Способ предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к способам предотвращения отложения на нефтедобывающем оборудовании парафина и других составляющих углеводородного сырья, например асфальтосмолопарафиновых композиций, при его добыче и транспортировке. Продукцию скважин и/или часть продукции скважин перед подачей в систему добычи и сбора нефти обрабатывают сложномодулированной последовательностью наносекундных электромагнитных импульсов пикосекундными фронтами. Приводятся диапазоны амплитуды разности потенциалов, длительности, частоты повторения. Указывается диапазон нагрузки работающего источника энергии и время. Снижаются затраты энергии и расширяются функциональные возможности способа.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к способам предотвращения отложения на нефтедобывающем оборудовании парафина и других составляющих углеводородного сырья, например асфальтосмолопарафиновых композиций, при его добыче и транспортировке.

Известно, что физико-химические свойства некоторых составляющих углеводородного сырья такие, как температура плавления, вязкость, текучесть и т.п., создают серьезные проблемы при эксплуатации месторождений нефти и газа. Проблемы возникают вследствие образования в скважинах и трубопроводе асфальтосмолопарафиновых отложений, далее АСПО, которые являются естественными составляющими природных ископаемых. В борьбе с этим процессом обычно используются методы, основанные либо на механическом воздействии на отложения за счет возбуждения ударных волн в жидкости [Коляда Ю.Е. Доповiдi НАНУ, №4, 2000, с.83), либо на прогреве и, следовательно, разрушении слоя АСПО [Балакирев В.А. Сотников Г.В. Устранение парафиновых пленок электромагнитным излучением, Труды 11-й Межд. Конф. КрыМиКо'2001, Севастополь, Украина, 2001, с.657].

Известен способ удаления АСПО из скважины, включающий закачку горячего газообразного агента в полость насосно-компрессорных труб через полые штанги, расплавление и отмыв отложений с поверхности оборудования и вынос загрязнений на поверхность [см. описание к патенту РФ №2001247 С1, М.кл. Е 21 В 37/00, опубл. 21.02.92], в котором в момент выхода горячего газообразного агента в полость насосно-компрессорных труб в скважину начинают закачивать жидкий растворитель отложений и ведут одновременную закачку горячего газообразного агента в полые штанги, а жидкого растворителя отложений в затрубное пространство до удаления отложений.

Описанный выше способ позволяет улучшить технико-экономические показатели по сравнению с другими известными способами, использующими горячие газообразные агенты.

Однако недостатком этого способа и других аналогичных известных способов является сложность используемого оборудования и нерациональные затраты энергии. При закачке горячего растворителя, например, по затрубному пространству теплопотери так велики, что уже через 400-600 м температура жидкости падает до температуры окружающей скважинной жидкости, и жидкость перестает выполнять свое назначение. Для поддержания необходимой температуры, как отмечено выше, необходимы дополнительные значительные затраты энергии. Кроме того, способ требует дополнительных затрат на обеспечение техники безопасности.

Известен способ ликвидации асфальтосмолопарафиногидратных пробок (АСПГП) в скважине, включающий спуск в скважину на кабеле нагревательного устройства до поверхности пробки, заполнение скважины до устья жидкостью, герметизацию устья скважины сальниковым узлом, нагрев пробки нагревательным устройством и его продвижение до полного разрушения пробки [см. описание к патенту РФ №1816849, М.кл. Е 21 В 37/00, опубл. 23.05.93].

Описанный выше способ позволяет повысить эффективность и безопасность при проведении работ по удалению АСПГП.

Однако способ не обеспечивает предотвращение образования АСПО, что существенно ограничивает возможности его использования.

Наиболее близким к заявляемому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ предотвращения асфальтосмолистых и парафиновых отложений в системе добычи и сбора нефти, включающий электрофизическое воздействие на продукцию скважин [см. описание к патенту РФ №2176310 С2, М.кл. Е 21 В 37/06, опубл. 27.11.2001], при котором вначале смешивают продукцию скважин с реагентом и/или часть продукции скважин с реагентом, затем перед подачей в работу смеси химического реагента с продукцией скважин и/или части продукции скважин их предварительно обрабатывают в переменном магнитном поле низкой частоты.

Обработка продукции скважин с реагентом в переменном магнитном поле низкой частоты повышает эффективность использования реагента, так как, по мнению авторов, достигается хороший контакт реагента с продукцией скважины под влиянием переменного магнитного поля низкой частоты. Имеющиеся частицы асфальтов, смол и парафинов хорошо диспергируются и уносятся потоком нефти, т.е. предотвращается отложение осадков на стенках оборудования и труб. По предложенному способу одна установка подачи реагента и одно устройство для обработки в магнитном поле обеспечивают защиту от отложений сборного коллектора и всех скважин куста, что резко снижает затраты на технологический процесс по защите оборудования от отложений.

Однако положительное действие магнитного поля проявляется в основном на реагенте, повышая его химическую активность, и существенно уменьшается, как только падает химическая активность реагента. Для поддержания химической активности реагента на высоком уровне необходимы дополнительные затраты энергии, что ограничивает возможность использования способа при высоком содержании асфальтосмолопарафиновых примесей в нефти или газе.

Поэтому целью заявляемого технического решения является снижение затрат энергии и расширение функциональных возможностей способа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений в системе добычи и сбора нефти, включающем электромагнитное воздействие на продукцию скважин и/или часть продукции скважин, согласно изобретению продукцию скважин и/или часть продукции скважин перед подачей в систему добычи и сбора нефти обрабатывают сложномодулированной последовательностью наносекундных электромагнитных импульсов амплитудой 60 кэВ<U<100 кэВ, длительностью 1 нc<τ_i<100 нc, с частотой повторения 100 Гц<f<1,0 кГц, с субнаносекундными фронтами 0,01 нc<τ_f<1,0 нc от источника энергии, работающего на нагрузку 200 Ом<R<2,0 кОм, в течение 1,0 с<τ<10 с.

При определении граничных значений параметров способа учитывались такие факторы, как скорость движения нефти в нефтепроводе, концентрация АСП в нефти и др. Расчеты были выполнены для участка нефтепровода длиной 1,0 м. Производить обработку на участке более одного метра нецелесообразно с точки зрения величины затрат на обработку.

Как видно из изложения сущности заявляемого решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.

Решение также обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений в системе добычи и сбора нефти, в котором, вследствие обработки продукции скважин и/или части продукции скважин перед подачей в систему добычи или сбора нефти сложномодулированной последовательностью наносекундных электромагнитных импульсов с амплитудой разности потенциалов 60 кэВ<U<100 кэВ, длительностью 1 нc<τ_i<100 нc, частотой повторения 100 Гц<f<1,0 кГц, с пикосекундными фронтами 1 пс<τ_f<300 пс от источника, работающего на нагрузку 200 Ом<R<2,0 кОм, в течение 1,0 с<τ<10 с, обеспечивается возбуждение молекул либо на резонансных частотах этих связей, либо на нижнем энергетическом уровне и диссоциация в результате последующей эволюции колебательных состояний молекул АСПО, а также в результате столкновений эффективное воздействие на связи между комплексами атомов, образующими АСПО, и за счет этого существенно изменяются реологические свойства вещества, то есть изменяются такие физические характеристики АСПО как температура плавления, вязкость, текучесть до показателей, которые исключают образование отложений или обеспечивают размыв отложений в случае использования способа для удаления уже образовавшихся осадков. При этом следует отметить, что затраты энергии существенно ниже, чем при известных способах удаления АСПО.

Известны способы изменения физико-химических свойства вещества, включающие воздействие наносекундными электромагнитными импульсами, далее НЭМИ, на водные и другие растворы [см. описания к патентам РФ №2118223, М.кл. В 22 С 1/18, опубл. 27.08.98; №2118224, М.кл. В 22 С 1/20, опубл. 27.08.98; №2129932, М.кл. В 22 С 1/18, опубл. 10.05.99], в которых на вещество воздействуют либо непрерывно, либо периодически в течение 15-25 или 60-120 мин.

