Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение города Москвы “Лицей №507”

Комплексный анализ проблемы выпадения асфальтосмолопарафиновых отложений и способы их минимизации

Исследовательская работа

Выполнили: Аляутдинов Руслан Тахирович,

Альберт Ронен Феликсович,

ученики 10 класса “В”

Научные Руководители: Голанов Александр Леонидович,

учитель физики;

Морозихина Янина Александровна,

учитель химии.

Москва - 2017



Содержание

• Комплексный анализ проблемы АСПО
• 1. Причина выпадения АСПО и факторы, влияющие на их образование
• 2. Факторы, влияющие на образование АСПО
• 3. Особенности расчета энергии, реагента и других факторов для проведения мероприятий по борьбе и устранению АСПО
• Способ минимизации выпадения АСПО на месторождении “Северный Яр”
• Список Использованной Литературы

• Асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) - тяжелые компоненты нефти, отлагающиеся на внутренней поверхности нефтепромыслого оборудования и затрудняющие ее добычу, транспорт и хранение.

Комплексный анализ проблемы АСПО

1. Причина выпадения АСПО и факторы, влияющие на их образование

· Парафиновые отложения в нефтепромысловом оборудовании формируются в основном вследствие выпадения высокомолекулярных углеводородов при снижении температуры потока нефти ниже температуры выпадения парафина в осадок (кристаллизации парафинов).

Источник: [1]

“Механизм образования АСПО можно представить следующим образом: при отборе нефти в скважине понижается давление и температура, а также уменьшается количество легких углеводородов. При снижении температуры в призабойной зоне пласта и стволе скважины до температуры начала кристаллизации парафина происходит интенсивное образование в нефти кристаллов парафина. Эти кристаллы служат центрами кристаллизации и последующего более интенсивного выпадения парафина из нефти и осаждение его на твердой поверхности.”

***Кристаллы парафинов достаточно редко сами по себе являются центрами агрегации. Чаще всего причиной этого являются оксиды металлов, которые в большом количестве содержатся в почве и пласте.

Источник: [2]



2. Факторы, влияющие на образование АСПО

· снижение давления в области забоя и связанное с этим нарушение гидродинамического равновесия газожидкостной системы;

· интенсивное газовыделение;

· уменьшение температуры в пласте и стволе скважины;

· изменение скорости движения газожидкостной смеси и отдельных её компонентов;

· состав углеводородов в каждой фазе смеси;

Источник: [3]

3. Особенности расчета энергии, реагента и других факторов для проведения мероприятий по борьбе и устранению АСПО

Методы борьбы с АСПО делятся на 2 типа:

· Предотвращение

· Удаление

Как и показано на рисунке 1.

Рисунок 1.



Мы же разберем только несколько способов, наиболее распространенных и выгодных.

1. Химические растворители.

(1)”Выбор растворителя АСПО на каждом месторождении индивидуален и зависит от состава отложений, прочности осадка, способа эксплуатации скважин. Обычно при удалении отложений химические реагенты подают через затрубное пространство или непосредственно в насосно-компрессорные трубы. В процессе очистки скважинного оборудования реагент может находиться в статическом контакте с АСПО или возможна циркуляция растворителя. Время контакта растворителя и отложений колеблется от нескольких до 24 часов.

Наибольшее распространение на промыслах получили удалители АСПО природного характера, такие как газоконденсат, газовый бензин, смесь сжиженных нефтяных газов, легкая нефть.

Основное достоинство таких растворителей заключается в родстве соединений, входящих в их состав, с нефтью, а также в доступности сырьевого обеспечения. Они, как правило, добываются или получаются в нефтяных районах, имеют низкую стоимость, не влияют на дальнейшие процессы переработки нефти. Химический состав удалителей этой группы представлен в основном легкими фракциями парафиновых углеводородов С₃ --С₆. Однако эффективность их невысока, так как смолы, а тем более асфальтены плохо растворимы в органических соединениях этого класса. Поэтому при удалении парафинов из призабойной зоны скважин возможно отложение асфальтенов в порах пласта, что в конечном итоге снижает его фильтрационные характеристики. Несмотря на столь существенные недостатки, реагенты этой группы имеют практическое применение в связи со своей доступностью.

Для получения растворителей, обладающих комплексным действием, и увеличения их эффективности, разработаны составы на основе различных классов органических соединений. К ним можно отнести керосиновый дистиллят или керосиновую фракцию с ацетоном, спирты и кетоны в смеси с керосином, и т.п.

Для увеличения эффективности удалителей АСПО предложены составы, содержащие углеводородный растворитель и различные поверхностно-активные вещества (ПАВ). ПАВ, вводимые в составы, повышают поверхностную активность растворителей и эффект диспергирования АСПО.

*Химическое диспергирование - тонкое измельчение твёрдых тел или жидкостей с помощью химических реагентов. (Также бывает физическое диспергирование с помощью валов, пр.)

В качестве углеводородных растворителей предложены газовый бензин, ароматизированный бензин с фракцией пиперилена, ароматический газоконденсат с нефтью, димеры и тримеры изобутиленов, бутилбензольная фракция и др. В качестве добавок ПАВ используют нефтерастворимые ПАВ, синтетические жирные кислоты, амины, сульфонаты. Составы с добавками ПАВ, обладают ингибирующим свойством. Отмечено, что при обработке ими лифтов или призабойных зон межочистной период выше, чем при обработке составами без ПАВ.”

(2)”Под ПАВ понимают химические соединения, способные вследствие положительной адсорбции изменять фазовые и энергетические взаимодействия на различных поверхностях раздела жидкость -- воздух, жидкость -- твердое тело, нефть -- вода. Поверхностная активность, которую в определенных условиях могут проявлять многие органические соединения, обусловлена как химическим строением, в частности, дифильностью (полярностью и поляризуемостью) их молекул, так и внешними условиями: характером среды и контактирующих фаз, концентрацией ПАВ, температурой.

Обычно ПАВ представляют собой органические вещества, содержащие в молекуле углеводородный радикал и одну или несколько полярных групп.

По растворимости в воде и маслах ПАВ подразделяют на три группы: водо-, водомасло- и маслорастворимые.”

* Поляризуемость - физическое свойство веществ приобретать электрический или магнитный дипольный момент (поляризацию) во внешнем электромагнитном поле.

Одним из видов широкоиспользуемых ПАВ являются депрессаторы (подробнее в п.3)

(1)”При обработке ПЗП (Призабойной Зоны Пласта) с целью очистки от АСПО расход реагента обычно составляет от 1,5 до 5 м³ на 1 м перфорированной толщины.”

Таким образом, для того, чтобы рассчитать нужное количество реагента, т.е. растворителя, нам необходимо и достаточно знать длину трубы.

2. Увеличение гладкости трубы.

Использование гладкостных покрытий имеет ряд преимуществ: - более быстрый и легкий ввод в действие трубопроводов (труба с покрытием во время хранения и монтажа не подвергается коррозии; ускоряется процесс сушки трубопровода после гидравлических испытаний). - Ликвидируется дорогостоящий и длительный процесс очистки трубопровода от грязи и ржавчины перед вводом в эксплуатацию. - обеспечение чистоты транспортируемого продукта. - значительное снижение ежегодных эксплуатационных расходов на запорную арматуру (клапаны много чаще выходят из строя, требуют ремонта и замены при транспортировке газа и нефти, загрязненных продуктами коррозии). - значительное снижение капитальных затрат за счет возможности уменьшения диаметра трубопровода, обусловленной повышением его пропускной способности.

Для придания гладкости внутренней поверхности трубопровода при транспортировке некоррозионноактивных продуктов достаточно распылить по предварительно очищенной поверхности тонкопленочное покрытие с толщиной сухой пленки 50-75 мкм. Опыт показал, что затраты на внутреннее покрытие нефтепроводов многократно окупаются в процессе эксплуатации.

Одним из ключевых факторов, определяющих эффективность применения гладкостных покрытий, является шероховатость поверхности, которая непосредственно связана с фактором трансмиссии.

Основные требования к тонкопленочному внутреннему покрытию касаются в основном таких параметров, как эластичность, ударная прочность и адгезия. Покрытие должно быть стойким к влажности, распылению соли, кислотному конденсату. Обязательным требованием является стойкость к блистерингу, т.е. покрытие не должно пузыриться при быстром сбросе давления. В качестве гладкостных покрытий могут использоваться покрытия на основе жидких эпоксидных лакокрасочных материалов, содержащих растворитель.

3. Депрессаторы и ультразвуковые воздействия.

Вибрационные и ультразвуковые воздействия позволяют создать колебания в области образования АСПО, которые при воздействии на кристаллы парафина, способствуют их перемещению, и как следствие препятствуют осаждению образующихся кристаллов парафина на внутренних поверхностях оборудования. Благодаря воздействию ультразвуковых колебаний при добыче нефти достигаются следующие эффекты: увеличение проницаемости призабойной зоны пластов; депарафинизация; снижение вязкости нефти в ультразвуковом поле, однако, при высоком содержании смолистых соединений в нефти, ультразвуковые воздействия действуют на них так, что смолы становится более густыми, а, следовательно, и нефть загущается. Для ее разжижения используют депрессаторы.

“Депрессаторы, являясь поверхностно-активными веществами по отношению к парафинам, оказывают тормозящее действие на образование новых кристаллических зародышей.

Депрессатор, добавляемый в топливо, сдвигает образование структуры в область более низких температур. Поэтому подвижность топлива в присутствии депрессатора при низких температурах улучшается, и оно способно без затруднения поступать из бака машины к подкачивающему насосу. Добавление депрессатора облегчает транспортировку, хранение, перекачку и заправку парафинистых топлив”.

Улучшения параметров текучести вязких нефтей можно добиться методом смешения их с разбавителями. В качестве разбавителей могут применяться конденсаты, бензины, керосины, маловязкие нефти. Если на месторождении добываются нефти разных видов - вязкие и маловязкие, то, соединяя их, можно достигнуть резкого понижения вязкости и температуры застывания.

Для некоторых вязких нефтей требуется добавлять чрезвычайно огромное количество разбавителя (до 70 %).

Нужное количество разбавителя для каждого сорта нефти определяется лабораторными исследовательскими работами.

4. Воздействие магнитных электрических и электромагнитных полей.

Исследования образца парафина методом ЭМР проводились при комнатной температуре на спектрометре X-диапазона

Образец парафина массой 2-3 мг помещался на дно кварцевой ампулы, которая, в свою очередь, помещалась в резонатор спектрометра. После цикла измерений ампула извлекалась из резонатора, парафин в ампуле, подогреваемый до температуры 80 по Цельсию, плавился? после остывания ампула с парафином вновь помещалась в резонатор и проводились повторные измерения.

Измерения методом просвечивающей электронной микроскопии* осуществлялись с помощью микроскопа LEO 912 AB IOMEGA (Carl Ceiss). Подготовка образцов для них включала нанесение суспензии частиц парафиновых отложений на стандартную медную сетку, покрытую слоем полимера (формвар) и аморфного углерода, и последующее высушивание образца.

*Подобный метод возможен для исследования крупных наночастиц (порядка 10-1000 нм). Частицы обладают достаточной массой, чтобы за счет своего движения разрушать хрупкие структуры АСПО.

Спектр содержит одиночную интенсивную резонансную линию с параметрами.** Такой сигнал ЭМР типичен для суперпарамагнитных наночастиц оксидов железа, характерного для парамагнитного трехвалентного железа, и указывает на ферромагнитный характер магнетизма. Ферромагнетики обладают своей собственной намагниченностью и хорошо реагируют на внесение во внешнее магнитное поле.

**Одиночная интенсивная резонансная линия означает, что мы однозначно попали в табличные данные, соответствующие определенному веществу.

Полученные результаты дают физическую основу для разработки механизмов действия электромагнитных полей на нефть и подтверждают модель магнитной обработки жидкости, основанную на взаимодействии примесей ферромагнитных частиц с внешним магнитным полем.

