Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование структуры, состава, зон отложения сульфид содержащих осадков и механизма их образования в технологических звеньях процесса добычи обводненной нефти 13
1.1 Зоны отложения твердых осадков и их интенсивность на месторождениях с различными физико-химическими свойствами пластовых вод... 14
1.2 Изучение структуры и классификация твердых сульфид содержащих осадков по компонентному составу 17
1.3 Изучение механизма формирования сульфидсодержащих осадков в сероводородосодержащих водах 34
1.4 Исследование факторов, влияющих на интенсивность образования осадков в добывающей скважине 46
1.5 Исследование влияния герметичности системы нефтесбора на интенсивность сульфидообразования и коррозию оборудования. 56
1.6 Выявление критериев оценки интенсивности сульфидообразования 58
Выводы к главе 1 66
2. Основные виды осложнений в эксплуатации нефтепро мысловых объектов, связанных с образованием в них сульфидсодержащих осадков 68
2.1 Исследование динамики снижения продуктивности добывающих и приемистости нагнетательных скважин, осложненных осадкообразованием 70
2.2 Исследование влияния сульфидсодержащих осадков на работу скважинного насосного оборудования и ее аварийность 76
2.3 Исследование причин усиления коррозионных процессов в оборудовании нефтепромысловых объектов в поздний период эксплуатации месторождений 88
Выводы к главе 2 92
3. Прогнозирование условий образования и видов сульфидсодержащих осадков. Обобщенный критерий оценки вида сульфид содержащего осадка 95
3.1 Выделение основных факторов, характеризующих процесс образования солевых осадков... 95
3.2 Статистический анализ факторов, характеризующих процесс образования солевых осадков 103
3.2.1 Определение информативности признаков 103
3.2.2 Построение уравнений линейной регрессии и прогнозирование условий образования осадков 105
3.3 Обобщенный критерий определения вида комплексного осадка и его апробация на месторождениях с различными составами пластовых вод. 108
Выводы к главе 3 111
4. Разработка композиционных составов химических реагентов и технологий их применения для предупреждения ; образования сульфид содержащих осадков в добывающих скважинах 114
4.1 Лабораторные исследования по созданию эффективных композиционных составов химреагентов. Установление оптимальных дозировок композиций химреагентов 118
4.2 Технологическая схема закачки реагентов в призабойную зону пласта и определение оптимальных концентраций и объемов растворов реагентов 127
4.3 Сравнительный анализ технико-экономических показателей применения технологий предупреждения осадкообразования в скважинном оборудовании и периодического удаления осадков 137
4.4 Анализ результатов опытно-промышленных испытаний эффективности композиций химреагентов и технологий их применения . 138
Выводы к главе 4 140
5. Разработка комплекса технологий предупреждения образования сульфид содержащих осадков обработкой пластовой воды бактерицидами в ее кругообороте 141
5.1 Исследование роли микробиологических процессов в добыче нефти 141
5.2 Анализ методов подавления жизнедеятельности СВБ и выбор наиболее эффективных бактерицидов 143
5.3 Разработка технологии подавления сульфатвосстанавливающих бактерий циклической обрабогкой пластовой воды в ее кругообороте 147
5.3.1 Разработка технологии подавления сульфатвосстанавливающих бактерий в добывающей скважине и выкидных трубопроводах 149
5.3.2 Разработка технологии подавления сульфатвосстанавливающих бактерий в системе нефтесбора введением комплексно-действующего реагента в начальных участках 155
5.3.3 Оптимизация количества точек ввода хим.реагентов на контуре оборота. пластовой воды 170
5.3.4 Разработка технологии обработки бактерицидом пластовой воды на установках ее предварительного сброса 177
Выводы к главе 5 183
6. Исследование причин аномально высоких скоростей коррозии трубопроводов, транспортирующих водонефтяные эмульсии и попутно-добываемые пластовые воды. Разработка технологий защиты трубопроводов от коррозионного разрушения в условиях образования сульфидсодержащих осадков 185
6.1 Промысловые исследования влияния кислорода на усиление коррозионных процессов 185
6.2 Экспериментальные исследования влияния кислорода на усиление коррозионных процессов 192
6.3 Исследование причин поступления кислорода в трубопроводы, транспортирующие водонефтяные эмульсии и попутно-добываемые пластовые воды. 198
6.4 Технологические приемы эксплуатации центробежных насосных агрегатов, исключающих поступление атмосферного воздуха в перекачиваемую среду 202
6.5 Роль микроорганизмов в усилении осадкообразования и коррозии металла 206
6.6 Разработка технологии защиты от коррозии нефтепроводов периодической перекачкой высокоминерализованной пластовой воды, содержащей бактерицидно-ингибирующую композицию 209
Выводы к главе 6 213
Основные выводы 217
Список использованной литературы 219
Приложение 1 экспресс методика определения карбонатов кальция и сульфидов железа (fes, fe3s4> fesa) в сложных осадках 248
Приложение 2 Акты внедрения 255
- Зоны отложения твердых осадков и их интенсивность на месторождениях с различными физико-химическими свойствами пластовых вод...
