СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ СУЛЬФАТНО-КАЛЬЦИЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ
DESTRUCTION METHOD OF SULPHATE-CALCIUM DEPOSITS DURING OIL PRODUCTION

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам удаления неорганических солей, отложившихся в скважинах и на поверхности нефтепромыслового оборудования.
Из распространенных типов неорганических отложений при добыче нефти наиболее сложным является удаление сульфатно-кальциевых солей (гипса).
Известен способ удаления гипсовых отложений использованием состава на основе комплексона - динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилона Б) (Пат. РФ №2385339 С1. Опубл. 27.03.2010). Однако такой способ не обеспечивает полного удаления отложений. Аналогичные способы на основе трилона Б и других комплексонов (Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988. 544 с.) также характеризуются недостатками - длительностью обработок, высокой стоимостью используемых реагентов и, что особенно важно, трудностями с утилизацией токсичных отработанных растворов.
Известен также способ удаления солеотложений в скважине на основе химического реагента - соляной кислоты (Пат. РФ №2383577 С1. Опубл. 10.03.2010). Существенным недостатком способа является коррозионная активность соляной кислоты, а также невозможность утилизации отработанного раствора (хлорида кальция с серной кислотой), так как процесс разрушения гипса протекает по реакции:
Аналогичные способы с использованием соляной кислоты (Персиянцев Н.Н. Добыча нефти в осложненных условиях. ООО-Бизнесцентр, 2000. 653 с.) характеризуются такими же недостатками.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ разрушения гипсовых отложений обработкой растворами гидроксида натрия (Кащавцев В.Е., Мищенко И.Т. Солеобразование при добыче нефти. М.: «Орбита-М», 2004. - 432 с.). При воздействии 20-25% раствора гидроксида натрия на отложения гипса реакция протекает с образованием нерастворимого гидроксида кальция и сульфата натрия:
Сульфат натрия хорошо растворим в воде, а гидроксид кальция представляет собой рыхлую массу, легко переходящую во взвешенное состояние с образованием тонкодисперсной суспензии, которая может быть извлечена потоком циркулирующей через скважину жидкости по схеме: емкость → насосный агрегат → скважина → емкость.
Недостатком способа с использованием гидроксида натрия являются трудности с утилизацией отработанных растворов, имеющих сильнощелочную среду.
Таким образом, имеется задача повышения экологической эффективности химических способов удаления сульфатно-кальциевых отложений при добыче нефти.
Поставленная задача решается заявляемым способом разрушения отложений, сущность которого состоит в том, что отложения обрабатывают водным раствором сульфата аммония.
Сульфат аммония является крупнотоннажным продуктом химической промышленности (ГОСТ 9097-82) и широко используется в качестве азотного удобрения.
Взаимодействие сульфата аммония с гипсом протекает по уравнению:
с образованием комплексного соединения - кальцийаммоний сульфата.
В аналитической химии эта реакция используется для отделения катионов стронция от катионов кальция, поскольку насыщенный раствор сульфата аммония растворяет сульфат кальция при температуре кипения раствора, а сульфат стронция нерастворим (Клячко Ю.А., Шапиро С.А. Курс химического качественного анализа. М.: Госхимиздат, 1960. 702 с.).
В химической технологии образование кальций-аммоний сульфата при добавке катионов кальция в кристаллизующийся раствор сульфата аммония изменяет размер и форму кристаллов, что ускоряет отделение кристаллов сульфата аммония на фильтрах (Хамский Е.В. Кристаллизация в химической промышленности. М.: Химия, 1969. 344 с.).
Нами установлено, что при взаимодействии гипса с насыщенным раствором сульфата аммония в температурном интервале от 0 до +40°С образуется тонкодисперсная суспензия кальцийаммоний сульфата, не расслаивающаяся в течение длительного времени. Этот факт открывает возможность разрушения гипсовых отложений нефтепромыслового оборудования. Тонкодисперсная суспензия кальцийаммоний сульфата может быть удалена из скважины потоком циркулирующего через скважину раствора сульфата аммония и отделена от раствора фильтрацией или отстаиванием в форме осадка.
Осадок кальцийаммоний сульфата или его взвесь в сульфате аммония могут быть утилизированы в качестве удобрения. При разложении кальцийаммоний сульфата в почве до исходного сульфата аммония и гипса, гипс является составной частью почвы, а его добавка в почву в качестве удобрения повышает урожайность многих культур (Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М.: Высшая школа, 1968. 427 с.).
Насыщенный раствор сульфата аммония готовится растворением соли в воде. В температурном интервале от 0 до +40°С растворимость сульфата аммония составляет от 41,2 до 44,8% мас., т.е. мало зависит от температуры (таблица 1), что облегчает приготовление и использование насыщенных растворов.
Таблица 1
Растворимость сульфата аммония в воде (Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Справочник по растворимости. Том 1. Книга первая. М., Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 960 с.)
Температура, °С
0
10
15
20
25
30
40
Растворимость, % мас.
41,2
42,1
42,5
43,0
43,5
43,9
44,8
Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Преобразование сульфата кальция в кальций-аммоний сульфат.
3
3
3
3
4
2
При комнатной температуре в химическом стакане на 50 см к 1 г сульфата кальция CaSO·2НО добавили 10 см насыщенного раствора сульфата аммония, который приготовили растворением 76 г сульфата аммония в 100 см воды. Содержимое стакана изредка перемешивали вращательными движениями. Через 4 часа осадок сульфата кальция преобразовался в кальцийаммоний сульфат, который занял весь объем раствора, превратив его в гель. При дальнейшем добавлении раствора сульфата аммония гель разжижился и при общем объеме раствора 50 см или более образовалась медленно отстаивающаяся суспензия белого цвета.
Пример 2. Разрушение сульфатно-кальциевых отложений.
2
3
Отложения отобраны с электропогружного центробежного насоса из скважин НГДУ «Сорочинскнефть» ТНК «ВР». Насос вышел из строя за счет отложений минеральных осадков и был поднят на поверхность. Отложения имели вид достаточно крупных кусков и были представлены на 60% проппантом (AlO) в форме мелких шарообразных частиц и их обломков, прочно сцементированных неизвестным материалом (40%). Средний состав неизвестных отложений по данным спектрального анализа приведен в таблице 2.
Таблица 2
Элементный состав отложений (% мас.)
Катионный состав
Анионный состав
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
FeO
ZnO
SrO
BaO
SiO<sub>2</sub>
SO<sub>3</sub>
Cl
0,69
0,06
0,33
36,77
2,68
0,79
0,39
0,25
2,02
53,59
отс.
По данным таблицы цементирующие проппант (реагент для повышения нефтеотдачи методом гидроразрыва пласта) отложения представлены главным образом сульфатом кальция с примесями нерастворимых сульфатов стронция и бария. В составе отложений имеются также силикаты металлов и соединения железа. Отложения не растворялись в кислотах (неорганических и органических) и в растворах каустической и кальцинированной соды.
3
Навеску отложений массой 2 г залили 50 см насыщенного водного раствора сульфата аммония и изредка перемешивали вращательными движениями. Прозрачный вначале раствор сульфата аммония постепенно становился мутным и через 6 часов отложения полностью диспергировались на частицы проппанта и тонкодисперсную взвесь, медленно отстаивающуюся во времени. После отфильтровывания от частиц проппанта и взвеси кальций-аммоний сульфата раствор сульфата аммония не теряет своей активности к разрушению отложений и может быть использован повторно.
Таким образом, насыщенный водный раствор сульфата аммония разрушает сложные по составу сульфатные отложения, отлагающиеся на нефтепромысловом оборудовании.
Предлагаемый способ позволяет предупредить выход из строя дорогостоящего оборудования, исключить нарушения режима работы скважин и трудоемкий подземный капитальный ремонт, а в итоге, сократить значительные потери в добыче нефти. Существенным преимуществом предлагаемого способа является возможность утилизации образующегося осадка кальцийаммоний сульфата в качестве удобрения, что выгодно отличает его от других известных способов.