Борьба с солеотложениями удаление и предотвращение их образования

Размер: px
Начинать показ со страницы:

Download "Борьба с солеотложениями удаление и предотвращение их образования"

Транскрипт

1 Борьба с солеотложениями удаление и предотвращение их образования Вы можете представить угрозу нефтяному месторождению, способную остановить его работу всего за 24 часа? Именно таковой и является образование солеотложений внутри скважин, причем ежегодно это приносит убытки, оцениваемые в миллионы долларов. Новейшие представления о процессах накопления солеотложений позволяют инженерам предсказывать периоды их образования, и дают, таким образом, возможность препятствовать формированию нежелательных условий путем применения методик ингибирования. Также в распоряжении инженеров имеются специальные инструменты для удаления солевых наростов в эксплуатационных и обсадных колоннах. Майк Крабтри Абердин, Шотландия Дэвид Эслингер Тулса, Оклахома, США Фил Флетчер Мэтт Миллер Шугар Лэнд, Техас, США Эшли Джонсон Рошарон, Техас Джордж Кинг БиПи Амоко Корпорейшн Хьюстон, Техас За помощь при подготовке статьи авторы выражают благодарность: Эндрю Экок, Хьюстон, Техас, США; Уиллем ван Адричем и Уоррен Зимлек, Шугар Лэнд, Техас; Майк Бэрритт, Стив Дэйвис, Игорь Дьяконов и Джон Элфик, Кембридж, Англия; Лео Бардило, Шугар Лэнд, Техас; Ингрид Халдел и Реймонд Джасински, Абердин, Шотландия; Скотт Джейкобсен, Хьюстон, Техас. Эта статья была впервые опубликована в номере журнала «Ойлфилд Ревью», осень Blaster Services, Bridge Blaster, CoilCADE, CoilLIMIT, Jet Advisor, Jet Blaster, NODAL, ScaleFRAC, Sterling Beads и StimCADE являются товарными знаками компании «Шлюмберже». Hipp Tripper является товарным знаком компании Baker Oil Tools; Hydroblast является товарным знаком компании Halliburton; RotoJet является товарным знаком компании BJ-NOWSCO. 1. Brown M: Full Scale Attack, REview, 30 The BP Technology Magazine (October-December 1998): Некоторые проблемы, способные породить солеобразование, вселяют страх в сердца инженеров. Солеобразования представляют собой отложения, закупоривающие перфорационные каналы, обсадные и эксплуатационные колонны НКТ, клапаны, насосы, а также внутреннюю поверхность скважинного оборудования, засоряя, таким образом, скважину и препятствуя потоку жидкости. Подобно накипи на поверхности домашних чайников, солеотложения образуются во всех местах течения воды от насосного оборудования до оборудования, находящегося на поверхности. Большинство обнаруживаемых в нефтяных месторождениях солевых образований формируется либо путем прямого осаждения из той воды, что обычно находится в пустотах пород, либо как результат пересыщения потоков пластовых вод солевыми компонентами, возникающего при контакте двух несовместимых вод на забое скважин. Вероятность образования солеотложений существует независимо от того, используется ли пластовая вода нефтегазовых скважин или же закачиваемая нагнетаемая вода. В некоторых районах, таких как Северное море и Канада, территории которых изобилуют солеотложениями, это является одной из самых главных проблем, связанных с добычей. Солеобразования могут развиваться в порах пород призабойной зоны, снижая их пористость и проницаемость. Это может перекрыть поток путем закупоривания перфорационных каналов или образования узкого зазора в эксплуатационной колонне НКТ (рис. 1). Также это может закрыть и привести к повреждению скважинного оборудования для заканчивания, такого как клапаны-отсекатели и газлифтные мандрели. Эффект, производимый солеотложениями, может быть сильным и внезапным: так, в одной из скважин в Северном море месторождения Миллера инженеры были поражены, увидев падение добычи с барр/день (4770 м 3 /день) до нуля за 24 часа! 1 Соответствующие денежные затраты также были огромны. Устранение образования солеотложений ежегодно обходится производству в миллионы долларов в виде потерянной продукции. До недавнего времени пути решения этой проблемы были немногочисленны и порой малоэффективны. При образовании солевого слоя необходима быстрая и эффективная методика его удаления. Методы удаления солеобразований включают в себя как химические, так 52 Нефтегазовое Обозрение

2 Рис. 1. Солеобразование в эксплуатационных колоннах. Рост отложений карбоната кальция блокирует более 40% проточной области и предотвращает тем самым доступ в прилегающее к внутренней поверхности труб пространство. и механические методы, в зависимости от положения солевых отложений и их физических свойств. Некоторые минеральные соли, такие как карбонат кальция (CaCO 3 ) способны растворяться в кислотах, в то время как другие нет. Иногда солевые отложения предохраняют от химического растворения смолообразные или парафиновые пленки углеводородов. Накапливающиеся твердые слои непроницаемого слоя удаляются путем больших усилий и могут постепенно сужать диаметр эксплуатационных колонн НКТ, иногда полностью перекрывая их. В данном случае для удаления скоплений солевых образований традиционно используют механические методы или химическую обработку. Тем не менее, некоторые твердые образования, такие как сульфат бария (BaSO 4 ) крайне устойчивы как к химическим, так и к механическим воздействиям. Незадолго до появления новейших разработок в области удаления солевых образований, операторы, работающие над этой проблемой, были часто вынуждены свернуть производство, извлекать с помощью специальной аппаратуры поврежденные трубы из скважины, а затем обрабатывать их на поверхности или же полностью заменять. В данной статье мы обобщим физические причины образования солевого нароста при нефтедобыче. Знание причин, ведущих к солеобразованию, а также мест, где это конкретно происходит, поможет нам понять, как нужно удалять солевые налеты и проектировать специальные средства для восстановления долгосрочной производительности скважины. Затем мы обобщим химические и физические методики, используемые при удалении солевых образований, включая новейшие разработки в области методов закачки под давлением, а затем оценим плюсы и минусы каждого из методов. В заключение мы посмотрим на новые результаты в области обработки воды и новых ингибиторов, которые помогают поддерживать точный химический баланс с целью предотвращения осаждения солей из потоков. Источники солеобразования При солеобразовании главную роль играет вода, поскольку она сама и является его источником. Вода представляет собой хороший растворитель для многих веществ и способна при этом переносить большие количества растворенных минеральных солей. Все природные воды содержат растворенные компоненты, увлекаемые ввиду их контакта со средой. Это приводит к образованию сложных растворов, богатых ионами, некоторые из которых находятся на пределе насыщения для определенных минеральных фаз. Морская вода, как правило, содержит большое количество ионов, являющихся продуктами морской жизнедеятельности и водяного испарения. Грунтовые Осень

3 воды и воды неглубокого залегания часто разбавлены и отличаются по химическому составу от глубоких подземных вод, сопутствующих газу и нефти. Глубокие подземные воды насыщаются ионами ввиду обмена ими с осадочными породами. Вода, находящаяся в породах из карбоната или известковистого песчаника обычно содержит избыток катионов двухвалентного кальция (Ca 2+ ) и магния (Mg 2+ ). Пластовые воды в песчанике обычно содержат катионы бария (Ba 2+ ) и стронция (Sr 2+ ). Общее Зависимость растворимости минеральных солей от температуры Растворимость, фунт/барр ,1 0,01 0,001 0,0001 Сульфат стронция Кальцит Барит Зависимость растворимости минеральных солей от давления Растворенный BaSO 4, фунт/барр Галит Ангидрит Гипс Сидерит Температура, F Зависимость растворимости минеральных солей от солености Растворимость сульфата стронция, моль/л 5 x x x x x C psi 7000 psi Температура, F 150 C 250 C 1500 psi 14,5 psi Морская вода NaCl, моль/л Рис. 2. Растворимость минеральных веществ имеет сложную зависимость от многих параметров, таких как температура (верхний график), давление (в центре) и соленость (нижний график). содержание растворенных солей в породах может достигать мг/л (3,34 ppg). Точный состав имеет сложную зависимость от диагенезиса минерала и других типов обмена в процессе течения флюидов пласта и перемешиваний за геологическую эпоху. Солеобразование начинается в тот момент, когда состояние любого природного раствора нарушено путем превышения растворимости одного или более компонентов. Растворимость же самих минералов имеет сложную зависимость от температуры и давления. Как правило, увеличение температуры приводит к увеличению водной растворимости минерала. Больше ионов растворимо при высоких температурах (рис. 2). Аналогично, уменьшение давления приводит к уменьшению растворимости и, в качестве эмпирического правила растворимость большинства минералов уменьшается в два раза на каждые 7000 psi (48 МPa) уменьшения давления. Но не все минералы подчиняются типичной температурной зависимости. Например, карбонат кальция имеет прямо противоположную зависимость в виде увеличения растворимости с уменьшением температуры. Растворимость сульфата бария увеличивается в 2 раза в температурном диапазоне от 25 С до 100 С [77 F до 212 F] и далее во столько же раз уменьшается по мере приближения к 200 C [392 F]. В данном случае вещество влияет на свою же растворимость путем увеличения фоновых концентраций ионов. Дополнительная сложность растворимость карбонатных минералов в присутствии кислых газов, таких как диоксид углерода (СO 2 ) или сероводород (H 2 S). Растворимость карбоната увеличивается по мере увеличения кислотности, а СO 2 и H 2 S при высоком давлении обеспечивают существенную кислотность. Следовательно, пластовые воды при контакте с карбонатными породами и растворенными газами могут насыщаться растворенным карбонатом. График растворимости имеет сложную нелинейную зависимость от состава раствора, температуры и давления газа над жидкостью, причем эффект от влияния давления на растворимость газа выражается большей величиной, чем эффект влияния давления на растворимость минерала. В общем, с понижением давления СO 2 высвобождается из водной фазы, вызывая рост ph, что и приводит к образованию осадка кальцита. Процесс формирования солевых отложений Хотя движущей силой образования солеотложений может быть изменение температуры или давления, наличие сторонних газов, сдвиг ph или контакт с несовместимой жидкостью, нередко пластовые воды даже в пересыщенном солями состоянии не дают солевого осадка. Для формирования последнего ему нужно постепенно «вырастать» из раствора. Первая стадия его развития начинается с насыщенного раствора в виде образования нестабильных кластеров атомов, а сам процесс называется гомогенной нуклеацией (рис. 3). Далее, под 54 Нефтегазовое Обозрение

4 воздействием локальных флуктуаций ионов пересыщенного раствора, атомные кластеры образуют маленькие кристаллы-зародыши. Эти кристаллы постепенно растут за счет адсорбции ионов на дефектных участках поверхности кристаллов, увеличивая свой размер. Причина роста зародышевых кристаллов обусловлена уменьшением свободной поверхностной энергии кристалла, которая стремительно уменьшается с увеличением радиуса частиц после того, как достигнут критический размер. Это означает, что большие кристаллы будут Гомогенная нуклеация Пересыщение Неустойчивое равновесие Ионные пары Кластер/ядро Несовершенные кристаллы 2. Richardson SM and McSween HY: Geochemistry: Pathways and Processes. Englewood Cliffs, New Jersey, USA: Prentice-Hall, Inc., продолжать свой рост, а также то, что малые могут раствориться 2 снова. Таким образом, при достаточно большой степени пересыщения, формирование зародышевых кристаллов будет вызывать увеличение роста солевых отложений. В данном случае зародышевые кристаллы играют роль своего рода катализаторов в образовании солевых осадков. Рост кристаллов также имеет тенденцию к инициированию на уже имеющейся границе между твердым телом и жидкостью процесса, называемого гетерогенной нуклеацией. Местами возникновения гетерогенной нуклеации являются такие дефекты поверхности, как неровности поверхностей труб, перфорационные отверстия эксплуатационных колонн, а также стыки и сварочные швы труб. Высокая степень турбулентности также способна катализировать процесс солеотложения. Таким образом, накопление осадка может произойти под воздействием давления насыщения в потоке. Это и объясняет столь быстрое накопление осадка на скважинном оборудовании для заканчивания. Исходя из представлений о явлении нуклеации, были разработаны ингибиторы солеотложения (подробно описаны ниже), которые используют химические реагенты, тормозящие процесс нуклеации и стадии роста солевых отложений, снижая почти до нуля скорость образования осадка. Идентификация солевых отложений Идентификация местоположения и состава солевых отложений первый шаг в разработке экономичных методов их устранения. Эксплуатационные колонны НКТ и наземное оборудование солевой осадок в эксплуатационных колоннах НКТ может встречаться в виде толстого слоя, плотно прилегающего к их внутренней поверхности. Зачастую он имеет толщину в несколько сантиметров и имеет кристаллы диаметром до 1 см и более. Первичный эффект роста солевых отложений заключается в том, что скорость добычи снижается за счет увеличения неровности поверхности труб, при этом в них снижается диаметр протока. Следовательно, давление растет, а добыча падает. По мере увеличения роста кристаллов становится невозможным доступ к нижним секциям скважины, при этом поток через трубы стремительно падает (рис. 4). Солеотложения на трубах различается по химическому составу и состоят при этом Ba 2+ SO 4 2- Дальнейший рост на неровностях кристаллов Гетерогенная нуклеация Отложения солей в трубах Изменения давления в клапанахотсекателях CaCO 3 Газлифт Пересыщение Ионные пары Дефекты поверхности Стальная труба Слой FeS 2 Слой BaSO 4 Коррозионный слой под отложениями Слой асфальтенов Коррозия под действием H 2 S Потерянный инструмент Потерянный инструмент, прихваченный CaCO 3 Переходник НКТ CaCO 3 Поток жидкости Слой CaCO 3 Парафиновый слой Стенка трубы Рис. 3. Процессы нуклеации. Образование солеосаждений начинается в пересыщенных растворах с ионных пар, образующих одиночные кристаллы процесс гомогенной нуклеации (вверху). Солеотложения также способны накапливаться на уже существующих дефектах поверхности, таких как неоднородности на поверхности жидкость/труба процесс гетерогенной нуклеации (внизу). Приток добываемого флюида BaSO 4 в перфораци Рис. 4. Солеотложения внутри труб. Расположение солевых отложений на трубах может меняться от перфорационных отверстий до устья, где они сдерживают добычу за счет уменьшенной пропускной способности труб, забитых патрубков, упущенного инструмента, клапанов-отсекателей и газлифтных мандрелей. Солевой налет обычно располагается слоями и иногда бывает покрыт парафиновым или битуминозным покрытием (вставка). Изъязвления и коррозия стали могут развиваться под слоем солевых накоплений благодаря бактериям и кислому газу, нарушая целостность стали. Осень

5 Поток воды из слоев солей, отложенных на протяжении истории скважины. Зачастую солеотложения содержат асфальтеновые или парафиновые слои, а также слои солей, прилегающие к трубам, которые содержат сульфиды железа, карбонаты или продукты коррозии. Породы приствольной зоны Карбонатные или сульфидные отложения (типичные для участков вблизи скважин) имеют меньший размер частиц, чем отложения, находящиеся внутри труб, т. е. размер их имеет величину порядка микрон, а не сантиметров. Это приводит к закупориванию гравийной набивки и фильтров, а также пор в материнской породе. Солевые отложения, прилегающие к стволу скважины, обычно формируются в течение продолжительных остановок скважины ввиду смешений несовместимых вод из разных слоев. Полагают, что такой солевой налет играет роль покрытия (рис. 5). Удаление путем химического растворения или при помощи кислот способно резко поднять добычу. Нагнетательные скважины Негативное воздействие солеотложений в нагнетательных скважинах обычно обусловлено ускоряемыми температурой отложениями из нагнетаемых вод. Вдобавок к этому, несовместимые взаимодействия могут произойти вблизи скважин, в случае, если закачиваемые воды контактируют либо с пластовыми водами, либо с рассолами для заканчивания (рис. 6). Данная проблема распространяется на ранние стадии процесса нагнетания, когда закачиваемые воды контактируют с несовместимыми водами в зоне, прилегающей к скважине. Образовавшиеся здесь солевые накопления могут снизить проницаемость пласта и тем самым снизить эффективность стратегии нагнетания. Обнаружение солевых отложений Существуют физические доказательства существования отложений, которые могут быть в виде отдельных фрагментов или обнаружены рентгенографически. Исследования при помощи γ-излучений показывают наличие сульфата бария, поскольку вместе с ним 3 осаждается природный изотоп Ra 226. Во многих случаях было замечено увеличение активности γ-излучения примерно в 500 API сверх фонового значения. Оценка добычи с использованием NODALанализа способна показать солеотложения в трубах, если в скважине внезапно возникает ограничение проходимости труб, которое не отмечается на ранних стадиях добычи. Согласно теории, NODAL-анализ способен определять солевые отложения в пластах при уменьшении добычи, хотя в данном случае трудно найти отличия от других форм негативных воздействий на пласт. Резкое увеличение добычи воды часто является сигналом потенциальной проблемы солеотложения, особенно когда это совпадает с одновременным падением добычи нефти. Обычно операторы отслеживают химический состав воды и, в частности, содержание растворенных ионов в пластовых водах. Резкие изменения в концентрациях осадкообразующих ионов, таких как Ba 2+ или сульфат [SO 2-4 ], которые соответствуют уменьшению добычи нефти и увеличенной обводненности, может показывать, что нагнетаемая вода прорвалась, и процесс солеотложения начал- Солевые отложения Нефть Рис. 5. Воздействие на материнскую породу. Солеотложения ограничивают поток флюида через пласт, приводя к потере проницаемости. Закачиваемая вода Область, подвергшаяся воздействию солеотложений Нагнетаемый поток Перфорационные каналы Рис. 6. Повреждения нагнетательных скважин. Автоосаждение из закачиваемых вод может спровоцировать рост солеобразования, сужая при этом пропускную способность труб. Карбонат кальция может осаждаться в результате увеличения температуры и давления, приводя к осаждению и изменениям вблизи скважины, особенно в скважинах с высоким давлением и температурой. Несовместимые смешения закачиваемой и пластовой воды также приводят к аналогичным негативным последствиям. ся. Проверка реакции на предыдущее химическое воздействие, такое как кислотная обработка, может дать повод для таких предположений. Раннее предупреждение условий солевых отложений было бы очень ценным для операторов, поскольку в скважинах процесс отложений может идти в течение всего 24 часов или даже быстрее. Скважины с высококачественным оборудованием и постоянной системой контроля тщательно спроектированы для контроля химического состава воды. Внутренние датчики и системы постоянного мониторинга солеотложений являются областями активных исследований. Например, BP Amoco разработала интегрированную систему контроля над солевыми отложениями, которая использует внутренний электрохимический датчик, чувствительный к ph и концентрации хлорид-иона наряду с температурой, давлением и многофазным измерителем потока, способным к детектированию потенциального образования карбоната и помощи в регулировании химического дозирования с целью контроля над солевыми отложениями Нефтегазовое Обозрение

6 Химическое моделирование Химические модели созданы с целью предсказания природы и степени солеотложения в зависимости от условий. Эти модели предсказывают фазовое равновесие, используя термодинамические принципы и геохимические базы данных. Все зависит от базового набора данных, таких как элементно-количественный анализ, температура, давление и состав газовой фазы. Данные программы разработаны для предсказания влияния отклонений, таких как несовместимое смешение или изменения температуры и давления. Многие программы, предсказывающие процесс солеобразования, сейчас легко доступны в качестве бесплатного программного обеспечения и лишь ограниченная часть коммерческого программного обеспечения предназначена для описания химии рассолов. Эти программы распространяются как на простейшие модели, так и на комплексные геохимические модели, разработанные для моделирования флюида и химического транспорта в пористых пластах. 5 Такие модели могут быть использованы в течение длительного срока для предсказания проблем солевых отложений, используя различные значения параметров пласта и ожидаемого прорыва закачиваемой воды. На деле, для новых пластов, не имеющих тенденции к солеобразованию, только химические модели являются доступным инструментом предсказания. Поэтому они требуют точных сведений о химическом составе для пластовых флюидов и закачиваемых вод. Такое редко доступно на практике, но информация может быть накоплена для обеспечения более точных предсказаний процесса солевых отложений. Рис. 7. Солеотложения из несовместимых вод. Таблица (сверху) показывает типичные различия в концентрациях ионов, найденных в пластовых водах и морской воде. График (внизу) показывает количество солевого осадка, которое получается из различных смесей морской воды и пластовой воды. 600 Тип иона Натрий Калий Магний Барий Стронций Сульфат Хлорид Кальций нения. В морской воде обычно содержится большое количество ионов SO 4 2-, с концентрациями зачастую превышающими 2000 мг/л (0,02 ppg), в то время как пластовые воды содержат двухвалентные катионы Ca 2+ и Ba 2+. Смешение жидкостей в породах вокруг скважины дает новые жидкости с комбинированными концентрациями ионов, которые явно выше предельных растворимостей для сульфатных минералов. Отложения сульфата кальция (CaSO 4 ) образуются в пластах известняка, а отложения сульфата бария (BaSO 4 ) и стронция (SrSO 4 ) в пластах песчаника (рис. 7). Если данные отложения присутствуют в пласте, то их трудно удалить химическим или механическим путем. Смешение несовместимых вод также может происходить в трубах, при этом образуются солевые отложения, которые вполне могут быть удалены как химическим, так и механическим способом. Автоосаждение Пластовая жидкость по мере продвижения подвергается изменениям температуры и давления. Если такие влияния затрагивают жидкость с составом, превышающим пределы растворимости для данного минерала, то он будет выделятся в виде осадка это явление называют автоосаждением или самоосаждением. Сульфатные и карбонатные осадки могут образоваться в результате изменения давления внутри скважины или же любого другого изолированного оборудования. Осадок хлорида натрия (галит) образуется аналогичным образом из высококонцентрированных рассолов, подверженных сильным падениям температуры. Вода может содержать 100 фунт/барр [218 кг/м 3 ] галита при температуре 200 С, но только 80 фунт/барр [174 кг/м 3 ] при температуре окружающей среды. Галит способен осаждаться со скоростью 20 фунт/барр добываемой воды, что приводит к образованию многих тонн осадка ежедневно в одной скважине, приводя при этом к добыче воды со скоростью 1000 барр/день [159 м 3 /день]. Солевой состав двух различных вод Пластовая вода, ppm Морская вода, ppm Общие сценарии процесса солевых отложений В производстве углеводородов обычно фигурируют четыре основных события, приводящие к солеобразованию: Несовместимое смешение Смешение несовместимых нагнетаемых вод и пластовых вод может вызвать образование солевых отложений. Морская вода часто вводится в пласты при использовании вторичных методов повышения нефтеотдачи с использованием завод- Масса солевого осадка, мг/л BaSO 4 SrSO 4 3. Bamforth S, Besson C, Stephenson K, Whittaker C, Brown G, Catala G, Rouault G, Thйron B, Conort G, Lenn C and Roscoe B: Revitalizing Production Logging, Oilfield Review 8, no. 4 (Winter 1996): Snieckus D: Tipping the Scales, Offshore Engineer (September 1999): Oddo JE and Tomson MB: Why Scale Forms and How to Predict It, SPE Production & Facilities 9, no. 1 (February 1994): Морская вода, % Осень

