CC BY
94
УДК 665.613.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-186-191
ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С АСФАЛЬТОСМОЛОПАРАФИНОВЫМИ
ОТЛОЖЕНИЯМИ
В.Г. Шрам, Н.Ф. Орловская, С.И. Иванова, В.А. Крамаренко
В статье рассмотрены основные свойства и особенности формирования ас-фальтосмолопарафиновых отложений на технологическом оборудовании и трубопроводах, а также методы удаления и предупреждения образования АСПО. На сегодняшний день наиболее активно используются несколько известных и часто применяемых методов борьбы с отложениями, но разнообразие характеристик разработки и различие свойств добываемой жидкости обязывает подбор индивидуальных подходов или разработки новых средств. В результате чего эти составы эффективны на отдельных месторождениях и только на отдельных технологических участках.
Ключевые слова: асфальтосмолопарафиновые отложения, ингибиторы пара-финоотложений, нефть.
В нефтегазовой промышленности процесс добычи, сбора и подготовки нефти очень часто сопровождается различными осложнениями. Одним из таких осложнений является образование асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). Выпадение приводит к снижению добычи нефти, простаиванию скважин, износу оборудования, экономическим потерям. Обеспечение бесперебойного функционирования промышленных предприятий по добыче и транспорту нефти и газа является стратегическим вопросом, поскольку нефтегазовая отрасль является одним из важнейших элементов топливно-энергетического комплекса России [1, 2].
Самыми распространёнными методами борьбы с АСПО в силу своей дешевизны и простоты реализации являются «горячая» обработка нефтью либо паром и метод механической очистки скребками разнообразной конструкции. Однако из-за высокой степени плотности и высокой температуры плавления отложений эти методы не всегда эффективны [3-6].
На сегодняшний день известно, что образование АСПО протекает по двум принципам:
1) происходит «прилипание» уже образованных в потоках твердых соединений;
2) непосредственно на оборудовании возникают и растут кристаллы.
Методы борьбы с АСПО (рис.) подразделяются на два основных направления
[2-4]:
- предупреждение или замедление отложений, которое включает применение гладких (защитных) покрытий, химических методов (модификаторов, депрессаторов, диспергаторов, а также смачивающих веществ), физических методов (воздействие электрическими и электромагнитными полями, ультразвуком, вибрациями);
- удаление отложений, включающее тепловые методы (реагенты, приводящие к экзотермическим реакциям, индукционный нагрев, электропечи, острый пар, промывание горячей водой или нефтью), механические методы (скребки-центраторы, а также обычные скребки), химические методы (удалители и растворители).
В настоящее время наиболее эффективным считается предупреждение смолистых и парафиновых веществ.
Предотвращение образования АСПО выбирается в зависимости от свойств нефтяного пласта, режима работы скважины. Из-за разнообразия условий месторождения, необходим сугубо-индивидуальный подход к решению проблемы. Поэтому при решении вопросов по борьбе с отложениями в первую очередь необходимо рассмотреть возможность применения способов предупреждения АСПО [7, 8].
Классификация методов борьбы с АСПО
Методы удаления предполагают очистку уже образовавшихся АСПО на технологическом оборудовании и трубопроводах. Для этой цели разработана целая гамма различных технологических способов по ее ликвидации. Чтобы подобрать эффективный способ борьбы, следует подробно изучить состав, структуру, свойства отложений, с учетом технологической и экономической выгоды.
Химические методы защиты делятся на две группы: удаление (растворители) и предотвращение (ингибиторы). Принцип действия ингибитора парафиновых отложений основывается на адсорбционных процессах, которые происходят на границах разделов фаз нефть-труба и нефть-дисперсная фаза. Опыт борьбы с отложениями АСПО показывает, что предупреждение образования отложений является более целесообразным, чем борьба с уже образовавшимися. Этот подход позволяет избежать «пилообразного» снижения продуктивности скважины между циклами удаления отложений [9-12].
На рынке нефтепромысловой химии имеется широкий ассортимент ингибиторов АСПО как отечественного, так и зарубежного производства. В основном они представляют собой компаунды, состоящие из ароматических углеводородов и ПАВ. Однако, как показывает сравнительный анализ опыта проведения работ по предупреждению и удалению АСПО, по отношению к нефти разных месторождений химические реагенты проявляют различную эффективность.
Установлено, что химический метод является одним из самых выгодных и перспективных методов борьбы с парафинизацией трубопроводов и скважин, у этого метода высокая эффективность, проведение работ не имеет сложной технологии, эффект от проведения работ имеет длительный характер.
В нефтедобывающей промышленности наиболее активно используются несколько известных и часто применяемых методов борьбы с отложениями, но разнообразие характеристик разработки и различие свойств добываемой жидкости обязывает подбор индивидуальных подходов или разработки новых средств. [13]
Использование защитных покрытий нашло своё применение на многих месторождениях, и этот метод предупреждения действительно является рентабельным. Данную технологию начинают целесообразно использовать на проектной стадии разработки [14]. Однако недостаточная термо- и морозостойкость эпоксидных смол явилась сдерживающим фактором их широкого применения [13].
Физические методы основаны на глубоком понимании структуры, свойств, механизмов образования асфальтосмолопарафинов. На процесс выпадения влияют множество физических полей: тепловые, магнитные, акустические, электромагнитные, электрические. Однако, наличие физических полей оказывает и обратное влияние на процесс АСПО. Магнитные и электрические поля разнообразно влияют на адсорбцию парафина. Так, например, при положительном заряде электрического заряда снижается количество парафина, а при отрицательном наоборот. А вот магнитное поле всегда снижает количество парафина.
В 60-х годах прошлого столетия начали широко использоваться устройства, создающие магнитные поля (постоянные магниты и гидравлические устройства). Их можно отнести к наиболее перспективным методам, т.к. благодаря этому методу со-
кращаются затраты на электроэнергию и привлечение дополнительных работников
[14].
Механизм действия магнитного поля на асфальтосмолопарафины заключается в изменении структуры кристаллов, делая их не способными на образование прочной корки на поверхности металла, потому что сцепляемость уменьшается, структура парафина становится мягкой и рыхлой, тем самым АСПО выносится газонефтяным потоком.
Существует интересная особенность воздействия магнитного поля на асфаль-тосмолопарафиновые отложения. С увеличением воды в нефти и содержанием хлористых солей увеличивается эффект омагничивания. С помощью магнитных устройств кристаллы осаждаются в виде тонкодисперсной, объемной взвеси - увеличение числа центров кристаллизации (мицеллообразование) парафинов. Плюс ко всему, магнитная обработка влияет на температуру застывания парафинов, она незначительно увеличивает ее на 4-6 0С [13].
Еще одним способом предупреждения отложений является метод с помощью вибраций, который заключается в создании колебаний стенок трубопровода. Принцип действия тот же, вибрация не позволяет парафину плотно сцепиться с поверхностью металла, что он в свою очередь уноситься потоком.
На сегодняшний день применяют разнообразные композиции химических веществ, существенно различающихся по механизму воздействия на образование асфаль-тосмолопарафиновых отложений на поверхности оборудования.
Ингибиторы смачивающего действия содержат поверхностноактивные вещества адгезионного характера: полиакриламид, силикаты, высокомолекулярные амфоли-ты, водорастворимые высокомолекулярные органические амины, фосфаты, сульфаты и т.д. К реагентам таких ингибиторов относятся: СПА, Е 2846, Hol E 2846, РБИ-1, РБИ-2, ИКБ-2 и др. Механизм действия ингибитора носит адгезионный характер. Он смачивает внутреннюю поверхность оборудования, делая ее гидрофильной, образуется полярный слой, который приводит к уменьшению отложений.
Применять ингибиторы рекомендуется в растворах керосина, дизельного топлива 60-80%. Закачка в скважину должна производиться в течении длительного времени, чтобы успела образоваться гидрофильная пленка, но перед этим необходимо остановить скважину, очистить стенки труб от парафиновых отложений [15].
Депрессаторы - широко-применяемый традиционный метод замедления образования АСПО. Это поверхностно-активные вещества (полиолефины, сложные эфиры, высокомолекулярные кетоны, спирты, соли металлов, силикатносульфанольные растворы) с высокомолекулярной массой 5000-6000. Принцип действия основан на смешение нефти с депрессаторами (депрессорами), которые не уменьшают содержание твердых компонентов нефти, а изменяют их поверхностные свойства, замедляется процесс кристаллизации твердых фаз, уменьшается прочность и температуру застывания парафинов. Молекулы депрессоров адсорбируются на поверхностях кристаллов парафинов, тем самым осложняют их агрегацию, т.е. они мешают формировать прочную кристаллическую решетку. Наиболее популярными и эффективными депрессорами являются Visco-5351, FlexoilWM 1740, FlexoilCW 288, ИПХ-9, Дорад-1А, ДПП - 1 [16].
Технология применения ингибиторов модифицирующего действия основана на понижении температуры застывания и улучшении реологических свойств нефти. Основным недостатком данного метода является необходимость проведения комплексных лабораторных исследований по индивидуальному подбору эффективного реагента, что связано со сложным и изменяющимся в процессе добычи и транспорта составом нефтяной системы [17].
