Борьба с парафинами

Введение

Наиболее актуальной проблемой нефтедобывающей промышленности является борьба с отложениями парафина. Очень долгое время над решением этой проблемы трудятся вместе с нефтяниками ученые.
В естественных условиях парафин является твердым углеводородом, который в нефти является растворимым. При низких температурах и удалении газов, способность нефти растворяться уменьшается. При таких условиях парафин переходит в состоянии кристаллизации.
Отложение парафина может происходить при всех способах эксплуатации: фонтанном, компрессорном и насосном. На таких месторождениях как Мангышлак в нефти содержится около 30% парафина. Такое высокое содержание парафина очень сильно затрудняет транспортировку нефти и эксплуатацию скважин. Это происходит из-за отложение большого количества на стенках труб парафина. Пропускная способность труб понижается из-за сужения поперечного сечение труб. Вследствие чего возрастает сопротивление движения жидкости.
К основным методам борьбы с парафином является механический, тепловой, использование подъемных труб и химический.


Методы борьбы с парафинами
Для борьбы с отложениями парафина применяют следующие основные способы:
Механический. Применяются специальные скребки. Механическими движениями парафин удаляется со стенок труб и струей выходит на поверхность.
Тепловой. Применяются различные теплоносители, такие как пар, горячая вода или нефтепродукты.
Применение подъемных труб, внутренняя поверхность которых гладкая. Достигается это при помощи покрытия специальных лаков или эмалей, а также остекловыванния внутренней поверхности.
Химический. Используют различные растворителя.

Механические методы борьбы с отложениями парафина
В начальный этап развития нефтепереработки при глубинно насосной добыче нефти с отложениями парафина боролись при помощи механических приспособлений.
Механический метод борьбы заключался в использование различных приспособлений. Со стенок труб соскабливался парафин. У этого метода есть очень серьезный недостаток. Его смысл заключается в том, что при такой методике эксплуатации соскабливания со стенок увеличивает нагрузку на головку балансира. В результате чего увеличиваются затраты энергии идет преждевременный износ и могут даже оборваться штанги. При данном методе борьбы с парафином на внутренних стенках труб парафин полностью не очищаются, штанги вместе с трубами запарафиниваются.
При другом методе эксплуатации (фонтанном и компрессорном), либо в скважинах, используемых погружные центробежные насосы, механизм действия скребков заключается в следующем. При помощи проволоки скребки поднимаются и опускаются. На некоторых месторождениях использует энергию потока нефти с попутным газом, который выходит на поверхность.
Скребки на проволоке нашли широкое применения из-за простоты действия и дешевизны. Вместе с плюсами есть также и недостатки использования таких скребков. Они выражаются в следующем: так как использование скребка ведет к гидравлическому сопротивлению, которое нежелательно для эксплуатации скважины; очень часто обрываются проволоки и скребок может остаться в трубах; для использования скребков необходим специально обученный персонал и специальная наземная установка.
Использование скребков применим не для всех скважин. Их можно использовать только в подъемных трубах. Из-за отложения парафина в манифольде и выкиде снижается дебит скважины.
Следующим этапом развития механического метода заключался в использовании летающих скребков. Для того чтобы внедрить их в производство были проведены исследования. Была создана зависимость для работы фонтанного лифта. Были рассмотрены множество различных задач движения скребка в газонефтяном потоке. Для автоматизации и контроля были введены автоматические устройства. Все это не дало летающим скребкам массовости применения из-за ограниченности условий, в которых их использовали. Очень тяжело было регулировать летающие скребки при запуске.
Опыт летающих скребков не был забыт. Механизм действия заложили в плунжерный лифт. По принципу действия плунжер является простейшим летающим скребком. На бакинских промыслах плунжерный лифт массово использовался, но через некоторое время про него забыли. Для восточных районов Сибири, где присутствуют скважины широкого диапазона дебитов, применение плунжерных лифтов были бы наиболее эффективными. Сейчас вновь повышается интерес к механическим приспособлениям, которые используют для удаления отложений парафина и энергию потока нефти с попутным газом, который выходит на поверхность. С развитием автоматизации систем облегчалась эксплуатация и контроль использования плунжерного лифта для очистки внутренней поверхности труб от парафина.

Тепловые методы борьбы с отложениями парафина
В нефтедобыче для борьбы с отложением парафина широко используются тепловые методы. Они заключаются в следующем: горячая нефть, перегретый пар или паровоздушная смесь, закачивается в пространство скважин. Использование горячей нефти для удаления парафина в подъемных трубах очень трудоемкий процесс. Так как приходится использовать мерники с перегретым паром от паровых передвижных установок. Для подогрева не применяются ни каких агрегатов с подогревателями. Отрицательным моментом данного метода является в необходимости остановки скважины.
Там, где не используется компрессорная эксплуатация, т.е. в восточных районах Сибири, применять паровоздушную смесь нецелесообразно. Так как в зимнее время этот процесс трудоемкий. Положительным моментом данного метода является том, что в процессе остановки скважины нет.
Использовать данный метод можно только при глубинно насосной эксплуатации. В некоторых исключениях при низких рабочих давлениях можно также при компрессорной эксплуатации.
Применяют на некоторых месторождениях Дальнего Востока электро-подогрев труб. Экономическая эффективность электро-подогрева выше чем у перегретого пара. Затраты на прогрев прямоточной печи меньше в три раза, чем у паровой передвижной установки.
Из выше сказанного можно сделать вывод, что наиболее экономичным и универсальным из всех тепловых методов является электро-подогрев. Область применения остальных методов очень ограничена, т.е. является не универсальными.


Метод использования подъемных труб с гладкой внутренней поверхностью
При развитии нефтехимии появился новый метод использования лакокрасочных покрытий. Её суть заключалось в следующем. На внутреннюю поверхность труб наносились лакокрасочные покрытия. В данном методе несколько преимуществ: высокая гладкость поверхности. Это снижает скорость отложения парафина. Вторым преимуществом является физико-химические явления, которые находятся в граничной зоне с твердой поверхностью области.
В широкой практике применяются следующие лакокрасочные материалы: бакелитовый лак, бакелито-эпоксидные модифицированные лаки БЭЛ, эпоксидные лаки холодного отвердения. В других странах используют основном фенолформальдегидные и эпоксидные смолы и их модификации. В настоящее время появляются все новые и новые материалы. Следует отметить очень качественные по характеристикам полиуретановые смолы. В основном их используют для футеровки подъемных колонн насосных скважин.
В подъемных трубах и выкидных линиях лакокрасочные покрытия для борьбы с отложениями парафина применяют очень широко. Но не всегда применение этих лаков в подъемных трубах были положительными. Так, например, в скважинах Туймазинского месторождения скорость отложения парафина уменьшилась, но он отлагался в муфтовых соединениях труб. По этой причине снизился дебит скважин. Можно сделать вывод, что скорость отложения парафина определяется природой самой нефти. Можно предположить, что наибольшее влияние оказывает содержание в ней углеводородов ароматического ряда.
Исследования ученых показали, что лаки должны быть более экономичными, универсальными и эффективными

. Они должны обладать определенными характеристиками: высокой полярностью и высокой адгезией с металлом.
В выкидных линиях лакокрасочные покрытия для предотвращения отложения парафина очень эффективны и использование их оправдало себя. В восточных районах Сибири добыча нефти с использованием труб с лакокрасочными покрытиями делает это наиболее эффективно. Для некоторых скважин применение лакокрасочных покрытий по всей длине выкидных линий можно не проводить. Достаточно покрыть участок в начале выкидной линии.
Па какой причине отсутствует отложения парафина, когда покрывают не по всей длине труб пока неясно. Может быть это связано с быстрым удалением газов в жидкости после штуцера. Также может быть из-за снижения температуры, либо из-за сильного перенасыщения раствора, в результате чего происходит быстрая кристаллизация парафина. Механизм действия отложения парафина определяется адсорбцией. Из раствора парафин хорошо выделяется до появления мицелл и кристаллов.
При движении потока нефти по незащищенной части трубопровода мицеллы и кристаллы парафина не отлагаются. По всей видимости это происходит из-за того, что они обладают слабой адсорбционной способностью.
Обладая знаниям образования отложения парафина, разрабатывают мероприятия, направленные на интенсивную кристаллизацию парафина в объеме нефти, которая движется в подъемных трубах или в выкидных линиях. В результате чего разрабатывают в лифте взвешенный слой твердых частиц, которые обладают гидрофобной поверхностью.
Во многих районах России лакокрасочные покрытия могут быть использованы для борьбы с отложениями парафина. Масштабность использования лакокрасочных покрытий зависит от развития химической промышленности.
Другим методом покрытий стенок труб, предотвращающим отложение парафина, является остекловывание. Трубы футеруют стеклом. Принцип действия такой же, что и при лакокрасочным покрытии. На поверхности трубы создают гидрофильную поверхность. На этой поверхности парафин слабо адсорбируется и кристаллизуется из раствора, и он хорошо смачивается водной дисперсной фазой.
Стекло является универсальным для покрытия поверхностей. Это свойство он приобрел из-за того, что стекло лучше смачивается водой, чем аналоги из лакокрасочных покрытий. Это определило большую распространённость стекла для покрытия. Применение стекла является перспективным из-за экономичности использования. В перспективе разработка лакокрасочных покрытий не стоит на месте, поэтому в будущем будут новые более эффективные и экономичные материалы, чем стеклянные.
Другим материалом похожим по свойствам стеклу является эмаль. Покрытие эмалью имеет большую пластичность, это придает меньшую хрупкость. На Туймазинском месторождении успешно использовались эмалированные трубы.
В общем можно сделать вывод, что метод покрытия стенок труб является хорошим методом в борьбе с отложением парафина. Его используют в подъемных колоннах, там, где не используются движущие элементы. Можно применять и в выкидных линиях. Внедрение же того или иного материала происходит при прохождение опытно производственных экспериментов. Эксперименты с различными покрытиями ведутся постоянно, выходят много научных статей о новых материалах всё с новыми и более лучшими характеристиками.
Новым и перспективным методом борьбы с парафином является применение магнитного поля. Использовании переменного магнитного поля позволяет увеличивать количество центров кристаллизации. Это является одним из основных факторов к быстрому выделению парафина в объемной фазе и в результате чего к уменьшению отложения парафина в трубах.
Применение нового метода зарекомендовал себя в возможности эффективного использования для борьбы с отложениями парафина.
Парафин откладывается в резервуарах, магистральных трубопроводах коллекторах. Для борьбы с отложением парафина наиболее широко используют различные типа покрытий, а также химические реагенты.
Из выше сказанного следует, что ни один из рассмотренных методов не обладает универсальностью и не имеет достаточно широкой области применения.