7 Другая серьезная проблема встречается, когда карбонатные отложения образуются из пластовых жидкостей, содержащих кислые газы. Понижение давления в процессе добычи флюида приводит к высвобождению газов, которые увеличивают ph и вызывают солеотложения. Осаждение карбоната может простираться от пород вокруг ствола скважины и далее по трубам до наземного оборудования, по мере того как пластовые воды будут постепенно изменять свою температуру и давление. В случае карбонатных осадков температурные эффекты зачастую работают против эффектов давления. Например, давление падает на устье скважины, что может привести к появлению солевых отложений в породах. По мере подъема жидкости вверх по трубам к температурам на дневной поверхности и наружному давлению, падение результирующей температуры может опередить эффект давления, снижая при этом солеотложение внутри труб. С другой стороны, постепенное уменьшение давления от устья скважины к поверхности может привести к интенсивному выделению осадка в трубах и наземном оборудовании. Солевыделение, вызванное испарением Образование солевых отложений также связано с параллельно идущей добычей углеводородных газов и пластовых рассолов 4 фута прилегающего слоя Пластовая вода (влажный газ). По мере уменьшения гидростатического давления в трубах увеличивается объем углеводородного газа и все еще остающаяся горячей фаза рассола испаряется. Это обусловливает концентрирование растворенных ионов и превышение растворимости минералов в оставшейся воде. Это является типичной причиной выделения галита в скважинах с высокой температурой и давлением, но таким образом могут формироваться также и другие осадки. Закачка газа Заполнение пласта газообразным CO 2, проводимое с целью вторичного повышения нефтеотдачи, также может привести к солевым выделениям. Вода при контакте с CO 2 становится слабой кислотой и растворяет кальцит в пласте. Последовательное падение давления в пласте, окружающем эксплуатационную скважину, может заставить CO 2 выделяться из раствора и вызвать осаждение карбоната на перфорационных каналах и в порах пласта возле скважины. Образование солевых отложений в области скважин может снова вызвать уменьшение давления и дальнейшее осаждение (рис. 8). Подобно автоосаждению этот самоускоряемый процесс может полностью перекрыть перфорационные каналы или создать непроницаемый заслон между скважиной и пластом на несколько дней, полностью остановив добычу. Зона падения давления Поток жидкости Удаление солевого налета Методы удаления солевого слоя должны быть быстрыми, недеструктивными по отношению к скважине, трубам и среде пласта, а также эффективными в плане предотвращения повторного осаждения. При интенсификации пласта часто используют растворители с тем, чтоб предотвратить падение добычи. Лучшие методы по удалению солевых осадков зависят от знания типа, количества и физического состава и структуры осадка. Малый выбор методов очистки может действительно способствовать быстрому возобновлению солеосаждения. В трубах устойчивость и структура солевого слоя играют заметную роль в выборе методов удаления. Устойчивость и структура варьируется от очень тонкого налета, хрупких нитей или кристаллов с большим количеством микропор до каменнотвердых малопроницаемых и непористых слоев. Чистота солевых отложений непосредственно связана с их устойчивостью к удалению. Солеотложения могут встречаться в виде фаз, состоящих из одного минерала, но существенно чаще они являются смесью схожих по строению совместимых соединений. Чистый сульфат бария обычно имеет низкую пористость и крайне устойчив к химическим методам удаления, а также крайне тяжело удаляется большинством известных механических методов. Смеси же сульфата бария, зачастую с сульфатом стронция, сульфатом кальция и даже карбонатом кальция дают возможность использования разнообразных методов очистки, как химических, так и механических. Химические методы Удаление солевых отложений химическим путем зачастую является первым, самым дешевым методом, особенно в случае, когда применение механических методов затруднено, а также неэффективно или дорого. Например, карбонатные минералы легко растворимы в соляной кислоте и могут быть, таким образом, легко удалены. Тяжелый сульфатный осадок более сложный случай, поскольку в кислотах он почти нерастворим. В породах пластов его можно обработать сильными хелатообразующими реагентами, т. е. соединениями, способными разрушить устойчивую к кислотам структуру путем изоляции и связывания ионов металлов в прочную кольцевидную структуру. 6 Большинство химических обработок контролируют по степени доступа реагентов к поверхности солевых отложений. Следовательно, отношение общей площади поверхности к объему или отношение общей площади поверхности к массе является важным парамет- Нагнетаемая морская вода Солеотложения Солеотложения Осаждение карбоната кальция обуславливает дальнейшее уменьшение давления, приводя к дальнейшему осаждению. Рис. 8. Повреждение эксплуатационных скважин. Автоосаждение может привести к проблемам в эксплуатационных скважинах (справа), когда солеотложения формируются возле входов каналов перфорации (правая вставка). Падение давления над породами вблизи ствола скважины может привести к растворению осажденного CaCO 3. Смешение несовместимых нагнетаемых и пластовых вод может привести к осаждению солей в породах пласта (слева). 58 Нефтегазовое Обозрение

8 ром скорости и эффективности процесса удаления осадка. Большие площади реакционного контакта как в пористых материалах, глинистых частицах крайне тонких пластин и нитевидных образований реагируют быстро, поскольку объем кислоты, окружающей поверхность, большой. Малые соотношения общей площади поверхности к объему в толстых, непористых накоплениях солеобразований реагируют медленно с любыми, даже очень сильными химическими реагентами. Солевые осадки в трубах, где мы имеем малую общую площадь на большую массу отложений, реагируют слишком медленно, чтобы серьезно рассматривать методы химической очистки. Очень часто высокопроницаемые зоны в пласте (предполагающие малое сопротивление) отменяют направление обрабатывающей жидкости и препятствуют растворителю осадка проникать в другие поврежденные солеотложениями места. Новейшие методы используют растворители и разбавители, содержащие вязкоупругие поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные улучшить растворяющую силу растворителя. Вязкоупругие ПАВ образуют сверхвязкие гели при смешении с некоторыми составами рассолов, но при этом деструктурируются и становятся водянистыми в присутствии нефти или углеводородного газа. Следовательно, данные вязкоупругие ПАВ помогают направить растворители солевых отложений в продуктивную нефтеносную зону, избегая при этом непродуктивные водонасыщенные области. Хотя соляную кислоту чаще всего выбирают для обработки отложений карбоната кальция, быстрая кислотная реакция имеет и отрицательную сторону: истощенный кислотный раствор, содержащий растворенные солевые отложения, является отличным инициатором для повторного их выделения. Например, промысловое испытание стимуляции пласта кислотой позволило оператору в Северном море объяснить падение добычи (рис. 9). 7 Путем сравнения информации о производительности скважин на месторождениях Gullfaks перед стимуляцией и после нее, инженеры использовали анализ NODAL для того, чтобы определить изменения в поверхностных отложениях. Затем влияние каждого вида обработки на 6. Martel AE and Calvin M: Chemistry of Metal Chelate Compounds. New York, New York, USA: Prentice-Hall, Inc., Kotlar HK, Karlstad S, Jacobsen S, and Vollen E: An Integrated Approach for Evaluating Matrix Stimulation Effectiveness and Improving Future Design in the Gullfaks Field, paper SPE 50616, presented at the 1998 SPE European Petroleum Conference, The Hague, The Netherlands, October 20-22, Поток жидкости, тыс. м 3 /день Октябрь 1992 Январь 1993 Март 1993 Август 1993 Устьевое давление скважины Поток нефти разные типы солевых отложений в каждой скважине было смоделировано с использованием сопряженной модели «скважина-пласт» (см. «Программный комплекс для моделирования размещения химикатов» на странице 64). Сравнение эффекта, связанного с удалением отложений в поверхностном слое с изменениями добычи, позволило определить тип отложений и положение. Промысловые испытания подтверждают, что повторное осаждение карбоната в гравийной набивке является главным механизмом, вызывающим текущее падение добычи. Этот цикл повторного осаждения способны остановить химические реагенты, растворяющие и связывающие карбонат кальция в хелатные комплексы. Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) была одним из первых подходящих веществ для улучшенной химической очистки, и она до сих пор используется во многих формах (рис. 10 на стр. 60). Хотя обработка с помощью ЭДТА более медленная и дорогая, чем обработка соляной кислотой, она хорошо работает в случае отложений, требующих химического подхода. ЭДТА и ее структурные разновидности эффективны также при удалении некарбонатных солевых отложений, имея неплохие перспективы в технологии удаления сульфата кальция и его смесей с сульфатом бария. Ноябрь 1993 Поток воды Март 1994 Нормализованный поток Сенябрь 1994 Октябрь 1994 Даты кислотной промывки Недавно компания «Шлюмберже» разработала на основе ЭДТА улучшенный растворитель, называемый U105, в качестве удешевленной альтернативы для стимуляции карбонатных пород. Этот растворитель разрабатывался специально для карбоната кальция, но он также оказался эффективен против отложений карбонатов и оксидов железа. Он растворяет карбонаты медленнее, чем соляная кислота, и имеет при этом большую растворяющую емкость, чем традиционные органические кислоты, такие как муравьиная и уксусная. После хелатообразующего растворения отложений они уже не способны к повторному осаждению. Сохраняя свою стабильность при температуре до 250 С [482 F], U105 представляет собой растворитель умеренной токсичности, который к тому же не является коррозионно-опасным для многих сталей, что делает обработку еще более безопасной. Другие хелатообразующие реагенты были оптимизированы специально для солевых отложений сульфатов бария и стронция. Например, U104, основанный на структуре ЭДТА, содержащей химические активаторы, увеличивающие скорость растворения осадков. Он рекомендован для широкого класса солевых отложений как содержащих сульфат и карбонат, так и для различных смесей. Обычно 50 0 Январь 1995 Рис. 9. Пилообразный профиль добычи. Часть информации о добыче с одной из богатых скважин в месторождении Gullfaks показывает снижение добычи. Нормализованный поток (красная кривая) хороший показатель изменений, обусловленных указанными воздействиями, поскольку это устраняет эффект подавления добычи, вызванный ограничениями наземного оборудования. Нормализованная кривая показывает большое и мгновенное воздействие кислотной обработки (голубая кривая) и связанные с этим потери производительности скважины в течение одного-трех месяцев (повторяющееся солеосаждение). Входное давление скважины, бар Осень

9 Добываемый флюид, барр Нефть Вода SO 4-2 Ba +2 O O ЭДТА O O CO Обработка растворителем солеотложений Средний прирост добычи нефти за 147 дней 450 барр Время, дни Раствор комплекса Ba-ЭДТА Поверхностный комплекс 1150 барр 700 барр 147 дней Рис. 11. Данные о производительности скважин Северного моря. Были приняты меры против сильных повреждений скважин за счет отложения BaSO 4 и CaCO 3 в перфорационных каналах и породах вблизи ствола скважин. В результате этого объем добычи нефти вырос на 64% в течение 147 дней. CO CO CH 2 CH 2 Ba CH 2 CO CH 2 CH 2 Рис. 10. Хелатные комплексы с ЭДТА. Хелатные реагенты используются для перевода нежелательных ионов в растворимое состояние. Молекула ЭДТА делит электронные пары атомов кислорода и азота с атомами бария, образуя хелатный комплекс барий-эдта (вверху). Процесс хелатообразования способствует растворению отложений сульфата бария (внизу). N N перед применением эти растворы разбавляют свежей водой, и оставляют на период от 6 до 24 часов. Эффективность этого нового растворителя была продемонстрирована на месторождениях Северного моря, которые имеют существенные солеотложения в породах вокруг ствола скважины и перфорационных каналах. Тип солеотложений определили как смесь сульфата бария и карбоната кальция. Обработка с помощью U104 осуществлялась в результате его продавливания или закачки под давлением для достижения среднего радиального смещения в 3 фута (1 метр). Указанная обработка была завершена полным замещением ингибированной морской воды, и затем скважина была остановлена на 18 часов перед возобновлением добычи (рис. 11). Добыча увеличилась на 450 барр/день [72 м 3 /день], окупив стоимость всех материалов, стоимость прокачивания и производственные потери за 12 дней. Традиционные механические методы механические способы удаления солевых отложений предлагают нам большой ассортимент инструментов и методов, применимых для обработки внутритрубного пространства и внешней поверхности труб (рис. 12). Подобно химическим методам, многие механические методы имеют ограниченную область применения, так что выбор подходящего метода напрямую зависит от конкретной скважины и типа солевого отложения. Несмотря на свое разнообразие, механические подходы являются одними из самых успешных в практике очистки труб от солеотложений. Один из наиболее ранних методов удаления солевых отложений был разработан на основе применения взрывчатых веществ для встряхивания трубы и разрушения хрупких солевых отложений. Взрывчатые вещества обеспечивали ударные нагрузки с высокой энергией, которые могли удалять отложения, но зачастую повреждали трубы и цементный камень. Для ослабления действия взрывчатки требовалось изменение ее типа или уменьшение массы заряда взрывчатого вещества. Опыт показал, что для этого достаточно одной или двух жил детонирующего шнура, получивших наименование линейного заряда. Сегодня линейные заряды еще используются, особенно в качестве простого диагностического средства, когда быстрый ввод на канате и детонация в период выхода флюида позволяют установить тип и местонахождение солевых отложений. Опыт показал, что с помощью нескольких жил шнура, детонирующих от 60 Нефтегазовое Обозрение

10 Инструмент Описание Чистые твердые перемычки Чистая внутренность трубы Прочие преимущества Прочие недостатки Механическая очистка Двигатель объемного типа и фрезер Двигатель с приводом от потока жидкости «Moineau» и фрезер. Фрезер удаляет отложения путем шлифовки. Да. Скорость очистки может быть весьма низкой. Четкая индикация очистки на поверхности. Малые размеры обломков облегчают очистку ствола скважины. Статор двигателя и фрезер являются дорогостоящими расходными элементами. Предельная температура ~300 F [150 C]. Несовместим с растворителями солевых отложений. Фрезер может повреждать трубы. Ударный молоток Ударный молоток с приводом от потока жидкости. Высокие ударные силы дробят хрупкие отложения. Да. Скорость очистки может быть весьма низкой. Четкая индикация очистки на поверхности. Простой, надежный инструмент. Большие размеры обломков затрудняют очистку ствола скважины. Несовместим с растворителями солевых отложений. Химическая очистка Фиксированный промывочный инструмент Фиксированный инструмент со множеством сопел большого диаметра. Обычно используется только с химическими растворителями. Да, если отложения растворимы. Простой, надежный инструмент. Большинство мощности потока жидкости затрачивается на преодоление трения при циркуляции. Низкое давление в соплах; не способен удалять инертные отложения. Вращательноструйный инструмент Вращательный момент обеспечивается смещением сопел относительно оси инструмента. Отсутствие регулирования скорости. Да, если отложения растворимы. Простой инструмент. Охват всего ствола скважины вращающимися форсунками. Неэффективное размывание из-за высокой частоты вращения (>5000). Позиционноструйный инструмент Сопловая головка поворачивается на ~90 при циклическом изменении давления в колонне гибких НКТ. В головке имеется много сопел малого диаметра, что улучшает промывание ствола скважины. Требуется несколько СПО для очистки, что увеличивает продолжительность операции и износ гибких НКТ. Отсутствие индикации очистки на поверхности. Малый радиус очистки из-за малого диаметра сопел. Турбоприводный струйный инструмент Гидравлическая турбина вращает головку с двумя соплами. Частота вращения регулируется индукционным тормозом. Промывание всего ствола скважины с большим радиусом очистки. Через турбину нельзя закачивать абразивы. Сложный инструмент. Ультразвуковые инструменты Используются для создания высокочастотных импульсов давления, удаляющих отложения ударными волнами или кавитацией. Да, если отложения растворимы. Простота. Гидростатическое давление подавляет кавитацию. Инструменты не смогли эффективно удалять твердые отложения при лабораторных испытаниях. Инструменты Jet Blaster Метод Scale Blasting Сопловая головка, вращаемая двумя соплами, смещенными относительно оси инструмента. Регулирование частоты вращения посредством вязкостного тормоза. Промывание всего ствола скважины с большим радиусом очистки. Четкая индикация очистки на поверхности. Метод Bridge Blasting Двигатель с приводом от потока жидкости "Moineau" и струйная фрезерная головка. Радиальные форсунки следуют за направляющим фрезером. Четкая индикация очистки на поверхности. Статор двигателя и фрезер являются дорогостоящими расходными элементами. Предельная температура ~300 F [150 C]. Рис. 12. Механические методы удаления солевых отложений. Осень

