L НЕФТЕПРОМЫСЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ,
L. л
УДК 622.276.72
© К.А. Вяткин, Д.А. Мартюшев, А.В. Лекомцев, 2015
Технология очистки НКТ от асфальтосмолопарафиновых отложений с последующей их утилизацией
К.А. Вяткин, Д.А. Мартюшев, А.В. Лекомцев, к.т.н. (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Адрес для связи: alex.lekomtsev@mail.ru
Ключевые слова: асфальтеносмолопарафиновые отложения (АСПО), осложнения при эксплуатации скважин, тепловая очистка НКТ, утилизация нефтесодержащих отходов
Technology of cleaning pump-compressor pipes from asphaltene-resin-paraffin deposits with the subsequent disposal
K.A. Vyatkin, D.A. Martyushev, А.V Lekomtsev
(Perm National Research Polytechnic University, RF, Perm)
E-mail: alex.lekomtsev@mail.ru
Key words: asphaltene-resin-parafin deposits, operating wells troubles, thermal cleaning of tubing, disposal of oily waste.
The article considers basic types of wells problems were found on Perm oil deposits in 2004, 2008 and 2012. The most common type identified for oil wells was is asphaltene-resin-parafin deposits formation. The authors consider the new method for tubing pipes cleaning. The efficiency of this method is estimated. To evaluate the effectiveness of the technology quality of pipe and steel structure after processing were studied. The results of the laboratory tests of the tubing and the coupling showed a high quality of cleaning. The technology was optimized using combustion catalysts.
При эксплуатации добывающих скважин возникает значительное число осложнений, связанных с постоянно ухудшающимися условиями добычи нефти: снижением забойных и пластовых давлений ниже давления насыщения; разрушением продуктивного коллектора; образованием асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и др. Оценка и учет влияния осложнений на процесс добычи нефти позволяют обосновать выбор глубиннонасосного оборудования, технологические режимы его работы, соблюдать требования охраны недр, проводить более эффективные ремонты скважин, сократить число осложненных скважин [1]. На месторождениях Пермского края можно выделить следующие причины осложнений [2-4]: АСПО; наличие высоковязкой эмульсии (ВВЭ); солеобразование; другие (коррозия глубиннонасосного оборудования; присутствие механических примесей; гидратообразова-ние; высокий газовый фактор). Отнесение добывающих скважин к осложненному фонду осуществляется по причине, доминирующей в скважине. Например, в скважине на глубине подвески насоса образуются АСПО, а добываемая продукция содержит значительное количество механических примесей. В результате выхода из строя насосной установки проведен ремонт скважины. После подъема оборудования обнаружено, что причиной остановки скважины стало засорение ступеней насоса АСПО, поэтому скважина отнесена к осложненному фонду по причине образования АСПО. Распределение добывающих скважин на месторождениях Пермского края по причинам осложнений приведено на рис. 1, из которого видно, что доля скважин, выходивших из строя из-за образования АСПО, за рассмотренный период
100
АСПО 6ВЭ Солеобра- Коррозия Другие
зование причины
Рис. 1. Основные причины осложнений добывающих скважин на территории Пермского края (к другим причинам относятся наличие механических примесей, высокое содержание сероводорода, образование нитратов)
снижается, но этот вид осложений остается основным и наиболее распространенным. Образование АСПО в пласте, на стенках рабочих органов глубиннонасосного оборудования, НКТ и выкидных линиях снижает продуктивность скважин, диаметр проходного сечения лифтовых труб, повышает рабочие давления в системе пласт -скважина, и нагрузки на насосные установки [5-10].
На нефтяных месторождениях Пермского края используют следующие методы очистки НКТ от АСПО при ремонте скважин: химические, механические и термические [1, 11, 12]. Применение растворителей является одним из наиболее известных и распространенных способов удаления АСПО со стенок НКТ и эксплуатационной колонны. Несмотря на значительный объем теоретических разработок по удалению АСПО растворителями, на промысле не всегда удается достичь положительных результатов. Большинство применяемых агентов
являются малоэффективными для ликвидации сложных типов отложений. Механические методы очистки НКТ, применяемые на промысле, также имеют недостатки, связанные с качеством очистки труб.
Наиболее эффективные методы очистки труб от АСПО - термические. Самым распространенным из них является очистка поверхности труб при помощи пара. Данная технология дает возможность быстро очистить НКТ, но не позволяет утилизировать образовавшийся нефтесодержащий отход. Известным методом является также промывка скважин горячей нефтью или различными агентами (растворителями и очищающими средствами). Эта технология не требует разборки колонны НКТ. Ее недостатком является необходимость использования большого количества растворителей и специальных агентов, а также их высокая стоимость.
