Реферат: На правах рукописи Гуськова ирина Алексеевна

На правах рукописи


Гуськова ирина Алексеевна


РАЗРАБОТКА И РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ

ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОГЕННО ИЗМЕНЁННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ


Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук


Бугульма 2011


Работа выполнена в Альметьевском государственном нефтяном институте



Официальные оппоненты:




Мусабиров Мунавир Хадеевич

- доктор технических наук

Романов Геннадий Васильевич

- доктор химических наук, профессор, член-

корреспондент АН Республики Татарстан

Хисамутдинов Наиль Исмагзамович

- доктор технических наук, профессор







Ведущее предприятие

Институт нефтегазовых технологий и новых материалов АН Республики Башкортостан



Защита состоится 2 июня 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 222.018.01 в институте «ТатНИПИнефть» по адресу: 423236, Республика Татарстан, г. Бугульма, ул. М. Джалиля, 32.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института «ТатНИПИнефть»


Автореферат разослан « » 2011 г.


Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Львова И.В.


^ Общая характеристика работы


Актуальность проблемы. Значительная часть крупнейших нефтяных месторождений России находится на поздней стадии разработки. Вновь вводимые в разработку месторождения характеризуются осложнёнными геолого-физическими условиями. Поддержание достигнутого уровня добычи углеводородов в значительной мере обусловлено решением взаимосвязанных задач увеличения нефтеотдачи пласта, содержащего значительные остаточные запасы нефти на уже освоенных объектах, сохранения естественных фильтрационно-емкостных свойств пласта и повышения надёжности функционирования скважин. Особенно остро проблема повышения эффективности эксплуатации стоит для залежей нефти с повышенным содержанием парафинов, смол, асфальтенов. Процессы добычи такой нефти серьёзно осложнены формированием органических отложений, которые являются причиной снижения эффективности функционирования и появления технологических проблем в основных подсистемах единой нефтедобывающей системы: продуктивном пласте, призабойной зоне пласта, скважине, системе нефтесбора.

Успешному решению проблемы формирования органических отложений препятствует ряд факторов природного и техногенного характера. В результате нагнетания значительного количества холодной воды, имеющей различные физико-химические и микробиологические состав и свойства, широкого использования методов увеличения нефтеизвлечения (МУН) и интенсификации добычи нефти, происходят существенные изменения термодинамического состояния, геолого-физических характеристик углеводородных залежей, состава и свойств продукции добывающих скважин. Исследование влияния техногенных изменений условий эксплуатации нефтяных залежей на проблему формирования органических отложений является основой разработки и развития технологических решений, направленных на предупреждение и удаление отложений.

Обзор работ в области борьбы с органическими отложениями показывает, что при проектировании и применении технологий борьбы с органическими отложениями не всегда и не в полной мере учитываются взаимосвязи и взаимодействия отдельных подсистем нефтедобывающей системы и возможное негативное влияние технологий на надежность работы нефтедобывающей системы в целом. Необходимо дальнейшее развитие научного направления по разработке и совершенствованию технологий предупреждения и удаления органических отложений, применение которых не только обеспечит решение технологических проблем в данной подсистеме, но и создаст оптимальные условия работы взаимодействующих подсистем.

Использованный методологический подход обусловливает:

многоплановость объектов исследований диссертационной работы: органические отложения в условиях эксплуатации техногенно изменённых залежей нефти, и технологии, направленные на их предупреждение и удаление;

предмет исследований: закономерности формирования органических отложений на поздней стадии разработки, параметры применения и взаимовлияние исследуемых технологических процессов, конструкций устройств и физико-химические свойства рабочих жидкостей.

Научное обоснование направлений развития методов предупреждения и удаления органических отложений, с учетом изменения условий добычи нефти и взаимовлияния технологий, обеспечит надёжное функционирование нефтедобывающей системы в осложнённых условиях эксплуатации техногенно изменённых залежей нефти и приведет к созданию научно-технической базы для получения долговременного стратегического эффекта.

