Сверхкритическая флюидная очистка устья нефтяных скважин от асфальтосмолопарафиновых отложений

УДК622.276

И. Р. Габитов, Л. Ю. Яруллин, З. И. Зарипов,

Ф. Р. Габитов, М. И. Фарахов, Ф. М. Гумеров

СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ ФЛЮИДНАЯ ОЧИСТКА УСТЬЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

ОТ АСФАЛЬТОСМОЛОПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Ключевые слова: асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО), растворимость,пропан-бутановый флюид, н-гексан.

Динамическим методом при пластовых параметрах состояния (температуре 40°С и давлению 100 бар) исследовано влияние на асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) обработки пропан-бутановой сверхкрити-ческой флюидной смесью и н-гексаном. Установлено качественное изменение структуры АСПО.

Keywords: asphaltene-resin-paraffindeposits, solubility, propane-butanefluid, n-hexane.

The effect of supercritical propane-butane mixture on asphaltene-resin-paraffin deposits (ARPD) is investigated by the dynamic method with the tabular parameters of state (temperature 40 °С, pressure 100 bar). Qualitativechangein-theARPDstructureisdetermined.

Введение

Современнаянефтедобывающая промыш-

ленность России в виду преобладания месторождений, вступивших в позднюю стадию разработки, характеризуется снижением качества добываемой нефти, в частности наблюдается ухудшение реологических свойств.

Так, при добыче парафинистых неф-тей,образование асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) является серьезной проблемой, вызывающей снижение производительности системы и эффективности работы насосных установок[1].

АСПО представляют собой сложную углеводородную смесь: асфальтены, смолы, парафины, масла, серу, металлы, растворы солей органических кислот, комплексные соединения, коллоидно-диспергированные минеральные вещества, а также воду и механические примеси [2].

Отложения состоят преимущественно из высокодисперсных суспензий кристаллов парафина, асфальтенов и минеральных примесей в маслах и смолах. Эти суспензии в объёме имеют свойства твердых аморфных тел, практически не растворяющихся повторно и не диспергирующихся в сырой нефти в условиях её добычи и транспортировки. В отложениях концентрируются полярные природные ПАВ и эмульгаторы нефтей, повышающие прочность сцепления отложений с металлическими поверхностями и облегчающие их проникновение вглубь зазоров, трещин и щелей на поверхности труб и оборудования продуктов коррозии, частиц горных пород, воды. В АСПО переходят те вещества, которые плохо растворяются в нефти, имеют большую по сравнению с ней плотность и поэтому осаждаются под действием гравитационных или центробежных сил, а также вещества, обладающие поверхностной активностью на границе раздела нефть-порода, нефть-металл и нефть-вода.Механизм образования АСПО и методы борьбы с этим явлением рассмотрены в работах [3,4].

К настоящему времени разработаны и применяются различные методы борьбы с АСПО [1]: механические методы (удаление отложений с помощью скребков, разделителей, поршней, мембран

и т.п.); тепловые методы (основаны на увеличении растворяющей способности нефти с повышением температуры при использовании погружных электронагревателей, горелок, промывке горячим теплоносителем); физические методы (основаны на воздействии на углеводородную жидкость электромагнитными, магнитными полями и ультразвуковыми волнами); использование различных защитных покрытий.

Наибольшее распространение получили химические методы борьбы с АСПО, основанные на введении в поток добываемой нефти ингибиторов парафинообразования[5, 6].

Не смотря на большое количество разработанных методов борьбы с АСП отложениями, все они на данный момент являются дорогостоящими, малоэффективными и экологически не безопасными.

В настоящее время перспективным способом разделения и очистки сырья, в том числе и нефти, является сверхкритическая флюидная технология [7,8]. В качестве растворителя АСПО в данном случае используются суб- и сверхкритические флюиды (диоксид углерода, вода, н-гексан, пропан, бутан) [9, 10].

Преимуществами данного метода являются:

• более широкий (по сравнению с жидкими растворителями) спектр растворяемых углеводородных компонентов;

• использование в качестве растворителя фракции попутного газа;

• отсутствие дополнительной стадии - выделения растворителя;

Экспериментальная часть

Механизм воздействия на асфальтосмолопарафиновые отложения сверхкритических флюидов почти не изучен. С этой целью были проведены исследования по растворению АСПО 50% пропан-бутановой смесью и н-гексаном, используемых в нефтяной промышленности, при пластовых параметрах состояния: температуре 40°С и давлению 100 бар. Исследования растворимости проведены дина-

мическим методом на экспериментальной установке (рис.1) с расходом растворителя 1 г/мин. Масса загруженного в ячейку АСПО составила для пропан-бутановой смеси 3,6265 грамм, для гексана 2,5738 грамм. Образец АСПО были взят на Оренбургском нефтяном месторождении. При работе с гексаном баллон (1, рис 1) заменялся на емкость.

