Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современный этап добычи нефти в России характеризуется необходимостью извлечения из залежей огромных объемов попутных вод как пластовых, так и закачиваемых с целью поддержания пластового давления. В результате обводнения добываемой продукции на всех стадиях разработки месторождений нефти происходит выпадение солей. Солевые отложения накапливаются в эксплуатационных колоннах скважин, на поверхности глубинно-насосного оборудования и в системе внутрипромыслового сбора и подготовки нефти и приводят как к большим материальным затратам в процессе их удаления, так и к значительным недоборам нефти при ее добыче.
По мере истощения запасов нефти Ромашкинского месторождения и перехода его на позднюю стадию разработки с возрастающим фондом высокообводненных добывающих скважин проблема солеотложений усугубляется. Кроме того, возникает необходимость извлечения остаточной нефти, требующей применения современных технологий повышения нефтеотдачи пластов, в том числе и физико-химического воздействия, что также стимулирует процессы отложения солей.
Из всех неорганических отложений, которые встречаются в процессе эксплуатации нефтяных скважин, сульфат бария (барит) является наиболее трудноудаляемым. Эти отложения очень плохо растворяются в водном растворе, показывая крайне высокую термодинамическую стабильность. Кроме того, сульфат бария обладает очень высокой плотностью и твердостью и почти не растворим многими химическими веществами, что значительно усложняет задачу удаления его отложений в скважинном оборудовании.
Поэтому разработка и обоснование технологии, обеспечивающей предотвращение выпадения барита в скважинном оборудовании, является актуальной задачей.
Значительный вклад в разработку и совершенствование технологий предотвращение отложений солей при эксплуатации нефтяных скважин внесли многие отечественные и зарубежные ученые: Антипин Ю.В., Ахметов В.Н., Аширов К.Б., Бабалян Г.А., Габдрахманов А.Г., Гатенбергер Ю.В., Гуськова И.А., Емков А.А., Ибрагимов Л.Х., Исланова Г.Ш., Кащавцев В.Е., Ким В.К, Люшин С.Ф., Лялина Л.Б., Мищенко И.Т., Мухаметшина М.М., Намиот А.Ю., Панов В.А., Пантелеев А.С., Рагулин В.А., Рогачев М.К., Саттарова Ф.М., Сыртланов А.Ш., Тронов В.П., Яркеева Н.Р., Devis J.E., Kerver J.K., Stanford G.K., Stiff H.A., Tomson M.B. и другие.
Цель диссертационной работы. Повышение эффективности эксплуатации добывающих скважин путем предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании с использованием разработанной ингибирующей композиции.
Идея работы. Предотвращение выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании в течение длительного времени обеспечивается применением разработанной ингибирующей композиции, обладающей улучшенными адсорбционно-десорбционные характеристиками.
Задачи исследований:
1. Выполнить анализ современного состояния технологий и технических средств, применяемых при эксплуатации скважин, для предупреждения образования отложений солей в скважинном оборудовании.
2. Исследовать особенности состава и свойств скважинных отложений барита, а также кинетику кристаллизации сульфата бария с участием поверхностно-активных компонентов нефти и разработать методику прогнозирования отложения сульфата бария по результатам анализа пластовых вод.
3. Разработать химическую композицию с улучшенными адсорбционно-десорбционными характеристиками для предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании.
4. Исследовать ингибирующую способность по отношению к солям бария, коррозионную активность по отношению к поверхности внутрискважинного оборудования, а также совместимость с пластовыми флюидами разработанной химической композиции.
5. Обосновать технологию применения разработанной химической композиции для предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании.
Методы исследований включают в себя теоретический анализ с использованием математического аппарата, экспериментальные исследования в лабораторных условиях и обработку результатов методами математической статистики.
Научная новизна работы:
1. Установлена зависимость индукционного периода кристаллизации сульфата бария от относительного пересыщения раствора и молярного отношения ионов бария и сульфат ионов, а также определен размер критического зародыша кристалла сульфата бария.
2. Предложен механизм формирования отложений сульфата бария в скважинном оборудовании с участием поверхностно-активных компонентов нефти, который заключается в гидрофобизации поверхности оборудования и кристаллов сульфата бария за счет формирования на ней адсорбционных слоев этих компонентов.
3. Выявлена способность разработанной химической композиции на основе оксиэтилидендифосфоновой и соляной кислот, бифторида аммония, неонола и изопропилового спирта предотвращать выпадение сульфата бария в течение длительного времени эксплуатации скважины за счет снижения межфазного натяжения на границе «нефть-ингибирующий раствор» и образования прочных силикатных пленок, включающих в себя ингибитор, на поверхности породообразующих минералов.
Защищаемые научные положения:
1. Водорастворимые поверхностно-активные компоненты (соли нафтеновых кислот), которые образуются в результате реакции нафтеновых кислот, содержащихся в нефти, с ионами натрия в пластовой воде, обладают способностью химически связывать ионы бария с образованием труднорастворимых органоминеральных соединений сульфата бария.
2. Разработанная химическая композиция на основе оксиэтилидендифосфоновой и соляной кислот, бифторида аммония, неонола и изопропилового спирта обладает эффективными ингибирующими и адсорбционно-десорбционными свойствами, обеспечивающими предотвращение выпадения сульфата бария и увеличение межремонтного периода работы скважин.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими и экспериментальными исследованиями с использованием современного оборудования (компаний CoretestSystems, Kruss, Bruker, Zeiss), высокой сходимостью расчетных величин с экспериментальными данными, воспроизводимостью полученных результатов.
Практическое значение работы:
1. Разработана химическая ингибирующая композиция на основе водных растворов оксиэтилидендифосфоновой, соляной кислот, бифторида аммония, неонола и изопропилового спирта с улучшенными адсорбционно-десорбционными характеристиками для предотвращения выпадения сульфата бария в течение длительного времени эксплуатации скважины.
2. Обосновано применение технологии предотвращения выпадения сульфата бария в скважинном оборудовании с применением разработанной ингибирующей композиции.
3. Предложена методика прогнозирования выпадения сульфата бария с использованием данных химического анализа пластовых вод, включая содержание ионов бария, плотности воды, ее минерализации и анализа состава твердых взвешенных частиц.
Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного конкурса в СПГГИ(ТУ) (г. Санкт-Петербург, 2010); Международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ(ТУ), 2010); межрегиональном семинаре «Рассохинские чтения» (г. Ухта, УГТУ, 2010); VIII межрегиональной научно-практической конференции «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий» (г., Уфа, 2010); II Международной конференции «Ресурсно-геологические и методические аспекты освоения нефтегазоносных бассейнов» (г. Санкт-Петербург, 2011); межвузовской научно-практической конференции «Оценка месторождений полезных ископаемых с падающим объемом добычи в условиях исчерпания запасов» (г. Санкт-Петербург, 2011); VII Всероссийской научно-практической конференции "Нефтепромысловая химия" (г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки России.
Структура и объём диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 109 наименований. Материал диссертации изложен на 140 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц, 27 рисунков.
