T TAT N Е FT
НЕФТЕПРОМЫСЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 622.276.72
© Коллектив авторов, 2015
V А
Применение механических методов предупреждения отложения солей в скважинах залежей 301-303
Т^ОпЕТ
НГДУ "ЛЕНМНОГОРСКНЕЮТЪ-
Ю.Н. Легаев, И.С. Ванюрихин, Д.В. Пищаев, Ф.А. Галиев
(НГДУ «Лениногорскнефть»), К.В. Валовский, д.т.н. (ТатНИПИнефть)
Адрес для связи: lntodn@mail.ru
Ключевые слова: соли, солеотложение, сульфид железа, хвостовик, штуцер.
Mechanical prevention of downhole pumping equipment scaling
Yu.N. Legaev, I.S. Vanyurikhin, D.V. Pischaev, F.A. Galiev (Oil and Gas Production Department Leninogorskneft, RF, Leninogorsk),
K.V Valovsky (TatNIPIneft, RF, Bugulma) E-mail: lntodn@mail.ru
Key words: salts, scaling, ferrous sulphide, liner, choke.
One of the main wellbore problems in the Romashkinskoye field Deposits No. 301-303 is scaling of downhole pumping equipment. The operator has been successfully using liners made of scaled tubing that serve as scaling calta-lysts. The effect can further be enhanced by chokes. This causes deposition of salts (scaling) on the liner itself, rather than on the downhole pumping equipment. For the recent 5 years, the number of workover operations dropped from 57 to 9.
Процессы добычи нефти часто сопровождаются образованием твердых отложений неорганических веществ, накапливающихся на стенках скважин и труб, в насосном оборудовании и наземных коммуникациях системы сбора и подготовки нефти. В составе отложений преобладают сульфаты кальция (гипс и ангидрит), карбонаты кальция (кальцит), сульфаты бария (барит), сульфаты стронция (целестин) и др. Накопление солей осложняет добычу нефти, приводит к выходу из строя дорогостоящего оборудования, трудоемким ремонтным работам, в итоге - к значительному недобору и потерям нефти. Интенсивное отложение солей на рабочих органах глубиннонасосного оборудования (ГНО) -одна из основных причин его преждевременных отказов в НГДУ «Лениногорскнефть». Главный источник появления солей - вода, добываемая вместе с нефтью. Ее химический состав постоянно меняется по мере выработки запасов нефти, что обусловливает многообразие и изменчивость во времени состава солевых отложений и не всегда достаточную технологическую и экономическую эффективность методов предотвращения выпадения солей с использованием ингибиторов [1].
Практическая важность и сложность многофакторной проблемы отложения солей при добыче нефти привели к появлению большого числа разработок, однако они неприменимы к условиям разработки площадей и залежей в НГДУ «Лениногорскнефть». В данной статье приводится описание собственных разработок специалистов НГДУ, основанных на провоцировании выпадения солей из продукции скважины до ее попадания в ГНО. Внедрение этих разработок позволило значительно сократить число ремонтов из-за отложения солей.
Лабораторными исследованиями и изучением структуры осадков доказано, что отложение солей является следствием их кристаллизации из перенасыщенных
58 07'2015
попутно добываемых вод в сложных гидротермодинамических условиях. Нефтяные компоненты, газовая фаза и механические примеси влияют на интенсивность накопления солей, характер и свойства осадков. Отмеченное позволяет предположить, что искусственное добавление центров кристаллизации в интервал между перфорированной частью ствола и приемом насоса либо изменение термобарических условий в указанном интервале подъемника приведет к выпадению солей из добываемой продукции до ее попадания в насос и НКТ. Это создаст своеобразную «ловушку» для солей и исключит их выпадение на расположенных выше элементах ГНО. Выбор способов создания искусственных центров кристаллизации и/или локального изменения термобарических условий должен определяться геолого-техническими характеристиками конкретных скважин и физико-химическими свойствами их продукции [2].
Наиболее остро проблема выпадения солей стоит при эксплуатации скважин, пробуренных на залежах 301-303 в агрессивных физико-химических условиях: повышенное содержание ионов SО42-, высокое значение рН, значительная скорость развития коррозии в водной фазе. Для решения проблемы было разработано несколько типов компоновок ГНО со специальными хвостовиками, в которых происходит оседание солей. В результате его применения с 2010 г. число ремонтов скважин по причине солеотложения заметно сократилось.
Основные факторы, влияющие на отложение солей, наиболее распространенного вида осложнений в НГДУ «Лениногорскнефть» (см. таблицу), - это образование сульфида железа в результате взаимодействия продуктов коррозии и сероводорода, изменения химического состава воды при смешивании вод различных типов, выделения газа из добываемой продукции, изменения тер-
¥
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Площадь Среднее содержание ионов SO42-, г/л Средний показатель рН Средняя обводненность, % Скорость коррозии в водной фазе, мм/год
Абдрахма-новская 0,0258 6,5 91 0,34
Западно-Каратайская 0,0567 6,4 83 0,0571
Западно-Лени-ногорская 0,0277 6,5 85 0,0565
Южно- Ромашкинская 0,0772 6,6 84 0,0394
Залежь 302-303 5,4 8 85 1,0703
Залежь 1 1,03 6,7 78 0,0305
(50-100 м); две нижние трубы с отложениями солей (поднятые из той же скважины). Принцип работы компоновки следующий. Во время работы газоводонефтяная смесь поступает на прием насоса через хвостовик с солями, при этом рост кристаллов солей происходит непосредственно в хвостовике с постоянным уменьшением диаметра проходного сечения. После закупорки хвостовика насос срывается с замковой опоры, повышением давления в НКТ разрывается мембранный клапан, насос вновь сажается в замковую опору и продукция поступает в него через отверстие в мембранном клапане [3]. В результате повышается межремонтный период работы скважины.