- Исследование факторов, влияющих на интенсивность образования осадков в добывающей скважине
- Выделение основных факторов, характеризующих процесс образования солевых осадков...
- Лабораторные исследования по созданию эффективных композиционных составов химреагентов. Установление оптимальных дозировок композиций химреагентов
Введение к работе
Одной из важнейших проблем в поздний период эксплуатации нефтяных месторождений является обеспечение проектных уровней добычи и достижение высоких коэффициентов извлечения нефти. Основные месторождения в стране разрабатываются искусственным поддержанием пластового давления закачкой воды, в том числе сточной, в нефтяные пласты. С помощью этого метода добывается до 90 % всего объема нефти в России. Однако, добыча нефти при этом сопровождается все возрастающими объемами по-путно-добываемой воды, с которой связан ряд проблем, в том числе образование твердых солевых отложений сложного состава в нефтепромысловом оборудовании.
Образование осадков комплексного состава и их отложение на стенках нижних участков эксплуатационных колонн, в приемных и рабочих органах электроцентробежных насосов являются причиной снижения или полной потери производительности скважинных насосных установок из-за перекрытия проходных сечений их рабочих органов и труб, коррозии оборудования, его износа вследствии отложения абразивных осадков в трущихся парах насосов, вибрации установок, их разрушения и аварий.
Опыт эксплуатации нефтяных месторождений на поздней стадии показал, что наибольшее количество осложнений в процессе добычи нефти вызывают отложения, содержащие в своем составе сульфиды железа.
Наиболее интенсивное образование солевых отложений с сульфидом железа происходит в скважине на приеме насоса, в его рабочих органах и далее в насосно-компрессорных трубах (НКТ). Дальнейшие отложения солей с меньшей интенсивностью происходят в системах нефтесбора,. нефтеподго-товки и поддержания пластового давления.
Образующаяся в процессе добычи водонефтяная эмульсия обладает высокой стойкостью к разрушению вследствие ее стабилизации сульфидом железа. Отложение солей в присутствии сульфида железа на стенках оборудования скважины и обсадной колонны в значительной мере усиливают кор-
розию металла вследствии образования гальванических пар между осадками и металлом труб. То же самое происходит в промысловых трубопроводах и емкостном оборудовании систем сбора, подготовки нефти и воды для закачки в пласт.
Однако для успешной борьбы с образованием сложных осадков и их удаления из оборудования отсутствовали соответствующие методы определения условий и причин образования осадков, их прогнозирования, композиционные составы химреагентов и технологические способы их дозирования в добываемую жидкость с целью предупреждения: отложения или удаления осадков. Отсутствовала соответствующая классификация осадков по их видам и групповому составу. Одной из главных проблем являлось отсутствие четких представлений о причинах и зонах появления осложняющего компонента осадков -сульфида железа.
Цель данной работы - разработка научно обоснованных технологических решений, направленных на предупреждение и удаление сульфидсодер-жащих отложений солей в процессе добычи обводненной нефти и утилизации попутнодобываемой воды, на базе исследования состава, причин и условий их образования.
В ходе работы над: диссертацией были поставлены и решались задачи:
-исследование структуры и состава сульфидсодержащих осадков (ССО), закономерности и механизма их образования в технологических звеньях процесса добычи обводненной нефти;
-выявление основных видов осложнений и степени их влияния при эксплуатации нефтепромысловых объектов, связанных с образованием в них твердых осадков сложного состава;
-прогнозирование образования различных видов сульфидсодержащих осадков в добывающих скважинах. Выявление критериев оценки видов отложений и интенсивности их образования;
-разработка композиционных составов химических реагентов для пре-
дупреждения образования осадков сложного состава в добывающих скважинах и технологий их применения;
-разработка комплекса технологий предупреждения образования ССО обработкой пластовой воды бактерицидами в её кругообороте. Обоснование и выбор точек ввода химических реагентов и оптимизация их количества с целью улучшения качества подготовки попутнодобываемой пластовой воды;
-исследование причин аномально высоких скоростей коррозии трубопроводов. Разработка новых технологий защиты нефтепромысловых трубопроводов от коррозионного разрушения в условиях образования ССО с целью повышения их надежности при утилизации попутнодобываемой пластовой воды.
Методы решения поставленных задач
Решение поставленных задач осуществлялось теоретическими, лабораторными и промысловыми исследованиями. Для изучения и анализа использовались результаты химических анализов, полученных, как правило, по стандартным методикам. В то же время потребовалось создание новых установок и методик соответствующих исследований. При этом практиковалась система проведения контрольных анализов, проводимых параллельно с основными. В таких случаях оценивались ошибки измерений и достоверность полученных конечных результатов.
При разработке методики прогнозирования условий осадкообразования и вида осадков использовались методы математической статистики с применением теории адаптации и обучения.
Научная новизна полученных решений и выводов заключается в следующем:
1. Сформулирована концепция и разработаны теоретические и методические решения по предупреждению образования отложений сульфидсодержащих осадков, основанные на системном воздействии на добываемую жидкость композициями химических реагентов во всех технологических звеньях добычи нефти.
Научно обоснован механизм образования сульфидсодержащих осадков и их накопления на поверхности оборудования. Предложена классификация осадков по компонентному составу.
Разработаны научно-методические основы прогнозирования и борьбы с образованием сульфидсодержащих осадков на поздней и завершающей стадии разработки месторождений, отличающихся совместным влиянием отложений солей и АСП. Установлены основные факторы, влияющие на процесс образования различных видов осадков и получены зависимости скорости их роста от дебита, минерализации, газонасыщенности, ионного состава пластовой воды, а также соотношения асфальтено-смоло-парафиновых компонентов в добываемой нефти.
Разработаны научно обоснованные критерии для выбора и оптимизации числа точек ввода, технологии и технические средства дозирования композиций химических реагентов в добываемую жидкость в технологических звеньях добычи нефти.
Разработан и успешно испытан широкий спектр новых композиционных составов химических реагентов для применения в различных звеньях добычи нефти, действие которых основано на связывании осадкообразующих ионов кальция, железа, бария, а также подавлении жизнедеятельности СВБ.
Практическая ценность и внедрение результатов работы Разработан комплекс технологий и методов, направленных на повышение эффективности эксплуатации осложненных образованием сульфидсодержащих осадков добывающих скважин, трубопроводов систем нефтесбора и поддержания пластового давления, емкостного оборудования нефтесбор-ных парков и установок предварительного сброса воды, нагнетательных скважин.
Разработанные на основе исследования методы предотвращения образования сульфидсодержащих осадков внедрены более чем на 2200 скважинах, при защите более 4500 км промысловых трубопроводов, 43 резервуаров, 69 емкостей.
Внедрение результатов исследований и разработанных новых технологий позволило 2-2.5 раза увеличить межремонтный период работы осложненных скважин и сократить в среднем затраты на борьбу с отложениями в 4 раза.
Уменьшить удельные расходы деэмульгатора для подготовки и увеличения глубины предварительного обезвоживания нефти с 80 до 70 г/тн., а ингибитора коррозии с 28 до 24 г/мЗ попутно добываемой воды.
Снизить аварийность трубопроводов из-за коррозионных процессов более чем в 3 раза и повысить срок их службы в системах нефтесбора и поддержания пластового давления в 1.15-1.25 раза.
Разработанные технологии апробированы: на месторождениях Татарстана, Башкортостана, Удмуртии и широко внедрены в производство. По результатам исследований разработаны 3 руководящих документа (РД) и 4 стандарта предприятия (СТП).
Основные защищаемые положения
На защиту выносятся следующие основные положения, составляющие научную новизну, приоритет и практическую ценность диссертационной работы.
L Научная концепция, теоретические и методические решения, основанные на системном воздействии на добываемую жидкость композициями химических реагентов во всех технологических звеньях добычи нефти.
Научно методические основы прогнозирования условий и интенсивности образования сульфидсодержащих осадков и их видов с учетом дебита скважины, минерализации, газонасыщенности и ионного состава пластовых вод, содержания сероводорода и ионов железа в ней, соотношения асфальте-но-смолопарафиновых фракций в нефтях.
Критерии выбора и оптимизации числа точек ввода, технологии и технические средства дозирования композиций химических реагентов в попутно добываемую пластовую воду.
Результаты экспериментальных и промысловых исследований влия-
ния растворенного кислорода в сероводоро до содержащих водах на усиление сульфидобразования и коррозионного разрушения нефтепромыслового оборудования трубопроводов.
Новые технологии защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии, вызванной отложением сульфидсодержащих осадков на поверхности металла..
Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения (технологий) разработок.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на Международных и Республиканских совещаниях и конференциях, посвященных проблемам борьбы с солеотложениями, асфальтосмолопарафиновыми отложениями, коррозией нефтепромыслового оборудования (Дюртюли- 1982г, г. Уфа- 1987 г., г.Бугульма - 1987г., г.Казань - 1994г., г.Казань - 1996г., г.Уфа: - 1998г., г.Уфа - 2000г., г.Казань — 2001г.), на заседаниях ученых советов Башнипинефть, УдмуртНИПИнефть, технических советов АНК «Башнефть», НГДУ «Краснохолмскнефть», НГДУ «Арланнефть», НГДУ «Бавлынефть» ОАО «Татнефть», АО «Удмуртнефть», творческих конференциях молодых специалистов и ученых АНК «Башнефть» и других совещаниях.
Публикация результатов и личный вклад автора
По теме исследований издана книга «Предупреждение образования комплексных сульфидсодержащих осадков в добыче обводненной нефти» Уфа, изд-во УГНТУ, 2002, 267 с, а также опубликовано 55 печатных работ в центральной и региональной отраслевой печати, написанных лично автором диссертации и в соавторстве с коллегами по научно-исследовательской работе, в т.ч. получено 9 патентов РФ, разработаны три РД (руководящих документа), четыре СТП (стандарта предприятия), подготовлено четыре тезиса докладов.
В рассматриваемых исследованиях автору принадлежат: постановка задач, их решение, анализ и обоснование полученных результатов, рекоменда-
ции.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов, списка литературы из 275 наименований. Работа изложена на2.^страницах, в том числе содержите таблиц,5"^рисунков.
Работа выполнена в ДООО "Башнипинефть" и ООО НГДУ «Красно-холмскнефть» при участии специалистов добычи нефти Башкортостана, Татарстана, Удмуртии и ряда организаций, связанных с процессами добычи нефти. Автор приносит им благодарность за оказание помощи в научно-исследовательских работах.
, д.т.н. Низамовым
к.т.н. РагулинымВ.А.
При решении ряда вопросов диссертации и внедрении разработок автор сотрудничал с д.т.н., профессором Антипиным Ю.В., к.т.н. Калимулли-ным А.А., к.т.н. Сафоновым Е.Н.,
К.Р., д.т.н. Уметбаевым В.Г., к.т.н. Мурзагильдиным З.Г., к.т.н. Гатауллиным Ш.Г., к.т.н. Кильдибековым И.Г., к.х.н. Гоником А.А., д.т.н. Сахабутдиновым Р.З., к.т.н. Даутовым Ф.И., д.т.н. Загировым М.М., к.т.н. Габдуллиным Р.Ф., инженером Пензиным Ю.Г., инженером Садыковым Л.Ю., к.т.н. Прокшиной Н.В., к.т.н. Пантелеевой А.Р., инженером Тишанкиной Р.Ф., д.т.н. Хазиповым Р.Х., которым автор выражает искреннюю признательность. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность за многочисленные и исключительно ценные советы и указания при проведении исследований научному консультанту д.т.н., профессору Валееву М.Д.
Зоны отложения твердых осадков и их интенсивность на месторождениях с различными физико-химическими свойствами пластовых вод...
Основным методом установления зон отложения сложных осадков является визуальный осмотр извлеченного оборудования при подземном и капитальном ремонтах скважины. Кроме того, в период эксплуатации осложненных скважин производятся замеры дебита, динамического уровня и глубины забоя скважины. Сам же процесс осадкообразования контролируется по 6-членному анализу попутно-добываемой воды, наличию в ней ионов железа (Fe++), сероводорода (H2S), сульфатвоостанавливающих бактерий (СВБ), водородного показателя (рН) и коэффициентов насыщенности по карбонатам и сульфатам. Наличие ионов железа и сероводорода является необходимым условием формирования отложений, содержащих сульфиды железа. Достаточными условиями при этом является перенасыщенность пластовой воды сульфатами и карбонатами. Образование осадков комплексного состава происходит в призабой-ной зоне скважины, перфорационных каналах, эксплуатационной колонне, насосно-компрессорных трубах, клапанных узлах штанговых насосов, рабочих колесах и направляющих аппаратах электроцентробежных насосов, н&л}_ тесборных коллекторах, турбинных счетчиках установок АГЗУ «Спутник», технологических емкостях системы подготовки нефти, водоводах системы поддержания пластового давления, в нагнетательных скважинах, то есть во всех участках технологической цепи процесса добычи нефти. Отложения неорганических солей, состоящих преимущественно из хлорида натрия, имеют место в скважинном оборудовании нефтяных месторождений Белоруссии. В качестве примеси в осадках содержится незначительное количество карбоната кальция. На поверхности оборудования отлагается в виде плотных кристаллов. Отложения из скважин представляют зернисто- кристаллические агрегаты различных размеров [ 21] .
Отложения карбонатных солей имеют место при разработке месторождений Азербайджана, Северного Кавказа, Западной Сибири. Основной частью таких отложений являются карбонат кальция с незначительными включениями карбоната магния, а в качестве примеси присутствует сульфат бария. На нефтепромысловом оборудовании отлагается в виде кристаллического осадка различной плотности от очень плотного, накипеобразного, до одиночных крупных таблетчатых кристаллов кальцита.
Отложения сульфатных солей: происходят при добыче нефти из скважин большинства месторождений Урало - Поволжья, Пермского Прикамья, а также при разработке месторождений Казахстана. Сульфатные соли обычно представлены сульфатом кальция, который отлагается в виде кристаллических осадков гипса различной плотности. Кроме сульфата кальция в отложениях встречаются сульфаты бария и стронция. В виде примесей в отложениях сульфатных солей содержатся карбонаты кальция и магния.
В составе неорганических отложений солей обычно содержатся тяжелые углеводородные компоненты нефти, окислы и сульфиды железа, гигроскопическая влага, окись кремния в виде выносимого из пласта песка [21, 29, 73,97,98]. Наиболее подверженным отложениям комплексных осадков звеном является добывающая скважина с подземным оборудованием. Отложения комплексных осадков происходят при всех способах эксплуатации скважин. Восстановление работоспособности скважин требует проведения дорогостоящих ремонтов. При движении пластовой воды от забоя добывающей скважины до установок подготовки нефти происходит непрерывное изменение термобарических условий потока в результате изменения давления и температуры. Следовательно, непрерывно идет процесс образования осадков минеральных солей и твердых углеводородов. Интенсивность образования комплексных осадков, содержащих сульфиды железа, зависит от многих факторов. По своей значимости на первом месте стоит степень нарушения химического равновесия ионов, входящих в состав пластовой воды в результате закачки в продуктивный пласт пресной воды для поддержания пластового давления, а также в результате выщелачивания горных пород, составляющих продуктивный пласт [38, 189].
Для условий месторождений регионов Урало-Поволжья средневзвешанные значения пластового и устьевого давлений находятся в пределах 10,0-11,0 МПа и 1,0-1,5 МПа соответственно. Средние значения температуры добываемой жидкости в пласте и на устьях скважин находятся в пределах 20-25С и 3-5С соответственно.
Таким образом, добываемая жидкость при ее движении из пласта на дневную поверхность испытывает большие термобарические перепады: снижение давления составляет до 10-14 раз, снижение температуры —5-6 раз. При движении жидкости в системе нефтесбора, нефтеподготовки, попутно-добываемой пластовой воды в системе ШТД происходит дальнейшее изменение термобарических условий. Однако эти изменения незначительны и составляют не более 0,1-0,2 от термобарических перепадов в условиях скважины. Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод о том, что до 80-90% комплексных осадков от потенциально возможного образуются в сква-жинных условиях. Вторым по значимости фактором, повышающим интенсивность образования комплексных осадков, содержащих сульфиды железа, является способ эксплуатации добывающей скважины. Наибольшее изменение термобарических условий добываемой жидкости происходит при эксплуатации добывающей скважины установками электроцентробежных насосов (УЭЦН). За счет высокой производительности УЭЦН и высокой скорости потока жидкости повышается степень сепарации растворенного в нефти газа на приеме насоса. Происходит резкое повышение температуры потока жидкости на приеме насоса за счет теплопередачи от электродвигателя УЭЦН. В результате сложения этих двух факторов (изменение давления и. температуры) происходят отложения комплексных осадков на приеме УЭЦН с максимальной интенсивностью, В табл. 1.1-1.3 приведен неполный перечень скважин Бураевского, Игровского, Кузбаевского месторождений, осложненных осадками с содержанием сульфидов железа. Практически все скважины добывают пластовую воду низкой минерализации и в ней обнаружены сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ) в пределах Ю -Ю3 кл/мл. Кроме того, в пластовой воде этих скважин находятся в небольших количествах свободный сероводород (H2S) и ионы двух - и трехвалентного железа. Это говорит о том, что на процесс образования сульфидов железа в добывающих скважинах влияет множество факторов и образование сульфида железа в небольших количествах будет и в других технологических звеньях добычи нефти (система сбора, подготовка нефти, ППД).
