В связи со вступлением многих нефтяных месторождений как в Республике Татарстан, так и в России в целом, в позднюю стадию разработки проблема борьбы с АСПО обретает особую актуальность. Несмотря на большой объем теоретических и практических работ по удалению АСПО, нельзя считать проблему окончательно решенной. Применение растворителей является одним из основных методов борьбы с АСПО. Наиболее эффективными растворителями являются реагенты комплексного действия, представляющие собой композицию углеводородов. На реакторе «ЯРУС» получен универсальный растворитель АСПО, проявляющий свойства растворителя, диспергатора, деэмульгатора и модификатора. Получение растворителя не сопряжено с использованием высоких давлений и температур или труднодоступных компонентов. В статье описаны свойства растворителя. Предложены варианты его применения для удаления АСПО непосредственно в процессе добычи и транспортировки, а также для очистки продуктопроводов, резервуаров. Растворитель «ЯРУС» может быть использован в технологических процессах добычи, транспорта, хранения и переработки нефти для борьбы с АСПО. В предыдущей статье «Энергия пласта» (опубликована в номере №12 2014 делового журнала Neftegaz.Ru) был предложен способ поддержания энергии пласта с помощью закачки в пласт веществ — продуктов переработки нефтяного сырья в реакторе «ЯРУС». Данная статья продолжает тему, развивая её в наиболее важных аспектах: описываются свойства растворителя, предлагаются варианты его применения для удаления АСПО непосредственно в процессе добычи и транспортировки, а также для очистки емкостей, резервуаров.
На реакторе «ЯРУС» получен универсальный растворитель асфальто-смолопарафиновых отложений (далее — АСПО), который может применяться в технологических процессах добычи, транспорта, хранения и переработки нефти для борьбы с АСПО.
Развитие нефтяной промышленности России на современном этапе характеризуется снижением качества сырьевой базы. В общем балансе разрабатываемых месторождений преобладают месторождения, вступившие в позднюю стадию разработки и, как следствие, наблюдается значительное ухудшение их структуры, увеличение доли трудноизвлекаемых запасов нефти, обводнение пластов и продукции скважин.
Нефтяные месторождения Республики Татарстан также вступили в позднюю стадию разработки. Продукция скважин таких месторождений обладает высокой обводненностью, вязкостью и существенно измененной структурой, составом и устойчивостью к разрушению, склонностью к образованию устойчивых эмульсий с пластовой водой [3]. Удельный расход реагентов для борьбы с такими эмульсиями растет, при этом ухудшая качество самой нефти.
При добыче парафинистых нефтей серьезной проблемой, вызывающей осложнения в работе скважин, нефтепромыслового оборудования и трубопроводных коммуникаций, является образование АСПО, формирование которых приводит к снижению производительности системы и эффективности работы насосных установок [7]. Образование эмульсий при выходе из скважины вместе с сопутствующей пластовой водой усиливает осадкообразование.
Отложение АСПО на внутренней поверхности труб добывающих скважин приводит к снижению количества проходящей жидкости вплоть до полной закупорки глухой парафиновой пробкой [2].
Так как в переработку все чаще поступают тяжелые нефти, обогащенные парафинами, смолистыми и асфальтеновыми компонентами, при их транспортировке и хранении возникают серьезные проблемы из-за неизбежных накоплений АСПО в трубопроводах и резервуарах, на стенках и днищах нефтепромыслового оборудования, уменьшающих пропускную способность трубопроводов и полезную емкость резервуаров.
Несмотря на большое разнообразие методов борьбы с АСПО, проблема еще далека от разрешения и остается одной из важнейших в отечественной нефтедобывающей отрасли [4].
Методы борьбы с АСПО
Борьба с АСПО предусматривает проведение работ по предупреждению образования отложений и их удалению. Среди многообразия способов борьбы с АСПО (см Рис. 1) наиболее технологичными и эффективными являются химические методы, из которых наиболее распространенный — применение растворителей [2]. Метод основан на частичном растворении и диспергировании отложений под воздействием растворителей (удалителей). При данном методе возможно и разрыхление отложений, вследствие чего они становятся подвижными и могут выноситься потоком сырья.
Существующие деэмульгаторы не отвечают полностью предъявляемым требованиям, поэтому поиск и разработка новых веществ является актуальной задачей [3].
Возможности растворителя «ЯРУС»
Универсальный растворитель АСПО «ЯРУС», выпускаемый в соответствии с ТУ 2455-001-67764787-2015, представляет собой сложную смесь углеводородов (ароматика, изопарафины, нафтены) и является эффективным химическим реагентом широкого спектра действия. Проявляет диспергирующие, деэмульгирующие и модифицирующие свойства. Являясь реагентом комплексного действия, способен удалять АСПО с различным соотношением асфальтенов, смол и парафинов в призабойной зоне пласта, в скважинном оборудовании, выкидных линиях и путевых трубопроводах, в фильтр-элементах, емкостях и резервуарах.
Растворитель АСПО «ЯРУС» в настоящее время проходит лабораторные и опытно-промышленные испытания.
Универсальный растворитель решает следующие задачи:
1. Разрушает водонефтяные эмульсии, способствует их разделению на углеводороды, воду и механические примеси, препятствует последующему комплексообразованию (деэмульгирующие свойства).
2. Разрушает структуру АСПО и переводит их компоненты в раствор нефти. (диспергирующее свойство).
Очищает загрязненные аппараты и фильтр-элементы, не требуя, как правило, их демонтажа и замены. Разрушает структуру АСПО и переводит их компоненты в раствор нефти; полученный раствор пригоден для транспортировки и переработки, в результате чего отсутствуют потери сырья, снижается экологическая нагрузка. Смесь углеводородов, в которую преобразовалась исходная нефть после обработки растворителем, можно либо направлять на переработку (это выгодно, поскольку снижена молекулярная масса и эмульсия разделена либо подготовлена к разделению), либо транспортировать (это выгодно, поскольку снижено образование отложений и выпадение АСПО).
Стоит отметить, что универсальный растворитель «ЯРУС» производится из углеводородного сырья и, таким образом, полностью совместим с нефтью, и не оказывает отрицательного влияния на ее последующую подготовку и переработку.
Технология синтеза растворителя «ЯРУС» не связана с высокой температурой и давлением, с использованием труднодоступных или дорогих реагентов и технологически сложных процессов. Таким образом, растворитель «ЯРУС» доступен и конкурентоспособен.
Принцип действия
Асфальтены представляют собой комбинацию многих ассоциатов. Принято представлять строение смол и асфальтенов в виде послойных параллельных нафтеноароматических структур, связанных между собой за счет формирования комплексов с переносом заряда [6]. Комплекс представляет собой послойный «бутерброд» цепочек нескольких молекул асфальтенов и смол. Растворитель уменьшает длину цепочек и снижает молекулярную массу комплексов, препятствуя дальнейшему комплексообразованию, что носит необратимый характер.
Механизм действия растворителей на АСПО обуславливается двумя параллельными процессами — диспергированием отдельных компонентов отложений и растворением [1]. Наиболее эффективные растворители представляют собой композиции углеводородов (алифатических, нафтеновых, ароматических), поскольку такое сочетание компонентов соответствует составу АСПО и является наиболее выгодным для их растворения [4]. Действие деэмульгаторов, способствующих разрушению нефтяных эмульсий, состоит в том, что молекулы деэмульгатора адсорбируются на частицах эмульгатора, изменяют смачиваемость и вытесняют их с поверхности водяных глобул, понижают поверхностное натяжение. Молекулы деэмульгатора образуют вокруг глобул новый слой, непрочный, облегчающий коалесценцию капель воды и способствующий разрушению эмульсии [5, 7].
Способы применения
Возможно несколько способов применения растворителя.
Подмешивание к потоку
Периодическое либо непрерывное дозирование, закачка растворителя в добываемую продукцию способна уменьшить, либо даже полностью исключить образование отложений. Может применяться на любом этапе добычи и транспортировки. Способ имеет высокую эффективность, но сопряжен с большими затратами и расходом реагента.
Очистка резервуаров
Возможно два варианта очистки емкостей (резервуаров, нефтепромыслового оборудования) от отложений АСПО (донных отложений, нефтешламов, механических примесей) с применением растворителя АСПО «ЯРУС».
