Процессы образования АСПО

Механизм образования АСПО

Процесс формирования АСПО достаточно сложен, а вопрос о механизме этото процесса является одним из ключевых. Под механизмом формирования АСПО принято понимать совокупность процессов, обуславливающих накопление твердой фазы на поверхности промыслового оборудования при добыче и транспорте нефти [6]. В одной из первых отечественных работ А.Д. Амирова [7] было высказано предположение о том, что образование отложений на стенках оборудования связано с осаждением выделившейся в твердую фазу части парафина.

Известно, что основное влияние на растворяющую способность нефти оказывают ее температура и содержание легких фракций. При движении нефти от забоя скважины к устью происходит постепенное остывание нефти за счет тепловых потерь. Снижение давления приводит к выделению из нефти газа и значительному уменьшению ее растворяющей способности. Кроме того, при раз- газировании нефти проявляется эффект Джоуля-Томсона [24], ведущий к снижению температуры потока. Выяснение, какой из факторов - снижение температуры нефти или ее разгазирование - в наибольшей степени влияет на выпадение твердой фазы, потребовало много времени.

Первые исследования в этой области были выполнены Рестли [6], который считал, что основной причиной выпадения парафина является уменьшение растворимости его за счет снижения температуры нефти при отдаче тепла в окружающую среду, а разгазирование нефти является второстепенным фактором. Браун развил теорию Рестли в своей работе [46]. И.И. Кравченко [24] утверждал, что основной причиной выпадения парафина из нефти в фонтанных и глубиннонасосных скважинах следует считать постепенное разгазирование нефти при ее подъеме к устью скважины. Доминирующую роль разгазирования в процессе парафинизации отмечали в своих работах и другие авторы [47].

П.П. Галонский [21] впервые указал на особую роль газовых пузырьков в формировании отложений. В исследованиях Н.Н. Ненри- мерова и А.Г. Шарагина [30] процесс парафинизации целиком связывался с кинетикой зарождения, развития и разрушения газовых пузырьков. По мнению Н.Н. Неиримерова, определяющая роль в образовании АСПО принадлежит кристаллам парафина, возникшим на поверхности пузырьков газа, которые появляются непосредственно на стенках промыслового оборудования. Утверждалось, что зарождение газового пузырька носит скачкообразный характер, в результате чего вокруг образовавшегося пузырька возникает локальная зона пониженной температуры, что приводит к выпадению парафина из раствора в непосредственной близости у поверхности пузырьков. Кристаллики парафина закрепляются на пузырьках вместе с САВ и образуют прочную смолопарафиновую оболочку. При отрыве пузырька часть твердых частиц, имевшихся на границе раздела фаз, остается на стенках груб, образуя прочные отложения. При этом автор указывает на отсутствие твердой фазы в свободном состоянии в потоке вследствие флотации всего парафина газовыми пузырьками. С.Ф. Люшин [48] придавал большое значение наличию газовых пузырьков в нефтяном потоке, образующихся не только на стенках, но и в объемной фазе и гидродинамике потока.

Работа Г.А. Бабаляна [20] впервые ориентировала исследования в направлении раскрытия механизма парафинизации с позиций физико-химических явлений. Автор считал, что процесс образования отложений носит, прежде всего, адсорбционный характер.

В целом, все точки зрения можно разделить на три группы [6]. Первая группа авторов считала, что в образовании отложений участвуют кристаллы парафинов, образовавшиеся в нефти и затем закрепившиеся на стенках оборудования. Вторая группа признавала особую роль г азовых пузырьков. Третья группа полагала, что АСПО возникают за счет кристаллов парафина, выросших непосредственно на контактирующей с нефтью поверхности.

Исследованиями В.П. Тронова [6] была ггоказана несостоятельность теории о флотации пузырьками газа кристаллов ггарафина в объеме нефти. Им также были исследованы особенности механизма нарафинизации поверхности в четырехфазном потоке (нефть - газ - парафин - вода) и установлено, что механизм образования АСПО заключается в зарождении и росте кристаллов парафина непосредственно на контактирующей с нефтью поверхности, а затем на образовавшейся смолонарафиновой подложке.

Согласно современным представлениям о механизме образования и роста АСПО, доминирующая роль принадлежит транспорту частиц парафина в пограничном ламинарном слое под действием молекулярной диффузии [49-51]. В результате охлаждения нефти под воздействием более низких температур окружающей среды в тонком пристенном слое возникает радиальный температурный фадиент, существование которого приводит к образованию фади- ента конценфации растворенного парафина и движению растворенных частиц парафина к стенкам оборудования [52]. В пофанич- ном слое, благодаря броуновскому движению, частицы нецрерывно соударяются со стенкой трубы, и когда удерживающие частицу силы на поверхности превосходят инерционные силы, она закрепляется на подложке [53], т.е. происходит кристаллизация и выделение парафинов из НДС. Кристаллизация парафинов начинается с наименее растворимых углеводородов, имеющих относительно большую молекулярную массу. Выделяющиеся кристаллы парафинов, соединяясь между собой, образуют прочную структурную решетку, в ячейках которой заключена жидкая фаза нефти.

Скорость роста твердых отложений на стенке трубопровода за счет молекулярной диффузии определяется уравнением диффузии Фика [52]

где в - общий объем отложений парафина, А - площадь поверхности, От - коэффициент молекулярной диффузии, бС/бу - производная от объемной доли растворенных в нефти частиц парафина но расстоянию от стенки трубы.

Из приведенного уравнения следует, что интенсивность формирования отложений определяется концентрацией частиц парафина в единице объема и толщиной диффузионного слоя.

В работе [54] отмечается важность такой стадии процесса образования АСПО, как износ сформировавшегося отложения в результате трения между поверхностью отложения и потока движущейся нефтяной системы. Осаждение крупных частиц приводит к искажению поверхности, делая ее все более неровной, шероховатой [55]. Выступы и отдельные гранулы, непрочно сцепленные с поверхностью, могут быть смыты потоком нефти. Такое последовательное разрушение и новое нарастание слоя АСПО воспринимается как снижение интенсивности парафинизации со временем.

В технической литературе отложения часто именуются как «парафиновые», а накопление отложений на поверхностях нефтепромыслового оборудования обозначается термином «парафини- зация» вследствие преобладания в отложениях парафиновой фракции. Однако авторы [56] указывают на необходимость принятия во внимание смолисто-асфальтеновой части АСПО наравне с парафиновой компонентой при изучении процесса осадкообразования. Эго обусловлено тем, что чисто парафиновые отложения характеризуются хрупкостью и низкой сцепляемосгью с поверхностью промыслового оборудования и чаще всего не представляют серьезной проблемы. В присутствии же САВ образуются плотные АСПО, прочно сцепленные с металлической поверхностью, т.е. происходит усиление сгрукгурно-механических свойств осадков. Таким образом, присутствие САВ, как поверхностно-активной части нефти, способно играть существенную роль в процессах адсорбции и адгезии твердых компонентов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >