CC BY
231
УДК 66.061
А. Ф. Ахметов, Е. В. Герасимова, В. Ф. Нуриазданова
Анализ лабораторных методик определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, !, тел. (347) 243-15-35
Представлен обзор и анализ методик определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО), произведен их анализ, выявлены недостатки данных методик, предложены возможные решения проблемы объективной оценки эффективности растворителей АСПО.
Ключевые слова: анализ асфальто-смоло-па-рафиновых отложений, методика, растворимость, растворитель, диспергирование, способ удаления, эффективность растворителя.
Химические методы удаления асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) в настоящее время являются наиболее широко используемыми, так как обладают высокой эффективностью и технологичностью. Суть данных методов заключается в использовании растворителей, которыми обрабатывается скважина, что приводит к частичному растворению и диспергированию АСПО, в результате чего отложение становится подвижным и может выноситься потоком сырья.
Состав и прочность АСПО зависят от природы и свойств нефти, технологии и геолого-физических условий разработки месторождения. Как правило, состав АСПО представлен следующими компонентами: 40—60% твердого парафина, не более 10% кристаллического парафина, 10—56 % смол и асфальте-нов, вода, песок и неорганические соли '.
Сегодня растворители подбираются чисто эмпирически, научные основы направленного подбора разработаны недостаточно. Это связано с недостатком информации о структуре и свойствах отложений, малой изученностью механизма взаимодействия нефтяных дисперсных систем с растворителями. Таким образом, подобранные в лабораторных условиях растворители могут не оправдать ожидаемых результатов при их использовании на промыслах.
Эффективность того или иного растворителя определяется в лабораторных условиях при помощи различных методик. Перечислим наиболее известные из них.
Дата поступления 21.12.07
Методика 1. Образец АСПО нагревают до температуры размягчения, тщательно перемешивают и формируют в виде цилиндра размером 12 х 20 мм. Далее охлаждают и помещают в заранее взвешенную корзиночку из латунной (стальной) сетки с размером ячейки 1.5 х 1.5 мм. Размер корзиночки 70 х 15 х 15 мм. Корзиночку с навеской АСПО взвешивают и помещают в стеклянную герметичную ячейку, в которую наливают изучаемый растворитель объемом 100 мл. Температура эксперимента составляет 30 оС. Через 4 ч корзиночку с оставшейся неразрушенной частью АСПО вынимают и высушивают до постоянной массы. Разрушавшуюся, но нерастворившуюся часть АСПО, выпавшую из корзиночки в ячейку, отфильтровывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают. По результатам эксперимента определяется отношение массы остатка АСПО в корзиночке и на фильтре к массе исходного образца АСПО. Погрешность эксперимента составляет 10%. Моющая способность композита оценивается по разнице между АСПО, взятых на анализ, и остатка АСПО в корзиночке. Растворяющая способность определяется по количеству АСПО, создавших с растворителем истинный раствор 2.
Методика 2. Время опыта изменяется от 1 до 8 ч в динамическом и статическом режимах. Образцы отложений массой 5, 10 и 15 мг в виде цилиндров и пластин толщиной 8 мм в корзинках (с размером отверстий сетки 1 мм) погружают в растворитель. В статическом режиме образцы помещают в растворители и выдерживают в неподвижном состоянии. Исследования растворимости отложений в статическом режиме в течение 8 ч проводят без смены растворителя и со сменой его через 4 ч. В статическом режиме толщина размягченного слоя на поверхности цилиндрического образца АСПО зависит от времени воздействия растворителя. В динамическом режиме стаканы с подвешенными корзинами укрепляют в кассете и вращают с частотой 150—180 мин-1. Все образцы через 4 ч взвешиваются, причем
одни образцы через 4 ч погружаются в тот же растворитель, а другие заливаются таким же объемом свежего растворителя. Учитывая, что на месторождениях температура в зоне интенсивных АСПО составляет 9—12 оС, исследования по растворимости (удалению) отложений проводят при температуре 10, 12, 20 и 30 оС. Температура опыта поддерживается с помо-
3
щью термостата .
Методика-3. Образец АСПО расплавляют, гомогенизируют и формируют в виде цилиндра диаметром 13 мм и высотой 20 мм. Образец взвешивают и помещают в корзиночку из стальной сетки с размером ячейки 1.0 х 1.0 мм. Диаметр корзиночки 50 мм, высота — 20 мм. Корзиночку с навеской АСПО помещают в герметичную ячейку, куда наливают изучаемый растворитель объемом 100 мл. Температура эксперимента 20 оС. Продолжительность эксперимента 2 или 3 ч. Корзиночку с оставшейся неразрушенной частью АСПО вынимают и высушивают. Растворитель отфильтровывают от нерастворенного осадка на дне ячейки. Фильтр высушивают. Взвешивают неразрушенную часть АСПО из корзиночки и осадок на фильтре. Определяют моющую, диспергирующую и растворяющую способности растворителя 4.
Методика-4. Отложения помещают в стакан, который опускают в водяную баню с температурой 70—90 оС и оставляют до полного расплавления отложений. Металлические пластины отшлифовывают, обезвоживают, высушивают и опускают в стакан с расплавленными отложениями на высоту 45 мм. Слой отложений на пластине должен быть толщиной 1.5—2.0 мм. Затем вынимают пластину и оставляют на открытом воздухе не менее, чем на 2 ч. В цилиндр наливают растворитель в количестве 10 см3 и опускают туда пластину на высоту 3/4 высоты нанесенного слоя. Через каждые 15—30 мин визуально фиксируют изменения в течение 2 ч — набухание, окрашивание растворителя, отслоение, очищенная поверхность в процентах 5.