Первый вариант. Емкость отсекается от технологической линии, опорожняется, проводится струйная обработка с применением растворителя. Недостатком этого способа является обязательное предварительное освобождение емкости от нефтепродукта, невозможно исключить простой оборудования на время проведения очистки, требуются специальные люки для размещения моечной установки внутри емкости и коммуникаций.
Второй способ позволяет провести очистку без остановки работы емкости. Емкость отсекается от технологической линии, но не опорожняется; в емкость вводится реагент (растворитель АСПО), и осуществляется циркуляция нефти и растворителя в замкнутом контуре. За счет возникающего вследствие действия растворителя, а также из-за разности плотностей, расслоения нефти и «отмытых» отложений их легко отделить и вывести за пределы емкости. В отличие от типового способа, включающего разогрев отложений и пропаривание резервуара, что требует значительных затрат энергии и времени (очистка резервуара может потребовать неделю и более), очистка с помощью растворителя АСПО в течение нескольких дней не только полностью смывает, но и разрушает отложения. Способ отличается снижением затрат и времени. Во всех случаях применения растворителя «ЯРУС» не требуется пропаривание и прогрев емкостей, сроки остановки системы для очистки снижаются в 2–5 раз.
Выводы
В реакторе «ЯРУС» получен универсальный растворитель АСПО (ТУ 2455-001-67764787-2015), проявляющий свойства растворителя, диспергатора, деэмульгатора и модификатора. Получение растворителя не сопряжено с использованием высоких давления и температуры или труднодоступных компонентов.
В статье описаны свойства растворителя. Предложены варианты его применения для удаления АСПО непосредственно в процессе добычи и транспортировки, а также для очистки емкостей, резервуаров.
Растворитель «ЯРУС» может быть использован для борьбы с АСПО в нефтепромысловом оборудовании
Литература
1. Иванова Л. В., Буров Е. А., Кошелев В. Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения. ⁄⁄ «Нефтегазовое дело», 2011, №1.- 268-284
2. Облёзов А. В., науч. конс. Мусабиров М. Х. (институт «ТатНИПИнефть»). Новый перспективный углеводородный растворитель для процессов стимуляции скважин.
3. Орлов Г. А., Кендис М. Ш. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче — М.: Недра, 1991
4. Позднышев Г. Н., Емков A. A. Современные достижения в области подготовки нефти (Реагенты-деэмульгаторы для подготовки нефти) — М., 1979
5. Силин М. А., Рыжков В. И. и др. Аналитический доклад «Новые технологии добычи и использования углеводородного сырья». НП «Национальный институт нефти и газа» — М., 2014
6. Хамидуллин Р. Ф. Физико-химические основы и технология подготовки высоковязких нефтей: дис. … докт. техн. наук: 02.00.13 / Хамидуллин Ренат Фаритович. — г. Казань: КГТУ, 2002
7. Шишмина Л. В. Сбор и подготовка продукции нефтяных и газовых скважин. Курс лекций ГРНМ НГФ ТПУ.— Томск, 2009
На реакторе «ЯРУС» получен универсальный растворитель асфальто-смолопарафиновых отложений (далее — АСПО), который может применяться в технологических процессах добычи, транспорта, хранения и переработки нефти для борьбы с АСПО.
Развитие нефтяной промышленности России на современном этапе характеризуется снижением качества сырьевой базы. В общем балансе разрабатываемых месторождений преобладают месторождения, вступившие в позднюю стадию разработки и, как следствие, наблюдается значительное ухудшение их структуры, увеличение доли трудноизвлекаемых запасов нефти, обводнение пластов и продукции скважин.
Нефтяные месторождения Республики Татарстан также вступили в позднюю стадию разработки. Продукция скважин таких месторождений обладает высокой обводненностью, вязкостью и существенно измененной структурой, составом и устойчивостью к разрушению, склонностью к образованию устойчивых эмульсий с пластовой водой [3]. Удельный расход реагентов для борьбы с такими эмульсиями растет, при этом ухудшая качество самой нефти.
При добыче парафинистых нефтей серьезной проблемой, вызывающей осложнения в работе скважин, нефтепромыслового оборудования и трубопроводных коммуникаций, является образование АСПО, формирование которых приводит к снижению производительности системы и эффективности работы насосных установок [7]. Образование эмульсий при выходе из скважины вместе с сопутствующей пластовой водой усиливает осадкообразование.