Исследование факторов, влияющих на интенсивность образования осадков в добывающей скважине
Значительная часть исследованных образцов солеотложений содержит как кристаллически связанные, так и адсорбированные органические соединения, которые гидрофобизируют поверхности солевых частиц и придают осадку коричнево-бурый цвет. Исследование органических веществ из осадков показало, что они состоят в основном из ароматических непредельных углеводородов, сернистых соединений, асфальтенов, парафинов и смол. Все обнаруженные в составе комплексных осадков нефтяные компоненты обладают свободной поверхностной энергией, закрепляются на поверхности солевых частиц за счет физической адсорбции, гидрофобизируют эти поверхности. Капельки или ассоциаты углеводородных веществ на кри сталлах становятся центрами селективной флокуляции минеральных частиц [98]. Исследованиями некоторых ученых [93, 98] была показана положительная динамика роста скорости осадконакопления при увеличении количества добавляемой органики в раствор. На участках труб, где солевые осадки образовались на адсорбционных пристенных слоях, прочность их адгезии к стенкам труб была выше на 30-40%. Нефтяные компоненты способствуют не только образованию, но и скреплению отдельных кристаллов солей друг с другом и со стенками оборудования. В связи с этим чрезвычайно интересно было установить влияние конкретных элементов компонентного состава добываемой продукции или их определенных соотношений на интенсивность осадкообразования. Для решения данной задачи была собрана промысловая информация по 80 добывающим скважинам НГДУ «Краснохолмскиефть», осложненных образованием твердых сульфидсодержащих осадков (табл. 1.10).. В составе комплексного осадка, извлеченного из скважины при очередном подземном ремонте, было определено количество АСПО, карбонатов, гипса, сульфидов железа. В добываемой продукции скважины определяли содержание асфальтенов, смол, парафинов, количество пластовой воды. Было так же определено соотношение полярных и неполярных компо нентов нефтеи данных скважин, т.е. параметр - К- -» где Л —содержа ние асфальтенов в нефти, %; С- содержание смол, %; П - содержание парафина, %. Вся собранная информация была проанализирована с целью установления статистической зависимости между содержанием АСПО в составе отложений (N лспо) и содержанием асфальтенов, смол, парафинов, обводненности добываемой нефти, а так же параметром К. Таблица 1.10 - Неполный перечень осложненных образованием сложных осадков скважин Кузбаевского, Бураевского,
Орьебашевского, Четырманского, Игровского, Надеждинского месторождений № скважин Месторождение Дата анализа Содержание в отложениях, % Содержание в нефти,% Дата анализа H2S,мг/дм А + С Обводненность, % Рисунок 1.11 - Зависимость содержания АСПО в твердых сульфидсо-держащих отложениях II вида от комплексного параметра нефти (А+С)/П Содержание карбонатов и ACTIO в составе комплексного осадка при этом остается относительно постоянным в различных звеньях добычи. Наибольшая интенсивность накопления комплексных осадков наблюдается в емкостном оборудовании УПС, НСП и забоях нагнетательных скважин. Исследование влияния герметичности системы нефтесбора на интенсивность сульфидообразования и коррозию оборудования Системы нефтесбора и поддержания пластового давления месторождений нефти Урало-Поволжья, находящихся на поздней стадии разработки, представляют собой сложное нефтепромысловое хозяйство с выкидными сборными трубопроводами, дожимными установками и установками предварительного сброса воды, кустовыми и индивидуальными насосными установками, нагнетательными скважинами и разветвленной системой трубопроводов между ними. Как уже указывалось в начальной стадии разработки нефтяных месторождений Урало-Поволжья, в качестве источников для заводнения продуктивных пластов служили пресные воды наземных источников без необходимой подготовки. Технологическая схема подготовки сточных вод включала открытые стальные резервуары. Промливневые и канализационные воды, насыщенные кислородом, а также дренажные воды со ступеней обессоливания, куда добавлялось до 10-15 % пресной аэрированной воды для отмыва солей, утилизировались совместно с подтоварными в системе ППД. То есть и в систему сбора нефти, и в систему ППД поставлялось значительное количество кисло-рода {до 0,5., .0,7 мг/дм ). В предыдущем разделе была отмечена превалирующая роль микроорганизмов в процессе образования осадков сульфида железа. По данным [171], "основным фактором, влияющим на биогенную сульфатредукцию, является наличие в среде растворенного окисленного ор ганического вещества, в генерации которого активно участвуют углеводоро-доокисляющие бактерии- В зоне распространения таких веществ наблюдается активная сульфатредукция, зависящая от скорости образования необходимого для развития СВБ питательного субстрата". Этим фактором и объясняются аномально высокие скорости коррозионного разрушения стали трубопровода при наличии в перекачиваемой среде растворенного кислорода. Наличие в избытке кислорода инициирует образование необходимого для питания СВБ субстрата. Это, в свою очередь, вызывает бурный рост и развитие сульфатвосстанавливающих бактерий. Под действием сероводорода,. присутствующего в перекачиваемой среде, на поверхности металла образуется сульфидная пленка. При изучении электрохимического поведения стали в пластовой воде, содержащей сероводород, было установлено, что сульфидная пленка образуется даже при содержании сероводорода в пределах 2,0 г/л, тормозя восстановление кислорода, ионов водорода и реакцию ионизации железа [5,91,100,123]. В начальный период сульфидная пленка имеет сплошной характер и достаточную твердость, что обеспечивает некоторые его защитные свойства против коррозии.
Выделение основных факторов, характеризующих процесс образования солевых осадков...
При разработке нефтяных залежей с применением заводнения образуется сложная многокомпонентная: система: закачиваемая вода - пластовая вода — погребенная вода - нефть с растворенным газом - породы пласта. Из всего многообразия процессов, происходящих в этой сложной системе, оказывают наибольшее влияние на состав и наиболее важны в практическом отношении процессы смешения закачиваемых вод с подземными водами (пластовыми и погребенными), а также взаимодействия закачиваемых вод с породами пласта - коллектора и с углеводородами самой нефти. На основных стадиях водного периода разработки нефтяных месторождений в формировании химического состава попутных вод главную роль играют процессы подземного смешивания вод. Русский ученый А.Н.Огильви установил, цитируется по [105], что при смешении двух вод - пресной и минерализованной - химический состав смесей подчиняется прямолинейному уравнению вида у = ах + в, где х и у - концентрация двух каких-либо составных частей в данном объеме воды; айв-параметры, постоянные для данных составных частей и для всей группы вод -смесей. На основе установленной прямолинейной зависимости концентрации отдельных компонентов и пропорций смешиваемых вод состав смесей двух вод определяют по так называемым "диаграммам смешивания". Помимо использования диаграмм смешения А.Р. Ахундовым предложена формула [105] для определения пропорций двух смешивающихся вод в составе смеси, также основанная на прямолинейной зависимости кон центрации компонентов от пропорций смешивающихся вод x=zBm, (ЗЛ) А-В к где X - концентрация первой воды в составе смеси; А, В, С - концентрация какого-либо компонента соответственно в первой воде, во второй воде и в смеси. Однако определение пропорций смешиваемых вод как по диаграммам смешивания, так и по формуле (3.1), возможно лишь в том случае, если при этом не происходит выпадение осадков или выделение газов. В противном случае нарушается прямолинейная зависимость, так как часть ионов выводится из смесей. Основное условие солеотложения (осадкообразования) - это образование перенасыщенных растворов попутной воды. Этому способствуют следующие процессы: 1) испарение, 2) смешение несовместимых вод, 3) растворение горных пород и газов, 4) изменение термобарических условий, 5) дегазация воды, 6) изменение общей минерализации.
Все указанные процессы реально происходят при разработке месторождений нефти, оказывая свое влияние на осадкообразование. Весьма большую роль в формировании и выпадении осадков солей играют процессы смещения несовместимых вод. Каждая из смешивающихся вод имеет свою гамму химических веществ и может быть стабильной в данных термобарических условиях, однако при смешении смесь часто оказывается перенасыщенной тем или другим веществом, которое начинает выпадать в осадок при неизменных температуре и давлении.
Таким образом, для понимания конкретных причин осадкообразования и обоснованных прогнозов возможности образования осадков солей, необходимо знать как химический состав промысловых вод, так и растворимость различных солей в этих водах. Определение химического состава промысловых вод в лабораториях не составляет трудности, однако, следует учесть, что при этом определяются составы исходных вод (закачиваемой и пластовой) и попутной воды, из которой уже выделилось некоторое количество осадка. Фактический состав воды, формируемой в нефтяном пласте в результате смешивания закачиваемой воды с пластовой и взаимодействия с породами и нефтью, достоверно не известен и может только прогнозироваться с той или иной долей вероятности. Большое разнообразие условий образования комплексных осадков не позволяет однозначно прогнозировать их виды, структуры по химическому составу попутной воды. Многофакторный характер процесса формирования осадка диктует применение методов статистической обработки промыслового материала. Для статистической обработки был собран обширный промысловый материал по 160 скважинам Арланского, Бураевского, Игровского, Кузбаев-ского, Орьебашского месторождений АНК "Башнефть", из которых было отобрано более 200 образцов отложений осадков. Одновременно на устье этих скважин в период между подземными ремонтами отбирались пробы пластовой воды и определялся ее химический состав. Прежде всего, определялись плотность воды, ионный состав по шести компонентам (SO4", НСОз\ СаҐ, Mg++, .С1\ К+ + Na+), содержание сероводорода H2S, ионов железа г е +b е Сами же пробы отложений подвергались количественному анализу химсостава на предмет содержания гипса (CaS04), карбонатных солей (Са-СОз) и сульфида железа (FeS). Кроме того, в исходную информацию были введены расчетные значения коэффициентов насыщенности вод сульфатно-нами SO f и карбонатионами НСОз .
