с компонентами АСПО истинный раствор. Это растворяющая способность растворителя. Значение этого показателя должно быть как можно большим.
— Способности растворителя одновременно растворять и разрушать компоненты АСПО. Это так называемая моющая способность растворителя. Этот показатель можно считать универсальным. Чем выше эта величина, тем выше эффективность растворителя.
Результаты определения диспергирующей, растворяющей и моющей способности растворителей, приведены в табл. 1.
дики определены лимитирующие стадии процессов растворения (п), константы скоростей растворения (К), время за которое половина количества АСПО перейдет в раствор (т½) и рассчитаны эффективные энергии активации (Е^) разрушения АСПО в исследуемых УВ системах (табл. 2).
На рисунке в координатах степень растворения (а) — время (т) представлены полученные кинетические кривые растворения АСПО в УВ растворителях при различных температурах. Видно, что скорость растворения АСПО в газовом конденсате, по сравнению с гексаном и ГБС, существенно зависит от температуры. Анализ формы полученных кривых показал, что растворение АСПО в исследуемых растворителях относится к классу реакций с максимальной начальной скоростью. В случае гексана и ГБС это можно объяснить достаточно высокой химической активностью растворителя, а в случае газового конденсата — влиянием температуры. Однако с повышением степени растворения скорость процесса плавно снижается.
Таблица 1
Диспергирующая, растворяющая и моющая способности УВ растворителей, % мас.
Растворитель t 0С Способность, % мас.
Диспергирующая Растворяющая Моющая
Г азовый конденсат 10 15 23 38
25 10 53 63
Гексан 10 15 72 87
25 11 86 97
Гексан+Бензол=1:1 10 20 80 100
25 7 93 100
Кинетические кривые растворения АСПО в газовом конденсате, гексане и ГБС при 10 (А) и 25 оС (Б)
В табл. 2 отражены константы скоростей, и эффективная энергия активации разрушения
найденные по формуле Саковича, значения т½, АСПО в газоконденсате, гексане и ГБС.
Таблица 2
Константы скоростей, т½ и энергия активации растворения АСПО в конденсате,
ГБС и гексане
Модель системы К, мин-1 n т½, мин Е кДж/моль
Образец t, oC
АСПО + Газовый конденсат 1O S, 45x1O-5 0,50±0,04 — 292,60
25 4,42x1O-2 1,25±0,08 15,68
АСПО + ГБС 1O 3,10x1O-2 0,99±0,07 22,36 31,64
25 6,10x1O-2 1,05±0,13 11,36
АСПО + Гексан 1O 1,61x1O-2 0,84±0,04 — 51,93
25 4, S9x1O-2 0,97±0,03 12,60
Видно, что процесс разрушения АСПО в газовом конденсате и в гексане, как модели легкой фракции конденсата, протекает в диффузионной области (п& lt-1), поэтому в осенне-зимний период эксплуатации скважин добиться полного удаления АСПО с поверхности нефтедобывающего обору-
дования, используя в качестве растворителей эти реагенты, практически невозможно. Но, при нагреве этих растворителей до 25 оС процесс начинает протекать как реакция первого порядка. Т. е. при повышении температуры происходит интенсификация диффузионных процессов, и скорость физико-
химического взаимодействия компонентов АСПО с растворителем становится соизмеримой со скоростью их диффузии. В ГБС процесс растворения АСПО при разных температурах протекает как реакция первого порядка. Константа скорости растворения АСПО в газовом конденсате при повышении температуры возрастает на три порядка, а скорость растворения АСПО в ГБС и гексане тоже увеличивается, но незначительно, в пределах одного порядка. Константы скоростей растворения АСПО в ГБС при 10 оС и в нагретом конденсате и гексане, практически совпадают. Невысокое значение т½ растворения АСПО в ГБС, также указывает на возможность эффективного применения ГБС для удаления АСПО при низких температурах. Кроме этого, процесс растворения АСПО парафинистого типа в ГБС характеризуется более низким значением эффективной энергии активации по сравнению с остальными растворителями.
Заключение
Таким образом, установлено, что применение газового конденсата или его легкой фракции для удаления отложений с поверхности нефтепромыслового оборудования в осенне-зимний период работы скважин на Иреляхском месторождении, является неэффективным, т.к. процесс растворения АСПО в этих реагентах лимитируется диффузией. Но и от обработок горячими растворителями, также следует воздержаться, поскольку такие процедуры приводят к перекристаллизации парафина и как следствие к образованию еще более труднорастворимых отложений. Весной и летом эффективность очистки оборудования этими растворителями несколько возрастает. Но, нами было показано, что в составе конденсата доминируют насыщенные УВ [7], а ароматические находятся в подчиненных количествах, что обуславливает низкую растворимость ас-фальто-смолистых веществ в конденсате и его легком дистилляте, что делает их использование не перспективным. Как показали результаты кинетических исследований, процесс растворения АСПО в алифатико-ароматическом растворителе имеет первый порядок, небольшое значение т½ и характеризуется низкой эффективной энергией активации, а по методу «Нефтепромхим» моющая способность композита при сезонных температурах эксплуатации скважины достигает 100% мас. Перечисленные факторы
говорят в пользу применения композиционных растворителей для удаления АСПО парафинистого типа на скважинах Ирелях-ского месторождения, как в холодное, так и в теплое время года. Следовательно, максимальный технический и, соответственно, экономический эффект при применении газового конденсата, в качестве растворителя АСПО на Иреляхском месторождении, может быть достигнут подбором и разработкой композиционного состава на основе конденсата или прямогонных нефтяных фракций с добавлением ароматических присадок.
Список литературы
1. Чалая О. Н., Зуева И. Н., Каширцев В. А., Труще-лева ГС., Лифшиц С. Х. Состав и свойства нефтей Ире-ляхского месторождения // материалы конференции: Физико-технические проблемы добычи, транспорта и переработки нефти и газа в северных регионах. — Якутск, ЯФ Изд-ва СО РАН, 2002. — С. 201−207.
2. Разработка нефтяных месторождений: Издание
в 4-х т. / Под ред. Я. И. Хисамутдинова и ГЗ. Ибрагимова. -М.: ВНИИОЭНГ, 1994. — Т2: эксплуатация добывающих и нагнетательных скважин. — 287 с.
3. Химические реагенты в добыче и транспорте нефти: Справочник / Д. Л. Рахманкулов, С. С. Злотский, В.И. Марха-син, О. В. Пешкин, В. Я. Щекотурова, Б. Н. Мастобаев. — М.: Химия, 1987. — 144 с.
4. Орлов Г А., Кендис М. Ш., Глущенко В. Н. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче. — М.: Недра, 1991. -224 с.
5. Мамедов Т М. Добыча нефти с применением углеводородных растворителей. — М.: Недра, 1984. — 152 с.
6. King S.R., Contey C.R. Natural solvents on paraffin and asphaltene problems //JPT. — 1996. — Vol. 48. — № 8. -Р. 723- 724.
7. Иванова И. К., Шиц Е. Ю. Использование газового конденсата для борьбы с органическими отложениями в условиях аномально низких пластовых температур // Нефтяное хозяйство, 2009. — № 12. — С. 99−101.
8. Рыбак М. С. Анализ нефти и нефтепродуктов. — М.: ГНТИНГТЛ, 1962. — 888 с.
9. Эффективность применения растворителей асфальтосмолопарафиновых отложений в добыче нефти / С. Н. Головко, Ю. В. Шамрай, В. И. Гусев, С. Ф. Люшин и др. — М., 1984. — 85 с. — (Обзор. информ. / ВНИИОЭНГ. Сер. «Нефтепромысловое дело»).
10. Иванова И. К., Шиц Е. Ю. Кинетические параметры процесса растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в некоторых углеводородных растворителях // Химия в интересах устойчивого развития, 2010. — № 6. -Т. 18 — С. 735−739.
11. Иванова И. К., Рыкунов А. А. Изучение процесса растворения асфальтосмолопарафиновых отложений с позиций формальной кинетики // Нефтяное хозяйство, 2010. -№ 11. — С. 108−110.
12. Иванова И. К., Рыкунов А. А. Шиц Е.Ю. Применение уравнения Ерофеева-Колмогорова для описания кинетики растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) // Руды и металлы, 2011. — № 3, 4. — С. 73−74.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой