CC BY
4
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ АСП ВЕЩЕСТВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Д.И. Гареева, студент
Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, г. Уфа)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-6-3-165-170
Аннотация. В данном исследовании анализируется проблема накопления веществ, таких как асфальтены, смолы и парафина, в нефтегазовых трубопроводах, что является значительным вызовом для отрасли. Образование этих отложений приводит к сокращению эффективности работы оборудования, увеличению потребления энергии и риску аварийных ситуаций. В статье предложен подход к улучшению методов борьбы с данной проблемой с использованием специальных растворителей. Рассматриваются основные механизмы воздействия растворителей на накопления веществ, их подбор и оптимизация процесса применения. Исследования демонстрируют, что правильно подобранные растворители значительно повышают эффективность очистки трубопроводов и предотвращают образование отложений, способствуя повышению надежности и экономической эффективности нефтегазовых предприятий.
Ключевые слова: АСПО, растворители, депрессорно-диспергирующие присадки.
Накопление отложений асфальтеновых веществ (АСВ) в системах трубопроводов и оборудовании представляет серьезную проблему для нефтегазовой промышленности. Эти отложения снижают производительность оборудования, увеличивают расход энергии и повышают вероятность аварийных ситуаций. В настоящее время поиск эффективных методов борьбы с этим становится все более актуальным в сфере нефтегазовой деятельности.
Применение растворителей является одним из перспективных подходов к решению этой проблемы. Растворители - это химические вещества, способные взаимодействовать с асфальтенами и другими компонентами, образующими отложения, и снижать их адгезию к стенкам труб и оборудования. Использование растворителей не только может предотвратить образование отложений, но и улучшить процессы очистки и обслуживания трубопроводных систем.
Материалы и методы. В исследовании [3] представлены результаты экспериментов, касающихся использования специального растворителя для успешного устранения накоплений асфальтенов, смол и парафина в контролируемых лабораторных условиях. В процессе этого исследования
был создан новый состав растворителя, объединяющий стабильный конденсат, ароматические углеводороды, полярные неионные вещества и щелочные компоненты. Этот инновационный растворитель обладает улучшенными характеристиками по сравнению с уже существующими аналогами, обеспечивая более эффективное очищение, растворение и рассеивание накоплений асфальтенов, смол и парафина.
Результаты. На сегодняшний день средства для борьбы с отложениями ас-фальтосмолопарафиновых веществ
(АСПО) широко применяются в процессах нефтедобычи. При выборе подходящего растворителя для работы с АСПО крайне важно учитывать их количественное содержание и тип отложений. В лабораторных условиях проведены эксперименты по изучению отложений парафинового типа, характерных для нефтей ВолгоУральской провинции. Эти отложения были подобраны с учетом их типичности для данного региона.
Широко применяемая лабораторная методика, описанная во многих источниках [1], включает в себя определение эффективности растворителя АСПО. В качестве примера была выбрана методика,
описанная в работах научных сотрудников ОАО «НИИнефтепромхим» [2]. Лабораторные исследования проводились в статическом и динамическом режимах при температуре 20°С. Для динамического режима использовались магнитные мешалки, помещенные в колбы с растворителем, в которые опускались корзинки с АСПО.
Для проведения экспериментов образцы АСПО парафинового типа были нагреты до пластичного состояния, после чего из них были приготовлены небольшие шарики диаметром 10 мм. Затем шарики взвешивались и помещались в стальные корзинки диаметром и высотой 20 мм с отверстиями размером 1,5*1,5 мм. Корзинки с шариками АСПО опускались в стеклянные колбы с растворителем объемом 100 мл, полностью покрывая шарики АСПО. Корзинки периодически поднимали из растворителя и опускали обратно, имитируя работу шнекового смесителя. Взвешивание массы АСПО и растворителя проводилось с точностью ±0,005 г.
На следующий день содержимое колбы отфильтровывалось на заранее взвешенный фильтр. Отфильтрованные остатки АСПО вместе с фильтром помещались в сушильный шкаф, затем в эксикатор, по-
сле чего производилось взвешивание фильтра с оставшимися отложениями до постоянства массы. Содержимое оставшихся АСПО на фильтре определяли по разности массы фильтра с отфильтрованными АСПО и массы чистого фильтра до эксперимента с точностью ±0,005 г.
Растворитель АСПО готовили путем простого смешивания расчетных количеств компонентов в отдельной емкости. Толуол смешивали с дизельным топливом, после чего ДДП, нагретая до необходимой температуры, добавляли к смеси. Полученный растворитель тщательно перемешивали в течение 10 минут до однородной массы при комнатной температуре.
Результаты исследований по подбору оптимальных концентраций компонентов химического состава для удаления АСПО показали, что наибольшая эффективность растворителя достигается при добавлении 55-60% толуола и 40-45% дизельного топлива. Однако с учетом экономической целесообразности и доступности толуола оптимальным соотношением дизельного топлива и толуола, при котором достигается синергетический эффект, является содержание этих компонентов в пропорции 50:50 (рис. 1) [4].
0 SO § 50
1 40 <о
10 30 О
э ю >-
а _
54,22
56,02
55,97
43,94
1 J6,85 1 i2r4!
■ 28,7 1 X_1
■
7,09 11,77 0,05 0,61
щ ■
48,8/48,5/3 53,5/43,5/3 43,5/53,5/3 50/50/0
Содержание дизельного топлива/толуола/ДДП в % масс.
■ Моющая способность, % ш Диспергирующая способность, %
я Растворяющая способность, %
Рис. 1. Подбор оптимальных концентраций компонентов химического состава для удаления АСПО
Изучение влияния добавок на эффективность растворителя является важной задачей в области химии и технологии. Исследователи провели ряд экспериментов, включающих добавление различных концентраций присадок (ДДП) в раствори-
тель и оценивали их влияние на моющие, диспергирующие и растворяющие способности.
Результаты экспериментов показали, что добавление ДДП приводило к изменению характеристик растворителя. Напри-
мер, ДДП добавляли от 0,1 до 3% масс. и оценивались его влияние на различные параметры. Анализ данных позволил выявить оптимальные концентрации ДДП для достижения наилучших результатов.
На рисунке 2 представлены графики, демонстрирующие зависимость эффективности растворителя от различных концентраций ДДП в его составе. Эти графики дают наглядное представление о влиянии добавок на работу растворителя и помогают определить оптимальные условия использования ДДП.
Исследование подтвердило, что правильный выбор концентрации ДДП может значительно улучшить характеристики растворителя, что имеет важное значение для его промышленного применения. Полученные данные могут быть полезны для разработки новых формул растворителей с оптимизированными свойствами. Такие улучшения могут привести к повышению эффективности процессов чистки, дезинфекции и других технологических процессов, где используются растворители.
Рис. 2. Эффективность растворителя АСПО с добавлением и без добавления ДДП
Согласно данным из рисунка 2, наиболее высокая эффективность растворителя достигается при добавлении 3% масс. де-прессорно-диспергирующей присадки (ДДП). Показатели моющей и диспергирующей способностей резко возрастают при данной концентрации ДДП. Например, моющая способность увеличивается практически в 1,8 раза по сравнению с растворителем без добавленной присадки.
Однако, следует отметить, что растворяющая способность растворителя уменьшается примерно в 6,3 раза при добавлении 3% масс. ДДП. Это может быть связано с изменением химических свойств растворителя под воздействием добавленной присадки. Таким образом, хотя добавление ДДП значительно увеличивает моющие и диспергирующие свойства растворителя, оно также сопровождается снижением его растворяющей способности.
Интересно отметить, что оптимальная концентрация ДДП для достижения максимальной эффективности составляет 3% масс. Дальнейшее увеличение концентрации присадки может привести к снижению общей эффективности растворителя или к изменению его химических свойств в сторону необходимости. Таким образом, важно проводить дальнейшие исследования для оптимизации состава растворителя с учетом его конкретного применения и требуемых свойств.
Определив оптимальные концентрации компонентов, исследователи оценили эффективность растворителя АСПО. Это было сделано с использованием метода «корзинок» в статическом режиме (рис. 3) и в динамическом режиме с применением магнитных мешалок при 20^ (рис. 4).
Рис. 3. Диаграмма определения эффективности растворителя по методу «корзинок» в статическом режиме
30 70 60
0 50
5 40
< 30
1 20
а. 10 Ю
0 О и
s
Е
01
3
>-
О.
т го
CL.
70,7
38Д
38.2
32,6
13,58
■
Моющая способность,
%
Диспергирующая
способность, %
Растворяющая способность, %
I Метод "корзинок" с магнитными мешалками (с ДДП} ■ Метод "корзинок" с магнитными мешалками (без^ВДП)
Рис. 4. Диаграмма определения эффективности растворителя по методу «корзинок» в динамическом режиме
Из анализа рисунка 3 становится ясно, что моющие и диспергирующие характеристики растворителя АСПО значительно превосходят его растворяющую способность. Это означает, что данный состав растворителя наиболее эффективен для выполнения промывки насосно-компрессорных труб (НКТ) в условиях, когда применяется динамический режим, то есть с постоянным оборотом растворителя, что предотвращает осаждение диспергированных частиц АСПО [5].
Следует отметить, что использование такого растворителя для обработки пла-стово-забойных пространств (ПЗП) не рекомендуется, поскольку существует значительный риск того, что диспергированные частицы АСПО могут забивать поро-вое пространство пласта, что может нега-
тивно сказаться на производительности скважины.
Однако, в контексте скважинных условий, характеризующихся непрерывным движением пластовой жидкости к устью скважины, было применено использование магнитных мешалок. Это сделано с целью имитации работы скважины. Результаты показали, что растворяющая способность растворителя, оцененная методом «корзинок» с применением магнитных мешалок, эмулирующих динамический режим, увеличилась почти в 7 раз по сравнению с результатами, полученными при статическом режиме.
Этот вывод подчеркивает важность учета конкретных условий применения растворителя при оценке его эффективности. В данном случае, учитывая потенциальное
применение в скважинной добыче, динамический режим работы магнитных мешалок более точно имитирует реальные условия, что отражается на повышенной растворяющей способности растворителя.
Согласно результатам экспериментов (рис. 3 и 4), разработанный растворитель проявил высокие моющие и диспергирующие свойства по сравнению с альтернативными растворителями для удаления отложений в нефтяных скважинах, особенно в контексте промывки скважинного оборудования от отложений.
Оптимальная концентрация депрессор-но-диспергирующей присадки (ДДП) составила 3% масс. Добавление этой присадки к растворителю значительно увеличивает его моющие и диспергирующие способности, что приводит к повышению поверхностной активности растворителя и улучшению процесса диспергирования АСПО.
Выводы. Согласно результатам исследований (см. Рисунки 3, 4), разработанный растворитель демонстрирует высокие показатели моющей и диспергирующей способностей по сравнению с альтернативными составами, предназначенными для удаления отложений в нефтяных скважинах, особенно в рамках промывки скважинного оборудования от таких отложений.
Экспериментально установлено, что оптимальная концентрация депрессорно-диспергирующей присадки (ДДП) составляет 3% массы. После добавления указанного компонента к растворителю наблюдается значительное усиление его моющих и диспергирующих свойств, что приводит к повышению поверхностной активности растворителя и более эффективному диспергированию антистрессовых полимеров (АСПО).
Подтверждения. В процессе данного исследования были получены результаты, полученные в ходе экспериментов, проведенных на месторождениях, расположенных в Республике Башкортостан. Эти ис-
следования направлены на разработку новых составов растворителей, предназначенных для очистки насосно-компрессорных труб (НКТ) и трубопроводов от отложений асфальтеносмолопара-финовых веществ (АСПО).
Регион Республики Башкортостан, богатый нефтяными месторождениями, стал площадкой для проведения экспериментов по тестированию новых составов растворителей. Полученные данные являются важным шагом в направлении разработки эффективных методов очистки НКТ и трубопроводов от накопившихся отложений, что имеет огромное значение для эффективной эксплуатации нефтяных месторождений и обеспечения стабильной добычи нефти и газа.
Дальнейшее развитие исследований в этом направлении предполагает более глубокий анализ различных составов растворителей, их воздействия на типичные отложения, а также оптимизацию процессов очистки. Улучшение составов растворителей и оптимизация процессов очистки будут способствовать более эффективному управлению процессами на месторождениях, снижению затрат на обслуживание и увеличению продуктивности добычи нефти и газа.
Это исследование также может пролить свет на вопросы экологической безопасности, так как эффективное удаление отложений без использования агрессивных химических веществ способствует сокращению негативного воздействия на окружающую среду.
Таким образом, результаты исследования в Республике Башкортостан являются важным вкладом в развитие технологий очистки НКТ и трубопроводов от отложений АСПО, а дальнейшее развитие исследований в этом направлении может принести значительные выгоды для нефтегазовой промышленности и окружающей среды.
Библиографический список
1. Глущенко, В.Н. Предупреждение и устранение асфальтеносмолопарафиновых отложений. Нефтепромысловая химия / В.Н. Глущенко, В.Н. Силин. - М.: Интерконтракт Наука, 2009. - 475 с.
2. Методика определения эффективности реагентов для удаления асфальтено-смолопарафиноотложений. - Казань: ОАО «НИИнефтепромхим», 1998. - 3 с.
3. Хайбуллина, К.Ш. Обоснованный выбор растворителя для удаления асфальтосмоло-парафиновых отложений / К.Ш. Хайбуллина, Г.Ю. Щербаков // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. Материалы VIII Всероссийской конференции - Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2015. - С. 173-176.
4. Хайбуллина, К.Ш. Разработка химического состава для удаления асфальтосмолопа-рафиновых отложений в нефтяных скважинах / М.К. Рогачев, К.Ш. Хайбуллина // Международный научно-исследовательский журнал International research journal. - 2016.-№2 (44) Часть 2, - С. 99-102.
5. Строганов, В.М. Экспресс-методика подбора эффективных растворителей асфальте-но-смоло-парафиновых отложений / В.М. Строганов, М.Б. Турукалов // OilGas. - 2007. -№8. - С. 44-48.
INCREASING THE EFFECTIVENESS OF METHODS FOR COMBATING DEPOSITS OF ASP SUBSTANCES BY USING SOLVENTS
D.I. Gareeva, Student
Ufa State Petroleum Technical University
(Russia, Ufa)
Abstract. This article explores the issue of asphaltene-resin-paraffin (ARP) deposits in oil and gas pipelines, which poses a significant challenge to the industry. ARP deposits lead to reduced equipment efficiency, increased energy consumption, and higher risk of accidents. The article proposes an approach to improving methods of addressing this problem through the use of solvents. It discusses the primary mechanisms of solvents' impact on ARP deposits, their selection, and the optimization of the application process. Research demonstrates that the use of properly selected solvents substantially enhances pipeline cleaning efficiency and prevents deposit formation, thereby contributing to the reliability and economic efficiency of oil and gas enterprises.
Keywords: ATPD, solvents, depressants anddispersants.