^ Цель работы: Разработка и развитие технологических решений, направленных на предупреждение и удаление органических отложений на основе исследований их состава, свойств, условий формирования, анализа взаимосвязей и взаимовлияния процессов в нефтедобывающей системе при эксплуатации техногенно изменённых залежей нефти.

Задачи исследований:

1. Оценка состояния проблемы формирования органических отложений и обоснование необходимости системного подхода к выбору методов борьбы с ними.

2. Изучение закономерностей изменения состава нефти и условий формирования органических отложений в результате применения методов увеличения нефтеотдачи и технологических процессов интенсификации добычи нефти.

3. Исследование особенностей состава, свойств, кинетики формирования органических отложений на поздней стадии разработки. Анализ влияния технологий эксплуатации скважин, процессов и явлений в пласте, призабойной зоне пласта, скважинном оборудовании на их формирование.

4. Разработка методологии удаления органических отложений с использованием химических реагентов в условиях длительной предыстории разработки нефтяных месторождений и взаимовлияния технологий. Разработка новых технологий удаления органических отложений.

5. Изучение закономерностей изменения параметров, характеризующих надёжность работы подземного нефтепромыслового оборудования добывающих скважин, осложнённых формированием органических отложений, в результате применения методов удаления органических отложений.

6. Изучение кинетики формирования и эффективности удаления органических отложений для различных систем покрытий и материалов. Разработка критериев выбора покрытий и материалов, обеспечивающих комплексное решение технологических проблем. Анализ и выработка рекомендаций по повышению эффективности использования защитных покрытий в нефтедобывающей системе.

7. Разработка системы внедрения и анализа новых технологий, параметров оценки технологической эффективности методов предупреждения и удаления органических отложений.

^ Методы решения поставленных задач Решение поставленных задач осуществлялось в процессе проведения теоретических, лабораторных и промысловых исследований с применением статистических методов обработки информации, методов планирования эксперимента, физико-химических методов исследований с использованием как стандартных, так и собственных методик. Методологической основой является комплексный системный анализ геолого-промысловых и экспериментальных данных, учитывающий особенности формирования органических отложений и применения методов их предупреждения и удаления на поздней стадии разработки, в условиях высокой обводнённости продукции скважин и изменения свойств нефти, снижения температуры пласта, а также техногенного изменения продуктивности скважин.

^ Научная новизна:

Разработан научно-обоснованный комплексный подход к решению проблем формирования органических отложений на основе анализа взаимосвязей и взаимовлияния процессов в отдельных подсистемах нефтедобывающей системы в условиях техногенного изменения пластовых условий на поздней стадии разработки.

Впервые с использованием спектрофотометрических методов исследования динамики оптических свойств промысловых проб нефти, отобранных из реагирующих скважин, принадлежащих участкам применения физико-химических методов увеличения нефтеотдачи, установлено значимое влияние методов увеличения нефтеотдачи на изменение оптической плотности добываемой нефти. В результате воздействия на остаточную нефть с использованием гидрофобного эмульсионного раствора установлено увеличение коэффициента светопоглощения добываемой нефти с 2867,5 см-1 до 4043,5 см-1 с коэффициентом линейной корреляции с объёмом добычи нефти 0,816. Показано, что увеличение концентрации оптически более плотных компонентов в добываемой нефти в сочетании с изменением термодинамических характеристик пласта, является фактором интенсификации процессов формирования органических отложений.

Исследованиями состава и механизма формирования органических отложений в условиях поздней стадии разработки установлены существенные структурные и компонентные изменения органических отложений. На основе статистического анализа результатов лабораторных исследований составов проб органических отложений, отобранных из безводных и высокообводнённых (обводнённость 80%) скважин, определено, что в составе отложений, сформировавшихся в обводнённых скважинах увеличивается содержание иммобилизованной воды (до 65%), смол и асфальтенов, что увеличивает пластичность и плотность отложений. Определены закономерности изменения интенсивности формирования органических отложений для дебитов скважин (1,5 до 35 т/сут) в широком интервале величин обводнённости (0-90%). Установлена динамика увеличения глубины формирования органических отложений в зависимости от времени.

На основе проведения комплекса промысловых, лабораторных и теоретических исследований причин интенсификации процессов формирования органических отложений в скважинном оборудовании после химического, теплового, термохимического воздействия на призабойную зону, анализа и оценки влияния ряда геолого-технических факторов показано, что основными факторами, определяющими интенсификацию формирования органических отложений в скважинном оборудовании являются коллоидная нестабильность добываемых нефтей и процессы рекристаллизации органических отложений при нагреве.

Научно обоснованы технологические принципы предупреждения и удаления органических отложений, адаптированные к геолого-техническим условиям объектов разработки Татарстана и особенностям формирования органических отложений в техногенно изменённой нефтедобывающей системе:

Определена последовательность удаления органических отложений с использованием растворителей, включая выбор составов растворителей на основе лабораторных исследований растворимости органических отложений как с учетом состава органических отложений, так и с учетом структуры и длительности воздействия (включая разработку нового экспериментального метода исследования растворимости органических отложений), оценку влияния растворителя на кинетическую устойчивость нефти, выбор объектов воздействия с соответствующими характеристиками притока и пластовых условий.

Установлено, что определяющим в проявлении эффекта разрушения отложений водными растворами НПАВ для диапазона концентраций от 0,1% до 8% является время воздействия. Показано, что использование композиционных систем на основе масло - и водорастворимых ПАВ увеличивает эффективность разрушения отложений органических веществ за счет образования между водной и углеводородной фазами так называемой средней фазы, содержащей основное количество ПАВ и находящейся в равновесии с избытком воды и углеводорода.

Для условий увеличения глубины формирования органических отложений в скважине обоснованы принципы применения механических методов удаления, соответствующие главному критерию применимости - минимизации негативного влияния на надёжность работы колонны штанг. Показана возможность управления изменением максимальных и минимальных нагрузок на основе оптимизации компоновки колонны штанг и формы скребков-центраторов.

Теоретически и экспериментально на основе многофакторного анализа исследована динамика удаления органических отложений с поверхности защитных покрытий при взаимоналожении физико-химического и гидродинамического воздействия. Установлена кинетика формирования отложений для различных типов полимерных покрытий. Обнаружено проявление эффекта увеличения интенсивности формирования органических отложений в узком интервале температур 35-40°С, обусловленного влиянием температуры на кинетику зарождения центров конденсации и доставку вещества к ним.

^ Основные защищаемые положения

Результаты теоретических, экспериментальных и промысловых исследований влияния условий разработки и эксплуатации нефтяных месторождений на существенные изменения состава, свойств, интенсивности, области формирования органических отложений.

Методологические подходы к применению технологий воздействия на призабойную зону скважин при добыче парафинистой нефти на поздней стадии разработки с учетом особенностей формирования органических отложений и взаимовлияния технологий.

Направления развития технологий предупреждения и удаления органических отложений, обеспечивающих надёжное функционирование нефтедобывающей системы в условиях эксплуатации техногенно изменённых залежей нефти.

^ Практическая ценность и реализация работы

Результаты диссертационной работы использованы при составлении руководящих документов на технологии, которые широко внедрены в производство:

РД 153-39.1-252-02. Руководство по эксплуатации скважин установками скважинных штанговых насосов в ОАО «Татнефть». - Альметьевск: ОАО «Татнефть», 2002.

РД 153-39.1-241-02. Руководство по эксплуатации скважин УЭЦН в ОАО «Татнефть». - Альметьевск: ОАО «Татнефть», 2002.

