litceysel.ru
добавить свой файл
1
Влияние растворенного углекислого газа на выпадение карбонатов при добыче нефти при помощи УЭЦН



В.Н. Ивановский, А.А. Сабиров, Ю.А. Донской, С.Б. Якимов

РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, ОАО ТНК-ВР


В последнее время всё чаще при добыче нефти приходится сталкиваться с достаточно большим количеством осложняющих факторов. К ним, например, относятся: большая кривизна ствола скважины, малые диаметры обсадной колонны (вследствие ремонтов), высокое газосодержание (прорывной газ), вынос механических примесей, отложение солей, высокая температура жидкости и множество других.

Для некоторых осложняющих факторов существует взаимосвязь, поэтому, борясь с проявлениями какого-либо фактора, можно усугубить влияние другого. Таким образом, оценка возможности оптимизации добычи нефти требует комплексного подхода и учета всех возможных последствий изменения текущих промысловых условий.

Хорошо известно, что одним из осложняющих добычу фактором является разгазирование жидкости. В состав выделившегося газа входит достаточно большое количество компонент: метан, этан, бутан, изобутан, углекислый газ, пентан и т.д. При разгазировании снижается удельная плотность откачиваемой смеси, что может повлечь за собой срыв подачи насоса. Одновременно снижается удельная теплоёмкость смеси, что приводит к ухудшению охлаждения погружного электродвигателя и пар трения в самом насосе.

Кроме этого существует достаточно сильная зависимость равновесной концентрации карбонатов от количества растворенного в жидкости углекислого газа (рис.1). Так же существует зависимость равновесной концентрации карбонатов от кислотности жидкости. Изменение кислотности может происходить не только за счет выделения газа из жидкости, но и за счет изменения равновесного содержания в жидкости ионов солей.

Как видно из графиков, уменьшение концентрации растворенной углекислоты приводит к снижению равновесной концентрации бикарбоната кальция. Таким образом, чтобы карбонат выпал в осадок, достаточно лишь понизить давление в жидкости. При снижении давления произойдет разложение угольной кислоты на углекислый газ и воду, и углекислый газ выделиться из жидкости.


С такой проблемой нефтяники часто сталкиваются при интенсификации добычи нефти, связанной также со снижением забойных давлений, ростом доли свободного газа на приеме, выносом механических примесей из пласта. Рост обводненности и минерализации пластовой жидкости повышает ее коррозионную активность и ведет к образованию солеотложений на скважинном оборудовании.

Для прогнозирования вероятности выпадения соли при оптимизации работы скважины эксплуатируемых с помощью УЭЦН был разработан расчетный блок «Соль» для программного комплекса «Автотехнолог».




1,3 - для температуры 75 0С и концентрации растворенной углекислоты соответственно 5,08*10-3 и 2,54*10-3 моль/л.;

2,5,8,10 - для температуры 100 0С и концентрации растворенной углекислоты 5,08*10-3; 2,54*10-3; 1,01*10-3; 0,508*10-3 моль/л.;

4,6,7 - для температуры 125 и концентрации растворенной углекислоты 10,4*10-3 и 7,60*10-3 моль/л.;

9,11 - для температуры 1500С и концентрации растворенной углекислоты 5,08*10-3; 2,54*10-3 моль/л. [1]


Рис. 1 Графики зависимость растворимости бикарбоната кальция от минерализации воды

Существует несколько методов прогнозирования солеобразования при добыче нефти. Одни из них основаны на графо-аналитических построениях или эмпирико-статистическом анализе и сопоставлении опыта разработки соседних месторождений с изучаемым и имеющим аналогичные горно-геологические условия. С их помощью прогнозирование солеотложений осуществляется для оценки динамики солеобразующего фонда добывающих скважин на перспективу в пределах месторождения и такие методы носят ограниченный региональный характер. Поэтому в настоящее время широко применяются другие - аналитические способы расчетов, базирующееся на определении равновесной насыщенности соли, склонной к выпадению в осадок, и сравнению ее с фактической насыщенностью воды этой солью для конкретных объектов и скважин. На основании анализа нами было выделено четыре методики прогнозирования солеотложений Намиота, Дюбая Гюкеля, Оддо Томсана и Оддо Томсана с известным рН , которые и легли в основу расчетного блока «Соль» ПК «Автотехнолог».


Известна [1,2] эмпирическая зависимость равновесной растворимости карбоната кальция от давления:


LCaCO3(p,t)= LCaCO3*(1+0,012*P),


где LCaCO3(p,t) - искомое произведение растворимости карбоната кальция для требуемых условий,

LCaCO3 - справочное произведение растворимости карбоната кальция при известных условиях,

P - давление в МПа.


Из данной зависимости видно, что давление не оказывает существенного влияния на растворимость карбоната. Поэтому после того как жидкость пройдет через насос и её давление увеличится, ожидать значительного снижения вероятности выпадения соли не следует. Возвращаясь к графикам на рис. 1, можно сказать, что заметное влияние на равновесную растворимость соли оказывает содержание в жидкости углекислого газа. С этой точки зрения, чем больше газа попадет в НКТ, тем меньше будет вероятность осадконакопления. Однако содержание свободного газа на приёме погружного насоса должно быть ограничено, для чего в составе насосной установки часто используют газосепараторы.

Газосепаратор отделяет газ от жидкости и сбрасывает его в затрубное пространство, жидкость, отделенная от газа, попадает на приём насоса. После насоса жидкость повышенного давления и с малым содержанием свободного газа поступает в колонну НКТ. Следовательно, в колонне НКТ вероятность солеотложения будет повышаться. Поэтому мы рекомендуем при таких режимах эксплуатации для борьбы с солеотложениями применять не газосепараторы, а диспергаторы, которые раздробляют (диспергируют) пузырьки свободного газа и доводят газожидкостную смесь (ГЖС) до квазигомогенного состояния. Газ, выделяясь из ГЖС и поднимаясь по трубе, совершает дополнительную полезную работу, что позволяет снизить требуемый напор насоса. Кроме того, увеличенный объем газа (в том числе – углекислого) снижает возможность солеотложения, поэтому желательно не отделять свободный газ от жидкости перед входом в насос.


Существует достаточно большое количество способов защиты насосного оборудования от накопления осадка. Поэтому, даже если погружное оборудование по каким- либо причинам находится в скважине на такой глубине, что избежать выпадения соли не удаётся, то за счет этих мер (например - специальных покрытий) можно избежать накопления отложения солей в насосе, сепараторе, на двигателе. Эти же меры можно применить для предотвращения осадконакопления в НКТ. Однако, поскольку давление в НКТ над насосом будет достаточно высокое и растворимость соли вновь увеличится, такие покрытия наиболее эффективно использовать для верхнего участка колонны труб.


Литература


  1. В.Е. Кащавцев, И.Т. Мищенко Солеобразование при добыче нефти. – М.: Недра, 2004. – 432с.,

  2. В.Е. Кащавцев, Ю.П. Гаттенберг, С.Ф. Люшин. Предупреждение солеобразования при добыче нефти. – М.: Недра, 1985. – 215с.

3. Ю.М.Меркушев. Доклад «Электроцентробежные насосы с низким солеотложением», Международная практическая конференция «Механизированная добыча нефти», апрель 2006 г.