Отложение АСПО на внутренней поверхности труб добывающих скважин приводит к снижению количества проходящей жидкости вплоть до полной закупорки глухой парафиновой пробкой [2].
Так как в переработку все чаще поступают тяжелые нефти, обогащенные парафинами, смолистыми и асфальтеновыми компонентами, при их транспортировке и хранении возникают серьезные проблемы из-за неизбежных накоплений АСПО в трубопроводах и резервуарах, на стенках и днищах нефтепромыслового оборудования, уменьшающих пропускную способность трубопроводов и полезную емкость резервуаров.
Несмотря на большое разнообразие методов борьбы с АСПО, проблема еще далека от разрешения и остается одной из важнейших в отечественной нефтедобывающей отрасли [4].
Методы борьбы с АСПО
Борьба с АСПО предусматривает проведение работ по предупреждению образования отложений и их удалению. Среди многообразия способов борьбы с АСПО (см Рис. 1) наиболее технологичными и эффективными являются химические методы, из которых наиболее распространенный — применение растворителей [2]. Метод основан на частичном растворении и диспергировании отложений под воздействием растворителей (удалителей). При данном методе возможно и разрыхление отложений, вследствие чего они становятся подвижными и могут выноситься потоком сырья.
Существующие деэмульгаторы не отвечают полностью предъявляемым требованиям, поэтому поиск и разработка новых веществ является актуальной задачей [3].
Возможности растворителя «ЯРУС»
Универсальный растворитель АСПО «ЯРУС», выпускаемый в соответствии с ТУ 2455-001-67764787-2015, представляет собой сложную смесь углеводородов (ароматика, изопарафины, нафтены) и является эффективным химическим реагентом широкого спектра действия. Проявляет диспергирующие, деэмульгирующие и модифицирующие свойства. Являясь реагентом комплексного действия, способен удалять АСПО с различным соотношением асфальтенов, смол и парафинов в призабойной зоне пласта, в скважинном оборудовании, выкидных линиях и путевых трубопроводах, в фильтр-элементах, емкостях и резервуарах.
Растворитель АСПО «ЯРУС» в настоящее время проходит лабораторные и опытно-промышленные испытания.
Универсальный растворитель решает следующие задачи:
1. Разрушает водонефтяные эмульсии, способствует их разделению на углеводороды, воду и механические примеси, препятствует последующему комплексообразованию (деэмульгирующие свойства).
2. Разрушает структуру АСПО и переводит их компоненты в раствор нефти. (диспергирующее свойство).
Очищает загрязненные аппараты и фильтр-элементы, не требуя, как правило, их демонтажа и замены. Разрушает структуру АСПО и переводит их компоненты в раствор нефти; полученный раствор пригоден для транспортировки и переработки, в результате чего отсутствуют потери сырья, снижается экологическая нагрузка. Смесь углеводородов, в которую преобразовалась исходная нефть после обработки растворителем, можно либо направлять на переработку (это выгодно, поскольку снижена молекулярная масса и эмульсия разделена либо подготовлена к разделению), либо транспортировать (это выгодно, поскольку снижено образование отложений и выпадение АСПО).
Стоит отметить, что универсальный растворитель «ЯРУС» производится из углеводородного сырья и, таким образом, полностью совместим с нефтью, и не оказывает отрицательного влияния на ее последующую подготовку и переработку.
Технология синтеза растворителя «ЯРУС» не связана с высокой температурой и давлением, с использованием труднодоступных или дорогих реагентов и технологически сложных процессов. Таким образом, растворитель «ЯРУС» доступен и конкурентоспособен.
Принцип действия
Асфальтены представляют собой комбинацию многих ассоциатов. Принято представлять строение смол и асфальтенов в виде послойных параллельных нафтеноароматических структур, связанных между собой за счет формирования комплексов с переносом заряда [6]. Комплекс представляет собой послойный «бутерброд» цепочек нескольких молекул асфальтенов и смол. Растворитель уменьшает длину цепочек и снижает молекулярную массу комплексов, препятствуя дальнейшему комплексообразованию, что носит необратимый характер.