РД 153-39.0-357-04. Технические требования к внутренним покрытиям стальных цилиндрических емкостей (вертикальных и горизонтальных). Альметьевск: ОАО «Татнефть», 2004.

РД 153-391-288-03. Трубы насосно-компрессорные с внутренним полимерным покрытием. Инструкция по эксплуатации. Альметьевск: ОАО «Татнефть», 2004.

РД 153-39.0-322-03. Покрытия лакокрасочные для внутренней поверхности труб. Альметьевск: ОАО «Татнефть», 2004.

Определены критерии выбора и оценки эффективности технологий предупреждения и удаления органических отложений с учетом условий поздней стадии разработки и системного подхода к внедрению:

Разработана и используется в производственной деятельности методика исследования эффективности растворителей с учетом структуры отложений и свойств поверхности формирования.

Установлены основные факторы, определяющие эффективность удаления органических отложений с использованием водных растворов НПАВ в широком интервале температур для различных типов защитных покрытий и материалов. Установлены оптимальные концентрации и составы композиций НПАВ, обеспечивающие разрушение органических отложений и не оказывающие влияния на интенсификацию формирования органических отложений. Обоснован способ применения и композиция неионогенных ПАВ, обеспечивающий более эффективное, по сравнению с промышленно применяемыми способами, воздействие на органические отложения.

Обоснованы и конкретизированы технологические принципы применения механических методов удаления органических отложений с учетом их влияния на надёжность нефтепромыслового оборудования. Определены зависимости влияния механических методов удаления органических отложений на изменение нагрузок в точке подвеса штанг, предложены критерии их выбора, определяющие более высокое качество очистки поверхности и надёжность нефтепромыслового оборудования.

Разработан стандарт предприятия СТО ТН 038-2009, систематизирующий и регламентирующий применение методов удаления и предупреждения органических отложений для призабойной зоны пласта, скважинного оборудования и системы нефтесбора.

Разработана и внедрена в ОАО «Татнефть» автоматизированная информационная система поддержки управления инновационной производственной деятельностью предприятия «Новая техника» (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613522), комплексная автоматизированная система поддержки управления инновационной деятельности предприятия «ЭДИСОН+» (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611393). Использование данных систем позволило существенно повысить технико-экономические показатели внедрения новых технологий.

На основе материалов диссертационной работы автором разработана новая дисциплина «Осложнения в нефтедобыче» для специальности «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» Альметьевского государственного нефтяного института. Материалы диссертационной работы используются при чтении лекций студентам по дисциплинам «Осложнения в нефтедобыче», «Эксплуатация нефтяных и газовых скважин», а также инженерно-техническим работникам нефтегазодобывающих предприятий на курсах повышения квалификации.

^ Личный вклад автора состоит в постановке целей и задач исследований, выборе объектов и методов исследований, непосредственном участии в проведении экспериментов, систематизации и интерпретации полученных результатов, формулировании научных положений и выводов. Вклад автора является основным во всех разделах работы.

^ Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на отраслевых, региональных и международных конференциях:

Отраслевой научно-практической конференции «Проблемы разработки нефтяных месторождений и подготовки специалистов в вузе» (Альметьевск, 1996), научно-практической конференции «Техника и технология добычи нефти на современном этапе» (Альметьевск, 1998), Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1998), Научно-практической конференции, посвящённой 50-летию ОАО «Татнефть» «Развитие и перспективы нефтяной промышленности Татарстана на пороге 21 века» (Альметьевск, 2000), Всероссийской научно-практической конференции «Большая нефть 21 века» (Альметьевск, 2006), Международной научно-практической конференции «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов» (Казань, 2007), Международных учебно-научно-практических конференциях «Трубопроводный транспорт-2008, 2009, 2010» (Уфа, 2008, 2009, 2010), III научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2008), 5-й Международной практической конференции и выставке «Механизированная добыча 2008» (Москва, 2008), Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов» (Казань, 2009), VIII Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (Астрахань, 2009), VI Международной научно-практической конференции «Нефтегазовые технологии» (Самара, 2009), научно-практической конференции «Актуальные вопросы разработки нефтегазовых месторождений на поздних стадиях. Технологии. Оборудование. Безопасность. Экология» (Уфа, 2010), Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию Российского государственного университета нефти и газа имени И.М.Губкина «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2010), Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (2010, Туапсе), Международной научно-практической конференции «Инновации и технологии в разведке, добыче и переработке нефти и газа» (Казань, 2010).

Публикации. По результатам представленных в работе исследований опубликовано 67 научных работ, в том числе: 1 монография, 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 авторских свидетельства и патент на изобретение.

^ Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений. Она изложена на 313 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка, 96 таблиц, 5 приложений на 34 страницах. Библиографический список составляет 369 наименований.

Автор выражает благодарность д.т.н., члену – корреспонденту АН РТ Тронову В.П., академику АН РТ Ибатуллину Р.Р. за научные консультации и советы, оказанные при выполнении данной работы, своим коллегам с кафедры Разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений АГНИ, ТатНИПИнефть, Инженерного центра ОАО «Татнефть», руководителям и специалистам ОАО Татнефть, за проведение совместных исследований и содействие в работе, обсуждение результатов и ценные замечания.

^ Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована основная цель диссертационной работы, поставлены задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность.

Отмечено, что проблема формирования органических отложений находится под пристальным вниманием специалистов производства и науки, является одним из приоритетных направлений повышения эффективности эксплуатации скважин. Значительный вклад в изучение условий и механизма формирования органических отложений, разработку методов борьбы с органическими отложениями внесли отечественные и зарубежные учёные: Р.А.Абдуллин, А.А. Абрамзон, Г.А.Бабалян, А.З. Биккулов, Л.Ф.Волков, П.П.Галонский, Ф.С.Гарифуллин, В.Н.Глущенко, С.Н.Головко, А.И.Гужов, В.В.Девликамов, Н.Г.Ибрагимов, Я.М.Каган, Ф.А.Каменщиков, А.И.Комиссаров, В.И.Кудинов, С.Ф.Люшин, Б.А.Мазепа, Р.А.Максутов, Т.М.Мамедов, И.Т.Мищенко, А.Х.Мирзаджанзаде, М.Х. Мусабиров, В.Ф.Нежевенко, Н.Н.Непримеров, В.А.Рагулин, В.А.Рассказов, Ю.В.Ревизский, М.К.Рогачёв, Г.В. Романов, З.А.Ростэ, В.А.Ростэ, В.А.Сахаров, Ф.Л.Саяхов, М.А.Силин, В.В.Сизая, Б.М.Сучков, К.В.Стрижнев, А.Г.Телин, В.П.Тронов, К.Р.Уразаков, З.А.Хабибуллин, Н.И.Хисамутдинов, А.Я. Хавкин, Ю.В.Шамрай, Д.М.Шейх-Али, G. Mansoori, W.Frenier, M. Ziauddin, R.Venkatesan и др.

Основной объем исследований по изучению состава, условий формирования, методов удаления органических отложений был выполнен в 60-х годах прошлого века. После этого в условиях функционирования нефтедобывающей системы произошли существенные изменения: изменилось термодинамическое состояние и особенности геолого-физических характеристик углеводородных залежей, в нефтепромысловой практике стали широко использоваться методы увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти, изменились состав и свойства добываемой продукции.

Изменение состава и свойств нефти оказывает значительное влияние на появление осложнений, обусловленных формированием органических отложений. Большой вклад в проведение исследований по изучению изменений состава и свойств нефти в процессе разработки месторождений, которые начали наиболее активно проводиться в последние десятилетия, внесли работы И.Ф. Глумова, Р.Н.Дияшева, Р.Р.Ибатуллина, А.Г.Ковалёва, О.В.Ковалёвой, А.Г.Козлова, Г.П.Курбского, Л.М.Петровой, Г.В.Романова, М.Л.Сургучёва, Э.М.Симкина, Т.Н.Юсуповой, Р.Н.Фахретдинова, М.Р.Якубова.

