Факторы, влияющие на образование АСПО

Многочисленные промысловые исследования позволили к настоящему времени подтвердить выводы, сделанные на основании лабораторных исследований, а также выделить следующие факторы, влияющие на процесс образования АСПО [6]:

  • • нарушение гидродинамического равновесия газожидкостной системы в результате снижение давления по стволу скважины ниже давления насыщения нефти газом и последующее разгазирова- ние нефти;
  • • снижение температуры нефтяного потока до температуры начала кристаллизации парафина и ниже;
  • • компонентный состав нефти;
  • • обводненность нефти и объемное соотношение фаз;
  • • гидродинамический режим течения скважинной продукции;
  • • шероховатость стенок труб и наличие механических примесей.

Интенсивность образования АСПО зависит ог преобладания одного или нескольких факторов, которые могут изменяться от забоя до устья скважины, что приводит к тому, что количество, состав и свойства АСПО не являются постоянными [3].

По мнению большинства ученых, основным фактором, определяющим процесс иарафинизации промыслового оборудования, является понижение температуры НДС при ее движении по трубопроводам и от забоя до устья скважины [3, 6, 57]. Снижение температуры нефти уменьшает свободу действия молекул. В результате их сближения возникает большое число групп связанных молекул; плотность нефти повышается, а ее растворяющая способность понижается [24]. Характер распределения температуры но стволу скважины определяется главным образом условиями теплоотдачи окружающим породам. Влияние температурного фактора на процесс осадкообразования исследовалось в работах [58-60].

При снижении температуры нефти до величины температуры насыщения нефти парафином и менее начинается процесс формирования микрокристаллов АСПО. Температура насыщения нефти парафином, на величину которой значительно влияет газонасы- щенность пластовой нефти и ее разгазирование, определяет глубину начала кристаллизации АСПО в скважине и интервал осадкообразования [6]. При подъеме нефти в скважинах температура насыщения, с одной стороны, уменьшается из-за снижения давления, с другой - увеличивается по мере выделения растворенного в нефти газа в свободную фазу. Влияние второго фактора обычно является преобладающим, поэтому температура насыщения нефти парафином в поверхностных условиях практически всегда выше, чем для пластовой нефти [61].

В работе [3] показано увеличение интенсивности формирования АСПО при газовыделении в результате флотации газовыми пузырьками взвешенных частиц парафина и откладывания их на стенках груб.

Таким образом, понижение температуры и разгазирование приводит к перенасыщенности нефти парафином, что обуславливает образование зародышей, рост и агломерацию кристаллов.

Существенное влияние на образование АСПО оказывает химический состав нефти и, в частности, содержание в ней твердых углеводородов. Наличие в нефти полярных соединений, таких как САВ, способно изменить характер кристаллизации высокомолекулярных парафинов. Зависимость температуры кристаллизации парафина от соотношения концентраций САВ и парафина носит линейный характер - с увеличением соотношения САВ : парафины температура начала кристаллизации снижается [3, 59, 61].

По характеру влияния на кристаллизацию парафина смолы действуют как присадки-денрессаторы объемного действия, а асфальтены - как присадки поверхностного действия [3]. Денрессорное действие САВ связано с тем, что они, адсорбируясь на кристаллах парафина, снижают его поверхностное натяжение, что приводит к десольвагации кристаллов и изменению характера кристаллизации [62]. Между кристаллами значительно ослабляются силы коагуляционного сцепления, что препятствует образованию объемной структурной сетки, и кристаллы парафина остаются в подвижном состоянии [54]. Денрессорное действие асфальтенов может протекать и по другому механизму. Мицеллы и микрочастицы асфальтенов служат центрами кристаллизации парафина, который в этом случае кристаллизуется в виде компактных друз, выпадающих из раствора, вследствие чего объемная структурная решетка парафина не образуется [63, 64]. Совместное осаждение САВ с твердыми ПУ приводит к формированию отложений, имеющих в своей структуре значительную долю аморфных зон, что отражается на свойствах АСПО [50].

В исследованиях Тронова [б)] показано, что протекание процессов адсорбции САВ на поверхности кристалла парафина приводит к возникновению дендритных структур большого объема и низкой плотности, свободные полости которых заполнены нефтью. Следует отметить, что смолы адсорбируются парафинами гем лучше, чем выше молекулярная масса парафинов. Кристаллы легкоплавких углеводородов из-за невысокой удельной поверхности обладают меньшей адсорбционной способностью [24].

В работе [6] установлено, что при увеличении содержания асфальтенов в нефтяной системе наблюдается увеличение доли иммобилизованной дисперсной фазы в составе АСПО в 3-6 раз.

Наличие в нефти частиц песка, глины и других механических примесей также способствует связыванию кристаллов парафина, смол и асфальтенов в агломераты и осаждению их на стенках оборудования.

Из гидродинамических факторов наибольшее влияние на отложения парафина оказывают скорость потока и качество поверхности [3, 54]. Прежде всего, скорость потока влияет на рост кристаллов за счет непрерывного контакта с порциями нефти с повышенной концентрацией твердых углеводородов (процессы массообмена) и на темп охлаждения нефти [3, 59].

При ламинарном характере течения, т.е. низких скоростях потока, формирование АСПО происходит достаточно медленно. При турбулизации потока интенсивность отложений вначале возрастает. Дальнейший рост скорости движения газожидкостной смеси ведет к уменьшению интенсивности отложения АСПО, гак как большая скорость движения смеси позволяет удерживать кристаллы парафина во взвешенном состоянии и выносить их из скважины. Кроме того, движущийся поток срывает часть отложений со стенок труб, чем объясняется резкое уменьшение отложений в интервале 0-50 м от устья скважины [3, 59]. При больших скоростях движения поток смеси охлаждается медленнее, чем при малых, что также замедляет процесс образования АСПО. Максимум интенсивности образования отложений наблюдается при значениях критерия Рейнольдса, характерных для области перехода из зоны гладкого трения в зону смешанного трения, когда толщина диффузионного подслоя становится сопоставимой с высотой выступов шероховатости стенки. Интенсивность образования АСПО возрастает с уменьшением размера частиц парафиновых углеводородов [3, 47, 54].

Состояние внугренней поверхности материала груб и оборудования определяет скорость формирования АСПО, их толщину, конфигурацию, форму, структуру и плотность. Первым из отечественных ученых на этот факт обратил внимание П.П. Галонский [21].

Микронеровности являются очагами вихреобразования, разрыва слоя, замедлителями скорости движения жидкости у стенки грубы. Это служит причиной образования центров кристаллизации отложений, прилипания кристаллов парафина к поверхности труб, блокирования их движения между выступами и впадинами поверхности [53]. Влияние шероховатости выражается не только в способности механического закрепления соприкасающихся с поверхностью частиц, но и во влиянии на смачиваемость с соприкасающейся жидкостью. Эгот фактор является определяющим в вопросе физической адсорбции и адгезии материалов на поверхностях осаждения. Чем более гидрофобна поверхность, чем больше степень ее шероховатости, тем интенсивнее процесс парафино- отложения при прочих равных условиях. Следует отметить, что нефтяные ПАВ способны модифицировать поверхности различной природы. Они существенно меняют свойства гидрофильных поверхностей, снижая их гидрофильносгь, и практически не оказывают влияния на гидрофобные поверхности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >