ПОДБОР ПОТЕНЦИАЛЬНО ЭФФЕКТИВНЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КИНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ИХ РАСТВОРЕНИЯ

Иванова Изабелла Карловна

доцент, канд. хим. наук, вед. науч. сотр., ФГБУН ИПНГ СО РАН, г. Якутск

e-mail: iva-izabella@yandex.ru

CHOICE OF POTENTIAL EFFECTIVE REAGENTS FOR THE REMOVAL OF OIL DEPOSITS ON THE BASIS OF THE KINETIC RESULTS OF THEIR DISSOLUTION PROCESSES

Izabella Ivanova

Docent, candidate of chemical sciences, Leading Researcher, Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, Yakutsk

АННОТАЦИЯ

Определены кинетические параметры: константы скоростей, энергия активации и порядок реакций растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) парафинистого типа, образующегося при добыче нефти на Иреляхском месторождении, в газовом конденсате, гексане и гексан-бензольной смеси (ГБС). На основе результатов кинетического эксперимента произведена оценка эффективности исследуемых реагентов для удаления АСПО.

ABSTRACT

The kinetic parameters: rate constants, activation energy and reaction order of dissolution of the asphaltene-resin-paraffin deposits (ARPD) of the paraffin type, which is formed during oil production in the Irelyakh gas and oil field, in the gas condensate, hexane and hexane-benzene mixture (GBM). Based on the results of the kinetic experiments the effectiveness of the studied chemicals is evaluated.

Ключевые слова: асфальтосмолопарафиновые отложения; порядок и константа скорости реакции; диффузионный и кинетический режим.

Key words: asphaltene-resin-paraffin deposits; order and reaction rate constant; diffusion and the kinetic regime.

Одним из перспективных направлений в борьбе с отложениями твердых углеводородов (УВ) и асфальтосмолистых веществ, образующихся на стенках нефтепромыслового оборудования при добыче, сборе и транспорте нефти, является применение различных реагентов — удалителей. Однако, несмотря на значительный объем теоретических и практических разработок по удалению АСПО, в промысловых условиях не всегда удается достичь положительных результатов, т .к. зачастую, хорошо зарекомендовавшие себя в лабораторных условиях растворители отложений, нередко показывают низкую эффективность на промыслах. Это связано с тем, что подбор растворителей осуществляется без учета индивидуальных особенностей отложений и непосредственно самого растворителя. Так как составы АСПО весьма разнообразны и определяются природой извлекаемых нефтей, термобарическими и геолого-технологическими условиями разработки месторождений, применение растворителей должно непременно предусматривать как термодинамические, так и кинетические аспекты процесса растворения АСПО.

В экспериментах использовали АСПО парафинистого типа [3, с. 99], образующиеся на поверхностях насосно-компрессорных труб (НКТ) при добыче нефти на Иреляхском ГНМ РС(Я). Температура поверхности НКТ в осенне-зимний период составляет не более 10⁰С, а весной и летом не превышает 25⁰С.

Исследование кинетики растворения АСПО проводилось гравиметрически при этих температурах. В качестве растворителей АСПО изучались: газовый конденсат [3, с. 99], гексан, как модель легкой фракции этого конденсата и композиционная смесь, состоящая из гексана и бензола (ГБС) в соотношении 1:1. В работах [1, с. 108; 2, с. 73; 4, с. 735] показана возможность применения топохимической модели для описания кинетики растворения тяжелых нефтяных отложений. С использованием этой методики определены лимитирующие стадии процессов растворения (n), константы скоростей растворения (К), время за которое половина количества АСПО перейдет в раствор (τ_1/2) и рассчитаны эффективные энергии активации (Еа) разрушения АСПО в исследуемых УВ системах.

На рисунке 1 в координатах степень растворения (α) — время (τ) представлены полученные кинетические кривые растворения АСПО в УВ растворителях при различных температурах. Видно, что скорость растворения АСПО в газовом конденсате, по сравнению с гексаном и ГБС, существенно зависит от температуры. Анализ формы полученных кривых показал, что растворение АСПО в исследуемых растворителях относится к классу реакций с максимальной начальной скоростью. В случае гексана и ГБС это можно объяснить достаточно высокой химической активностью растворителя, а в случае газового конденсата — влиянием температуры. Однако, с повышением степени растворения скорость процесса плавно снижается.

Рисунок 1. Кинетические кривые растворения АСПО в газовом конденсате, гексане и ГБС при 10 (А) и 25^оС (Б).

В таблице 1 отражены константы скоростей, найденные по формуле Саковича, значения τ_1/2, и эффективная энергия активации разрушения АСПО в газоконденсате, гексане и ГБС.

Таблица 1.

Константы скоростей, τ_1/2 и энергия активации растворения АСПО в конденсате, ГБС и гексане

Видно, что процесс разрушения АСПО в газовом конденсате и в гексане, как модели легкой фракции конденсата, протекает в диффузионной области (n<1), поэтому в осенне-зимний период эксплуатации скважин добиться полного удаления АСПО с поверхности нефтедобывающего оборудования, используя в качестве растворителей эти реагенты, практически невозможно. Но, при нагреве этих растворителей до 25^оС процесс начинает протекать как реакция первого порядка. Т. е. при повышении температуры происходит интенсификация диффузионных процессов, и скорость физико-химического взаимодействия компонентов АСПО с растворителем становится соизмеримой со скоростью их диффузии. В ГБС реакция растворения АСПО при разных температурах имеет первый порядок. Константа скорости и растворения АСПО в газовом конденсате при повышении температуры возрастает на три порядка, а скорость растворения АСПО в ГБС и гексане тоже увеличивается, но незначительно, в пределах одного порядка. Константы скоростей растворения АСПО в ГБС при 10^оС и в нагретом конденсате и гексане, практически совпадают. Невысокое значение τ_1/2 растворения АСПО в ГБС, также указывает на возможность эффективного применения ГБС для удаления АСПО при низких температурах. Кроме этого, процесс растворения АСПО парафинистого типа в ГБС характеризуется более низким значением эффективной энергии активации по сравнению с остальными растворителями.

Таким образом, применение газового конденсата или его легкой фракции для удаления отложений с поверхности нефтепромыслового оборудования в осенне-зимний период работы скважин на Иреляхском месторождении, является неэффективным, т. к. процесс растворения АСПО в этих реагентах лимитируется диффузией. Но и от обработок горячими растворителями в холодное время года, также следует воздержаться, поскольку такие процедуры приводят к перекристаллизации парафина и как следствие к образованию еще более труднорастворимых отложений. Весной и летом эффективность очистки оборудования этими растворителями несколько возрастает. Но, как показали результаты исследований [3, с. 99], в составе конденсата доминируют насыщенные УВ, а ароматические находятся в подчиненных количествах, что обуславливает низкую растворимость асфальто-смолистых веществ в конденсате и его легком дистилляте, что делает их использование не перспективным. Процесс растворения АСПО в алифатико-ароматическом растворителе имеет первый порядок, небольшое значение τ_1/2 и характеризуется низкой эффективной энергией активации. Перечисленные факторы говорят в пользу применения композиционных растворителей для удаления АСПО парафинистого типа на скважинах Иреляхского месторождения, как в холодное, так и в теплое время года. Показано, что, опираясь на результаты кинетических исследований можно провести оценку эффективности растворителей для удаления отложений. Установлено, если процесс растворения АСПО в реагенте имеет следующие кинетические характеристики: порядок реакции растворения равен единице; невысокие значения τ_1/2 и энергии активации, то применение такого растворителя для удаления АСПО будет наиболее эффективно.

Список литературы:

1.Иванова И.К., Рыкунов А.А. Изучение процесса растворения асфальтеносмолопарафиновых отложений с позиций формальной кинетики // Нефтяное хозяйство, 2010. — № 11. —С. 108—110.

2.Иванова И.К., Рыкунов А.А. Шиц Е.Ю. Применение уравнения Ерофеева-Колмогорова для описания кинетики растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) // Руды и металлы, 2011. — № 3—4. — С. 73—74.

3.Иванова И.К., Шиц Е.Ю. Использование газового конденсата для борьбы с органическими отложениями в условиях аномально низких пластовых температур // Нефтяное хозяйство, 2009. — № 12. — С. 99—101.

4.Иванова И.К., Шиц Е.Ю. Кинетические параметры процесса растворения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в некоторых углеводородных растворителях // Химия в интересах устойчивого развития, 2010. — № 6. — Т. 18 — С. 735—739.