Вещества, образовывающие тонкодисперсную систему называют диспергато-рами. При создании такой системы, потоку нефти легче уносить кристаллы парафинов со стенок труб. Они повышают теплопроводность нефти и, следовательно, замедляют процесс кристаллизации парафина. Это химические реагенты, в состав которых входят
соли металлов, силикатносульфанольные растворы, сульфатированные щелочные линии. Применение реагентов используют совместно для борьбы с нефтяными эмульсиями, коррозией и солеотложениями промыслового оборудования.
Технология использования ингибиторов моющего действия предусматривает диспергирование и, отмыв зародышей кристаллов, образующихся как в объеме, так и на стенках оборудования при условии непрерывной подачи реагента в нефть при температуре выше температуры начала кристаллизации парафина. Недостатком метода также является необходимость индивидуального подбора ингибитора для определенного состава нефти и нефтепродукта.
В основе технологии применения ингибиторов адсорбционного действия лежит периодическая обработка поверхности трубопроводов водным раствором реагента с последующим осаждением его на трубах в течение определенного времени [18].
Таким образом химический метод является не только одним из самых разнообразных, но и еще одним из самых выгодных и перспективных методов борьбы с пара-финизацией трубопроводов и скважин, у этого метода высокая эффективность, проведение работ не имеет сложной технологии, а эффект имеет длительный характер.
В результате было установлено, что, как правило, в настоящее время подбор реагентов для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями проводят опытным путем. Составы, которые предлагают эксперты, можно подобрать лишь учитывая наличие сырья в районе добычи нефти, причем выделяют общий эффект от реакции отложения, не рассматривая механизм действия. В результате чего эти составы эффективны на отдельных месторождениях и только на отдельных технологических участках.
Список литературы
1. Волкова Г.И., Лоскутова Ю.В., Прозорова И.В., Березина Е.М. Подготовка и транспорт проблемных нефтей (научно-практические аспекты). Томск: Издательский Дом ТГУ, 2015. 136 с.
2. Глущенко В.Н., Силин М.А. Нефтепромысловая химия: Изд. в 5-ти томах. М.: Интерконтакт Наука, 2009. Т. 5. 475 с.
3. Рогачев М.К., Стрижнев К.В. Борьба с отложениями при добыче нефтей. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. 295 с.
4. Сизая В.В. Химические методы борьбы с отложениями парафина. // Сер. Нефтепромысловое дело. М.: Изд. ВНИИОЭНГ, 1977. 40 с.
5. Сорокин С.А., Хавкин С.А. Особенности физико-химического механизма образования АСПО в скважинах // Бурение и нефть. 2007. №10. С. 30-31.
6. Фатыхов М.А. Особенности нагрева и плавления парафина в коаксиальной трубе высокочастотным электромагнитным излучением // Теплофизика высоких температур. 2002. Т.40. №5. С. 802-811.
7. Юсупова Т.Н., Барская Е.Е., Ганеева Ю.М., Романов Г.В., Амерханов И.И., Хисамов Р.С. Исследование возможности осаждения асфальтосмолопарафиновых веществ в стволе скважины и призабойной зоне пласта при снижении забойного давления // Нефтяное хозяйство. 2016. №1. С. 39-41.
8. Губских Т.С. Разработка ингибитора асфальтосмолопарафиновых отложений для высокопарафинистой нефти Сузунского месторождения: маг. дис.: 18.04.01 / Губ-ских Татьяна Сергеевна. М., 2018. 100 с.
9. Кирбижекова Е.В., Прозорова И.В., Юдина Н.В. Особенности образования асфальтосмолопарафиновых отложений в эмульсиях высокопарафинистой нефти // Нефть и газ. 2014. №1. C. 80 - 86.
10. Иванова Л.В., Пахомов М.Д., Овчар Е.В., Буров Е.А., Бацалев А.И. Влияние обводненности нефти на интенсивность образования асфальто-смоло-парафиновых отложений на эффективность действия ингибиторов // Технологии нефти и газа. 2008. №5. С. 10 - 12.
11. Рагулин В.В. Исследование свойств асфальтосмолопарафиновых отложений и разработка мероприятий по их удалению из нефтепромысловых коллекторов /
B.В. Рагулин, Е.Ф. Смолянец, А.Г. Михайлов [и др.]. // Нефтепромысловое дело. 2001. №5. С. 33-36.
12. Тронов В.П., Гуськова И.А. Механизм формирования асфальто-смоло-парафиновых отложений на поздней стадии разработки месторождений // Нефтяное хозяйство, 1999. №4. С. 24 - 25.
