Образование на поверхностях оборудования отложений твердых веществ

Процессы выпадения парафина из нефти и образования отложений на поверхности оборудования определяются условиями нарушения фазового равновесия нефти, представляющей гомогенную систему. На выпадение твердой фазы в первую очередь влияет снижение растворяющей способности нефти по отношению к парафину, которая в значительной мере зависит от температуры.

Нефть охлаждается, в основном, при движении от забоя к устью скважины. Этим объясняется значительное выпадение парафиновых отложений в верхней части колонны труб. Устьевая арматура, манифольдные и выкидные линии, создавая препятствие движению потока нефти, изменяют его гидродинамические характеристики, способствуя тем самым выпадению парафиновых отложений на этих участках.

Парафиновые отложения включают не только собственно парафины, но и асфальтены, смолы, песок, глину, соли и другие примеси. Процесс образования отложений парафинов на поверхности оборудования весьма сложен и является результатом физико-химических процессов, протекающих в объеме среды и на границе с поверхностями оборудования: адсорбции, коагуляции, кристаллизации и др.

Образование парафиновых отложений происходит из-за возникновения и роста кристаллов парафина непосредственно на поверхности, контактирующей с нефтью, или в результате сцепления с поверхностью частиц твердой фазы парафина, образовавшихся в потоке. Накопление парафиновых отложений на поверхности чередуется с их частичными или полными срывами, зависящими от адгезии к поверхности и гидродинамических характеристик потока.

Интенсивность образования парафиновых отложений на поверхностях оборудования зависит от содержания в нефти воды и других примесей. На гидрофильных поверхностях вода образует сплошной слой, и нефть непосредственно примыкает только в виде капель. В этих условиях с увеличением содержания воды в нефти парафинизация оборудования уменьшается. На гидрофобных поверхностях наблюдается обратная картина - присутствие воды в нефти вызывает интенсивное отложение парафина. Меха­нические примеси участвуют в образовании агрегатов парафина, которые прилипают затем к поверхностям оборудования и сливаются, образуя сплошной слой.

При эксплуатации скважин, продукция которых содержит значительное количество пластовых вод, в подъемных трубах, выкидных линиях, коллекторах и сборных емкостях образуются солевые отложения. В 80 % случаев отложения солей наблюдаются при обводненности скважин более 50 %. Наиболее интенсивное отложение солей происходит при форсированном отборе нефти, несовместимости составов нагнетаемых и пластовых вод, что приводит к уменьшению сечения труб, снижению дебита скважин, выходу из строя скважинных насосов и т.д.

Накопление солевых отложений на поверхностях оборудования, контактирующих с минерализованной водной средой, связано с возникновением и ростом кристаллов соли непосредственно на поверхности и покрывающих ее адсорбционных слоях или прилипанием к поверхности готовых кристаллов, находящихся в потоке жидкости. Причина выпадения солей из раствора - нарушение равновесного состояния системы соль - вода, обусловли­вающее переход солей из раствора в кристаллическое состояние.

Основными типами солевых отложений на большинстве отечественных нефтяных месторождений являются сульфаты и карбонаты кальция, сульфаты бария.

Солевые осадки, образующиеся на поверхностях оборудования, содержат органические компоненты нефти (асфальтены, смолы, спирты, нефтяные кислоты, их соли, галлоидные и серо-органические соединения), которые, обладая высокой адсорбционной и химической активностью, интенсифицируют процесс отложения солей. Адсорбируясь на границе раздела фаз, они увеличивают адгезию солевых частиц к поверхности.

Накопление на поверхностях оборудования солевых отложений, как и парафиновых, сопровождается их частичными или полными срывами, зависящими от прочности сцепления с поверхностью и гидродинамических характеристик потока.