Рис. 1 - Схема экспериментальной установки: 1 -баллон с пропан-бутаном; 2 - насос; 3 - ячейка с АСПО; 4 - термостат; 5 - сборник.

Результаты исследования

Результаты исследований

свидетельствуют об эффективности используемой флюидной пропан-бутановой смеси. Так выход АС-ПО с увеличением количества пропущенной смеси растет, в то время как при обработке гексаномпре-дел выхода наступает уже при 30 г., пропущенного растворителя (рис. 2).

О 100 200 300 , 400 500

масса пропущенного пропан-бутана, гр.

Рис. 2 - Зависимость выхода отложений от количества пропущенного растворителя (в скобках процент от общей массы): 1 - н-гексан, 2 - про-пан-бутановая смесь

Скорость выхода АСПО с ростом количества растворителей падает (рис. 3). Интенсивность изменения скорости выхода отложений в зависимости от количества пропущенного растворителядля пропан-бутановой смеси меньше, чем для гексана.

Сверхкритический флюид, растворяя смолистые соединения, удаляет их из АСПО. После обработки флюидом изменилась структура отложений (рис.4). Не растворившиеся части асфальтосмолопарафиновых отложений после обработки про-пан-бутаномпредставляют рыхлый порошок (рис.4 -б), который легко удаляется продувкой. Воздейст-

вие гексана на образец АСПО практически не изменило его структуру (рис.4 - в).

Рис. 3 - Скорость выхода АСПО в зависимости от количества пропущенного растворителя: 1 - н-гексан, 2 - пропан-бутановая смесь

а б в

Рис. 4 - Образец АСПО: а) до эксперимента; б) после обработки пропан-бутановой смесью; в) после обработки н-гексаном

Таким образом, растворение асфальтосмолопарафиновых отложений субкритической пропан-бутановой смесью показало свою эффективность, а в совокупности с конкурентными преимуществами использования данной смеси для очистки оборудования от АСПО, может явиться основой создания энерго-ресурсосберегающих технологий для нефтедобывающих производств.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 13-03-12078 офи-м).

Литература

1. Н.Персиянцев, Добыча нефти в осложненных условиях, ООО Недра-Бизнесцентр, Москва, 2000, 653 с.

2. М.И.Курбанбаев, Б.С. Муллаев, К.К. Нурмагамбе-тов,Материалы международной НПК «Инновационное развитие нефтегазового комплекса Кахзахстана». 2013. С. 163-174;

3. Л.В. Иванова, Е.А. Буров, В.Н. Кошелев, Электронный научный журнал Нефтегазовое дело, 1, 268-287, 2011;

4. В.М. Строганов, М.Б. Турукалов, Ю.П. Ясьян, Нефтепереработка и нефтехимия, №12, 25-28, 2006;

5. Г.А. Бабалян, Борьба с отложениями парафи-нов,ООО Недра-Бизнесцентр, Москва, 1965, С. 264-270;

6. С.Ф. Люшин, В.А. Рассказов, Д.М. Шейх-Али, P.P. Иксанова, Е.П. Линьков,Борьба с отложениями парафи-

на при добыче нефти, Гостоптехиздат, Москва, 1961, С.

57-61;

7. Ф.М. Гумеров, А.Н.Сабирзянов, Г.И. Гумерова,Суб-и сверхкритические флюиды в процессах переработки полимеров, ФЭН, Казань, 2007,336 с.;

8. Ф.И. Самедова,С.Ю. Рашидова, А.М. Касумова, Н.А.

Кулиев, Сверхкритические флюиды: Теория и практика,

3, 2, 52-57, 2008;_____________________________________

© И. Р. Габитов - асп. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, gabitov.ilgiz@gmail.com; Л. Ю. Яруллин - инженер той же кафедры; З. И. Зарипов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры,zufar_zaripov@mail.m; Ф. Р. Габитов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, farizan@kstu.ru; М. И. Фарахов - д.т.н., проф. каф. ПАХТ КНИТУ; Ф. М. Гумеров - д-р техн. наук, зав. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, gum@kstu.ru.

9. Цихмейстр Е.В., Гумеров Ф.М,Вестник Казанского технологического университета, 15, 10, 98-99, 2012.

10. Ф.М. Гумеров, Ф.Д. Юзмухаметов, Р.Ф. Габитов, Н.З. Шакиров, Вестник Казанского технологического университета, 15, 5, 64-71, 2012.