13. Ибрагимов Н.Г., Хафизов А.Р., Шайдаков В.В. Осложнения в нефтедобыче. Уфа: ООО Издательство научно-технической литературы «Монография», 2003. 302 с.
14. Сорокин А.В., Табакаева А.В. Влияние газосодержания нефти на формирование АСПО в подъемнике скважины // Бурение и нефть. 2009. №2. С. 25-26.
15. Глущенко В.Н., Юрпалов И.А., Шипигузов Л.М. Оценка эффективности ингибиторов асфальтосмолопарафиновых отложений // Нефтяное хозяйство. 2007. № 5.
C. 84-87.
16. Булатов А.В., Кусов Г.В. Асфальто-смоло-парафиновые отложения и гидра-тообразования: предупреждение и удаление. Краснодар: ООО «Издательский Дом -Юг». Т.2. 2011. 348 с.
17. Левитина И.В. Современные химические реагенты для очистки и защиты оборудования в период ремонта // Нефтегазовые технологии. 2008. № 11. С. 2 - 4.
18. Глущенко В.Н., Силин М.А., Пташко О.А., Денисова А.В. Нефтепромысловая химия: Осложнения в системе «пласт - скважина-УППН»: учебное пособие. М.: МАКС Пресс, 2008. 328 с.
Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Орловская Нина Федоровна, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Иванова Светлана Ивановна, старший преподаватель, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Крамаренко Владислав Александрович, магистр, kramersambo@mail. ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
PROBLEMS AND METHODS FOR COMBAT WITH ASPHALT-RESIN AND PARAFFIN DEPOSITS
V.G. Shram, N.F. Orlovskaya, S.I. Ivanova, V.A. Kramarenko
The article discusses the main properties and features of the formation of asphalt, resin and paraffin deposits on process equipment and pipelines, as well as methods for removing and preventing the formation of ARPD. To date, several well-known and frequently used methods for controlling deposits are most actively used, but the variety of development characteristics and the difference in the properties of the produced fluid obliges the selection of individual approaches or the development of new tools. As a result, these compositions are effective in certain fields and only in certain technological areas.
Key words: asphalt, resin and paraffin deposits, paraffin inhibitors, oil.
Shram Vyacheslav Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, shramlHrus@,mai.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Orlovskaya Nina Fedorovna, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Ivanova Svetlana Ivanovna, senior lecturer, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Kramarenko Vladislav Alexandrovich, undergraduate, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
УДК 621.317
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-191-196
АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
А.В. Мякотин, Е.В. Комаров, А.Я. Моргунов, В.А. Питенко, А.А. Бурлаков
В статье рассмотрены различные подходы, направленные на обоснование продолжительности жизненного цикла технических средств специального назначения. Проведен анализ работ, включающих данные подходы, исследования предметной области, что позволило выявить основные достоинства и недостатки каждого из подходов. Выработаны обобщенные критерии, которые возможно использовать при решении данной задачи применительно к техническим средствам специального назначения, и определены направления дальнейших исследований.
Ключевые слова: технические средства, жизненный цикл, оптимизация.
Решение задачи экономического обоснования продолжительности жизненного цикла (ЖЦ) технических средств (ТС) специального назначения (СН) представляет собой расчет наиболее выгодной, исходя из затрат, длительности каждого его этапа, что позволяет контролировать расходы на производство и эксплуатацию изделия. В статье рассмотрены существующие подходы к решению данной задачи.
Методика определения экономически оптимального срока эксплуатации, позволяющая рассчитать наиболее выгодный, исходя из затрат, момент замены существующей ТС на новую, предложена в [3]. В данной методике рассматривается бесконечный во времени процесс, при котором через каждое определенное количество лет ТС снимается с эксплуатации и заменяется только что изготовленной точно такой же, при этом не учитывается фактор морального старения. Оптимальным сроком эксплуатации считается период времени, при котором будут минимальны общие затраты на разработку, производство и эксплуатацию всех экземпляров ТС, сменяющих друг друга в этом бесконечном циклическом процессе.
Данная методика позволяет определить для любого ТС экономически оптимальный срок его эксплуатации, по истечении которого целесообразнее становится приобретение нового средства, чем эксплуатация существующего. Достоинством данной методики является ее простота и наглядность проведения расчетов. К недостаткам данного подхода следует отнести:
необходимость сбора статистической информации по результатам эксплуатации ТС с целью выявления временной зависимости количества и характера отказов, определяющих затраты на ремонт, а также суммарные потери от простоя ТС;
расчет проводится для ТС одной и той же системы без учета освоения в производстве и выпуска ТС новых поколений;
не осуществляется учет морального старения ТС.
