Процессы добычи и транспортировки нефти сопровождаются образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), вызывающих осложнения в работе скважин, нефтепромыслового оборудования и трубопроводных коммуникаций. Накопление АСПО в нефтепромысловом оборудовании и на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) приводит к снижению производительности скважин, уменьшению межремонтного периода их работы и эффективности работы насосных установок. Наиболее болезненными для добывающих предприятий являются отложения парафинового типа. Кристаллизация парафинов приводит к уменьшению проходного сечения в трубах (будет фото). В связи с этим повышается давление в трубопроводе, расход электроэнергии для работы ГНО и его износ, уменьшается пропускная способность трубопровода.

Для проведения очистки скважинного оборудования от АСПО наиболее часто применяют скребкование и углеводородные растворители. Их применение сопровождается большими затратами и не всегда является эффективным мероприятием, т.к. отложения быстро возникают вновь по термобарическим причинам.

На сегодняшний день основным способом предотвращения образования АСПО является применение химических реагентов, которое также является весьма затратным мероприятием. Наиболее распространенные реагенты для этого – высокомолекулярные присадки, полидисперсные по молекулярной массе, макромолекулы которых, как правило, представляют собой сочетание полиметиленовой цепи с полярными группами, рабочие дозировки которых достигают 400 г/т. Вместе с тем анализ проводимых исследований в области влияния физических полей (электромагнитных, акустических) на процессы структурообразования в нефтяных дисперсных системах показывает очевидную перспективность этого подхода для управления данными процессами.

Лесиным В.И. установлено, что под воздействием магнитного поля в движущейся жидкости происходит разрушение агрегатов ферромагнитных частиц оксида железа, что приводит к многократному увеличению количества центров кристаллизации. В результате уменьшаются средние объемы кристаллов АСПО. Мелкие кристаллы остаются взвешенными в потоке жидкости, что дает многократное уменьшение скорости накопления кристаллов на стенках НКТ.

В работах Доломатова М.Ю. показано влияние низкочастотного электромагнитного поля (ЭМП) на стабильность водонефтяных эмульсий и предложен механизм процесса, заключающийся в разрушении водородных связей под действием ЭМП.

Целью настоящей работы является исследование влияния ЭМП и совместного влияния ЭМП и депрессорной присадки на процесс парафиноотложения.

В качестве объекта исследования была выбрана безводная товарная нефть Ярудейского месторождения. Данная нефть является легкой малосмолистой с высоким содержанием высокоплавких парафинов. Содержание парафинов составляет 10-12%, смол 1-2%, асфальтенов менее 0,1%, температура застывания 7 °С. Характеристики нефти представлены в таблице 1 Нефть Ярудейского месторождения представляется удобным объектом для изучения воздействия ЭМП на кристаллизацию парафина, поскольку влияние смол и асфальтенов, являющихся естественными ингибиторами парафинообразования, незначительно. Кроме того, смолы и асфальтены, не должны оказывать существенного влияния на взаимодействие ингибитора и парафина нефти в условиях благоприятных для его кристаллизации.

В качестве ингибитора парафиноотложения использовался реагент на основе низкомолекулярного сополимера этилена и винилацетата, относящийся, по механизму действия, к модификаторам кристаллов парафина. Действующее вещество реагента сокристаллизуясь с парафином при понижении температуры приводит к формированию взвеси мелкодисперсных кристаллов парафина.

Реагент в дозировке 200 и 400 г/т вводился в пробу нефти, нагретую до 50 °С, при перемешивании на мешалке при скорости оборотов 750 об/мин либо до, либо после обработки ЭМП.

Обводненность нефти определяли на аппарате Дина-Старка по ГОСТ 2477-65, плотность – по ГОСТ 3900-85 п. 2, кинематическую вязкость – по ГОСТ 33-2000. Свободная и связанная вода в нефти отсутствует.

Таблица 1. Характеристики нефти Ярудейского месторождения.

Параметр Значение
Температура застывания, °С 7
Плотность, г/см3
15 °С 0,825
20 °С 0,820
25 °С 0,818
Кинематическая вязкость, мм2
15 °С 13,467
20 °С 5,121
25 °С 4,552

Обработку нефти ЭМП проводили на импульсной магнитной установке ООО «Импульс» - ИМУ-1 путем пропускания 450 мл нефти через соленоид в течение 7 минут при частоте 15 Гц и 22 Гц.

Определение эффективности действия ингибиторов парафиноотложения проводили по методике “Cold finger test” (метод “холодного стержня”, РД 39-3-1273-85) сразу после обработки, на вторые и на третьи сутки после обработки. Температура внешней стенки “холодного стержня” 9 °C, температура внешнего обогрева 50 °C. При данных температурных режимах “холодный стержень” выдерживается в течение 3 часов. Затем “холодные стержни” вынимаются из испытуемой нефти, а сформировавшиеся АСПО тщательно переносятся в стаканы для взвешивания. Расчет эффективности действия (Z) ЭМП и ЭМП с реагентом проводится по формуле:

Z = (mо-mи)/mо ∙100%.

где: mо, mи – масса отложения АСПО в отсутствие ингибитора и в присутствии ингибитора.

Результаты определения эффективности представлены в таблице 2.

Таблица 2. Эффективность действия ЭМП и реагента.

Воздействие Эффективность, %
24 часа 48 часа 72 часа
1 Реагент 400 г/т 38,1 26,3 20,1
2 ЭМП 22 Гц 38,2 37,7 36,7
3 ЭМП 15 Гц 46,9 29,1 19,1
4 ЭМП 22 Гц + Реагент 200 г/т 50,0 20,7 18,9
5 ЭМП 15 Гц + Реагент г/т 50,4 26,2 21,9
6 Реагент 200 г/т + ЭМП 22 Гц 56,1 49,9 31,3
7 Реагент 200 г/т + ЭМП 15 Гц 57,5 49,2 42,8

В экспериментах №№ 4, 5 нефть сначала обрабатывали ЭМП, затем вводили реагент. В экспериментах №№ 6, 7 сначала вводили реагент, затем обрабатывали ЭМП.

По полученным данным видно, что эффективность реагента и ЭМП со временем ожидаемо снижаются. Наибольший эффект наблюдается в первые сутки.

Обнаружено, что комплексное воздействие реагентом и ЭМП приводит к увеличению эффективности, наблюдается синергетический эффект – совместное действие превосходит эффект отдельно реагента и ЭМП. В первые сутки при совместном воздействии реагента и поля наблюдается уменьшение отложения парафинов до полутора раз – эффективность ингибирования парафиноотложения увеличивается с 38,1% до 57,5%. Эффект сохраняется и на третьи сутки – эффективность с течением времени снижается в меньшей степени и составляет 42,8% вместо 20,1%. Причем положительный эффект проявляется при снижении дозировки реагента в два раза. Введение реагента перед обработкой полем показывает лучшие результаты, чем обработка в обратной последовательности.

С целью выявления необходимости повторной обработки нефти после снижения действия реагента и ЭМП, в образец, содержащий 200 г/т реагента и подвергшийся воздействию ЭМП частотой 22 Гц (образец №6, показавший наибольшую эффективность), через 75 часов дополнительно добавляли реагент в концентрации 200 г/т и обрабатывали ЭМП частотой 22 Гц.

Обнаружено, что дополнительное введение реагента и повторное воздействие ЭМП – увеличивает остаточную эффективность до 44,6%, в то время как простое ЭМП-воздействие не привело к росту эффективности.

Полученные данные согласуются с общепринятой концепцией действия электромагнитного поля на процесс кристаллизации парафина, которая основана на теории магнито-гидродинамического резонанса. В соответствии с ней сила Лоренца, возникающая при пересечении жидкостью магнитных силовых линий, способна вызвать структурную перестройку поляризуемых центров сокристаллизации парафинов со смолами, формирующих в жидкой углеводородной среде пространственные псевдокристаллические структуры, особенно при температуре близкой к температуре насыщения нефти парафином.

При разрушении псевдокристаллических агрегатов в переменном магнитном поле в условиях, благоприятных для кристаллизации, кристаллы парафина выпадают в виде тонкодисперсной, объемной, устойчивой взвеси, а скорость роста отложений уменьшается пропорционально уменьшению средних размеров выпавших совместно со смолами и асфальтенами в твердую фазу кристаллов парафина. По-видимому, в присутствие веществ воздействующих на кристаллизацию парафина (депрессоров) описанные эффекты ЭМП усиливаются, т. к. эти вещества более полярны.

Наряду с воздействием ЭМП на эффективность ингибирования парафиноотложения, было также выявлено влияние ЭМП на вязкость исследуемой нефти. После обработки нефти ЭМП частотой 22 Гц и введения депрессорной присадки определяли кинематическую вязкость при 25 °С (табл. 3). Было обнаружено, что воздействие ЭМП, а также совместное воздействие поля и реагента приводит к увеличению кинематической вязкости образца.

Таблица 3. Кинематическая вязкость нефти после воздействие ЭМП и реагента

Воздействие Кинематическая вязкость, мм2
нефть без обработки 4,552
ЭМП 22 Гц 4,600
УДУ-5 200 г/т + ЭМП 22 Гц 4,789

Увеличение вязкости нефти согласуется с уменьшением отложения парафинов. Согласно равновесной модели, массоперенос АСПО (парафина) из объема к стенке описывается уравнением диффузии Фика в частных производных:

где ∂m/∂t – скорость отложения парафина, кг/с;

DW – коэффициент диффузии парафина из объема к стенке, м2/с;

Ai – площадь поверхности, м2;

∂СW/∂r – градиент распределения концентрации парафина от объема к стенке, кг/м4.

Коэффициент диффузии DW определяется корреляционным уравнением:

где μ0 – вязкость нефти, мПа.с; VW – мольный объем парафина, обычно принимают равным 435 см3/моль; T – температура, К.

Уравнение 3 разработано для расчета коэффициента диффузии растворенных нормальных парафинов от С5 до С32 в алкановых растворителях с С5 – С16 со средней относительной ошибкой 3,4%.

Скорость отложения парафина пропорциональна коэффициенту диффузии DW, который в свою очередь зависит от вязкости (рис.2) причем изменения в вязкости от 1 до 20 мПа•с приводит к изменению коэффициента диффузии в 10 раз.

Рис. 2 – Зависимость коэффициента диффузии от вязкости при температуре 300, 310 и 320 К

Увеличение вязкости приводит к уменьшению коэффициента диффузии и соответственно к снижению скорости отложения парафина.

Таким образом, показано, что ЭМП частотой 15 Гц и 22 Гц усиливает действие реагента. Обработку полем рекомендуется проводить после введения реагента. Повторная комплексная обработка реагентом и ЭМП на третьи сутки позволяет уменьшить отложение парафинов.

Полученные экспериментальные данные о влиянии электромагнитного поля на интенсивность отложения парафинов позволят усовершенствовать технологию борьбы промышленности.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-33-00022).


На предыдущую страницу