Борьба с солеотложениями и АСПО

Смолы, входящие в состав АСПО, представлены прежде всего нейтральными смолами, выделенными с помощью  силикагеля и хлороформа (четыреххлористым углеродом). Это полужидкие, иногда полутвердые темно-коричневого или  черного цвета вещества. Относительная  плотность смол от 0,99 до 1,08 г/см3. Молекулярная масса смол может достигать 1200. Они  хорошо растворяются во всех нефтепродуктах и органических растворителях, за исключением  этилового и метилового спиртов. В среднем смолы содержат до 15-17 % кислорода, серы, азота. С повышением молекулярной массы смол содержание кислорода, серы и азота снижается. Основой структуры молекул смол является плоская конденсированная поликарбоциклическая сетка, состоящая преимущественно из бензольных колец. В этой структурной сетке могут содержаться нафтеновые и гетероциклические кольца (пяти и шестичленные). Периферийная часть конденсированной системы смол АСПО замещена на углеводородные радикалы (алифатические, циклические и смешанные). Природа и количество этих заместителей сильно зависит от свойств нефти. Заместители могут включать функциональные группы (-ОН, -SH, -NH2, =СО и др.). При нагреве до 260-350 °С смолы начинают уплотняться и превращаются в асфальтены.

С повышением концентрации в растворе смолы, с одной стороны, замедляют рост кристаллов, а с  другой, – способствуют деформации поверхности кристаллов и возникновению  на них новых центров кристаллизации. Степень проявления той или иной тенденции определяется природой смол и обуславливает соответствующую форму и размер кристаллов твердых углеводородов.

По современным представлениям асфальтены – это полициклические ароматические сильно конденсированные структуры с короткими алифатическими цепями в виде темно-бурых аморфных порошков. Плотность асфальтенов несколько больше единицы. В асфальтенах содержится (% масс.): 80...86 % углерода, 7...9 % водорода, до 9 % серы и кислорода, и до 1,5 % азота. Асфальтены не кристаллизуются и не могут быть разделены на индивидуальные компоненты или узкие фракции. При нагревании выше 300-400 ºС они не плавятся, а разлагаются, образуя углерод и летучие продукты. Асфальтены являются наиболее тяжелыми и полярными компонентами нефти. Асфальтены очень склонны к ассоциации, их частицы полидисперсны и поэтому молекулярная масса в зависимости от метода определения может колебаться от 2000 до 4000 а.е.м.

Асфальтены рассматриваются как продукты уплотнения смол. Частица асфальтенов представляет собой «мицеллу», ядро которой состоит из высокомолекулярных полициклических конденсированных соединений преимущественно ароматического характера, а адсорбционный слой образуют низкомолекулярные поверхностно-активные соединения, включающий смолы и нафтеновые кислоты, которые вместе с алифатическими компонентами нефти, образуют сольватную оболочку мицеллы.

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Отложения неорганических солей

 

Отложения солей – это  процесс выпадения в осадок твердой  фазы из пластовой воды. Это объясняется  чаще всего повышением концентрации той или иной неорганической соли в растворителе.

 Все известные методы  борьбы направлены либо на  предотвращение выпадения солей,  либо на удаление выпавшего  осадка.

Отложения неорганических солей  в призабойной зоне пласта, оборудовании скважины, промысловых коммуникациях и аппаратах существенно осложняют процесс добычи, подготовки и транспортирования нефти. Основным осложнением является преждевременный выход из строя погружных электроцентробежных насосов.

1.7 Основные причины отложения солей

При разработке нефтяных залежей  с применением заводнения образуется сложная многокомпонентная система: закачиваемая вода – пластовая вода – нефть с растворенным газом – породы пласта. Из всего многообразия процессов, происходящих в этой сложной системе, оказывают наибольшее влияние на состав вод и наиболее важны в практическом отношении процессы смешения закачиваемых вод с пластовыми водами, а также взаимодействия закачиваемых вод с породами пласта – коллектора и с углеводородами самой нефти.

В общем случае, закономерности изменения состава попутной воды при разработке месторождений с  заводнением сводятся к следующему. В начальной

стадии обводнения попутно  с нефтью добывается вода, химический состав которой мало отличен от пластовой. Затем, с ростом обводненности, добываются воды – смеси, в составе которых все большую роль играет закачиваемая вода. На конечных этапах обводнения залежей усиливается влияние процессов взаимодействия закачиваемой воды с породами и нефтью, в результате чего вода обогащается рядом компонентов.

Для прогнозирования изменений  химического состава попутных вод  месторождений необходимо знать  состав закачиваемой, пластовой воды, а также ясно представлять, какие  процессы происходят в нефтеносных  пластах.

Выпадение твердой фазы из пластовой воды объясняется чаще всего повышением концентрации той  или иной неорганической соли в растворителе.

На отложение солей  при процессах добычи нефти влияют:

• смешивание в пласте несовместимых вод (нагнетаемых и пластовых; законтурных и подошвенных ; вод разных пластов и пропластков);
• контактирование фильтрующейся в пласте воды (пластовой и нагнетаемой) с породой – этот фактор можно рассматривать как результат активной фильтрации воды в пористой среде после начала разработки залежи. В процессе движения по коллектору вода меняет свой состав из-за выщелачивания растворимых компонентов;
• диффузия в воду из нефти активных водорастворимых компонентов  (нефтяные кислоты и их соли, обладающие значительной поверхностной активностью);
• разгазирование воды и переход двуокиси углерода  в газовую фазу – причинами этого являются: снижение давления, повышение температуры и турбулизация потока ;
• испарение воды – приводит к повышению концентрации солей и, следовательно к увеличению степени пересыщения раствора;
• изменение термобарических условий.

Все указанные процессы реально  происходят в нефтепромысловой практике, оказывая свое влияние на солеотложение. Их появление зависит от начальных  геологических условий месторождения  и осуществляемой системы разработки, и по-разному сказывается на различные  соли. Так, осадки сульфатных солей  образуются главным образом под  влиянием смешения несовместимых вод и растворения гипса из горных пород.  Карбонаты выпадают в осадок в основном в результате изменения термобарических условий, дегазации воды, разбавления растворов пресной водой, а также смешения несовместимых вод. Главная причина осаждения хлорида натрия – испарение воды и снижение температуры раствора.

Большую роль в формировании и выпадении неорганических солей  в осадок играют процессы смешения несовместимых вод. Каждая из смешивающихся  вод имеет свою гамму химических веществ и может быть стабильной в данных термобарических условиях, однако при их смешении смесь часто  оказывается перенасыщенной тем  или другим веществом, которое начинает выпадать в осадок при неизменных температуре и давлении.

Второй, не менее важной причиной образования нестабильных перенасыщенных растворов и выпадения осадков  служит изменение термобарических  условий, испарение воды, выделение  газов из воды. В этом случае в  воду не вносят никаких дополнительных компонентов, однако в исходном растворе либо увеличивается концентрация вследствие испарения воды, или снижается  растворимость с изменением термобарических  условий. Например, при движении воды и нефти в скважине и поверхностных  коммуникациях происходит снижение температуры по сравнению с пластовой. Растворимость карбоната кальция  зависит от давления двуокиси углерода. Уменьшение содержания ее в воде вследствие дегазации воды при снижении давления ниже давления насыщения или вследствие растворения СО₂ в нефти может явиться причиной образования осадка карбоната кальция в подъемных трубах и выкидных линиях скважин. Даже простое разбавление некоторых растворов пресной водой может быть причиной выпадения в осадок некоторых солей, в частности карбоната кальция.

Таким образом, для выяснения  причин солеотложения необходимо знать  как   химический   состав   промысловых  вод, так  и  растворимость  различных солей в этих водах.

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ

2.1 Географическое расположение месторождения

Толумское месторождение, входящее в состав Шаимской группы нефтяных месторождений Тюменской области, расположено в западной части Западно-Сибирской низменности, в районе среднего течения реки Конда (приток Иртыша) (Рис.1.1.). В административном отношении Толумское месторождение расположено в пределах Кондинского района Ханты-Мансийского автономного округа. Ближайший населенный пункт - город Урай, расположен в 50 км от месторождения, связан с Толумским месторождением грунтовыми автомобильными дорогами. Они являются основными транспортными путями для ввоза на месторождение промыслового оборудования и строительного материала.

Нефть с Толумского месторождения транспортируется по нефтепроводу Шаим-Тюмень. Добываемый вместе с нефтью попутный газ, используется для нужд нефтепромыслов, бытовых целей города Урая, остальная его часть сжигается в факелах.

В геоморфологическом отношении  район представляет собой слабо-всхолмленный рельеф эррозионно-ледникового и озерно-аккумулятивного происхождения, с абсолютными отметками дневной поверхности от +65 м до +75 м. Основными элементами рельефа являются широкие междуречные и речные долины, которые сильно заболочены. Между ними расположены всхолмленные песчаные участки, покрытые смешанным лесом с преобладанием хвойных пород. На болотах развиты мхи, осока, багульник. Почвенный слой представлен торфяными и сапропелевыми отложениями, залегающими на водоупорных породах.

Река Конда – основная водная артерия рассматриваемого района. По ней осуществляется сообщение с городами Омск, Тюмень, Тобольск, Ханты-Мансийск и другими городами севера Тюменской области. В 20-25 км западнее Толумской площади протекает река Мулымья, являющаяся притоком реки Конда.

Климат района резко-континентальный, характеризуется продолжительной  суровой зимой и коротким, но теплым летом. Среднегодовая температура  воздуха составляет +1 ⁰С. Наиболее холодный месяц – январь, с максимально низкой температурой воздуха –48 ⁰С, самый теплый – июль, с максимально высокой +35 ⁰С. Средняя температура зимой –23 ⁰С, летом +20 ⁰С. В сейсмическом отношении район является спокойным.

Преобладающее направление  ветров юго-западное, западное, сила ветра 3-5 м/сек.

По характеру атмосферных  осадков описываемая территория относится к районам с избыточным увлажнением. В среднем за год  выпадает до 500 мм осадков, основная часть  в виде дождя и снега. Снежный  покров появляется в середине октября  и сходит в конце апреля. Высота его на открытых участках в среднем  достигает 60 см, а на залесенных участках может достигать 1-2 м. Глубина промерзания почвы зависит от ее состава и изменяется от 0.5 м до 1.8 м. В середине июля почва полностью оттаивает.

Животный мир района весьма разнообразен. Встречаются дикие  олени, лоси, медведи, соболь, горностай, белка, выдра, ондатра и другие животные. В летнее время водится много  водоплавающей птицы. В водоемах много рыбы.

Коренное население –  ханты, манси, русские. В настоящее  время здесь проживают и трудятся люди многих национальностей России и СНГ.

Основными отраслями хозяйства  района являются нефтегазодобывающая  промышленность, геологоразведочные работы на нефть и газ, строительство  объектов нефтяной промышленности и  соцкультбыта, лесозаготовки, охота  и рыболовство. Город Урай связан  автомобильным зимником с городом Тюмень, а также регулярным авиасообщением с городами Тюмень, Екатеринбург, Ханты-Мансийск и т.д.

 

Рис. 2.1. Обзорная карта Шаимского нефтегазоносного района

 

 

 

2.2 История освоения месторождения

Толумское месторождение находится в юго-восточной части Шаимского нефтегазоносного района, где промышленная нефтегазоносность разреза установлена в отложениях юрского возраста и коры выветривания палеозойского фундамента, и приурочено к собственно Толумскому локальному поднятию.

В 1952-1956 г.г. большая часть территории Кондинского района была покрыта аэромагнитной, гравиметрической съемкой в масштабах 1:200 000 и 1:1 000 000, электроразведочными работами, которые осуществлялись на отдельных профилях и региональной сейсмической съемкой методом отраженных волн (МОВ) на суше и на воде по реке Конда, в ее верхнем и среднем течении.

По результатам проведенных  работ были выделены различные тектонические  зоны. Первые сведения по стратиграфии и литологии мезо-кайнозойского  чехла в Кондинском и Советском районах были получены в 1954 году по результатам бурения Леушинской опорной скважины. В этом же году в долине реки Конда проводится структурно-картировочное бурение по профилю Почерах-Болчары. В результате были получены данные по четвертичным, третичным и верхнемеловым отложениям.

Первые площадные сейсморазведочные  работы МОВ были проведены в пределах Нахрачинской и Мулымьинской площадей. Партией региональных обобщений Тюменского геологического управления в 1959 году, на основании анализа проведенных до этого времени геолого-геофизических работ, были выделены региональные структуры и структуры I, II и III порядков. Впервые по данным сейсмических грави- и магнитометрических работ, в пределах Малоатлымской моноклинали выделяются Шаимская и Красноленинская приподнятые зоны.

В 1958-1959 г.г. в бассейне рек Конда и Мулымья были проведены маршрутно-рекогносцировочные, гравиметрические и электроразведочные работы. Одновременно с этим, с целью детализации строения Шаимского мегавала проводились площадные сейсмические исследования МОВ и гравиметрическая съемка масштаба 1:100 000, в результате которой выявлены Трехозерная и Мулымьинская структуры третьего порядка.

Этими исследованиями установлены  общие закономерности геологического строения региона, построены первые схемы тектонического строения фундамента и платформенного чехла с выделением тектонических элементов.

В 1960 году на Восточном склоне Трехозерного поднятия скважиной 6 были вскрыты песчаники вогулкинской пачки (пласт П), из которых получен мощный фонтан нефти. Эта скважина считается первооткрывательницей первого в Западной Сибири нефтяного месторождения

В 1964 г. по результатам работ  с/п 42/63-64 оконтурены и подготовлены к бурению Северо-Тетеревская и Толумская положительные структуры, что и послужило основанием для постановки поисково-разведочного бурения на Толумской площади.