Лабораторные исследования по созданию эффективных композиционных составов химреагентов. Установление оптимальных дозировок композиций химреагентов
На начальном этапе разработки композиций, согласно вышеописанным условиям, для предупреждения осадкообразования были испытаны реагенты на базе нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ) - ИСБ-1 и Ин-кредол-I. Инкредол -1 содержит в своем составе НТФ (28-32%), мочевину (15-18%), этиленгликоль (7-9%), ингибитор коррозии (7-10%), аммиак (8-12%). Реагент ИСБ-1 имеет аналогичный состав. Проведена серия лабораторных экспериментов, целью которых было установление оптимальных уровней дозировки этих реагентов при 100-процентном предупреждении осадкообразования в присутствии ионов железа. Дозировка этих реагентов должна была связывать ионы железа в воде и предупреждать формирование комплексных осадков. Результаты лабораторных исследований сведены в табл. 4.1. Одновременно испытывался реагент ДПФ-1, применяемый для предупреждения гипсовых отложений. Из анализа результатов исследований видно, что расход ингибитора ИСБ-1 при 100-процентном предупреждении отложения солей и 100-процентном связывании ионов железа растет прямо пропорционально содержанию последнего в воде. Здесь, однако, надо отметить, что для практики будут иметь важное значение те расходы ингибитора, при которых растворы их были бы совместимы с пластовыми водами конкретных скважин. Из рис.4.2 и 4.3 видно, что расход реагента Инкредол-1 для связывания ионов железа и стопроцентного предупреждения отложений солей почти соответствует расходу ИСБ-1. Характерной особенностью работы этих реагентов является то, что они работают эффективно при концентрации ионов железа в попутно-добываемой воде не столь высоких (до 20 мг/л). Таблица 4.1 - Расходы реагентов для 100%-ного предупреждения выпадения CaS04, СаС03 из попутно-добываемых вод НГДУ "Краснохолмск нефть" при наличии в них ионов железа Fe2+3+ вводе,мг/дм3 НТФ(1 4СБ-1) Инкредол-1 ДПФ-1 Расход реагента для 100% эффекта,г/м3 Кол-вореагентадля обр.скважин,кг Расход реагента для 100% эффекта,г/м3 Кол-вореагентадля обр.скважин,кг Расход реагента для 100%эффекта, г/м3 Кол-во реагента для обр. скважин,кг Исследования показали так же, что на основе реагента ДПФ-1 невоз можно получить достаточно эффективную композицию для этих целей (рис.4.4). Количество железа в попутно-добываемых водах, которое он связывает, не превышает 6 мг/л, в то же время композиции ИСБ-1 и Инкредол-1 вполне работоспособны в водах при концентрациях ионов железа до 30 мг/л и выше. Ранее отмечалось, что в результате жизнедеятельности микроорганизмов - СВБ в пласте образуется сероводород в достаточном количестве для образования сульфида железа. Поэтому было бы желательно, чтобы закачиваемый реагент, одновременно, обладал бактерицидными свойствами. С этой целью был проведен комплекс лабораторных экспериментов по предупреждению осадкообразования с использованием композиций реагентов на базе НТФ и бактерицидов «Сонцид» и СНПХ 1004. Для лабораторных исследований были приготовлены искусственные водные растворы по химическому составу, близкие к попутно-добываемым водам карбонатного и сульфатного типа Игровского и Бураевского месторождений. Состав представлен в табл. 4.2. Таблица 4.2 - Состав искусственных вод Наименование Общ. минерализация,мг/дм3 КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ, мг/дм3 НС03" СГ S04" Са++ Mg++ Na++K+ Карбонатная . Сульфатная 23858,9 22990,5 871,4 13935,5 10270,2 4394 526,1 2450,4 255,5 74,3 8270,4 5801,3 На основе проведенных лабораторных исследований установлены наиболее эффективные составы химреагентов для предупреждения образования сульфидсодержащих осадков, оптимальные их дозировки (рис 4.4). Результаты лабораторных исследований представлены в табл. 4.3, 4.4, 4,5. Композиционный состав №1. Содержит ингибитор солеотложения Инкредол-1 на основе нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ) и ме-тилфосфата N — амиламмония на основе аминов фракции Сю - С . Состав предназначен для предотвращения отложения солей CaS04, СаСОз, и сульфида железа при одновременном подавлении жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Композиционный состав №2. Содержит Инкредол -1, бактерицид — Сонцид-8101, ингибитор коррозии - Амфикор в массовом соотношении 3:1,5:0,5. Состав предназначен для предотвращения отложения солей CaS04, СаСОз, сульфида железа FeS при одновременном подавлении СВБ. Является заменителем состава №1 при отсутствии реагента СНПХ-1004 или несовместимости состава №1 и пластовой воды обрабатываемой скважины. Результаты испытаний композиционных составов реагентов по предотвращению выпадения карбонатов из раствора содержащего ионы железа значительного объема осадков сульфида железа, карбонатов, а также ухудшении проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта. Кроме того, состав №3 рекомендуется применять при несовместимости других составов с пластовой водой обрабатываемой скважины. Композиционный состав №4 отличается от состава №3 наличием кремнефтористоводородной кислоты, которая улучшает адсорбционно-десорбционные характеристики применяемых композиционных составов и увеличивает периоды между повторными обработками скважин против образования ССО [97,242]. В табл. 4.6 представлены рекомендуемые составы композиций и оптимальные их дозировки для предотвращения различных видов отложений комплексных осадков.
Похожие диссертации на Повышение эффективности эксплуатации нефтепромысловых систем, осложненных сульфидсодержащими осадками
