БОРЬБА С ОТЛОЖЕНИЯМИ СОЛЕЙ И СЕРЫ ПРИ РАЗВЕДКЕ, РАЗРАБОТКЕ И ДОБЫЧЕ НЕФТИ И ГАЗА

В процессе разработки месторождений сероводородсодержащего газа иногда возникают осложнения, связанные с отложением элементарной серы как в пластовых условиях, так и в стволе скважин, коммуникациях и оборудовании. Наиболее вероятная причина этих осложнений — изменение растворимости элементарной серы в природном газе в зависимости от термодинамических условий. Кроме этого, высказывается предположение о возможной причине выделения серы вследствие присутствия в газе полисероводородов и сульфатов, имеющих формулу Н23г, где х = 2-8. При продвижении с потоком газа эти летучие жидкости в определенных условиях разлагаются на сероводород и серу.

Рис. 9.7

Кривые растворимости серы в сероводороде в зависимости от температуры и давления

Выделение серы при изменении ее физической растворимости объясняется тем, что в условиях высоких давлений и температур свойства газа приближаются к свойствам жидкости и растворимость такого малолетучего вещества, как сера, обусловлена не столько упругостью ее паров, сколько термодинамическими условиями и компонентным составом системы.

Для разработки практических рекомендаций по эксплуатации месторождений, характеризующихся отложениями серы или опасностью их появления, экспериментально установлено, что с ростом давления наибольшая растворимость серы в бинарных смесях с сероводородом, метаном и двуокисью углерода соответствует системе с сероводородом (рис. 9.7). В двуокиси углерода увеличение растворимости с ростом давления несопоставимо меньше, и еще меньше в метане.

Изучение условий фазового равновесия позволило выработать соответствующие рекомендации, используемые при разработке месторождений, где возможно отложение серы. Исходя из них, режимы работы скважин и промыслового оборудования устанавливают таким образом, чтобы предупредить выделение серы из газа вследствие фазовых переходов при изменении термодинамических параметров. При условии насыщения газа серой в пластовых условиях для этой цели рекомендуется снижать темп отбора газа из скважин или уплотнять сетку их размещения. При недонасыщенности газа серой в пласте, в зависимости от конкретных условий, возможен отбор значительной его части с поддержанием довольно высоких дебитов и при довольно разреженной сетке расположения скважин. В дальнейшем, при достижении условий насыщения газа серой, проводятся мероприятия по увеличению эффективного радиуса скважин. Поэтому при составлении проектов разработки месторождений сероводородсодержащего газа важно правильно оценить условия возникновения осложнений, связанных с отложением серы.

Зарубежный опыт эксплуатации таких месторождений свидетельствует о том, что эти осложнения возникают лишь при определенных условиях. Так, например, при температуре на забое скважин выше 93°С вероятность отложения серы возрастает, в то же время при более низких температурах и высоких давлениях на устье скважин вероятность отложений серы уменьшается. Кроме термодинамических параметров, на условия выделения серы оказывают влияние компонентный состав газа, а также содержание в нем воды. По результатам обобщения данных более чем для ста скважин различных месторождений были выявлены основные факторы, обусловливающие возможность выделения серы из газа. Содержание сероводорода, двуокиси углерода и воды является определяющим фактором, тогда как присутствие высших углеводородов С2+, и особенно С5+, либо предотвращает осаждение серы, либо оно в этом случае минимально. Отложение серы чаще всего происходит в скважинах с низким дебитом (300-400 000 м3/сут).

Рис. 9.8

График для оценки возможности отложения серы при определенных давлениях, температурах:

1 — отложение серы; 2 — отложение серы отсутствует.

На рисунке 9.8 представлены данные для оценки возможности отложения серы в скважинах в зависимости от основных выявленных параметров: термодинамических условий на устье и забое скважин, а также содержания высшего углеводорода С5+ в газе.

Борьба с отложением серы, кроме установления соответствующих параметров работы скважин, в системе подготовки газа и его транспорта ведется путем их механического удаления или растворения. Для этой цели наибольшее распространение получили методы, основанные на использовании химических и физических растворителей.

Механические методы по сравнению с ними часто являются неэкономичными и недостаточно эффективными, поэтому ниже рассматриваются вопросы использования различных растворителей для удаления отложений серы.

Химическими растворителями, нашедшими применение для борьбы с отложениями серы, являются водные растворы неорганических и органических оснований, а также сульфиды, бисульфиды щелочных и щелочноземельных металлов. Указанные вещества вступают в химическую реакцию с серой, образуя растворимые соединения, и после отделения от газа могут быть регенерированы. Для улучшения контакта водных растворов этих веществ с серой и увеличения скорости ее растворения используются различные добавки, улучшающие смачиваемость серы в присутствии жидких углеводородов.

Недостаток неорганических соединений при их использовании для удаления отложений серы заключается в образовании наряду с полисульфидами бикарбонатов в результате взаимодействия с двуокисью углерода, часто присутствующей в значительных количествах в газах сероводородсодержащих месторождений. В этом отношении предпочтительнее применение органических аминов, которые хорошо растворяют серу и не образуют твердых карбонатов, бикарбонатов или сульфидов с С02 и Н28 даже при высоких температурах.

Из органических соединений для растворения серы по своим физико-химическим свойствам наиболее подходят алкинамины (метиламин, диметиламин, триметиламин, этиламин и т. д.), а также азотсодержащие углеводороды с температурой кипения ниже 100°С (пиролин, пирролидин, пиридин, пиримидин и др.). Регенерация растворов осуществляется путем их подкисления соляной или серной кислотой и последующей фильтрации выпадаемой в осадок серы. Низкокипящие амины, помимо этого, можно регенерировать перегонкой и разложением образовавшихся полисульфидов.

Основной недостаток химических растворителей обусловлен их способностью вступать в реакцию с двуокисью углерода, вследствие чего их применение ограничено для месторождений газа с соотношением С02 ? Н2в больше единицы. При более высоких соотношениях С02 • Н2Э (3-5) химические растворители связывают только С02. Поэтому перспективным направлением борьбы с отложениями серы представляется применение физических растворителей, особенно полученных в последнее время композиций высокой растворяющей способности по отношению к сере.

Из углеводородов для использования в промышленных условиях наиболее предпочтительны ароматические (бензол, толуол, тиобензол, дифенил и его галогенопроизводные), которые лучше других углеводородов растворяют серу.

К настоящему времени имеется опыт применения для этой цели бутана, бензола и веретенного масла. Жидкие алкилсульфиды и алкилдисульфиды являются близкими к высококипящим парафиновым углеводородам по свойствам растворять серу, причем их растворяющая способность после обработки серой увеличивается. Следует отметить, что по сравнению с алкилсульфидами алкилдисульфиды растворяют серу лучше. В отличие от химических растворителей, количество подаваемых в газ физических растворителей должно быть достаточно высоким для обеспечения их кольцевого турбулентного движения потока. В связи с этим особо следует отметить физические растворители, состоящие из смесей диалкилдисульфидов с алкиламинами (10%), которые способны растворять серу в количестве, в несколько раз превышающем собственную массу. Это объясняется свойством аминов катализировать растворяющую способность диалкилсульфида. Таким образом, алкилсульфиды, особенно ди- алкилдисульфиды с добавками амина, значительно расширяют возможности и перспективы применения этих физических растворителей для борьбы с отложениями серы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >