Асфальто-смоло-парафиновые отложения как одна из причин преждевременного выхода из строя внутрискважинного оборудования

Опыт механизированной эксплуатации скважин на нефтяных месторождениях показывает, что в течение некоторого времени, исчисляемого от 1 до 4 месяцев, на поверхности промыслового оборудования образуются отложения парафина и асфальто-смолистых веществ. Вязкое вещество темного цвета покрывает толстым слоем седла клапанов, шарики, полость плунжера и пр. Аналогичные отложения происходят и в призабойной зоне пласта, о чем свидетельствуют факты постепенного снижения продуктивности скважин.

Состав и структура АСПО. АСПО представляют собой сложную углеводородную смесь, состоящую из парафинов (20-70 % мас.), АСВ (20-40 % мас.), силикагелевой смолы, масел, воды и механических примесей.

Парафины - углеводороды метанового ряда от С₁₆Н₃₄ до С₆₄Н₁₃₀. В пластовых условиях находятся в нефти в растворенном состоянии. В зависимости от содержания парафинов нефти классифицируют на:

а) малопарафиновые - менее 1, 5 % мас.;

б) парафиновые - от 1, 5 до 6 % мас.;

в) высокопарафиновые - более 6 % мас.

В состав АСВ входят азот, сера и кислород. АСВ обладают высокой молекулярной массой, не летучи, имеют существенную неоднородность структуры. Содержание смолистых веществ в нефти возрастает в связи с испарением легких компонентов и ее окислением, а также при контакте нефти с водой. Иногда к группе смолистых соединений относят асфальтены.

Асфальтены по современным представлениям - это остатки не превратившегося в нефть керогена (нефтематеринской породы). Асфальтены - весьма сложные высокомолекулярные, высоко конденсированные соединения нефти и представляют собой твердые аморфные порошкообразные вещества черно-коричневого цвета. Средние молекулярные массы могут достигать 5000-6000.

Смолы хорошо растворяются в легком бензине, нефтяных маслах, а также бензоле и эфире. Смолы имеют полужидкую или почти твердую консистенцию, но обладают значительной пластичностью (с молекулярной массой от 450 до 1500).

Смолы и асфальтены обладают следующими особенностями:

а) Химические и физико-химические процессы с участием АСВ носят коллективный характер. Асфальтены не являются индивидуальными компонентами, а образуют ассоциативные комбинации, в центре которых локализованы стабильные свободные радикалы.

б) Возникновение сольватной оболочки из диамагнетиков является непременным условием существования парамагнитных частиц в растворах. Образование сольватных оболочек ослабляет силы притяжения парамагнитных молекул и препятствует их рекомбинации в результате теплового движения.

в) Смолы состоят из диамагнитных молекул, часть из которых способна переходить в возбужденное триплетное состояние или подвергаться гомолизу. Поэтому смолы являются потенциальным источником асфальтенов.

г) Свойства АСВ определяются не элементным составом, а, прежде всего степенью межмолекулярного взаимодействия компонентов.

Причины и условия образования АСПО. Образование АСПО, начинается в тот момент, когда нефть вступает в контакт с поверхностью труб, имеющих температуру, близкую к температуре плавления парафина (37-89 ^oС в зависимости от состава нефти) или ниже ее.

Глубина начала парафиноотложений зависит от состава и свойств пластовых флюидов, газового фактора, обводненности добываемой продукции, температурного градиента и состояния поверхности подземного оборудования, а также от параметров эксплуатации скважины. Вследствие многообразия комбинаций данных факторов глубина парафиноотложений изменяется в широких пределах (рисунок 2.1).

Асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) представляют собой высокодисперсные суспензии кристаллов парафина, асфальтенов и минеральных примесей в маслах и смолах. Эти суспензии в объеме имеют свойства твердых аморфных тел, которые, откладываясь в призабойной зоне пласта, на нефтепромысловом оборудовании и трубах приводят к падению производительности системы, снижению эффективности работы насосных установок, осложнениях при капитальном и подземном ремонтах скважин, нарушению циркуляции скважин и другим отрицательным последствиям.

Рисунок 2.1 - Отложение АСВ и парафинов по глубине скважины

На образование АСПО оказывают существенное влияние:

а) влияние давления на забое и в стволе скважины. В случае, когда забойное давление меньше давления насыщения нефти газом, равновесное состояние системы нарушается, вследствие чего увеличивается объем газовой фазы, а жидкая фаза становится нестабильной. Это приводит к выделению из нее парафинов. Равновесное состояние нарушается в пласте, и выпадение парафина возможно как в пласте, так и в скважине, начиная от забоя.

б) увеличение депрессии на пласт. При насосном способе эксплуатации давление на приеме насоса может быть меньше, чем давление насыщения нефти газом. Это может привести к выпадению парафина в приемной части насоса и на стенках эксплуатационной колонны. В колонне НКТ, выше насоса, можно выделить две зоны. Первая - непосредственно над насосом: здесь давление резко возрастает и становится больше давления насыщения. Вероятность отложения в этой зоне минимальна. Вторая - зона снижения давления до давления насыщения и ниже, где начинается интенсивное выделение парафина.