Образование высоковязких эмульсий

Образование высоковязких эмульсий

Обводнение продуктивных пластов нефтяных месторождений вызывает серьезные осложнения при добыче нефти, связанные с образованием нефтяных эмульсий, которые обладают высокими вязкостью и стойкостью к разрушению. В таблице Ошибка! Источник ссылки не найден. приведены сведения о деэмульгаторах. В диапазоне обводненности продукции при которой возникает риск образования высоковязких эмульсий рекомендуется применение погружных электровинтовых насосов.

При образовании стойких эмульсий снижаются показатели безотказности работы насосных установок из-за увеличения количества пробоев электрической части УЭЦН вследствие перегрузок погружного электродвигателя. Рост давления жидкости в системах сбора нефти и газа влечет за собой порывы коллекторов. Затрудняются сепарация газа и предварительный сброс воды. С необходимостью разрушения стойких эмульсий связан также наибольший рост энерго- и металлоемкости.

Разработчики деэмульгаторов

Эмульсия представляет собой тонкодисперсную систему двух фаз, одна из которых диспергирована в другой; обе фазы являются взаимно нерастворимыми, например, эмульсия типа «нефть в воде» или «вода в нефти». Диспергированная жидкость называется внутренней или дисперсной фазой, а жидкость, в которой она находится, – однородной, непрерывной или дисперсионной средой.

В нефтедобыче существует множество методов предотвращения образования эмульсий, однако в условиях скважины применим только метод закачки химических реагентов – деэмульгаторов. Для каждого состава нефти подбирают свой наиболее эффективный деэмульгатор, предварительно

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »

оценив результаты отделения пластовой воды в лабораторных условиях.

Образование гидратов

В процессе подъема пластовой продукции по колонне лифтовых труб гидростатическое давление уменьшается по мере ее перемещения вверх. Если величина этого давления становится ниже давления насыщения, из пластовой жидкости выделяется попутный газ. Часть его растворяется в пластовой воде, неизбежном компоненте пластовой жидкости. При температурах и давлениях, соответствующих равновесному состоянию смеси, образуются кристаллогидраты углеводородов, и появляется кристаллическое вещество.

Наиболее полные данные о структуре, составе и свойствах кристаллогидратов природных газов были получены в результате рентгенографических исследований Штакельберга, Мюллера и Джонсона.

В результате этих исследований выяснилось, что кристаллогидраты являются клеточными соединениями с двумя структурами, обладающими кубической симметрией: структурой I, образуемой газами и парами, и структурой II, образуемой жидкостями. Исключение составляет пропан, пары которого образуют кристаллогидрат со структурой II.

Метан, этан, пропан и бутан образуют кристаллогидраты при отрицательных температурах, а при повышенном давлении и положительных температурах их возникновению способствует наличие легких углеводородов и обводненность скважин. В реальных условиях добычи, сбора и подготовки газа на промыслах имеют дело не с отдельными компонентами, а со смесями углеводородных газов, включающих в свой состав различные газы-наполнители (СО2; Н2; N2; Н2S). Эти смеси образуют смешанные гидраты, состав которых изменяется в зависимости от давления. Наиболее распространенным типом смешанных кристаллогидратов являются гидраты структуры II.

Гидраты обладают высокой сорбционной способностью и поэтому покрываются пленкой из жидких, а иногда и твердых углеводородов. К последним относятся смолы, асфальтены, парафины, механические примеси. Эти соединения значительно упрочняют гидраты, делают их более стойкими к разрушению. Кроме того, они увеличивают их адгезионные свойства, т.е. способность к прилипанию к элементам оборудования и друг к другу.

Кристаллогидраты осаждаются на стенках колонны лифтовых труб и в затрубном пространстве. Прекращение эксплуатации скважины способствует интенсивному образованию кристаллогидратов. Этому процессу способствует и понижение температуры пластовой жидкости в полости скважины.

Для борьбы с гидратами разработан ряд методов, показанных на рисунке Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1, в том числе и методы, использующие химические реагенты – ингибиторы гидратообразования. В таблице 10.10 приведены некоторые технологии предупреждения и удаления гидратов.

Подача ингибиторов в скважину осуществляется с целью их действия на изменение структурных параметров воды и равновесных условий

Консорциум « Н е д р а »

гидратообразования. Ингибиторы уменьшают растворимость газа в воде.