Химический методы борьбы с отложениями парафина
Наиболее универсальными являются химические методы. Они заключаются в использовании различных добавок химреагентов. Химической промышленностью ведутся разработки как в России, так и за рубежом. Из зарубежных разработок следует отметить наиболее эффективные химические добавки такие как «Солво», «Виско-958», фирменных растворителей «Парабан», «Брейксол», «Доувелл» и т.д.
Принцип действия химических методов заключается в гидрофилизации на поверхности стенок труб. В результате чего увеличивается число центров кристаллизации парафина, так же увеличивается количество образующихся агрегатов в потоке. На поверхности стенок труб образуется тонкая защитная гидрофильная пленка. Это происходит в результате явления адсорбции реагентов. Помимо этого, адсорбция происходит и на кристаллах парафина. Это не дает происходить росту кристаллов, что увеличивает дисперсность парафина в нефти. Реагентами могут быть как водорастворимые, так и нефтерастворимые поверхностно активные вещества.
Принцип действия водорастворимых поверхностно активных веществ заключается в том, что на поверхности труб улучшается смешиваемость водой. Вода в том или ином количестве присутствует в нефти. Принцип действия нефтерастворимых поверхностно активные вещества заключается в том, что увеличивается число центров кристаллизации, в результате чего увеличивается дисперсность парафина.
Число центров кристаллизации увеличивается в том случае, если при добавлении поверхностно активных веществ происходит образование мицелл, которые в дальнейшем являются дополнительными центрами кристаллизации.
Нефть - коллоидный раствор. Свойства нефти как коллоидного раствора с проявляются при содержании в ней асфальтенов. С увеличением содержания асфальтенов способствует резкому увеличению числа мицелл. Которые являются центрами кристаллизации. Это в свою очередь приводит к увеличенному выделению парафина в объеме. Эти явления приводят к уменьшению роста отложений. Этими веществами являются поверхностно-активными веществами.
Таким же действием, как и асфальтены обладают и нафтеновые кислоты.
Научные исследования процесса отложения парафина на стенках труб находятся в бурном развитии. Этой проблематике уделяется большое внимания. Представление о механизме явлений и поиске наиболее рациональных путей борьбы с отложением парафина во многом зависят от его изученности. Химические методы дают возможность разработать методы борьбы с отложением парафина в подземном и наземном оборудовании. Также они позволяют решить задачу борьбы с отложениями парафина в нефтяном пласте, а также в призабойной зоне скважин.
Без потерь и осложнений до нефтеперерабатывающего завода при помощи химических методов есть возможность транспортировать парафин. Парафин очень ценный продукт. До сих пор не уделяется внимание очистки парафина. Без соответствующего применения огромное количество его скапливается в земляных амбарах.
Наибольшее внимание уделяется изучение процесса кристаллизации. Основными свойствами, влияющими на кристаллизацию, являются температура кристаллизации в зависимости от давления, характеристики нефти их насыщенность газом и т.д. Научные исследования нужны для установления глубины отложения парафина в подъемных трубах. Недостатком этих исследований является то, что они не учитывали динамические условия, и, по всей видимости, не отражали всю картину. В реальных динамических условиях идет выделение газа, движение кристаллов непрерывное, раствора пересыщается газом и парафином. В этих условиях стенки обладают очень сильным влиянием на процесс кристаллизации.
В связи с многообразием множества факторов научные исследования не принесли результата о влиянии на процесс отложения парафина