Механизм действия растворителей на АСПО обуславливается двумя параллельными процессами — диспергированием отдельных компонентов отложений и растворением [1]. Наиболее эффективные растворители представляют собой композиции углеводородов (алифатических, нафтеновых, ароматических), поскольку такое сочетание компонентов соответствует составу АСПО и является наиболее выгодным для их растворения [4]. Действие деэмульгаторов, способствующих разрушению нефтяных эмульсий, состоит в том, что молекулы деэмульгатора адсорбируются на частицах эмульгатора, изменяют смачиваемость и вытесняют их с поверхности водяных глобул, понижают поверхностное натяжение. Молекулы деэмульгатора образуют вокруг глобул новый слой, непрочный, облегчающий коалесценцию капель воды и способствующий разрушению эмульсии [5, 7].
Способы применения
Возможно несколько способов применения растворителя.
Подмешивание к потоку
Периодическое либо непрерывное дозирование, закачка растворителя в добываемую продукцию способна уменьшить, либо даже полностью исключить образование отложений. Может применяться на любом этапе добычи и транспортировки. Способ имеет высокую эффективность, но сопряжен с большими затратами и расходом реагента.
Очистка резервуаров
Возможно два варианта очистки емкостей (резервуаров, нефтепромыслового оборудования) от отложений АСПО (донных отложений, нефтешламов, механических примесей) с применением растворителя АСПО «ЯРУС».
Первый вариант. Емкость отсекается от технологической линии, опорожняется, проводится струйная обработка с применением растворителя. Недостатком этого способа является обязательное предварительное освобождение емкости от нефтепродукта, невозможно исключить простой оборудования на время проведения очистки, требуются специальные люки для размещения моечной установки внутри емкости и коммуникаций.
Второй способ позволяет провести очистку без остановки работы емкости. Емкость отсекается от технологической линии, но не опорожняется; в емкость вводится реагент (растворитель АСПО), и осуществляется циркуляция нефти и растворителя в замкнутом контуре. За счет возникающего вследствие действия растворителя, а также из-за разности плотностей, расслоения нефти и «отмытых» отложений их легко отделить и вывести за пределы емкости. В отличие от типового способа, включающего разогрев отложений и пропаривание резервуара, что требует значительных затрат энергии и времени (очистка резервуара может потребовать неделю и более), очистка с помощью растворителя АСПО в течение нескольких дней не только полностью смывает, но и разрушает отложения. Способ отличается снижением затрат и времени. Во всех случаях применения растворителя «ЯРУС» не требуется пропаривание и прогрев емкостей, сроки остановки системы для очистки снижаются в 2–5 раз.
Выводы
В реакторе «ЯРУС» получен универсальный растворитель АСПО (ТУ 2455-001-67764787-2015), проявляющий свойства растворителя, диспергатора, деэмульгатора и модификатора. Получение растворителя не сопряжено с использованием высоких давления и температуры или труднодоступных компонентов.
В статье описаны свойства растворителя. Предложены варианты его применения для удаления АСПО непосредственно в процессе добычи и транспортировки, а также для очистки емкостей, резервуаров.
Растворитель «ЯРУС» может быть использован для борьбы с АСПО в нефтепромысловом оборудовании
Литература
1. Иванова Л. В., Буров Е. А., Кошелев В. Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения. ⁄⁄ «Нефтегазовое дело», 2011, №1.- 268-284
2. Облёзов А. В., науч. конс. Мусабиров М. Х. (институт «ТатНИПИнефть»). Новый перспективный углеводородный растворитель для процессов стимуляции скважин.
3. Орлов Г. А., Кендис М. Ш. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче — М.: Недра, 1991
4. Позднышев Г. Н., Емков A. A. Современные достижения в области подготовки нефти (Реагенты-деэмульгаторы для подготовки нефти) — М., 1979
5. Силин М. А., Рыжков В. И. и др. Аналитический доклад «Новые технологии добычи и использования углеводородного сырья». НП «Национальный институт нефти и газа» — М., 2014
6. Хамидуллин Р. Ф. Физико-химические основы и технология подготовки высоковязких нефтей: дис. … докт. техн. наук: 02.00.13 / Хамидуллин Ренат Фаритович. — г. Казань: КГТУ, 2002
7. Шишмина Л. В. Сбор и подготовка продукции нефтяных и газовых скважин. Курс лекций ГРНМ НГФ ТПУ.— Томск, 2009
