Файл: Интенсификация добычи нефти привела к значительным изменениям условий эксплуатации скважинных насосных установок, при этом постоянно растет число различных осложняющих факторов.docx
Добавлен: 18.03.2024
Просмотров: 32
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, как: интервал возможного парафинообразования и интенсивность отложений на стенках оборудования.
Изучение опыта предупреждения отложения солей при добыче нефти в промысловых условиях позволило систематизировать методы предотвращения образования отложений солей в скважинах. Выделяются физические, технологические и химические методы предотвращения отложения солей.
К физическим методам предотвращения отложения солей относятся: воздействие на перенасыщенные солями попутно добываемые воды магнитными или акустическими полями, использование защитных покрытий труб и рабочих органов насосов. Магнитные силовые поля создаются скважинными магнитными установками предотвращения солеотложения (МУПС-1, МУПС-2), в которых основными рабочими элементами являются постоянные магниты.
Для предотвращения образования отложений солей применяются специальные покрытия стенок оборудования контактирующих с добываемой жидкостью. Имеется положительный опыт применения НКТ с покрытием внутренней поверхности стеклом, эмалями, лаками. Продолжительность защиты от отложений солей снижается в тех случаях, когда солевые осадки формируются в стыках НКТ, образуя прочный каркас, снижающий проходное сечение труб.
К технологическим методам предотвращения образования отложений солей относятся мероприятия, основанные на изменении технологических параметров процесса добычи нефти. Важным технологическим методом предотвращения солеобразования является проведение ремонтно-изоляционных работ (РИР). Существующие способы исследования позволяют надежно определять источник притока чуждых вод и провести восстановление герметичности цементного кольца или ремонт обсадной колонны и ликвидировать поступление вод, несовместимых с попутными.
Уменьшить интенсивность отложения солей можно путем правильного выбора режима работы скважины и установления соответствующего забойного, поскольку величина равновесной концентрации сульфата или карбоната кальция зависит от давления в насыщенной этими солями воде.
Замедление интенсивности отложения солей достигают также путем конструктивного изменения в компоновке глубинно-насосного оборудования. Для затруднения слияния мелких капель перенасыщенных солями воды в нефти применяют диспергаторы в УЭЦН.
К группе технологических методов предотвращения образования отложений солей относят закачку естественных выше-нижележащих минерализованных вод месторождения, опресненных попутно добываемых вод совместимых с пластовыми водами продуктивного пласта через систему ППД.
Из известных методов предотвращения образования отложений неорганических солей наиболее эффективными и реализуемыми в промысловых условиях являются химические. Применение для ППД специально подготовленных вод, химически совместимых по своему составу с пластовыми, позволяет практически полностью исключить солеобразование при эксплуатации скважин. Это достигается приготовлением совместимых вод непосредственно на месторождении путем смешения пластовых, попутно добываемых вод с высокоминерализованными хлорнатриевыми.
В настоящее время для предотвращения отложения солей в процессе добычи нефти самое широкое применение нашли химические методы, основанные на использовании ингибиторов отложения солей. Ингибитор отложения солей должен: обладать способностью предотвращать отложение неорганических солей при малых концентрациях реагента; быть совместимым с пластовыми, попутно добываемыми и закачиваемыми водами и хорошо растворяться в них; при применении быть безопасным для обслуживающего персонала, безвредным для окружающей среды, а его содержание в различных водах надежно определяться в промысловых условиях; при хранении и транспортировке сохранять свои свойства.
Применяемые ингибиторы отложения солей не должны: оказывать вредное воздействие на процессы добычи, сбора, транспорта и подготовки нефти; отрицательно влиять на технологический процесс переработки нефти и снижать качество продуктов переработки; увеличивать коррозионную активность среды, в которой они растворены.
Методы борьбы с отложениями солей подразделяются на химические, физические и технологические.
Химические методы борьбы с солеобразованием в скважинах и системе сбора применяют, главным образом, при выпадении карбонатных (CaCO3, MgCO3) и сульфатных (CaSO4, MgSO4) солей, т.е. водонерастворимых. В данном случае применяют ингибиторы отложения солей: гексаметафосфат натрия (NaPO3)6 и триполифосфат натрия (Na5P3O10) как в чистом виде, так и с добавлением различных присадок. Сущность метода в том, что при образовании кристаллов солей они тут же сорбируют из раствора ингибитор, в результате этого на поверхности кристаллов возникает коллоидная оболочка, препятствующая прилипанию их к поверхности труб.
Перспективными физическими методами являются воздействия магнитного поля и ультразвуковых колебаний. При обработке воды магнитным полем создаются условия для образования большого количества мелких кристаллов, которые затем выпадают в виде аморфного шлама, легко удаляемого из трубопровода потоком.
Для борьбы с отложениями неорганических солей применяют: механический способ; химический способ; термогазохимическое воздействие (ТГХВ).
Механический способ. Этот способ в основном применяется на первых этапах борьбы с отложениями неорганических солей. При механическом способе производят разбуривание мощных гипсовых пробок, затем эксплуатационную колонну прорабатывают расширителями, скребками или другими устройствами. Этот способ можно применять в тех случаях, когда перфорационные каналы не перекрыты отложениями солей.
Химический способ. При обработке скважин по удалению отложений неорганических солей необходимо: определить состав отложений солей и в зависимости от этого выбрать тип реагента; ориентировочно возможное количество, место и характер накопления отложении; подготовить устье скважины таким образом, чтобы можно было осуществлять прямую и обратную промывку с обеспечением циркуляции жидкости по замкнутому циклу емкость - насос - скважина - емкость.Термогазохимическое воздействие. Термогазохимическое воздействие (ТГХВ) применяется для очистки перфорационных каналов и призабойной зоны пласта от отложений солей, иногда используют после химической обработки скважин. Способ очень эффективен. Сущность метода заключается в том, что в интервал перфорации опускают скважинный аккумулятор давления, содержащий порох, при сгорании которого на забое создаётся большое давление и развивается высокая температура.
К химическим методам удаления солеотложений относится в первую очередь подготовка и химическая обработка закачиваемых в нефтяные пласты вод. В комплекс работ по подготовке вод входит проверка закачиваемых вод на химическую совместимость с другими водами, с которыми они смешиваются в поверхностных или пластовых условиях, добавление к воде соответствующих ингибиторов, реагентов, предотвращающих выпадение осадков.
Известны два основных направления химических методов удаления гипса с нефтяного оборудования — преобразование осадков с помощью различных реагентов, с последующим растворением продуктов реакции соляной кислотой и промывкой водой, и обработка скважин комплексообразующими реагентами. В качестве таких реагентов применяют карбонатные и бикарбонатные растворы и гидроокиси. Выбор реагента осуществляется в зависимости от свойств и структуры осадков.
При использовании бикарбоната на поверхности труб в скважинах откладывается осадок карбоната кальция, который в свою очередь препятствует отложению сульфата кальция. Если же гипс все-таки откладывается, то его можно удалить с помощью кислотной обработки. В некоторых случаях к реагенту добавляются смачивающие присадки. При этом преследуется двойная цель — присадка способствует смачиванию реагентом осадка и уменьшению слоя карбоната кальция, образующегося во время реакции и откладывающегося на кристаллической поверхности.
Однако подобные обработки не дают эффекта на скважинах с плотными, плохо проницаемыми осадками. В таких случаях применяются химические обработки растворами гидроокисей, особенно раствором каустической соды. Обработки гидроокисями вызывают разрушение большей части отложений.
Из всех методов защиты основанных на изменении электрохимических свойств металла под действием поляризующего тока, наибольшее распространение получила защита металлов при наложении на них катодной поляризации (катодная защита). Принцип катодной защиты основан на том, что как только поляризация катодных участков внешним током достигает потенциала анода, на всей поверхности металла устанавливается одинаковый потенциал, и локальный ток больше не протекает, то есть пока к металлу приложен внешний ток, он не может коррозировать.
Защита металла катодной поляризацией применяется для повышения стойкости металлических сооружений в условиях подземной (почвенной) и морской коррозии, а также при контакте металлов с агрессивными химическими средами. Она является экономически оправданной в тех случаях, когда коррозионная среда обладает достаточной электропроводностью, и потери напряжения (связанные с протеканием защитного тока), а следовательно, и расход электроэнергии сравнительно невелик. Катодная поляризация защищаемого металла достигается либо наложением тока от внешнего источника (катодная защита с использованием станций катодной защиты), либо созданием макрогальванической пары с менее благородным металлом (обычно применяются алюминий, магний, цинк и их сплавы). Он играет здесь роль анода и растворяется со скоростью, достаточной для создания в системе электрического тока необходимой силы (протекторная защита). Растворимый анод при протекторной защите часто называют “жертвенным анодом”.
Применение для катодной защиты метода приложения тока облегчает регулирование системы и часто дешевле, чем использование анодов - протекторов, которые, конечно, нуждаются в регулярных заменах.
На практике катодная защита редко применяется без дополнительных мероприятий. Требуемый для полной защиты ток обычно бывает чрезмерно велик, и помимо дорогостоящих электрических установок для его обеспечения следует иметь в виду, что такой ток часто будет вызывать вредный побочный эффект, например чрезмерное защелачивание. Поэтому катодная защита применяется в сочетании с некоторыми видами покрытий. Требуемый при этом ток мал и служит только для защиты обнаженных участков поверхности металла.
При рассмотрении вопроса о применении активных видов электрохимической защиты погружного оборудования, у ряда авторов возникают оправданные сомнения в эффективности использования традиционных станций катодной защиты.
На первый взгляд он представляется достаточно простым и эффективным. Рядом исследователей были получены положительные результаты. До сих пор с помощью СКЗ осуществлялась лишь защита обсадных колонн, и авторами исследований была предпринята попытка защиты с ее помощью погружного оборудования.
Для питания УЭЦН в межтрубное пространство скважины спущен четырехжильный кабель, одна из жил которого свободна. Через нее было принято решение бросить дренаж на корпус УЭЦН от наземной СКЗ, при соответствующей обвязке с традиционным анодным заземлением в стороне от устья скважины. Т.е., в принципе, обычная катодная защита, только обеспечена дополнительная точка дренажа на корпус погружного оборудования (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема подключения катодной защиты к узлам скважины: 1 -обсадная колонна; 2 - НКТ; 3 - УЭЦН; 4 - питающий кабель ПЭД; 5 - свободная жила питающего кабеля; 6 - дренаж от СКЗ.
Впоследствии, кода эксперимент показал положительные результаты, устранив признаки электрохимической коррозии на узлах УЭЦН при их повторном поднятии, помимо использования четвертой жилы питающего кабеля был спущен самостоятельный дренажный кабель.
Идея позволила объективно продлить наработку до отказа погружного оборудования, что показывает практика. Однако этот метод может содержать не очевидный, на первый взгляд, но достаточно серьезный недостаток. По причине отсутствия данных по распределению потенциалов на дне скважины, есть вероятность, что защита погружного оборудования происходит за счет обсадной колонны скважины.
Согласно данных эксперимента, замеры потенциалов производились на поверхности у устья скважины. В первом случае СКЗ отключена и дренажный кабель к УЭЦН использовался в качестве сигнального. Во втором случае замер производился на дренажном кабеле при включенной системе ЭХЗ. В обоих случаях, а особенно во втором, данные замеров не являются достоверными, и судить по ним о защитном потенциале на дне скважины можно лишь косвенно, но не окончательно. Причина на то значительные потери в проводнике (порядка 2 км), а так же экранирующее влияние обсадной колонны.
