Исследование напряжения сдвига асфальтосмолопарафиновых отложений Мядсейского и Тобойского месторождений

эксплуатация месторождений

УДК 622.276.4

В.А. Чеботников, аспирант, Тюменский государственный нефтегазовый университет

исследование напряжения сдвига асфальтосмолопарафиновых отложений мядсейского и тобойского месторождений

Изучение напряжения сдвига (НС) асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), образующихся в насосно-компрессорных трубах (НКТ) при добыче высоковязких нефтей, необходимо для разработки мероприятий, направленных на предупреждение их образования. От НС будет зависеть скорость спуска скребка, скорость образования слоя АСПО, а также степень самоочистки скважины при срыве отложений потоком нефти. Для скважин Мядсейского и Тобойского месторождений, характеризующихся высоким содержанием парафинов в нефти (до 8%), эта проблема особенно актуальна, так как даже ежедневное скребкование скважин не дает нужного эффекта.

Для исследования напряжения сдвига в ТюмГНГУ была разработана экспериментальная установка. На горизонтальной основе подвижно закреплялись два плоских образца малоуглеродистой стали. Образцы между собой скреплялись слоем расплавленного АСПО. На один образец через систему шкивов с помощью гибкой тяги подвешивался переменный груз и отмечался момент начала движения пластин относительно друг друга. По площади перекрытия пластин и массе груза рассчитывалось напряжение сдвига. Вся конструкция за исключением груза помещалась в термостат с заданной температурой. Так как на значение напряжения сдвига может оказать влияние толщина испытываемого образца вещества, наносился слой вещества минимальной толщины. Толщина слоя контролировалась по сумме толщин

пластин и вещества. Толщина в среднем составляла 0,05-0,1 мм. Максимальная масса груза, используемого для определения напряжения сдвига, составляла 3 кг при площади перекрытия в 4,4 см2. Если этой массы груза было недостаточно для смещения пластин, площадь перекрытия уменьшали. Минимальная площадь перекрытия составляла не менее 1 см2. Для оценки работоспособности предлагаемого устройства на первоначальном этапе проведены испытания товарного парафина, напряжение сдвига которого определяется ТУ 6-15-678-82 и достигает высоких значений ~ 200 КПа. Результаты пробных исследований показали, что до температуры в 350С предлагаемое устройство показывает достовернее результаты, после этой температуры движение пластин происходит за счет разрыва по границе «па-

рафин - металл». Целью проводимых исследований было выявление влияния состава и глубины образования АСПО на напряжение сдвига. Для исследования были взяты пробы парафина со стенки НКТ по всему интервалу, т.е. пробы с высокой достоверностью отражают реальные физические параметры АСПО. Результаты исследований приведены на рисунка 1-3. Максимальное напряжение сдвига АСПО заметно выше значений максимального напряжения сдвига для чистого парафина. Это можно объяснить как большей адгезией компонентов АСПО к металлу за счет смол и асфаль-тенов, так и за счет того, что смолы и асфальтены цементируют отдельные кристаллы парафина, предотвращая их перемещение относительно друг друга и увеличивая напряжение сдвига. Характер изменения напряжения сдвига

54 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 12 \\ декабрь \ 2003

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 12 \\ декабрь \ 2009

по глубине и температуре от характера изменения напряжения сдвига для чистого парафина не изменяется: на определенной глубине - 400 м (температура около 5 0С) происходит быстрое уменьшение напряжений сдвига в 4 раза. Это снижение меньшее, чем для чистого парафина, но, тем не менее, весьма заметное. Отличие заключается в сравнительно низкой температуре начала заметного уменьшения напряжения сдвига (оно составляет всего 50С) и в сравнительно высоких напряжениях сдвига при стабилизации зависимости: сдвиг - температура. Полученный вид кривой объясняется, вероятно, тем, что кристаллы парафина образуют скелет (каркас) АСПО. Смолы и асфальтены являются цементирующими компонентами, скрепляющими кристаллы парафина. При увеличении температуры легкие углеводороды размягчают асфальтены и смолы, что приводит к уменьшению температуры плавления каркаса и, соответственно, к уменьшению напряжения сдвига всего АСПО. Наличие высокого содержания смол,как в исходной нефти, так и в осадке не приводит к образованию

у = -73,4631_п(х) + 255,31 К2 = 0,9763

Т°С

Рис. 1. Зависимость напряжения сдвига АСПО от температуры. Месторождение Тобойское, скважина №101. Осадок со всего ствола скважины

прочных асфальтосмолопарафиновых отложений.

При сравнении физико-химических свойств АСПО скважин №11 и 101 видно, что в отложениях скважины № 101 больше твердых компонентов (сумма асфальтенов и смол), чем в отложениях скважины №11. АСПО скважины №101 содержат заметно меньшее количество легких углеводородов, обладают большей плотностью, образованы из более вязкой тяжелой нефти. Более тяжелая

вязкая нефть содержит меньшее количество легких компонентов, хуже растворяет тяжелые смолы и парафины, меньше стабилизирует асфальтены. Это способствует выпадению из нефти скважины №101 тяжелого осадка, соответственно содержащего меньшее количество легких углеводородов и большее количество тяжелых углеводородов, которые хуже растворяют смолы и парафины, способствуя образованию тяжелого осадка АСП с прочным про-

эксплуатация месторождений

Рис. 2. Зависимость напряжения сдвига АСПО от температуры. Месторождение Тобойское, скважина №11. Осадок со всего ствола скважины

Т°С

странственным каркасом. Прочный пространственный каркас меньше поддается деформации и обладает большим напряжением сдвига. Из рисунков видно, что значения напряжения сдвига АСПО,полученные различными способами, меньше, но сопоставимы со значениями напряжений сдвига АСПО скважины №11 Тобойского месторождения. В то же время напряжения сдвига в 10-20 раз ниже

напряжений сдвига чистого парафина и АСП отложений скважины №101 Тобойского месторождения. Сравнительно низкие значения напряжений сдвига для осадков скважины №46 Мядсейского месторождения можно объяснить следующим: фракционный состав асфальтосмолопарафиновых отложений, полученный методом имитированной дистилляции, показывает высокое содержание легких углеводородов

(35,81%) по сравнению с 25,7% этих углеводородов в отложениях скважины №11 Тобойского месторождения. Значительно меньше этот осадок содержит и парафина, всего 8,5% по сравнению с 25-40% парафина в отложениях скважины №11 и 101 Тобойского месторождения. В целом по своему составу осадок скважины №46 Мядсейского месторождения приближается к составу нефти этой скважины.

у = -1,3186Ln(x)+ 7,339 R2 = 0,917

10

15

т°с

20

25

30

Рис. 3. Зависимость напряжения сдвига АСПО от температуры. Месторождение Мядсейское, скважина №46. Осадок со всего ствола скважины

56 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 12 \\ декабрь \ 200Э

Г. Уфа 25-28 мая

XVIII международная выставка

ГАЗ. НЕФТЬ. ТЕХНОЛОГИИ

2010

Генеральный партнер:

БашИнвест

ОРГКОМИТЕТ:

Тел./факс: (347) 253 38 00, 253 14 34, 25311 01

Сайт выставки: www.bvkexpo.ru

ГРУППА КОНПАНИ*