Использование НЭМИ в одном случае вызывает снижение на 40...45% кинематической вязкости жидкой среды, а также неограниченную живучесть связующего раствора, в другом случае - ускорение гидролиза и увеличение смачивающей способности связующего, в третьем оказывает эффект “разжижающего” действия на растворитель, снижения вязкости гипсовой смеси, увеличения его седиментационной устойчивости вследствие разрушения гидратных оболочек коллоидных частиц раствора.

Однако в известных, вышеупомянутых случаях действие НЭМИ было направлено на разрушение межмолекулярных связей, например гидратных оболочек коллоидных частиц водного раствора с образованием химически активных частиц. При этом используют электромагнитное излучение не менее 1 МВт/имп при частоте 1 кГц, периодически в течение 20-60 мин или непрерывно.

Предлагаемое решение принципиально отличается от упомянутых выше тем, что реализует комплексный подход к решению проблемы предотвращения роста АСПО на основе электрофизического нетеплового воздействия на молекулы, составляющие АСПО. Нетепловое воздействие последовательности коротких импульсов электромагнитного поля на нефть и возникновение квазистационарного неравновесного состояния молекул АСПО под воздействием этой последовательности способны существенно изменить такие свойства нефти как вязкость и текучесть.

Промышленная применимость заявляемого способа и возможность его реализации проверена экспериментально.

С этой целью были проведены эксперименты по воздействию на нефть сложномодулированных импульсов с амплитудой разности потенциалов U=60 кэВ, длительностью τ_i=5 нc, пикосекундными фронтами τ_f=10 пс от источника, работающего на нагрузку R=2,0 кОм в течение τ~5 с.

Результат воздействия сложномодулированными импульсами оценивался путем сравнения инфракрасного (ИК) спектра необработанной нефти и обработанной. Испытаниям подвергались образцы нефти массой 100 г. Оказалось, что ИК-спектр нефти в области частот 3000 см^-1<ω<3600 см^-1, обработанной последовательностью импульсов указанных выше параметров, аналогичен ИК-спектру нефти нагретой до 80°С, то есть до температуры, при которой нефть обладает вязкостью и текучестью, исключающей образование АСПО в скважинах и магистралях. При этом энергия, сосредоточенная в электромагнитных импульсах, равна ~12 Дж. Для нагрева нефти до температуры, эквивалентной импульсному воздействию, например, с помощью СВЧ необходимо затратить ~16,8 кДж, что в ~1,4·10³ раз больше. Оказалось также, что для эффективного возбуждения колебаний системы важна не столько энергия источника, сколько мощность импульсов и широкий спектр воздействующего сигнала как за счет короткой длительности отдельных импульсов, так и за счет сложной модуляции последовательности этих импульсов.

Следует отметить также устойчивость достигнутого эффекта. ИК-спектры нефти, подвергнутой воздействию сложномодулированной последовательностью наносекундных импульсов, сохраняют свои параметры более суток, что очень важно при определении количества установок для воздействия на нефть в магистралях, а следовательно, и капитальных затрат.

Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения и примера его осуществления, его реализация позволит снизить затраты энергии на предотвращение и устранение АСПО в скважинах и трубопроводах в несколько раз в сравнении с известными способами.

Способ предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений в системе добычи и сбора нефти, включающий электромагнитное воздействие на продукцию скважин и/или часть продукции скважин, отличающийся тем, что продукцию скважин и/или часть продукции скважин перед подачей в систему добычи и сбора нефти обрабатывают сложномодулированной последовательностью наносекундных электромагнитных импульсов с амплитудой разности потенциалов 60 кэВ < U < 100 кэВ, длительностью 1 нc < τ_i < 100 нc, частотой повторения 100 Гц < f < 1,0 кГц, пикосекундными фронтами 1 пс < τ_f < 300 пс от источника энергии, работающего на нагрузку 200 Ом < R <2,0 кОм, в течение 1,0 с < τ < 10 с.