Қоршаған ортаның мониторинг әдістері

Кесте 13. Асфальт-шайыр-парафин шөгінділерінің түрлері

 

АШПШ тобы	АШПШ топшалары	Парафиннің (ІІ) шайыр (С) және асфальтен (А) қосындысына қатынасы, П/(С+А)	Механикалық қоспалардың үлесі, %
Асфальтенді (А)	А1 А2 А3	< 0.9 < 0.9 < 0.9	< 0.2 0.2 – 0.9 > 0.9
Аралас (С)	С1 С2 С3	0.9 – 1.1 0.9 – 1.1 0.9 – 1.1	< 0.2 0.2 – 0.9 > 0.9
Парафинді (П)	П1 П2 П3	> 1,1 > 1,1 > 1,1	< 0.2 0.2 – 0.9 > 0.9

 

Кен орындарын мысалға ала отырып өндірілген мұнай және АШПШ құрамын қарастырамыз (кесте 14).

Арысқұм кен орнының мұнайы жоғары парафинді, ал қалғандары парафинді мұнайға жатады (ГОСТ 11851-85).

Парафиннің түзілу механизмін - мұнай өндіру кезінде кәсіпшілік жабдықтарында, құбыржелілерінде және сорапты-компрессорлық құбырлардың қабырғаларында қатты фазалардың жиналу процессінің жиынтығы деп түсінеміз. Бірінші кезекте парафиннің жиналу себебін анықтау керек: кристалдардың тікелей қондырғының бетіне жиналып, түзілуінен немесе жабысуы нәтижесінде бетке ағындағы қатты фаза бөлшектері жиналады. Ұңғыма шартында қондырғылардың бетіне парафиннің шөгу процессінің екі факторыда бір мезгілде әсер етуі мүмкін. Егер, бірінші механизмнің әсері үлкен болса, онда қондырғылардың бетінің парафиндену механизмі үлкен мүмкіндікке ие болып, мұнайдан бөлінген парафин кристалдарының пайда болуы өседі. Егер де, мұнай ағынынан түзілетін парафин кристалдарының негізгі шөгінділердің пайда болуына қатысы болса, онда қондырғылардың қабырғасында түзілетін шайырлы-парафинді массаның пайда болу механизмінің толық салыстырмалы кескінін алу үшін, дисперсті жүйе теориясына қатысты күрделі сұрақтарды анықтап алуымыз керек.

Асфальт-шайыр-парафин шөгінділері шығатын кен орындары

Кесте 14

Кен орнының аталуы	Шайыр, массалық үлесі. %		Асфальтен, массалық үлесі. %		Парафиндер, массалық  үлесі. %		20 0С тем-дағы мұнайдың тұтқырлығы, мПа·с
	Мұнай	АШПШ	Мұнай	АШПШ	Мұнай	АШПШ
1	2	3	4	5	6	7	8
Құмкөл I кешен                       - II, III және IV кешен -	12,5   6		1,15   0,7		14   12		11-13   9-10
Арысқұм	6,76-16,65		0,09-2,61		9,7-27,82
Қызылқия	3,65-7,73		0,09-0,77		0,6-10,7		1,07-5,35
Майбұлақ	0.82-5.14		0.035-0.355		6.46-15.6

Егер, шөгінділердің түзілуіне газ көпіршіктерінің әсері үлкен роль атқарады деп есептесек, онда бұл жерде мұнайдың флотациялық процессінің мүмкіндігі жайында, сонымен бірге газ көпіршіктерінің аумағында шайыр-парафин қабатшаларының түзілу процесі жайында нақты зерттелмеген сұрақты шешу қажет.

Парафиннің шөгуі көп жағдайда асфальтеннің шөгуімен байланысты, ал шайыр парафинмен салыстырғанда механикалық бұзылуға төтеп береді. Асфальтшайырлы заттар физикалық және химиялық әсерлерге қиын беріледі. Бұл шөгінділермен күресуде одан сайын қиындатады. АШПШ-ның түзілу гипотезін анықтауда ұңғыма өніміндегі асфалтен, шайыр, май, кристаллогидрат, газ және механикалық қоспалардың құрамын, өзара әрекеттерін анықтап алу қажет. Сонымен бірге мұнайдың құрамынан қандай элемент бірінші бөлініп шығады, оның ыдырауына әсер ететін факторлар және де осы элементтердің арасындағы өзара тәуелділікті анықтап алу қажет.

АШПШ негізінен салқындаған металл қондырғылардың бетінде пайда болады. (Металл беттеріңде АШПШ-ның диффузиялық өсуі шөгінділердің өсу қарқындылығының аз ғана мөлшері болып есептеледі). Қондырғылардың салқындаған металл беттерінде АШПШ негізінен, олардың мұнай құрамынан радиальды бағытта қозғалуына байланысты болады.

АШПШ-ның түзілуі мен өсуінің екі сатысы бар екені белгілі. Бірінші сатыда - парафин кристалдары мұнаймен жанасқан қабырғаларға жиналып, олардың өсуі байқалады. Екінші сатыда - жабын бетінде ірі парафин кристалдарының өте көп шөгінділері жиналады.

АШПШ-ның түзілуіне келесі факторлар әсер етеді [29, 30]:

• ұңғыма түбіндегі қысымның төмендеуі және осыған байланысты газсұйық қоспасының гидродинамикалық тепе-теңдігінің бұзылуы;
• газ бөлінуінің қарқындылығы;
• қабатта және ұңғыма қабырғасында температураның төмендеуі;
• газсұйық қоспасының және оның бөлек компоненттерінің қозғалыс жылдамдығының өзгеруі;
• қоспаның әрбір фазасындағы көміртегі құрамы;
• фазалар көлемінің қатынасы;
• құбыр бетінің жағдайы.

АШПШ-ның түзілу қарқындылығы уақытқа және тереңдікке байланысты өзгеруі мүмкін, бір немесе бірнеше факторларға тәуелді, сол себептен шөгіндінің саны мен сипаттамасы әр уақытта тұрақты болмайды.

Ұңғыма түбіндегі қысым мұнайдың газға қанығу қысымынан төмен болғанда жүйенің тепе-теңдігі бұзылады, осының нәтижесінде газ фазасының көлемі жоғарылайды, ал сұйық фазасы тұрақсыз болып қалады. Бұл қабатта мұнайдан парафиннің бөлінуі қалай болса, ұңғыма түбінен бастап ұңғымада парафиннің бөліну мүмкіндігіне алып келеді.

Ұңғыманы сорапты пайдалану кезінде сораптың қабылдауындағы қысым мұнайдың газбен қанығу қысымынан төмен болуы мүмкін. Бұл сораптың қабылдау бөлігінде және пайдалану құбырының қабырғасына парафиннің шөгуіне алып келуі мүмкін. Сорапты-компрессорлы құбырда (НКТ) сораптан жоғары екі аумаққа бөліп қарастыруға болады. Бірінші аумақ – тікелей сораптың үсті: бұл жерде қысым күрт жоғарылайды және қанығу қысымы үлкен болады. Бұл жерде шөгу мүмкіндігі аз болады. Екінші аумақ – қысымның қанығу қысымына дейін төмендеуі және парафиннің бөліну қарқындылығы басталатын аумақ [26].

Фонтанды ұңғымаларда қысымды ұстау кезінде башмактағы қысым қанығу қысымына тең болады, парафиннің шөгуін сорапты-компрессорлық құбырдан күтуге болады [29].

Іс-тәжірибе көрсеткендей, негізгі АШПШ түзілетін обьектілерге - ұңғымалық сораптар, сорапты-компрессорлық құбыр, ұңғыманың шығу желісі, өндірістік мұнай жинау резервуарлары жатады. Парафиннің қарқынды шөгетін орны сорапты-компрессорлық құбырдың ішкі қабырғасы [26].

«Оренбургнефть» ААҚ кен орындары аумағында жүргізілген зерттеу жұмыстарының нәтижесінде, диаметрлері әртүрлі құбырларда парафиннің қабырғаға шөгуі шамамен алғанда бірдей. Түзілген шөгіндінің қалыңдығы   500-900 м тереңдіктен бастап жайлап жоғарылайды және ұңғыма сағасынан төмен 50-200м тереңдікте ең жоғарғы мәнге ие болады, содан кейін ұңғыма сағасы аумағында 1-2 мм қалыңдыққа дейін төмендейді (Сурет 3).

Сурет 3. Ұңғыма тереңдігі бойынша АШПШ шөгуі

Тереңдіктің азаюына байланысты АШПШ құрамындағы асфальт-шайырлы заттар үлесі азаяды, және механикалық қоспалар мен қатты парафиндер мөлшері жоғарылайды (сурет 4)

Ұңғыма сағасына жақын болған сайын, АШПШ құрамында церезин де көп болады және осыған сәйкес шөгіндінің құрылымдық беріктігі жоғары болады.

АШПШ-ның шөгуін болдырмау әдістерінде арнайы лактармен, шыны және эмалмен боялған қорғағыштарды қолдануға көңіл бөлу керек. Тасымалдау, ұңғымада көтеріп-түсіру операциялары кезінде сорапты-компрессорлық құбырлар белгілі бір күштердің әсерінен немесе басқа да салмақ, соққының әсерінен сығылып, майысып кетуі мүмкін. Құбырлардың ішкі беті шынымен қапталған болса, метал құбырлардың ішкі беті көтеріп-түсіру операциялары кезінде жарықшақтанып сызаттар түсуі мүмкін. Сонымен бірге, сорапты-компрессорлық құбырлар тізбегіне сораптарды түсіру кезінде көптеген қиыншылықтар туындайды. Осыдан бөлек, құбырлардың ішкі бетін стекло және эмалмен қаптау технологиясы үшін 700-8000С дейінгі температурада қыздыру керек, ал бұл дегеніміз метал құрылымының және құбыр ұшындағы бұрамаларының (резба) беріктігін өзгертуге алып келеді.

Сурет 4. Ұңғыма тереңдігі бойынша АШЗ және парафин шөгінділері

 

Биотехнологиялық процестер халықшаруашылығында ерекше мән беретін, негізінен саны көп микроорганизмдерді продуценттер есебінде қолдануда және адамға өте қажетті азықтық ақуыздар, ферменттер, антибиотиктер, аминоқышқылдар, дәрумендер және т.б. заттарды алу негізінде қаланды. Микробиология облысын терең зерттеу нәтижесі қасиеттері ерекше жаңа штамдардың пайда болуына және заттардың микроорганизмдерін синтездеу мүмкіндігі бар генді инженерияның дамуына алып келді.

Мұнай микробиологиясы – биологиялық процестерді қолдануға негізделген қарқынды дамып келе жатқан өндірістік микробиологияның бір саласы. Биотехнологияны жан-жақты сауатты қолдану арқылы – мұнай және газды іздеуге, қабаттың мұнай бергіштігін арттыруға, мұнайды өңдеуге, қоршаған ортаны қорғауға қатысты мәселелерді түпкілікті шешуге болады.

Микробиология технологиясы химиялық және физикалық әдістерді қолдану арқылы мұнай саласында алдыңғы қатарлы орындарға ие бола алады және игерушілерге облыстардағы келесі мәселелерді шешуде көмек бере алады [31]: 

• мұнай және газ кен орындарын зерттеу;
• сулылығы жоғары қабаттардың мұнай бергіштігін арттыру;
• тұтқырлығы жоғары және өте жоғары мұнайды өндіру;
• мұнайды күкірттен тазарту;
• өндіруші ұңғымалардың жабдықтарының ішін АШПШ-дан тазарту;
• мұнай кәсіпшілік жабдықтарын темір сульфидінен және күкірт сутегі коррозиясынан қорғау үшін.

АШПШ-ны тазартуға және олардың түзілуін болдырмауға арналған биотехнологиялық әдіс көмірсутегімен қышқылданатын микроорганизмдердің көмірсутегінің гидрофоб бетінде адсорбцияланатын экологиялық ерекшелігіне, оның ішінде осы микроорганизмдерге сіңімді субстрат болатын АШПШ-ға негізделген.

Клеткалар мен қатты субстраттың тікелей жанасуы оны қолдануда тек қана жақсы нәтиже бермейді, сонымен бірге көптеген көмірсутегімен қышқылданатын микроорганизмдер үшін тиімді жағдай болып табылады.

Микроорганизмдердің адсорбциясы өзінің адсорбент және адсорбат бетіндегі қасиетін өзгертеді, яғни АШПШ мен адсорбирленетін клеткалардың беткі қабатындағы қасиетін де өзгертеді. Клетка беттерінің қатты фазалармен өзара әрекеттесуі ақуыздардың, липидтердің, полисахаридтердің күрделі жиынтығының микроб клеткаларының клетка қабырғаларында болуына негізделген. Бұдан бөлек, клеткалардың өзінің өмір сүру процессінде қоршаған ортада бөлінетін спирттер, май қышқылдары, биополимерлер және басқа қоспалар түзеді.

Осыған байланысты, АШПШ-ға әсер ету механизмі бойынша микробты суспензиясын парафин шөгінділерімен күресетін адгезиялық және бір мезгілде әсер етіп жуатын табиғи ингибиторларға жатқызуға болады. Адсорбциялық әсер етіп ингибрлеу механизмі сорапты-компрессорлы құбырдың металл бетін жоғары молекулярлы полярлы адсорбциялық қабатпен гидрофилдеу болып табылады. Біздің жағдайда мұндай адсорбциялық қабат болып, бактериялық клеткалардың өзі табылады, яғни клеткалы қабырғасы гидрофобты және гидрофильді, зарядталған және зарядталмаған молекулалардың өзара әрекеттесетін көп компонентті жүйесінен тұрады.

Ингибитордан химиялық түзілуден ерекшелігі, олар уақыт өткен сайын НКТ қабырғасының бетінен сұйық ағынымен жуылып кетеді, ал тиімділікті жалғастыру үшін ұңғымада периодты түрде өңдеу жұмыстарын жүргізу керек немесе ингибиторды тұрақты беріп тұратын қосымша қондырғы орнату керек. Екінші ерекшелігі, ол микроорганизмдердің адсорбциясы НКТ-ның беткі қабатында ғана емес АШПШ-ның беткі қабатында түзіледі, яғни онда микробиологиялық әсер ету алдында НКТ-ны тазартудың қажеті жоқ.

Ұңғымаларды парафинсіздендіру үшін биотехнологияны қолдану ұңғыманы периодты тазалау аралығының ұзақтығын 2-3 есе және одан да көп ұзартуға (30-60–тан 150 тәулікке дейін) мүмкіндік береді.

Биотехнологияны Татарстанның кен орындарында 1992 жылдан бастап қолданып келеді. 2000 жылдың өзінде әртүрлі көмірсутегімен қышқылданатын микроорганизмдерді және биоценозды қолданып 600 өңдеу жұмыстары жүргізілді.

Физикалыққа жататын әдістер, механикалық және ультрадыбысты тербеліспен әсер етуге негізделген (вибрациялық әдістер), сонымен бірге электрлік, магниттік және электромагниттік өріс арқылы өндірілетін және тасымалданатын өнімге әсер ету. Бірақ та, осы әдістердің бірде-біреуі осы уақытқа дейін АШПШ-ға қатысты мәселелерді түпкілікті шеше алмайды, дегенмен парафин шөгінділерін тазарту үшін ұңғыма жабдықтарын периодты түрде жөндеуді қажет етеді.

Мұнай қалдығының құрамы, қандай операция нәтижесінде түзілуіне тікелей тәуелді болады. Мұнайгаз өндіруші кәсіпорындардағы мұнай қалдықтарының классификациясы 15-кестеде келтірілген.

 

Кесте 15. Мұнайгаз өндіруші кәсіпорындардағы мұнай қалдықтарының классификациясы

 

Қалдықтың аталуы	Нәтижесінде қалдық түзілетін технологиялық процесс	Мұнай қалдығының құрамы	Салмақ үлесі, %
Қатты мұнай қалдықтары
Жөндеуден қалған қалдықтар (АШПШ + мұнайтопырағы)	Ұңғыманы жөндеу. Мұнайды сақтау резервуарларын тазалау.	Органикалық зат	25-35
		Механикалық қоспа	20-45
		Су	30-45
АШПШ	Ұңғыманы жөндеу кезінде сорапты-компрессорлы құбырды бумен тазалау.	Органикалық зат	50-93
		Механикалық қоспа	5-49
		Су	1-5
Мұнайтопырағы	Жаз мезгілінде құбыржелілерінің үзілуі кезінде аймақты тазалау. Мұнайдың апатты төгілуі	Органикалық зат	15-20
		Механикалық қоспа	45-65
		Су	20-35
Сұйық мұнай қалдықтары
Аралық қабатша	Мұнайды резервуарда сақтау	Органикалық зат	80-90
		Механикалық қоспа	0-10
		Су	1
Мұнаймен бүлінген қар	Құбыр желілерінің үзілуі	Органикалық зат	2-10
		Механикалық қоспа	40-60
		Су	38-50