Основополагающие исследования проблемы формирования органических отложений проводились для отдельных подсистем и условий начальных стадий разработки нефтяных месторождений. Учитывая широкое внедрение методов интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений, развитие негативных тенденций, связанных с изменением термодинамического состояния нефтесодержащих коллекторов, состава и свойств нефти, важная научно-прикладная задача решения проблемы формирования органических отложений требует дальнейших исследований и развития на основе системного подхода, с учётом изменений условий эксплуатации, взаимовлияния применяемых технологий, накопленного опыта и результатов современных научных исследований.

Первая глава посвящена изучению техногенных изменений условий добычи нефти, её состава и свойств в процессе разработки и их влияния на формирование органических отложений.

Показано, что в процессе разработки происходит существенное изменение параметров и свойств нефти. По ряду площадей Ромашкинского месторождения произошло уменьшение газового фактора на 6-14%, увеличение плотности пластовой нефти на 1,4-1,9%, вязкости на 28,5%, снижение давления насыщения на 6-10%, увеличение содержания асфальтенов на 81%. Изменился фракционный состав нефти и компонентный состав нефтяного газа.

Исследования влияния физико-химических методов увеличения нефтеотдачи (МУН) на состав добываемой нефти были проведены на основе определения динамики изменения оптических характеристик промысловых проб нефти, которые отбирались в течение 6 - 9 месяцев с периодичностью 2 недели, из добывающих скважин участков, на которых были реализованы технологии с использованием гидрофобного эмульсионного раствора (ГЭР), композиционной системы на основе низкоконцентрированных растворов полимеров и поверхностно-активных веществ (НКПС), а также реагента СНПХ - 9030. Выбор участков скважин проводился с использованием КИС АРМИТС с учётом необходимости исключения влияния на оптические свойства нефти каких-либо иных факторов, кроме методов увеличения нефтеотдачи. Измерения оптических спектров проводились на фотометре КФК-3 в диапазоне длин волн от 310 нм до 990 нм (рис. 1). На основе статистического анализа лабораторных исследований в качестве основной длины волны для всех скважин исследуемых участков установлено, что оптимальным является использование длины волны 385 нм и 390 нм в ультрафиолетовой области спектра.

Подключение недренируемых ранее зон пласта, содержащих непреобразованную нефть, в результате применения технологии СНПХ-9030, обусловило уменьшение коэффициента светопоглощения добываемой нефти с 3712,4 до 2667,1 см-1 с коэффициентом корреляции с объёмами добычи нефти -0,937. В результате вытеснения остаточной преобразованной нефти с использованием гидрофобного эмульсионного раствора установлено увеличение коэффициента светопоглощения добываемой нефти с 2867,5 см-1 до 4043,5 см-1 с коэффициентом линейной корреляции с объёмом добычи нефти 0,816.

а)

б)

в)



г)

Рис.1 - Динамика спектров поглощения проб нефти скважины

а) 14776 б)14777 (технология ГЭР) в)11321 г) 11322 (технология СНПХ-9030)

Комплексное воздействие технологии композиционных систем на основе низкоконцентрированных растворов полимеров и поверхностно-активных веществ (НКПС), направленное как на выравнивание фронта заводнения и вовлечение в разработку ранее неохваченных воздействием зон пласта, так и на вытеснение остаточной пластовой нефти из низкопроницаемых и высокопроницаемых зон, обусловило увеличение коэффициента светопоглощения добываемой нефти с 3257,9 см-1 до 3971,8 см-1.