Распределение потенциала по эксплуатационной колонне зависит от глубины и качества бетонного кондуктора
Изучение опыта предупреждения отложения солей при добыче нефти в промысловых условиях позволило систематизировать методы предотвращения образования отложений солей в скважинах. Выделяются физические, технологические и химические методы предотвращения отложения солей.
К физическим методам предотвращения отложения солей относятся: воздействие на перенасыщенные солями попутно добываемые воды магнитными или акустическими полями, использование защитных покрытий труб и рабочих органов насосов. Магнитные силовые поля создаются скважинными магнитными установками предотвращения солеотложения (МУПС-1, МУПС-2), в которых основными рабочими элементами являются постоянные магниты.
Для предотвращения образования отложений солей применяются специальные покрытия стенок оборудования контактирующих с добываемой жидкостью. Имеется положительный опыт применения НКТ с покрытием внутренней поверхности стеклом, эмалями, лаками. Продолжительность защиты от отложений солей снижается в тех случаях, когда солевые осадки формируются в стыках НКТ, образуя прочный каркас, снижающий проходное сечение труб.
К технологическим методам предотвращения образования отложений солей относятся мероприятия, основанные на изменении технологических параметров процесса добычи нефти. Важным технологическим методом предотвращения солеобразования является проведение ремонтно-изоляционных работ (РИР). Существующие способы исследования позволяют надежно определять источник притока чуждых вод и провести восстановление герметичности цементного кольца или ремонт обсадной колонны и ликвидировать поступление вод, несовместимых с попутными.
Уменьшить интенсивность отложения солей можно путем правильного выбора режима работы скважины и установления соответствующего забойного, поскольку величина равновесной концентрации сульфата или карбоната кальция зависит от давления в насыщенной этими солями воде.
Замедление интенсивности отложения солей достигают также путем конструктивного изменения в компоновке глубинно-насосного оборудования. Для затруднения слияния мелких капель перенасыщенных солями воды в нефти применяют диспергаторы в УЭЦН.
К группе технологических методов предотвращения образования отложений солей относят закачку естественных выше-нижележащих минерализованных вод месторождения, опресненных попутно добываемых вод совместимых с пластовыми водами продуктивного пласта через систему ППД.
Из известных методов предотвращения образования отложений неорганических солей наиболее эффективными и реализуемыми в промысловых условиях являются химические. Применение для ППД специально подготовленных вод, химически совместимых по своему составу с пластовыми, позволяет практически полностью исключить солеобразование при эксплуатации скважин. Это достигается приготовлением совместимых вод непосредственно на месторождении путем смешения пластовых, попутно добываемых вод с высокоминерализованными хлорнатриевыми.
В настоящее время для предотвращения отложения солей в процессе добычи нефти самое широкое применение нашли химические методы, основанные на использовании ингибиторов отложения солей. Ингибитор отложения солей должен: обладать способностью предотвращать отложение неорганических солей при малых концентрациях реагента; быть совместимым с пластовыми, попутно добываемыми и закачиваемыми водами и хорошо растворяться в них; при применении быть безопасным для обслуживающего персонала, безвредным для окружающей среды, а его содержание в различных водах надежно определяться в промысловых условиях; при хранении и транспортировке сохранять свои свойства.
Применяемые ингибиторы отложения солей не должны: оказывать вредное воздействие на процессы добычи, сбора, транспорта и подготовки нефти; отрицательно влиять на технологический процесс переработки нефти и снижать качество продуктов переработки; увеличивать коррозионную активность среды, в которой они растворены.
Методы борьбы с отложениями солей подразделяются на химические, физические и технологические.
Химические методы борьбы с солеобразованием в скважинах и системе сбора применяют, главным образом, при выпадении карбонатных (CaCO3, MgCO3) и сульфатных (CaSO4, MgSO4) солей, т.е. водонерастворимых. В данном случае применяют ингибиторы отложения солей: гексаметафосфат натрия (NaPO3)6 и триполифосфат натрия (Na5P3O10) как в чистом виде, так и с добавлением различных присадок. Сущность метода в том, что при образовании кристаллов солей они тут же сорбируют из раствора ингибитор, в результате этого на поверхности кристаллов возникает коллоидная оболочка, препятствующая прилипанию их к поверхности труб.
Перспективными физическими методами являются воздействия магнитного поля и ультразвуковых колебаний. При обработке воды магнитным полем создаются условия для образования большого количества мелких кристаллов, которые затем выпадают в виде аморфного шлама, легко удаляемого из трубопровода потоком.
Для борьбы с отложениями неорганических солей применяют: механический способ; химический способ; термогазохимическое воздействие (ТГХВ).
Механический способ. Этот способ в основном применяется на первых этапах борьбы с отложениями неорганических солей. При механическом способе производят разбуривание мощных гипсовых пробок, затем эксплуатационную колонну прорабатывают расширителями, скребками или другими устройствами. Этот способ можно применять в тех случаях, когда перфорационные каналы не перекрыты отложениями солей.
Химический способ. При обработке скважин по удалению отложений неорганических солей необходимо: определить состав отложений солей и в зависимости от этого выбрать тип реагента; ориентировочно возможное количество, место и характер накопления отложении; подготовить устье скважины таким образом, чтобы можно было осуществлять прямую и обратную промывку с обеспечением циркуляции жидкости по замкнутому циклу емкость - насос - скважина - емкость.Термогазохимическое воздействие. Термогазохимическое воздействие (ТГХВ) применяется для очистки перфорационных каналов и призабойной зоны пласта от отложений солей, иногда используют после химической обработки скважин. Способ очень эффективен. Сущность метода заключается в том, что в интервал перфорации опускают скважинный аккумулятор давления, содержащий порох, при сгорании которого на забое создаётся большое давление и развивается высокая температура.
К химическим методам удаления солеотложений относится в первую очередь подготовка и химическая обработка закачиваемых в нефтяные пласты вод. В комплекс работ по подготовке вод входит проверка закачиваемых вод на химическую совместимость с другими водами, с которыми они смешиваются в поверхностных или пластовых условиях, добавление к воде соответствующих ингибиторов, реагентов, предотвращающих выпадение осадков.
Известны два основных направления химических методов удаления гипса с нефтяного оборудования — преобразование осадков с помощью различных реагентов, с последующим растворением продуктов реакции соляной кислотой и промывкой водой, и обработка скважин комплексообразующими реагентами. В качестве таких реагентов применяют карбонатные и бикарбонатные растворы и гидроокиси. Выбор реагента осуществляется в зависимости от свойств и структуры осадков.
При использовании бикарбоната на поверхности труб в скважинах откладывается осадок карбоната кальция, который в свою очередь препятствует отложению сульфата кальция. Если же гипс все-таки откладывается, то его можно удалить с помощью кислотной обработки. В некоторых случаях к реагенту добавляются смачивающие присадки. При этом преследуется двойная цель — присадка способствует смачиванию реагентом осадка и уменьшению слоя карбоната кальция, образующегося во время реакции и откладывающегося на кристаллической поверхности.
Однако подобные обработки не дают эффекта на скважинах с плотными, плохо проницаемыми осадками. В таких случаях применяются химические обработки растворами гидроокисей, особенно раствором каустической соды. Обработки гидроокисями вызывают разрушение большей части отложений.
7 Применение станций катодной защиты
Из всех методов защиты основанных на изменении электрохимических свойств металла под действием поляризующего тока, наибольшее распространение получила защита металлов при наложении на них катодной поляризации (катодная защита). Принцип катодной защиты основан на том, что как только поляризация катодных участков внешним током достигает потенциала анода, на всей поверхности металла устанавливается одинаковый потенциал, и локальный ток больше не протекает, то есть пока к металлу приложен внешний ток, он не может коррозировать.
Защита металла катодной поляризацией применяется для повышения стойкости металлических сооружений в условиях подземной (почвенной) и морской коррозии, а также при контакте металлов с агрессивными химическими средами. Она является экономически оправданной в тех случаях, когда коррозионная среда обладает достаточной электропроводностью, и потери напряжения (связанные с протеканием защитного тока), а следовательно, и расход электроэнергии сравнительно невелик. Катодная поляризация защищаемого металла достигается либо наложением тока от внешнего источника (катодная защита с использованием станций катодной защиты), либо созданием макрогальванической пары с менее благородным металлом (обычно применяются алюминий, магний, цинк и их сплавы). Он играет здесь роль анода и растворяется со скоростью, достаточной для создания в системе электрического тока необходимой силы (протекторная защита). Растворимый анод при протекторной защите часто называют “жертвенным анодом”.
Применение для катодной защиты метода приложения тока облегчает регулирование системы и часто дешевле, чем использование анодов - протекторов, которые, конечно, нуждаются в регулярных заменах.
На практике катодная защита редко применяется без дополнительных мероприятий. Требуемый для полной защиты ток обычно бывает чрезмерно велик, и помимо дорогостоящих электрических установок для его обеспечения следует иметь в виду, что такой ток часто будет вызывать вредный побочный эффект, например чрезмерное защелачивание. Поэтому катодная защита применяется в сочетании с некоторыми видами покрытий. Требуемый при этом ток мал и служит только для защиты обнаженных участков поверхности металла.
При рассмотрении вопроса о применении активных видов электрохимической защиты погружного оборудования, у ряда авторов возникают оправданные сомнения в эффективности использования традиционных станций катодной защиты.
На первый взгляд он представляется достаточно простым и эффективным. Рядом исследователей были получены положительные результаты. До сих пор с помощью СКЗ осуществлялась лишь защита обсадных колонн, и авторами исследований была предпринята попытка защиты с ее помощью погружного оборудования.
Для питания УЭЦН в межтрубное пространство скважины спущен четырехжильный кабель, одна из жил которого свободна. Через нее было принято решение бросить дренаж на корпус УЭЦН от наземной СКЗ, при соответствующей обвязке с традиционным анодным заземлением в стороне от устья скважины. Т.е., в принципе, обычная катодная защита, только обеспечена дополнительная точка дренажа на корпус погружного оборудования (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема подключения катодной защиты к узлам скважины: 1 -обсадная колонна; 2 - НКТ; 3 - УЭЦН; 4 - питающий кабель ПЭД; 5 - свободная жила питающего кабеля; 6 - дренаж от СКЗ.
Впоследствии, кода эксперимент показал положительные результаты, устранив признаки электрохимической коррозии на узлах УЭЦН при их повторном поднятии, помимо использования четвертой жилы питающего кабеля был спущен самостоятельный дренажный кабель.
Идея позволила объективно продлить наработку до отказа погружного оборудования, что показывает практика. Однако этот метод может содержать не очевидный, на первый взгляд, но достаточно серьезный недостаток. По причине отсутствия данных по распределению потенциалов на дне скважины, есть вероятность, что защита погружного оборудования происходит за счет обсадной колонны скважины.
Согласно данных эксперимента, замеры потенциалов производились на поверхности у устья скважины. В первом случае СКЗ отключена и дренажный кабель к УЭЦН использовался в качестве сигнального. Во втором случае замер производился на дренажном кабеле при включенной системе ЭХЗ. В обоих случаях, а особенно во втором, данные замеров не являются достоверными, и судить по ним о защитном потенциале на дне скважины можно лишь косвенно, но не окончательно. Причина на то значительные потери в проводнике (порядка 2 км), а так же экранирующее влияние обсадной колонны.
Распределение потенциала по эксплуатационной колонне зависит от глубины и качества бетонного кондуктора