мобарических условий газоводонефтяной смеси (снижения давления при повышении температуры).
Сульфид железа образуется в основном на фильтре и клапанных парах насосов, что непосредственно связано с эффектом дросселирования. Отложение солей в незначительном количестве происходит в НКТ вследствие шероховатости внутренней поверхности трубы. Так, если шероховатость новых НКТ составляет, как правило, 0,014 мм, то после нескольких лет эксплуатации она достигает 0,2 мм. На шероховатой поверхности образуется большее количество частиц твердой фазы, чем на гладкой, в связи с повышенной каталитической активностью выступов и углублений. Кроме того, часть мелких частиц может срываться потоком жидкости с гладкой поверхности. Однако обработка поверхности труб не позволяет предотвращать отложение солей. Быстро протекающий процесс коррозии разрушает гладкую поверхность, а сами продукты коррозии служат дополнительными центрами кристаллизации.
Появление сульфидов железа в солевых осадках при добыче нефти связано с наличием сероводорода, источником которого могут являться:
- нефть с содержанием реликтового сероводорода;
- сероводород в воде, закачиваемой в пласт для поддержания пластового давления;
- продукты жизнедеятельности сульфатвос-станавливающих бактерий (СВБ), т.е. биогенный сероводород;
- сероводород, поступающий с углеводородным газом из выше- и нижележащих горизонтов при эксплуатации скважины.
Компоновка хвостовиков с искусственными центрами кристаллизации
С учетом того, что в скважинах залежей 301-303 скорость отложения солей в присутствии сульфида железа существенно выше, для создания искусственных центров кристаллизации применялся хвостовик, на поверхности которого частично произошло выпадение сульфида железа. Частицы сульфида железа в данном случае являются своеобразными центрами, на которых происходят зарождение и дальнейший рост кристаллов солей. Предложена и внедрена следующая компонов
Компоновка со штуцерами
Широкое применение получила усовершенствованная модификация предыдущей установки - компоновка хвостовика со штуцерами (рис. 2). При помощи штуцеров можно изменять скорость потока (см. рис. 2) и тем самым создавать перепад давления, что приводит к образованию солей в хвостовике, а не в ГНО [4]. Выбор диаметра штуцера зависит от дебита скважины. Из рис. 3 видно, что патрубок полностью забит солями, но это не повлияло на работоспособность ГНО - скважина была остановлена для проведения изоляционных работ.
В результате массового применения данного технического решения, кроме снижения числа ремонтов скважин вследствие выпадения солей (рис. 4), число операций по обработке скважин ингибиторами солеотложе-ния уменьшилось с 55 в 2010 г. до 23 в 2014 г.
Рис. 1. Компоновка глубиннонасос-ного оборудования в скв. 37896, включающего хвостовик с солями:
1 - насос №АМ); 2 - мембранный ка (рис. 1): вставной насос; через одну трубу - клапан; 3 - хвостовик с солями мембранный клапан; хвостовик из НКТ
Рис. 2. Компоновка и принцип работы хвостовика со штуцерами:
1 - патрубки длиной 0,8 м; 2 - мембранный клапан; 3 - хвостовик длиной 50 м; 4 -штуцерные колодки; 5 - муфта; 6 - НКТ диаметром 73 мм
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
07'2015 59
Рис. 3. Отложение солей в хвостовике со штуцерами в скв. 17997
Рис. 4. Динамика числа ремонтов из-за отложения солей по НГДУ «Лениногорскнефть» и залежам 301-303
Уловитель сульфида железа
Образование сульфида железа наиболее активно происходит в интервале от устья скважины до динамического уровня, где металлические поверхности труб контактируют с газовой средой, насыщенной сероводородом. Осыпаясь и осаждаясь через нефтяной слой в межтрубном пространстве до приема насоса, сульфид железа становится гидрофобным и попадает на прием насоса. Гидрофобные осадки обладают более высокой засоряющей способностью, чем гидрофильные, поступающие снизу [2]. В результате происходит засорение приема насоса, и скважина выходит в ремонт.
Для решения данной проблемы было разработано специальное устройство под условным названием «Уловитель сульфида железа» (рис. 5). Устройство устанавливается перед приемом насоса и служит для улавливания сульфида железа, который осыпается сверху. Уловитель состоит из патрубка, резиновых манжет, диаметр которых или равен, или чуть больше диаметра эксплуатационной колонны [5]. В настоящее время оборудование проходит
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.