Таким образом, в результате исследований динамики оптических свойств промысловых проб нефти, отобранных из реагирующих добывающих скважин участков нагнетательных скважин, на которых были использованы гидрофобный эмульсионный раствор, низкоконцентрированный раствор полимеров и поверхностно-активных веществ, СНПХ - 9030, установлено, что применение физико-химических методов увеличения нефтеотдачи может привести к существенному изменению оптической плотности добываемой нефти.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что увеличение содержания в составе нефти смол и асфальтенов оказывает влияние на увеличение массы формирующихся отложений и их пластичность. С учетом потенциального изменения содержания смол и асфальтенов в составе продукции скважин, являющихся объектами применения физико-химических методов увеличения нефтеотдачи, особенно на стадии опытно-промышленных работ, рекомендовано проведение мониторинга показателей работы скважин в сочетании с проведением исследований изменения оптических свойств промысловых проб нефти. В качестве основного метода, позволяющего провести оперативную оценку влияния методов увеличения нефтеотдачи на изменение содержания в составе нефти оптически более плотных компонентов, предложено использование фотоколориметрии.

^ Вторая глава посвящена исследованию структурных и компонентных особенностей органических отложений, формирующихся в скважинном оборудовании на поздней стадии разработки, в условиях эксплуатации техногенно изменённых залежей нефти. Существующие методы удаления органических отложений, несмотря на их многообразие, позволяют решать проблему формирования органических отложений апостериори, после выхода скважин из строя и анализа проб отложений, отобранных при проведении подземных ремонтов. В данных условиях, статистический анализ результатов определения состава и физико-химических свойств органических отложений, закономерностей их изменения, в зависимости от условий и зоны формирования, имеет первостепенное значение и представляет несомненный практический интерес.

На основе исследования образцов органических отложений, отобранных с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) скважин Чишминской, Сармановской, Ташлиярской, Алькеевской и Восточно-Сулеевской площадей Ромашкинского месторождения, установлено, что независимо от глубины формирования и технологических режимов работы скважин, отложения имеют парафиновое основание и относятся к классу отложений с преобладанием органических веществ. Для отложений, отобранных с поверхности НКТ с глубины до 400м, среднее значение отношения суммарного содержания смол и асфальтенов к парафинам (показателя (А+С)/П ) колеблется от 0,57 до 0,80. Для отложений, отобранных с поверхности НКТ и глубины более 400 м, показатель (А+С)/П составляет от 0, 33 до 0,54 (рис.2). Максимальное содержание мехпримесей - 10-15% масс., в среднем 3,5 % масс.

Установлено более высокое содержание парафинов в составе отложений, формирующихся в условиях отсутствия перепада температуры - на поверхности штанг и цилиндра насоса.





а)

б)

Рис.2 - Среднее значение показателя (А+С)/П для проб органических отложений с поверхности НКТ: а) глубина формирования до 400 м; б) глубина формирования более 400 м


Выявлено существенное влияние обводнённости продукции скважин на состав и свойства органических отложений. На основе статистического анализа результатов лабораторных исследований промысловых проб органических отложений, отобранных из скважин с различной обводнённостью, установлена динамика изменения в составе отложений иммобилизованной воды в зависимости от обводнённости скважинной продукции (рис. 3).

Определено, что условия формирования органических отложений являются существенным фактором, определяющим их состав и физические свойства. Содержание воды, которое находится в пределах 15-65%, в составе отложений на поверхности штанг выше, чем в пробах отложений, отобранных с поверхности НКТ. При увеличении глубины формирования происходит увеличение содержания воды в составе отложений, формирующихся на поверхности НКТ, плотность которых возрастает, и, в зависимости от водосодержания, составляет от 967,5 кг/м3 до 1036 кг/м3.