Один из перспективных методов - тепловая обработка НКТ. В данной работе рассматривается процесс удаления АСПО с поверхности скважинного оборудования с помощью специализированной установки УТ-2С, которая позволяет не только очищать поверхность НКТ, но и утилизировать нефтесодержащий отход. Согласно технологии оборудование нагревается при температуре 200 оС без доступа воздуха с выдержкой в течение 1 ч с целью удаления АСПО с внутренней и внешней поверхностей трубы. Трубы (25 труб) загружаются во вращающуюся реторту муфельной печи, установленную под углом 5о к поверхности земли, за счет чего АСПО в жидком состоянии удаляется с поверхностей труб. В течение 1 ч трубы нагреваются и затем извлекаются из вращающейся реторты [13].
Для оценки эффективности рассматриваемой технологии были проведены исследования качества очистки НКТ от АСПО и структуры стали трубы после обработки. Качество очистки определялось как отношение разницы толщин слоев загрязнения до и после очистки к толщине начального слоя загрязнения. При исследовании структуры стали трубы диаметром 73x5,5 мм с нанесенным слоем АСПО толщиной в среднем 182 мм подвергались термическому нагреву. В качестве примера рассматривался фрагмент НКТ с муфтой диаметром 73x5,5 мм категории прочности Д. Механические свойства образца трубы были определены по ГОСТ 10006-80 на разрывной машине ЦД-10, размер зерна - по ГОСТ 5639-82. Микроскопические исследования проводились с использованием стереоскопического панкратического микроскопа МСП-1. Микроструктура изучалалась на травленных 4%-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте шлифах с помощью металлографического микроскопа №ор^^1. В результате исследования на поверхности НКТ был обнаружен тонкий слой (0,3 мм) сажеобразных отложений, степень термодеструкции органических отложений на поверхности трубы составила 99,5 %. Механические свойства труб после механической обработки не изменились. Спектральный эмиссионный анализ образца НКТ, обработанного термическим методом, показал, что содержание серы и фосфора удовлетворяет требованиям ГОСТ 633-80 (не более 0,045 %). Согласно табл. 1 механические свойства образца НКТ удовлетворяют требованиям ГОСТ 633-80 для труб категории прочности Д.
В результате проведения металлографического анализа установлено, что структура трубы и муфты представ-
Таблица 1
Показатели Труба по ГОСТ 633-80, категория прочности Д Исследуемая труба
Предел текучести, МПа 387-562 410
Предел прочности, МПа г 668 740
Относительное удлинение, % »14,3 27,5
Относительное сужение, % - 56,0
лена феррито-перлитом с размером зерна 3-9 баллов, на наружной поверхности присутствует обезуглероженный слой глубиной от 100 до 300 мкм. На внутренней поверхности трубы и муфты обезуглероживания не обнаружено (рис. 2). Структура стали НКТ после тепловой очистки полностью соответствует структуре сталей данного класса. Механические свойства трубы после проведения операций по удалению АСПО удовлетворяют требованиям ГОСТ 633-80 для труб категории прочности Д.
Рис. 2. Структура внутренней (а) и внешней (б) поверхностей образца НКТ
Авторами статьи был разработан способ повышения эффективности очистки НКТ от АСПО с использованием установки УТ-2С. Способ заключается в применении катализатора горения с целью снижения расхода топлива, количества выбросов загрязняющих веществ, потерь тепла с уходящими газами и повышения теплоемкости продуктов сгорания. В эксперименте использовался катализатор горения мазута в количестве 0,028 мл/л топлива. Показатели качества катализаторов горения представлены в ниже.
Плотность при температуре 20 оС, г/см3.......0,844
Водородный показатель рН.....................6,0
Массовая доля механических
примесей, % ...........................Менее 0,01
Зольность, %..........................Менее 0,01
Показатель преломления.....................1,386
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
03'2015 37
В качестве топлива использовался обводненный мазут с высоким содержанием влаги. При испытаниях проводились инструментальные замеры газоанализатором ДАГ-16 и спектрофотометром ПЭ 5300В текущих параметров работы топки дожигания установки УТ-2С и количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух после фильтрационной очистки. Эксперимент длился в течение 10 дней, из них 5 дней выполнялся учет работы топки дожигания установки УТ-2С на мазуте без добавления катализатора. Полученные данные приведены в табл. 2. В табл. 3 представлены результаты количественно-химического анализа промышленных выбросов, прошедших фильтрационную очистку в УТ-2С.
Таблица2
Параметры Замер без с катализатора катализатором
Температура уходящих газов, оС 409 464
Теплоемкость продуктов сгорания, кДж/м3 7022 8375
Средний расход мазута, л/ч 315 275
4. Лекомцев A.B., Турбаков М.С., Мордвинов В.А. Эксплуатация добывающих скважин электроцентробежными насосами на нефтяных месторождениях Верхнего Прикамья // Нефтяное хозяйство. - 2010. -№10. - С. 144-145.
5. Лекомцев A.B., Турбаков М.С., Мордвинов В.А. К вопросу оптимизации технологических режимов работы низкодебитных добывающих скважин Уньвинского нефтяног
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.