Физико-химические свойства и геометрия поверхностей оборудования оказывают существенное влияние на интенсивность их запарафинивания. Наличие на поверхности макро- и микронеровностей, мелких пор, царапин, раковин способствует интенсивному образованию отложений. Наиболее значительный рост отложений происходит при увеличении шероховатости поверхно­сти от 1-2 до 7~9 мкм. Дальнейшее увеличение шероховатости оказывает слабое влияние на интенсивность запарафинивания. Низкая шероховатость поверхности не является достаточным условием для предотвращения ее запарафинивания. Важную роль играет природа материала поверхности. При одной и той же шероховатости количество парафина, отложившегося на единице поверхности Am/S материалов различной химической природы, разное.

1. Диагностика технического состояния НКТ [2].

В процессе эксплуатации колонны НКТ на внутренней поверхности труб часто образуются значительные отложения парафинов и минеральных солей, что приводит к существенному сужению их проходного сечения. При контакте с агрессивной продукцией скважины протекает интенсивная коррозия труб, приводящая к нарушению герметичности или обрыву труб.

В результате многократных спуско-подьемных операций, в особенности при добыче нефти скважинными штанговыми на­сосными установками (СШНУ), происходит износ сопряженных резьбовых поверхностей НКТ и муфт, в значительной мере обусловленный фреттинг-коррозией. Кроме этого при эксплуатации СШНУ происходит износ внутренней поверхности НКТ вследствие контакта с насосными штангами и штанговыми муфтами, что приводит к потере герметичности или излому труб.

Для определения пригодности отработавших НКТ к дальнейшей эксплуатации или необходимости ремонта НКТ следует предварительно очистить от грязи и отложений, а затем произвести контрольно-сортировочные работы (разбраковку).

Контрольно-сортировочные работы разделяют на две стадии:

визуальное выявление дефектов;

выявление дефектов различными методами специального контроля (дефектоскопией) и с помощью универсальных мерительных инструментов (калибров, шаблонов и т.п.).

При визуальном контроле выявляют наличие на поверхности НКТ плен, сквозных свищей, видимых трещин, вмятин, глубоких рисок или надрезов, дефектов резьбы, отложений парафинов, солей и др. Дефектоскопию, в частности ультразвуковую или индукционную, используют для выявления внутренних скрытых дефектов, в частности, микротрещин, расслоений и т.д.

С помощью универсальных мерительных приборов проверяют отклонения по наружному диаметру, овальность труб и муфт. Резьбовыми и гладкими калибрами проверяют овальность, отклонения по конусности и натяги резьб, и при помощи шаблонов контролируют соответствие внутреннего диаметра НКТ номинальному размеру.

В процессе разбраковки разделяютНКТ на две группы; с устранимыми и неустранимыми дефектами. Отнесение фактических дефектов НКТ и муфт к той или иной группе определяется действующей НТД.

НКТ, имеющие значительное искривление, вмятины, трещины, видимые плены, раковины и расслоения, заметную скрученность, а также другие недопустимые дефекты, обнаруженные при визуальном, инструментальном контроле и дефектоскопии, маркируют как брак для списания. НКТ, имеющие устранимые дефекты, направляют на ремонт. Ремонт осуществляют на трубной базе.

Технологическая схема ремонта НКТ приведена на рис. 1.

НКТ, поступившие в цех на ремонт, подвергают очистке и мойке на специальной установке. Наружная поверхность трубы подвергается мойке водой, подогретой до температуры 90°С, и очистке ее металлическими щетками. Внутренняя поверхность трубы подвергается мойке горячей водой, подаваемой под давлением внутрь трубы. Для повышения эффективности внутренней мойки внутрь трубы одновременно с подачей моющей жидкости подается периодически, порциями сжатый воздух.

Очистку резьбы труб и муфт производят при помощи специального приспособления со сменными щетками. Очищенные НКТ сортируют и складируют по диаметрам и группам прочности стали, а затем осматривают для определения вида и объема ремонта каждой трубы по следующим признакам:

сорвана, промыта или повреждена резьба трубы;

муфта значительно деформирована или резьба муфты повреждена;

искривлена труба;

износ поверхности трубы или муфты;

отдельные дефекты в виде плен, закатов, рисок, вырывов и др.