Рис.3 – Влияние обводненности продукции скважин на содержание нефти и воды в составе отложений
Выявлено влияние обводнённости продукции скважин на увеличение в составе органических отложений смол и асфальтенов. На основе статистического анализа результатов лабораторных исследований составов проб органических отложений, отобранных из скважинного оборудования безводных и высокообводнённых (обводнённость 80%) скважин определено, что более 15% смол в составе органических отложений имеют 41% обводненных и только 12% безводных скважин.






а)

б)

Рис.4- Гистограмма распределения проб органических отложений по содержанию:

а) смол, б) асфальтенов для различной обводнённости продукции скважин



47% проб органических отложений, отобранных из скважин с безводной продукцией, содержат менее 4% асфальтенов, и ни одной пробы с таким содержанием асфальтенов не отмечено в скважинах с обводненной продукцией. При этом пробы отложений 94% обводненных скважин в составе органических отложений содержат более 4% асфальтенов.

Температура плавления органических отложений является одним из показателей, определяющих эффективность применения ряда методов удаления органических отложений. Установлено, что органические отложения, сформировавшиеся в одной скважине, на одной глубине, в зависимости от области формирования (поверхность штанг, НКТ, цилиндра насоса), имеют достаточно широкий диапазон температур плавления и кристаллизации. В интервале температур 46-35 ºС наблюдается начало образования кристаллических структур, а при температурах 36 - 31ºС отмечено завершение кристаллизации большинства образцов органических отложений. Диапазон температур плавления составляет 78 – 85 ºС.

Выявлено наличие пористости образцов органических отложений. Общая пористость образцов с ненарушенной структурой составляет 6,7-19,9 %, а их открытая пористость 3,5-12,0%. Установлено, что рекристаллизация приводит к увеличению температуры плавления органических отложений в среднем на 3,8 С, возникновению в них беспористых, пластичных структур, обладающих повышенной адгезией к твердым поверхностям.

Таким образом, в результате исследования свойств промысловых проб органических отложений, формирующихся в скважине на поверхности различных элементов нефтепромыслового оборудования, установлено, что условия формирования отложений являются существенным фактором, определяющим их свойства. Образцы органических отложений, отобранных из одной скважины, характеризуются значительной неоднородностью по свойствам. Отложения, сформировавшиеся на одной глубине, но в условиях отсутствия перепада температур (на поверхности цилиндра насоса и штанг), обладают большими значениями плотности и меньшими значениями пористости, чем отложения, сформировавшиеся на поверхности НКТ.

Технологические операции оказывают существенное влияние на изменение свойств органических отложений. В результате исследования плотности отложений с ненарушенной структурой, после смятия, после термического воздействия, выявлено, что пробы органических отложений с ненарушенной структурой имеют величину плотности большую, чем у нефти и пресной воды (976,6 - 1036,5 кг/м3). Наибольшее влияние на изменение плотности (до 11%) оказывает нагрев отложений до 85С, в результате которого происходит переуплотнение структуры отложений и переход системы в более стабильное, устойчивое состояние за счет самопроизвольного уплотнения пористого тела. После смятия и удаления минерализованной воды наблюдается уменьшение плотности до величины, несколько превышающей плотность нефти (967,6 - 984,4 кг /м3). Минимальное изменение плотности после нагрева отмечено для отложений, сформировавшихся на поверхности цилиндра насоса в условиях отсутствия перепада температур. В результате исследований механической прочности промысловых органических отложений установлено, что при последовательном нагреве до температур 30, 40, 60 С происходит увеличение пенетрации в 1,4-3,4 раза в зависимости от области формирования.

Присутствие основных вышеперечисленных факторов способствует стабилизации процесса формирования пластичных, трудносмываемых отложений и приводит к необходимости новых подходов к решению проблемы формирования органических отложений.

^ Третья глава посвящена анализу и обоснованию общего методологического подхода к проведению обработок призабойной зоны (ОПЗ) скважин, осложнённых формированием органических отложений. В процессе эксплуатации скважин при добыче парафинистой нефти процессы ф