Рисунок 2.



4. Влияние химического состава нефти на процесс образования АСПО.

АСПО, образовавшиеся в разных скважинах, отличаются друг от друга по химическому составу в зависимости от группового углеводородного состава нефтей, добываемых на этих скважинах. Но при всём возможном разнообразии составов для всех отложений установлено, что содержание в них асфальтосмолистых и парафиновых компонентов будут обратными: чем больше в АСПО доля асфальтосмолистых веществ, тем меньше будет содержаться парафинов, что в свою очередь определится их соотношением в нефти. Такая особенность обуславливается характером взаимного влияния парафинов, смол и асфальтенов, находящихся в нефти до момента их выделения в отложения

Как показали экспериментальные и практические исследования, прежде чем парафин выделяется на поверхности скважинного оборудования, его кристаллы производят преобразование своих структур так, что, соединяясь между собой, организуют сплошную решётку подобно широкой ленте. В такой форме адгезионные свойства парафина усиливаются во много раз, и его способность “прилипать” к твёрдым поверхностям значительно интенсифицируется. Однако если нефть содержит достаточно большое количество асфальтенов (4-5% и выше), сказывается их депрессорное действие. Асфальтены могут сами выступать зародышевыми центрами. Парафиновые молекулы участвуют в сокристаллизации с определенными (алкильными) цепочками асфальтенов, образуя точечную структуру. То есть образование сплошной решётки не происходит.

В результате такого процесса парафин перераспределяется между множеством мелких центров и выделение парафинов на поверхности существенно ослабляется.

*Адгезия -- сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел.

*Асфальтемны -- наиболее высокомолекулярные компоненты нефти.

5. Защита трубы от коррозии.

Также нам предстоит решить вопрос коррозийной стойкости, для этого мы используем:

Антикоррозионные покрытия применяются для внутренней изоляции труб, транспортирующих коррозионно-агрессивные среды. При движении коррозионно-агрессивных жидкостей возникает коррозия. Коррозионная агрессивность значительно повышается с появлением в продукции скважин сероводорода. Коррозионные разрушения стальных трубопроводов приводят к большим материальным потерям и ухудшению экологической обстановки в районах нефтедобычи вследствие порывов труб. Применение внутренних покрытий труб дает ряд преимуществ: - увеличение срока службы трубопроводов; - увеличение пропускной способности трубопроводов; - снижение парафинообразований на стенках трубопроводов и облегчение процесса очистки.

- снижение ежегодных эксплуатационных расходов.

Для создания долговечной внутренней изоляции труб большое значение имеет правильный подбор изоляционного материала и соблюдение технологического процесса нанесения внутреннего покрытия труб.

Существующие технологические процессы внутренней изоляции труб предусматривают применение в качестве изоляционных материалов порошковых полимеров и лакокрасочных материалов, как жидких с содержанием растворителей более 30%, так и высоковязких с содержанием растворителей ниже 30% и материалов, не содержащих растворители.

Применение порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком позволяет:

· улучшить санитарно-гигиенические условия труда,

· получать практически беспористые покрытия с более высокими защитными и физико-механическими свойствами,

· сократить производственный цикл окраски за счет возможности нанесения однослойного покрытия для получения требуемой толщины,

· сократить невозвратимые потери материала при нанесении по сравнению с лакокрасочными материалами, содержащими растворитель.

Отсутствие выбросов паров растворителя делает производство экологически более чистым.

Критериями выбора покрытий для внутренней изоляции труб являются условия эксплуатации трубопровода, защитные и технологические свойства покрытий.

Источник: [10]



Способ минимизации выпадения АСПО на месторождении “Северный Яр”

Наш способ предупреждения образования и удаления АСПО отложений будет основываться на воздействии магнитных электрических и электромагнитных полей.

И нам понадобится для него следующие компоненты и оборудование:

· Длинный электрический провод;

· Паровая турбина;

· Баллоны для сбора нефтяного газа

· Мельчайшие частицы оксида железа (III)

Вместе с промывочной жидкостью мы запустим мельчайшие частицы оксида железа (III). Так как частицы оксида железа являются центрами образования асфальтосмолопарафиновых отложений, и обладают свойствами намагниченности, то при внесении их в магнитное поле они придут в движение.