Методика-5. Из отложений формируют шарики диаметром 10—15 мм, взвешивают, шарик помещают в сетку из проволоки и опускают в растворитель объемом 25 см3. Испытания проводят 2 ч, при этом каждые 15—30 мин поднимают и опускают сетку с отложениями, имитируя работу скважины. Вынимают сетку с отложением, высушивают ее на открытом воздухе, взвешивают, эффективность растворителя определяют по формуле:
Параметр Методика 1 Методика 2 Методика 3 Методика 4 Методика 5
Форма образца АСПО, размер цилиндр 12 х 20 мм цилиндр, пластина толщиной 8 мм цилиндр 13 х 20 мм АСПО на метал. пластине, размер 10*55*2 мм, слой 1.5-2.0 мм шар d = 10-15 мм
Особенности формирования образца для эксперимента нагрев, формирование формирование нагрев, формирование расплавление, нанесение на пластину формирование
Температура эксперимента 30 оС 10, 12, 20, 30 оС 20 оС окружающая среда окружающая среда
Объем растворителя 100 мл - 100 мл 10 мл 25 мл
Время эксперимента 4 ч 1-8 ч 2-3 ч 2 ч 2 ч
Режим проведения эксперимента статический динамический (частота 150-180 мин-1), статический статический статический имитация динамического
Оцениваемые параметры растворяющая, моющая и диспергирующая способности
Особенности проведения эксперимента - в статическом режиме смена растворителя через 4 ч - визуальное определение каждые 15-30 мин нужно поднимать и опускать корзинку
Таблица 1
Основные характеристики методик оценки растворяющей способности растворителей
Э = (т - т1)*100/т, %
где т1 - масса отложений после эксперимента, г; т - масса отложений взятая для эксперимента, г.
Визуально определяют проникающую и растворяющую способности по интенсивности окраски растворителя и наличия дисперсной фазы 5.
Несмотря на то, что исследования проблемы образования и удаления АСПО ведутся более 50 лет, до сих пор не разработан универсальный растворитель. Немаловажную роль в его подборе имеет способ, по которому определяют эффективность определенного растворителя. Из вышеперечисленных способов определения эффективности растворителей видно, что на сегодняшний день наиболее широко применяемые методики основаны на использовании метода «корзинок», который заключается в применении специальной стальной корзиночки с отверстиями, в которую помещается заранее сформированный образец АСПО (в виде цилиндра, шара и т. д.) и погружается в растворитель. После проведения испытания проводится оценка параметров эффективности растворителей.
Существующие методики имеют большое количество недостатков, что значительно осложняет решение проблемы удаления АСПО. Перечислим наиболее значительные из недостатков.
Формирование образца АСПО представляет собой не что иное как «лепку» какой-либо фигуры (шар, цилиндр, пластина) вручную, в результате чего происходит уплотнение структуры АСПО, причем величина уплотнения зависит от силы надавливания, что является субъективным фактором, влияющим на результат.
Еще одним важным фактором проведения испытаний является нагревание исходного АСПО перед формированием образца. При проведении испытаний с одним и тем же АСПО и растворителем исследовали два случая: первый, когда образец АСПО был предварительно расплавлен, и второй, когда образец АСПО подвергался растворению в исходном виде. В результате получили данные, из которых следует, что в первом случае растворимость предварительно нагретых образцов в несколько раз ниже растворимости исходных образцов. Такое расхождение результатов связано, вероятно, с тем, что при нагревании происходит перекристаллизация парафина и образуется более плотная и менее растворимая структура. Этот факт необходимо принимать во внимание при подборе растворителя
по выше перечисленным методикам определения растворяющей способности растворителей.
Некоторые методики подразумевают «визуальный» анализ растворяющей способности растворителя. Такой способ оценки не может дать действительной характеристики испытуемого растворителя, следовательно, такие методики нецелесообразно использовать на практике. При применении методик, основанных на методе «корзинок» нужно учитывать и тот факт, что растворитель действует на образец АСПО со всех сторон, тогда как на практике всестороннего контакта растворителя и АСПО не происходит.
Недостатком всех рассмотренных методик определения эффективности растворителей является также то, что они не учитывают такой фактор как «стеночный эффект». Сущность его состоит в том, что в реальных условиях удаления АСПО с поверхности нефтяного оборудования не всегда наблюдается процесс перехода АСПО в фазу растворителя только с его поверхности. Возможны случаи диспергирования отложения, а также «вытеснения» его с поверхности оборудования растворителем. Последний фактор имеет особенно большое значение в тех случаях, когда в качестве растворителей используются поликомпонентные системы, содержащие различные полярные соединения и поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Таким образом, можно сделать вывод о том, что для объективной оценки эффективности применения растворителя необходима разработка метода, исключающего недостатки уже существующих методик. Совершенствование способа подбора растворителя позволит приблизиться к реальным условиям на промыслах и тем самым сделает подбор растворителя более объективным.
Литература
1. Рогачев М. К., Стрижнев К. В. Борьба с отложениями при добыче нефти.— М.: ООО «Не-дра-Бизнесцентр», 2006.— 295 с.: ил.
2. Нагимов Н. М., Шакиров Р. К., Шарифул-лин А. В., Козин В. Г. // Нефтяное хозяйство.- 2002.- № 2.- С. 68.
3. Сафин С. Г. // Нефтяное хозяйство.- 2004.-№ 7.- С. 106.
4. Турукалов М. Б. Критерии выбора эффективных углеводородных растворителей для удаления АСПО: Автореф. дисс... канд. хим. н.Краснодар, 2005.
5. СТП03-153-2001. Методика лабораторная по определению растворяющей и удаляющей способности растворителей АСПО. // Стандарт предприятия АНК Башнефть.- 2001.
