При добыче нефти на внутренних стенках скважин образуются асфальтосмолопарафиновые отложения, которые мешают эффективной работе. Из-за этого оборудование подвергается сильным нагрузкам, которые со временем могут приводить к авариям. Процесс образования отложений просчитывают с помощью моделей, но они не учитывают попадание и влияние твердых частиц, в том числе песчаных. Более 50% нефтедобывающих скважин осложнены попаданием твердых частиц в нефть. Из них 60% составляют проблемы с песком. Частицы песка негативно влияют на образование парафинов, увеличивают их прочность и массу, критично снижают скорость перемещения добываемого. Ученые ПНИПУ изучили воздействие различных фракций песка в нефти на количество выпадающих отложений. Исследование позволит усовершенствовать существующие технологии моделирования образования парафина и продлить срок службы оборудования.
Исследование опубликовано в сборнике «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов» том 335, № 2 за 2024 год. Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10403.
Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов разных классов и других химических соединений, а часто и механических примесей (горных пород, песка и др.). Ее тяжелые компоненты, например, парафины, асфальтены и смолы растворены в нефтесодержащей жидкости под землей. Но во время добычи и транспортировки они охлаждаются, кристаллизируются и оседают на стенках и поверхностях оборудования. Из-за этого сужается поперечное сечение труб, возрастает сопротивление движению жидкости, увеличивается нагрузка на качающие агрегаты, эффективность падает.
Ученые ПНИПУ изучили, как именно разные фракции песка влияют на количество отложений. Исследование проводили на специальной установке, которая моделирует процесс образования парафинов во время движения нефти в трубопроводе и скважине.
— После исследования мы растворили полученные из песка и нефти отложения в толуоле (применяют для органического синтеза) и проанализировали нерастворенные частицы под микроскопом. В результате составили зависимость интенсивности образования парафинов от концентрации песчаной смеси с равной пропорцией фракций в нефти. По графику сделали вывод, что масса самих отложений незначительно увеличивается при повышении концентрации смеси песка. Этот процесс может быть вызван включением в отложения частиц песчаной смеси, поскольку они заполняют структуру, — рассказывает лаборант-исследователь кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ Антон Козлов.
— Чтобы оценить диаметр песчинок, которые оказывают наибольшее влияние на процесс парафиноотложения, мы провели вторую серию опытов. По ее результатам составили зависимость образования парафинов от концентрации определенной фракции песка в нефти. Оказалось, что малые фракции почти не влияют на количество образующихся отложений. При этом добавление частиц диаметрами 0.25-0.05 и 0.5-0.25 с концентрацией более 5% значительно увеличивает интенсивность формирования парафинов, — объясняет кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ Павел Илюшин.
Ученые ПНИПУ определили, что частицы песка определенного размера и концентрации в нефти увеличивают интенсивность образования отложений. Полученные зависимости влияния песка в дальнейшем будут использованы для модернизации существующей модели парафинообразования. Это позволит увеличить точность прогнозирования и вычисления образования парафинов. Добыча нефти станет качественнее, а своевременное обслуживание оборудования обеспечит более продолжительный срок использования.