Поддержание безгидратных режимов работы скважин достигается подбором соответствующих рабочих дебитов скважины, обеспечивающих температуру на устье выше равновесной температуры гидратообразования.

Тепловые методы основаны на повышении температуры в стволе скважины (в месте начала гидратообразования) или сборном трубопроводе выше критической и поддержании ее в течение длительного времени.

К профилактическим методам относятся технологии, предусматривающие периодическую прокачку теплоносителя через скважину, и использование теплоизолированных труб.

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 Методы борьбы с гидратами

Способом профилактики отложения гидратов является подогрев продукции до температуры, исключающей возможность образования твердой фазы при любых дебитах. Этой цели наиболее соответствуют линейные источники тепла – греющие кабели.

Методы удаления гидратов включают воздействие на пробку различными теплоносителями – водой, паром, горячей нефтью. В качестве теплогенераторов используют наземные агрегаты – паропередвижные и депарафинизационные установки, а также скважинные источники тепла –

Консорциум « Н е д р а »

электронагреватели различной конструкции.

Механические способы предполагают разрушение рыхлых или плавающих пробок, образующихся в насосно-компрессорных трубах, специальными штангами. Воздействуя на пробку ударами штанги, опускаемой на канате, пробку можно разрушить или протолкнуть на забой в зону повышенной температуры. Для повышения эффекта штангу иногда оснащают скребками.

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »

Окончательный выбор способов предотвращения гидратообразования следует производить, учитывая наряду с технологическими факторами также и экономические затраты по каждому из них. Оптимальным способом предотвращения гидратообразования (при проявлении данного осложнения) будет использование комбинаций из предлагаемых альтернатив, например, применение теплоизоляции и электроподогрева с помощью кабеля, переход на другой диаметр НКТ и т.п.

Повышенное газосодержание в зоне подвески насоса

Погружные центробежные насосы ЭЦН откачивают из скважин вместе с нефтью пластовую воду и газ. Известно, что эффективность центробежного насоса при работе на газожидкостной смеси (ГЖС) резко снижается по сравнению с работой на однородной среде, а при определенных условиях, происходит срыв подачи жидкости. Центробежная установка работает как бы с жидкостью с небольшой плотностью.

Однако, при дальнейшем увеличении содержания свободного газа в откачиваемой жидкости при условии, что объемная доля его в газожидкостной смеси (ГЖС) превышает некоторую величину, значительно сказывается на характеристике центробежного насоса.

Консорциум « Н е д р а »

По содержанию свободного газа на входе в насос скважины делятся на три категории:

категория 1 – низкое газосодержание – содержание свободного газа в объеме смеси на входе в насос – менее 15 %;

категория 2 – высокое газосодержание – содержание свободного газа в объеме смеси на входе в насос – от 15 до 50 %;

категория 3 – очень высокое газосодержание – содержание свободного газа в объеме смеси на входе в насос – более 50 %.

Основной причиной резкого ухудшения параметров работы центробежного насоса на газожидкостной смеси является образование так называемых газовых каверн, не участвующих в общем течении смеси через каналы.

При наличии газовых каверн в межлопаточных каналах центробежный насос работает в режимах кавитации. Кривые напор-подача по смеси при этом располагаются ниже характеристики насоса на негазированной жидкости. При дальнейшем увеличении объема газа на входе в насос может произойти срыв подачи насоса.

Способы борьбы с вредным влиянием газа на работу УЭЦН (Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2) можно разделить на конструктивные и технологические.

К конструктивным относятся способы, реализуемые внесением конструктивных изменений в насосную установку, а именно:

-применение в приемном модуле насоса газосепаратора, позволяющего большую часть свободного газа отделять и направлять в затрубное пространство;

-использование диспергатора, предназначенного для диспергации газовой фазы и доведения ее до устойчивого агрегатного состояния;

-включение перед основным насосом мультифазного насоса, который сжимает газожидкостную смесь и уменьшает объем свободного газа;

-использование конического насоса, т.е. насоса, состоящего из пакетов ступеней различных размеров;

-использование ступеней специальной конструкции позволяет изменить расходно-напорную характеристику насоса при откачке жидкости с большим содержанием газа.

Консорциум « Н е д р а »

vk.com/id446425943

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »