Poate că cea mai frecventă problemă de deteriorare a formării raportată în regiunile mature producătoare de petrol din lume sunt depozitele organice care se formează atât în, cât și în jurul sondei. Aceste zăcăminte organice se împart în două mari categorii:

deteriorarea

  • Parafine
  • Asfaltene

Aceste depozite pot apărea în tuburi sau în porii rocii rezervorului. Ambele înăbușă efectiv fluxul de hidrocarburi. Acest articol discută sursa, depunerea, îndepărtarea și prevenirea acestor depozite.

Cuprins

  • 1 Parafină și asfalteni în țiței
  • 2 Depunerea de parafină
  • 3 Eliminarea depozitelor de parafină
  • 4 Metode de prevenire a depunerii de parafină
  • 5 Precipitații asfaltene
  • 6 Îndepărtarea depozitelor de asfalt
  • 7 Referințe
  • 8 lucrări de remarcat în OnePetro
  • 9 Legături externe
  • 10 A se vedea, de asemenea

Parafină și asfalteni în țiței

Uleiurile brute conțin trei grupe principale de compuși:

  • Hidrocarburi saturate sau parafine
  • Hidrocarburi aromatice
  • Rășini și asfaltene

tabelul 1 prezintă compoziția brută a uleiurilor brute, a gudronului și a bitumului obținută din diverse surse. Este evident că uleiurile brute conțin proporții substanțiale de hidrocarburi saturate și aromatice cu procente relativ mici de rășini și asfaltene. Produsele brute mai degradate, inclusiv gudronele și bitumurile, conțin proporții substanțial mai mari de rășini și asfaltene.

Depunerea de parafină

Parafinele sunt alcani cu greutate moleculară ridicată (C 20+) care se pot acumula ca depozite în sondă, în liniile de alimentare etc. Aceste depozite organice pot acționa ca sufocări în sondă, rezultând o scădere treptată a producției cu timpul, pe măsură ce depozitele cresc în grosime. Acest lucru poate duce la apariția unor probleme, cu excepția cazului în care se iau măsuri de remediere în mod sistematic și periodic. Depozitele variază în consistență, de la acumulări moi până la depozite dure și fragile. De obicei, depozitele sunt mai ferme și mai dure pe măsură ce crește greutatea moleculară a depozitelor de parafină. Uneori parafinele și asfaltenele apar împreună în depozite organice.

Cauza principală a depunerii de ceară sau parafină este pur și simplu o pierdere a solubilității în țițeiul. [1] [2] Această pierdere de solubilitate este de obicei rezultatul modificărilor de temperatură, presiune sau compoziția țițeiului ca urmare a pierderii gazelor dizolvate. parafinele care au cel mai mare punct de topire și greutatea moleculară sunt de obicei primele care se separă de soluție, cu parafine cu greutate moleculară mai mică separându-se pe măsură ce temperatura scade în continuare. De exemplu, un alcan C 60 cu un punct de topire de aproximativ 215 ° F se va depune la o temperatură mult mai mare decât un alcan C 20 cu un punct de topire de 98 ° F.

Capacitatea țițeiului de a menține parafina în soluție este în general cuantificată cu doi indicatori:

  • Pentru punct
  • Punct de nor

Procedura de măsurare a punctului de turnare și a punctului de nor poate fi găsită în manualele ASTM (D2500-66 pentru punctele de nor și D97-66 pentru punctele de turnare). Punctul de nor este definit ca temperatura la care parafinele încep să iasă din soluție și o soluție clară de hidrocarburi devine tulbure. Evident, este dificil să se măsoare punctul de nor pentru țițeiul închis la culoare, deoarece tulburarea nu este vizibilă. În astfel de cazuri, prezența cristalelor de parafină trebuie să fie detectată cu un microscop cu lumină polarizantă. Punctul de turnare este definit ca temperatura la care țițeiul nu mai curge din recipientul său. Pe măsură ce temperatura este redusă, cristalele de ceară formează o rețea de interblocare care susține lichidul hidrocarbonat din interior. Această rețea de cristale de parafină este destul de sensibilă la forfecare și slăbită la prima formare, dar se poate întări și deveni extrem de rigidă pe măsură ce lichidul se pierde din ea. Punctele de turnare sunt relativ ușor de măsurat pe teren și oferă o bună indicație a condițiilor în care cantități mari de parafină vor cădea din soluție în uleiurile brute.

Cea mai frecventă cauză a pierderii solubilității parafinei în țiței este scăderea temperaturii, care poate apărea din mai multe motive [3]:

  • Răcirea produsă de țițeiul și gazele asociate care se extind prin perforații
  • Expansiunea gazului în timpul ridicării fluidelor la suprafață
  • Radiația de căldură de la tubulatura la formațiunea înconjurătoare indusă de intrarea apei în sau în jurul sondei
  • Pierderea componentelor mai ușoare din țiței din cauza vaporizării

Pot fi avute în vedere mai multe alte motive posibile pentru o scădere a temperaturii. În instalațiile offshore, de exemplu, problemele cu parafina sunt de obicei asociate cu schimbarea rapidă a temperaturii, deoarece țițeiul din sondă intră în conducte submarine care sunt scufundate în apa de mare la 4 ° C. Volumele mari de parafine pot fi depozitate pe suprafețele conductelor, ceea ce necesită pigging periodic. A se vedea Asigurarea debitului pentru instalațiile offshore și submarine.

Presiunea în sine are o influență mică sau deloc asupra solubilității parafinei în țiței. Cu toate acestea, are un impact semnificativ asupra compoziției țițeiului. Reducerea presiunii duce de obicei la pierderea substanțelor volatile din petrolul brut și poate induce precipitarea parafinelor. Acesta este principalul motiv pentru care problemele cu parafină sunt mai frecvente în regiunile mai mature ale lumii. Deoarece presiunea rezervorului este epuizată și componentele mai ușoare ale țițeiului sunt produse în preferință fracțiunilor mai grele, probabilitatea precipitațiilor de parafină este semnificativ crescută.

Pentru ca depunerea de parafină să fie o problemă semnificativă, parafina trebuie să se depună pe pereții porilor sau pe suprafața tubului. Dacă parafina rămâne antrenată în țiței, aceasta oferă de obicei puține probleme de producție. Mai mulți factori influențează capacitatea parafinei de a se depune pe pereții conductelor:

  • Prezența apei care udă suprafețele conductei tinde să inhibe depunerea de parafină. În plus, apa are o căldură specifică mai mare decât uleiul, ceea ce crește temperaturile de curgere.
  • Calitatea țevilor joacă un rol important. Țevile ruginite cu suprafață mare și numeroase locuri pentru formarea cristalelor de parafină oferă o locație ideală pentru depunerea parafinei. Parafina aderă la suprafețe aspre mai bine decât suprafețele netede.
  • Profilul de temperatură în regiunea aproape de sondă sau în interiorul conductei joacă un rol important în determinarea dacă parafina se va depune pe pereți sau va continua să fie antrenată cu fluidul.

Injecția de fluide, cum ar fi fluidele de stimulare sau injecția de apă în sondă, poate induce deseori probleme de depunere a parafinei. Acest lucru este valabil mai ales dacă temperatura suprafeței este semnificativ mai rece decât temperatura rezervorului. Cazurile pe teren care documentează precipitația parafinei în timpul stimulării fracturilor sunt furnizate în McClaflin [1] .

Eliminarea depozitelor de parafină

Acumularile de parafină sunt eliminate prin metode care pot fi amplasate în trei categorii:

  • Îndepărtarea mecanică a depozitelor de parafină
  • Utilizarea de solvenți pentru îndepărtarea depozitelor de parafină
  • Folosiți căldura pentru a topi și îndepărtați ceara

Metodele mecanice precum răzuitoarele, cuțitele și alte instrumente sunt cele mai frecvent utilizate pentru a îndepărta depunerile de parafină din sondă. Ele pot fi foarte eficiente și sunt relativ ieftine.

Cel mai obișnuit solvent utilizat pentru a îndepărta parafina de pe tubulaturi și regiunea apropiată a sondei este țițeiul. Ungerea la cald este cea mai puțin costisitoare metodă, utilizată în mod obișnuit pe puțurile de decofrat pentru a elimina depozitele de parafină. Închirierea de țiței preluată din fundul rezervorului de stoc este încălzită la temperaturi de 300 ° F sau mai mult. Acest ulei încălzit este apoi injectat sau gravitația este alimentată în tubulatură sau inel (mai frecvent). Temperatura ridicată induce solubilizarea depozitelor de parafină din țițeiul injectat, care este apoi produs înapoi la suprafață. Ungerea la cald a fost utilizată cu succes pentru a îndepărta depunerea de parafină, dar poate duce la deteriorarea formării. Utilizarea apei calde cu sare pentru a topi parafina poate fi o abordare mai sigură.

Solvenții, atât organici, cât și anorganici, au fost folosiți în trecut. Acestea includ țiței, kerosen, motorină și formulări de surfactanți care pot solubiliza parafina. Solvenții organici care constau dintr-un amestec de substanțe aromatice sunt de obicei folosiți pentru îndepărtarea amestecurilor de depozite de parafină și asfalten. Cu toate acestea, costul unor astfel de tratamente poate fi semnificativ mai mare decât cel al tratamentelor cu ulei fierbinte sau apă.

Aburul a fost utilizat într-o serie de cazuri în care problemele severe de parafină au dus la tubulări înfundate. Lipsa solubilității parafinei în apa fierbinte necesită utilizarea agenților tensioactivi cu abur sau apă fierbinte, astfel încât parafina topită să poată fi îndepărtată.

Metode de prevenire a depunerii de parafină

Mai multe ajustări mecanice pot fi făcute în șirul de producție, care pot reduce la minimum probabilitatea depunerii de parafină. În general, acești pași sunt proiectați pentru a reduce la minimum răcirea țițeiului pe măsură ce este produs la suprafață. Acest lucru poate fi realizat prin proiectarea puțurilor de pompare sau a dimensiunilor tuburilor și a sistemelor de ridicare a gazelor care maximizează fluxul de ulei la suprafață și minimizează căldura pierdută în formațiunile din jur. Utilizarea unor metode mai scumpe, cum ar fi acoperirile din plastic pe tubulare și încălzitoare electrice, este sever limitată de economie.

Inhibitorii de parafină sunt o clasă de compuși care constau din modificatori ai cristalelor care împiedică depunerea parafinei pe suprafețele conductelor. Aceste materiale active la suprafață întârzie depunerea de parafină prin inhibarea aderenței parafinei la siturile de pe pereții tubului. Surfactanții utilizați în aceste aplicații includ agenți de umectare, dispersanți și modificatori de cristal. [3] [4] Fiecare dintre aceste substanțe chimice trebuie testate pentru un anumit țiței pentru a evalua eficacitatea acestuia.

Precipitații asfaltene

Constituenții cu greutate moleculară ridicată ai țițeiului care conțin compuși de azot, sulf și oxigen (N, S și O) sunt denumiți asfalteni. Această clasă largă de compuși nu este în mod clar hidrocarbură, deoarece acești compuși conțin o porțiune mare de heteroatomi în structura lor. Compușii NSO cu greutate moleculară mai mică sunt denumiți rășini. Separarea țițeiului în rășini și asfaltene și alți constituenți se bazează în principal pe solubilitate. Asfalenele și rășinile sunt în general definite ca fracția insolubilă în pentan a petrolului brut. [5]

Structura moleculară medie a unei fracții asfaltice de exemplu dintr-un țiței din Venezuela este prezentată în FIG. 1. [5]

FIG. 1 - Vedere în secțiune transversală a unui model de asfalt pe baza difracției cu raze X. Linia zigzag reprezintă configurația unui lanț de carbon saturat sau a unei rețele libere de inele naftenice; linia dreaptă reprezintă marginea foilor plate ale inelelor aromatice condensate. [5]

Se compune în principal din inele aromatice condensate asociate cozilor alifatice. Inelele aromatice polinucleare se asociază între ele prin intermediul sistemelor lor electronice π pentru a forma grupuri de inele stivuite, așa cum se arată în figură. În uleiurile brute, aceste structuri asfaltice sunt dispersate și menținute în suspensie prin acțiunea rășinilor. Dacă în petrolul brut sunt prezente cantități suficiente de molecule de rășină, asfaltenele rămân dispersate și în soluție. Cu toate acestea, adăugarea unor cantități mari de alcani sau îndepărtarea fracției de rășină poate duce la pierderea solubilității, deoarece moleculele de asfalten se asociază între ele, formând agregate mari sau micele și precipită. Aceste micele sau agregate sunt vizibile la microscopul optic ca agregate solide și întunecate. Precipitațiile asfaltenelor se produc prin formarea unor astfel de agregate. Solubilitatea asfaltenilor este deci o funcție de temperatură, presiune și compoziția țițeiului. Orice acțiune care afectează echilibrul compozițional al țițeiului poate afecta capacitatea uleiului de a menține asfaltenii în soluție.

Un exemplu foarte comun de modificare a compoziției unui țiței este ceea ce are loc în timpul epuizării presiunii într-un rezervor. Așa cum se arată în FIG. 2, solubilitatea asfaltului este minimă la presiunea punctului de bule. [6] Acest lucru are consecințe importante pentru prezicerea unde va avea loc precipitația asfaltului într-un rezervor. Deoarece rezervorul este epuizat și presiunea punctului de bule este atinsă mai scăzută în tub sau chiar în formațiune, posibilitatea depunerii de asfalten apare în aceste locații. Într-adevăr, în studiile publicate în literatură, se observă că depunerea asfaltului se deplasează din partea superioară a tubulaturii în partea inferioară și în rezervor într-o perioadă de timp pe măsură ce presiunea rezervorului este epuizată și locul în care este presiunea punctului de bule. atins se deplasează mai departe spre rezervor.

FIG. 2 - Dependența de presiune a solubilității asfaltului pentru un țiței din Marea Nordului, care arată posibilitatea depunerii asfaltului în tubulatura puțului. [6]

Depunerea de asfalten poate fi, de asemenea, indusă de modificări ale compoziției țițeiului prin injectarea de fluide precum CO2 sau gaz slab. [7] [8] Mai multe studii au documentat posibilitatea precipitării asfaltului în timpul injecției de gaz slab și CO2 [9] [10]. Schimbările mari de temperatură pot induce, de asemenea, depunerea de asfalten. [11] [12] În astfel de cazuri, depozitele de parafină și asfalten sunt frecvent observate împreună. Particulele asfaltice acționează frecvent ca locuri de nucleație pentru cristalele de parafină.

Îndepărtarea depozitelor de asfalt

Îndepărtarea depozitelor de asfalten necesită, de asemenea, utilizarea de solvenți sau dispozitive mecanice. Cu toate acestea, solvenții utilizați pentru îndepărtarea asfaltenului sunt destul de diferiți de cei utilizați pentru parafine. Deoarece asfaltenii sunt solubili în solvenți aromatici, amestecurile de solvenți aromatici, cum ar fi xilenul, au fost utilizate pentru a elimina depunerile de asfalten. [13] Trebuie remarcat faptul că solvenții, cum ar fi motorina și kerosenul, care sunt în principal alcani cu lanț drept, nu ar trebui folosiți, deoarece pot induce precipitații de asfalten.

Referințe

  1. ↑ 1.01.1 McClaflin, G.G. și Whitfill, D.L. 1984. Controlul depunerii de parafină în operațiunile de producție. J Pet Technol 36 (11): 1965-1970. SPE-12204-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12204-PA
  2. ↑ Thomas, D.C. 1988. Selecția produselor și aplicațiilor pentru controlul parafinei. Prezentat la reuniunea internațională privind ingineria petrolieră, Tianjin, China, 1-4 noiembrie 1988. SPE-17626-MS. http://dx.doi.org/10.2118/17626-MS
  3. ↑ 3.03.1 Newberry, M.E. și Barker, K.M. 1985. Prevenirea deteriorării formării prin controlul depunerii de parafină și asfalten. Prezentat la Simpozionul SPE Production Operations, Oklahoma City, Oklahoma, 10-12 martie 1985. SPE-13796-MS. http://dx.doi.org/10.2118/13796-MS
  4. ↑ Houchin, L.R. și Hudson, L.M. 1986. Predicția, evaluarea și tratamentul daunelor de formare cauzate de depunerea organică. Prezentat la Simpozionul SPE Formation Damage Control, Lafayette, Louisiana, 26-27 februarie 1986. SPE-14818-MS. http://dx.doi.org/10.2118/14818-MS
  5. ↑ 5.05.15.2 Yen, T.F. 1974. Structura asfaltului petrolier și semnificația acestuia. Surse de energie 1 (4): 447.
  6. ↑ 6.06.1 Hirschberg, A., deJong, L.N.J., Schipper, B.A. și colab. 1984. Influența temperaturii și a presiunii asupra floculației asfaltice. SPE J. 24 (3): 283-293. SPE-11202-PA. http://dx.doi.org/10.2118/11202-PA
  7. ↑ Monger, T.G. și Fu, J.C. 1987. Natura depunerii organice induse de CO2. Prezentat la Conferința și expoziția tehnică anuală SPE, Dallas, Texas, 27-30 septembrie 1987. SPE-16713-MS. http://dx.doi.org/10.2118/16713-MS
  8. ↑ Monger, T.G. și Trujillo, D.E. 1991. Depunerea organică în timpul inundațiilor cu CO2 și gaze bogate. SPE Res Eng 6 (1): 17-24. SPE-18063-PA. http://dx.doi.org/10.2118/18063-PA
  9. ↑ Browne, S.V., Ryan, D.F., Chambers, B.D. și colab. 1995. Abordare simplă a curățării sondelor orizontale cu completări de ecran preambalate. J Pet Technol 47 (9): 794-800. SPE-30116-PA. http://dx.doi.org/10.2118/30116-PA
  10. ↑ Zain, Z.M. și Sharma, M.M. 1999. Curățarea prăjiturilor de filtrare pentru ziduri. Prezentat la Conferința și expoziția tehnică anuală SPE, Houston, Texas, 3-6 octombrie 1999. SPE-56635-MS. http://dx.doi.org/10.2118/56635-MS
  11. ↑ Leontarita, K.J. 1989. Depunerea Asphaltene: o descriere cuprinzătoare a manifestărilor problemei și a abordărilor de modelare. Prezentat la Simpozionul SPE Production Operations, Oklahoma City, Oklahoma, 13-14 martie 1989. SPE-18892-MS. http://dx.doi.org/10.2118/18892-MS
  12. ↑ Kawanaka, S., Park, S.J. și Mansoori, G.A. 1991. Depunerea organică din fluidele rezervorului: o tehnică predictivă termodinamică. SPE Res Eng 6 (2): 185-192. SPE-17376-PA. http://dx.doi.org/10.2118/17376-PA
  13. ↑ Schantz, S.S. și Stephenson, W.K. 1991. Depunerea de asfalten: dezvoltarea și aplicarea dispersanților polimerici de asfalten. Prezentat la Conferința și expoziția tehnică anuală SPE, Dallas, Texas, 6-9 octombrie 1991. SPE-22783-MS. http://dx.doi.org/10.2118/22783-MS

Lucrări remarcabile în OnePetro

Folosiți această secțiune pentru a enumera lucrările din OnePetro pe care un cititor care dorește să le afle mai multe ar trebui să le citească cu siguranță

linkuri externe

Utilizați această secțiune pentru a furniza linkuri către materiale relevante de pe alte site-uri web decât PetroWiki și OnePetro