![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Предотвращение отложений парафина с помощью магнитного поля
Одним из современных способов предотвращения появления АСПО является создание в объеме нефти большого числа центров кристаллизации под действием постоянного магнитного поля. Следствием этого является образование в объеме жидкости тонкодисперсной взвеси кристаллов парафинов, которая характеризуется сниженными темпами формирования отложений, и по мнению Тронова В.П., разд.6.3.2, вообще не принимает участия в формировании отложений. Центрами кристаллизации парафинов могут служить примеси железа, которые содержатся в попутной воде и в нефти в концентрациях от 10 до 500 г/т. Эти примеси сформированы, в основном, ферромагнитными микрокристаллами окислов железа. Нефтеводогазовая смесь, поступающая в скважину, содержит в своем составе агрегаты природных ферромагнитных микрокристаллов железа (ФМЖ). При прохождении нефтегазоводяной смеси через область специально сформированного магнитного поля происходит разрушение агрегатов ФМЖ (в идеальном случае - на отдельные частицы). На частицах ФМЖ происходит отложение и рост кристаллов парафинов. Скорость радиального перемещения включений из объема нефти в радиальном направлении пропорциональна их объему. Поэтому при увеличении числа центров кристаллизации, например, в n-раз, во столько же раз уменьшится средний размер кристаллов парафина и скорость их переноса к более холодной стенке трубопровода. Вышеупомянутый способ борьбы с отложениями парафинов реализуется с помощью специальных устройств - магнитных активаторов и открывает новые возможности в борьбе с парафинизацией трубопроводов. Магнитные активаторы производства Сибирского химического комбината (г. Северск, Томская область) отличаются особо мощными постоянными магнитами на основе редкоземельных металлов (РЗМ) типа «неодим-железо-бор» или «самарий-кобальт». Удельная энергия постоянных магнитов на основе РЗМ достигает 35 – 50 кДж/м3, что в 8 - 11 раз превосходит показатели обычных магнитных материалов (ферриты, сплавы альнико).
Магнитный активатор трубопроводный (МАТ) состоит из двух основных частей – внешней трубы, имеющей фланцы для установки на трубопровод, и внутренней трубы, внутри которой находятся магниты, создающие в зазоре между трубами постоянное магнитное поле (рис.6.6). Технические характеристики МАТ 114В: масса – 60 кг; проходное сечение – 5500 мм2; рабочее давление – 4, 5 МПа; рабочая температура – не более 100оС. Промышленные испытания МАТ показали уменьшение скорости парафиноотложения на внутренней стенке трубопроводов и отсутствие осложнений в добыче и подготовке нефти, обусловленных действием магнитной обработки пластовой воды, нефти и их смесей. Схема установки магнитоактиватора на нефтесборном коллекторе показана на рис 6.7.
На некоторых месторождениях в процессе эксплуатации скважин наблюдается интенсивное отложение солей в рабочих органах ЭЦН и штанговых насосов, НКТ, выкидных линиях, сборных коллекторах. Отложения солей в основном наблюдаются в обводненных скважинах. Отлагающиеся соли могут быть как водорастворимые (NaCl, CaCl2), так и водонерастворимые: CaCO3, MgCO3, CaSO4·2H2O (гипс), MgSO4, BaSO4, силикаты кальция и магния: CaSiO3, MgSiO3 и др. Состав отложений: соли – 70-80%, нефтепродукты – 2-25%, окислы железа (продукты коррозии) - 0, 5-5%, окись кремния – 1-5%. Состав отложений на оборудовании тепловой подготовки нефти (%): карбонаты Ca, Mg, Mn – 78, 28; CaSO4·2H2O – 6, 65; SiO2 – 3; гидроксиды железа FeO(OH) или Fe2O3·nH2O – 2, 50; сера и нефтяная органика – 8. Выпадение любого вещества в осадок происходит в том случае, если его концентрация в растворе превышает равновесную для данных условий:
1. возрастание фактической концентрации 2. снижение равновесной концентрации,
Основная причина образования и отложения солей – это нарушение термодинамического, в частности, карбонатного, сульфатного, равновесий, обусловленное снижением температуры и давления при подъеме и движении по трубам нефти и пластовой воды. Известно, что в пластовых водах углекислый газ находится в свободной и связанной (растворенной) формах: недиссоциированные молекулы угольной кислоты H2CO3, бикарбонат – ионы HCO3- и карбонатные ионы CO32-.
Слабая углекислота ступенчато диссоциирует:
Из уравнений (6.20) и (6.21) следует, что степень диссоциации H2CO3 зависит от концентрации ионов водорода, т.е. от рН, поэтому в разных областях рН будут доминировать определенные ионы. Установлено, что в кислых и слабокислых водах (рН = 1-3 и рН = 4-6), доминирует недиссоциированная кислота; в нейтральных и слабощелочных водах (рН = 6-8 и рН = 8-10) – ион HCO3-; в сильно щелочных водах (рН = 11-14) – ион CO32-. В пластовых условиях при постоянных давлении и температуре в водных растворах углекислых соединений существует динамическое равновесие между различными формами углекислоты:
Как следует из уравнения (6.23), карбонатное равновесие определяется количеством свободного CO2. При наличии в пластовых водах одновременно ионов Ca2+, Mg2+ и HCO3- образуются непрочные растворимые бикарбонаты кальция и магния:
равновесное содержание которых также поддерживается за счет свободного углекислого газа. В природных пресных водах бикарбонат кальция находится в динамическом равновесии с карбонатом кальция и диоксидом углерода:
На основе реакций (6.24) и (6.25) можно записать:
При движении нефти, газа и пластовой воды по стволу скважины, выкидным линиям и сборным коллекторам, давление в них понижается и растворимость CO2 в воде уменьшается, в результате чего из нее выделяется диоксид углерода, при этом нарушается карбонатное равновесие (6.26). Для восстановления равновесия избыток бикарбонат – ионов HCO3- удаляется из системы путем превращения бикарбонатов кальция и магния в карбонаты (6.23), которые выпадают в осадок и отлагаются на стенках труб, снижая их пропускную способность. Итак, причинами выпадения солей являются: 1. снижение давления; 2. повышение температуры, причем, снижение давления более интенсивно влияет на равновесие реакции (6.26), чем снижение температуры; 3. пересыщение раствора растворимой солью по причине изменения давления и температуры или смешения вод одного типа, но с разной концентрацией ионов; например, при закачке воды, содержащей бикарбонат кальция, в пласты с высокой температурой равновесие реакции (6.23) сдвигается вправо
и в результате реакции
малорастворимые соединения выпадают в осадок. 4. изменение химического состава воды при смешении вод различных типов:
Образование нерастворимых соединений при смешении нагнетаемой и пластовой вод может являться одной из причин возрастания фильтрационного сопротивления при закачке воды в пласт. Воды, закачиваемые в нефтяные залежи, по солевому составу могут отличаться от пластовых вод этих залежей. При закачке воды, содержащей сульфат - ионы, в пласты, насыщенные хлоркальциевой водой, т.е. содержащей повышенное количество Ca2+, в порах пласта в результате смешения этих вод может образоваться сернокислый кальций, выпадающий в осадок в виде кристаллов гипса:
|