Для образования магнитного поля мы сделаем электрическую обмотку из провода длинной в , где R - радиус трубы, L - длина трубы, s - толщина провода.

И через промежутки t будем менять направления тока, что повлечет за собой изменение направления магнитных линий, для того, чтобы кристаллы парафина начали колебаться, тем самым постепенно разрушая наросшие слои парафиновых отложений.

t - Время, за которое парафиновый кристалл сдвигается с места, то есть скорость его будет чуть больше нуля.

Для того чтобы электрический ток протекал по этому проводу, нужно приложить количество теплоты Q, равное по закону Джоуля-Ленца: Q=UIT, где U - напряжение на концах провода, I - ток, текущий по проводу, T - время, в течение которого ток течет по проводу.

“Попутный нефтяной газ, или ПНГ -- это газ, растворенный в нефти. Добывается попутный нефтяной газ при добыче нефти, то есть он, по сути, является сопутствующим продуктом. Но и сам по себе ПНГ -- это ценное сырье для дальнейшей переработки.

Попутный нефтяной газ нужно отделять от нефти для того, чтобы она соответствовала требуемым стандартам. Долгое время ПНГ оставался для нефтяных компаний побочным продуктом, поэтому и проблему его утилизации решали достаточно просто -- сжигали.”

Мы же поступим иначе: мы не будем сжигать ПНГ, а наоборот будем закачивать его в огромные баллоны, а после подсоединять их к паровой турбине.

“Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество”.

Единственное отличие заключается в том, что мы будем подавать не пар, образующийся в паровом котле, а ПНГ из баллонов, он будет подаваться также под давлением.

С помощью паровой турбины мы будем получать количество теплоты Q, для того чтобы электрический ток протекал по проводу.

Таким образом, мы решаем и экологическую проблему загрязнения воздуха ПНГ и получаем энергию для разрушения кристаллов парафина, ведь вместо других видов топлива, мы используем газы, которые сжигаются вникуда.

Мельчайшие частицы оксида железа (III) можно будет извлечь на станциях переработки нефти, когда нефть будет разделяться на фракции.

После того, как из скважины выкачают всю нефть:

· Паровую турбину и баллоны можно будет перевезти на другое место.

· Трубу вытащить, разобрать и извлечь из нее электрический провод.

Таким образом, затраты на предупреждение и удаление АСПО будут минимальны, что не может не радовать.



Список использованной литературы

[1]http://oilloot.ru/component/content/article/80-dobycha-i-promyslovaya-podgotovka-nefti/493-oslozhneniya-pri-ekspluatatsii-skvazhin

[2]http://studopedia.ru/5_55704_otlozheniya-asfaltenov-smol-i-parafinov-v-skvazhinah-i-nazemnih-kommunikatsiyah-metodi-udaleniya-aspo.html

[3] http://mpk-vnp.com/neft/obrazovanie-aspo-i-parafinov.html

[4]http://oilloot.ru/77-geologiya-geofizika-razrabotka-neftyanykh-i-gazovykh-mestorozhdenij/83-primenenie-pav-i-kompozitsij-na-ikh-osnove-dlya-uvelicheniya-nefteotdachi-plastov-mekhanizm-vytesneniya-nefti-iz-poristoj-sredy-s-primeneniem-pav

[5] http://www.neftepro.ru/publ/18-1-0-51

[6] http://ankort.ru/story1.php

[7] http://www.ngpedia.ru/id662737p1.html

[8] статья В.И. Лесина “Структура совместных агрегатов коллоидных наночастиц нефти и магнитных окислов железа”.

[9] http://mpk-vnp.com/neft/obrazovanie-aspo-i-parafinov.html

[10] http://ankort.ru/story1.php

[11] http://www.gazprominfo.ru/articles/associated-gas/

[12]http://www.manbw.ru/analitycs/steam-turbines.html

Размещено на Allbest.ru

...