11 электродетонатора и достаточно длинных для охвата интересующей зоны, можно эффективно удалять солевые отложения, закупоривающие перфорационные отверстия, и тонкие слои отложений в трубах. Отложения большой толщины, особенно в трубах, часто бывают слишком прочными для безопасного взрывного удаления и обладают слишком малой пористостью для эффективной химической обработки в приемлемые сроки. Для удаления таких отложений обычно требуется применение методов, разработанных для бурения горных пород и фрезерования стали. Разработаны долота ударного действия и технологии фрезерования для спуска на гибких НКТ внутрь трубы с использованием различных долот скалывающего типа и конфигураций фрез. В качестве забойного источника мощности обычно применяется гидравлический двигатель или ударный инструмент молоткового типа. Двигатели приводятся в движение потоком жидкости, и в них используются сочетания статора и ротора, вращающие долото. Их мощность зависит от скорости подачи жидкости и размеров двигателя; небольшие двигатели, удаляющие отложения в НКТ, обычно имеют диаметр от 1 11 / 16 до 1 3 / 4 дюйма, обеспечивая момент силы от 100 до 130 фунто-футов. Поскольку отложения редко равномерно осаждаются на стенке трубы, требуемая мощность фрезерования меняется в огромных пределах. Если двигатель не может развивать мощность, необходимую для резания отложений фрезером, двигатель тормозится, и процесс фрезерования останавливается. В результате, скорость удаления отложений меняется в зависимости от типа отложений и условий применения, но обычно составляет от 5 до более 30 линейных футов (от 1,5 до более 9 м) удаляемых отложений с трубы за час фрезерования. Изменение скорости фрезерования зависит от согласования между типом отложений и сочетания двигателя и фрезера. Опыт свидетельствует о том, что небольшие маломоментные двигатели обычно бывают эффективнее при спуске в скважину вместе с фрезерами с небольшими зубьями. Фрезеры с большими зубьями, хотя и действуют более интенсивно, не вращаются удовлетворительно на пересеченных поверхностях отложений, вызывая торможение небольших двигателей. Поэтому фрезеры с небольшими зубьями менее интенсивного действия осуществляют резание быстрее, поскольку реже возникает торможение двигателя. Рис. 13. Удаление струей воды отложений карбоната кальция. Труба обрабатывалась одной водяной форсункой со скоростью 2,4 дюйма/мин (1 мм/с). Несмотря на удаление карбонатных отложений, значительная их часть осталась на месте. Ударные инструменты, такие как инструмент Hipp Tripper компании Baker Oil Tools, представляют собой инструменты возвратнопоступательного действия, которые работают во многом аналогично пневматическому бурильному молотку с вращающимся долотом. Они наносят удары по отложениям от 300 до 600 раз в минуту и вращаются с частотой примерно 20 об/мин, как правило, с использованием плоского дробящего или крестообразного долота. С такими инструментами нельзя использовать фрезеры, так как удары вызывают повышенное повреждение поверхности фрезера. Наиболее эффективны такие инструменты на хрупких солевых отложениях, обеспечивая быстрое удаление отложений со скоростью от 10 до 100 линейных футов (от 3 до 30 м) в час. Когда полнопроходному доступу к солевым отложениям частично препятствуют физические ограничения, такие как уменьшенный диаметр трубы и вводимое оборудование для заканчивания скважины, для удаления отложений после ограничения требуются инструменты, способные изменять диаметр. В случае отсутствия такого оборудования для обеспечения повышенного расхода обычно Рис. 14. Удаление струей воды с абразивом отложений карбоната кальция. Труба обрабатывалась одной водяной форсункой с использованием абразивного песка со скоростью 2,4 дюйма/мин (1 мм/с). В ходе испытания форсунка оставалась неподвижной 3 минуты, в результате чего струя песка прорезала стенку трубы примерно на 80%, что является неприемлемым уровнем повреждения. сверлят небольшое отверстие через отложения диаметром менее полного диаметра трубы. Тем не менее наличие в трубе остаточной поверхности с отложениями провоцирует рост новых отложений и значительно затрудняет обработку ингибиторами для предотвращения образования центров кристаллизации. Более эффективной для предотвращения роста новых отложений является чистая, обнаженная стальная поверхность. Для применения ударных инструментов, подобных двигателям с фрезерами, обычно необходим полнопроходной доступ, и они редко полностью удаляют солевые отложения до стальной стенки. В таких ситуациях частичного доступа расширительные фрезеры могут увеличить эффективный диаметр посредством выдвижения фрезерных резцов в зависимости от давления и подачи насоса. Расширительные фрезеры эффективны, но удаляют отложения примерно лишь с половинной скоростью по сравнению с обычными фрезерами. Гидромеханические струйные методы Забойные гидравлические струйные системы, такие как система Hydroblast компании Halliburton и система RotoJet компании 62 Нефтегазовое Обозрение

12 BJ-NOWSCO, существуют много лет для удаления солевых отложений из эксплуатационных НКТ и перфораций. В подобных инструментах для обеспечения охвата всего ствола скважины используются несколько струйных отверстий или позиционно-струйная головка. Эти инструменты можно использовать вместе с химическими промывками для воздействия на растворимые отложения, если это необходимо для предотвращения потерь реагентов, Мишень Электронная аппаратура синхронизации и измерения скорости нагнетаемых под давлением. Водоструйное воздействие может быть эффективным в отношении мягких отложений, таких как галит, однако, опыт показал, что оно менее эффективно по отношению к отложениям средней-высокой твердости, таким как кальцит и сульфат бария (рис. 13). Под давлением струя воды удаляет отложения на поверхности путем кавитации, при которой в струе гидравлической форсунки Удары отдельными частицами Скорость 200 м/с Угол удара от 30 до 90 Цилиндр Газовый баллон Частицы песка Частицы известняка Стеклянная дробь Частицы «серебряного бисера» Рис. 15. Стенд для испытания ударного воздействия частиц. Предназначен для изучения и оценки механизма повреждений от воздействия абразивных материалов на стальные трубы и поверхность с отложениями (вверху). Устройство обеспечивает выброс отдельных частиц со скоростью свыше 450 миль/час (200 м/c, после чего они соударяются с поверхностью под углом от 30 до прямого. На фотографиях (внизу) показаны повреждения от различных частиц. Имеющие острые углы частицы песка и частицы кальцита, как правило, выдалбливают сталь, вызывая вязкое разрушение. Округлые частицы отскакивают от стальной поверхности. Стеклянная дробь создает большие глубокие ударные кратеры, которые, в конечном счете, прорезают трубу насквозь. Частицы «серебряного бисера» разбиваются при соударении со сталью, создавая лишь небольшие ямки, которые оставляют сталь неповрежденной. формируются микропузырьки. Эти пузырьки создаются в процессе выброса под высоким давлением, когда жидкость проходит через сопло форсунки. При столкновении с отложениями пузырьки разрушаются, вызывая мощное почти взрывное воздействие. Проведенные компанией Schlumberger Cambridge Research, Англия, исследования показали, что в скважине под гидростатическим давлением в стволе скважины этот процесс в значительной степени подавляется. Скорость резания, как правило, снижается в четыре и более раз. Ограничения по давлению нагнетания с поверхности с использованием струйных инструментов, спускаемых на НКТ, не позволяют увеличить давление жидкости в степени, достаточной для преодоления перепада давления в скважине. Абразивные суспензии Добавление к водяной струе твердой фазы в небольшой концентрации от 1 до 5% по массе может значительно усилить ее способность прорезать отложения. Водяные форсунки с использованием абразивного песка широко применяются в строительстве для резания железобетона и даже в процессе разоружения для резки заряженных боеприпасов без риска возникновения источника тепла или возгорания. Данный метод также превосходно себя зарекомендовал при резке кальцийкарбонатных отложений по сравнению с одним только водоструйным воздействием (рис. 14). К сожалению, использование абразивов типа песка может вызывать повреждение стальных труб. После полного удаления отложений с поверхности трубы абразивная струя разрушает сталь так же эффективно, как и отложения. В случае торможения струйного инструмента существует большая опасность перфорирования абразивной струей стальной трубы. Для получения абразивной струи, которая режет отложения, не повреждая трубы, должна использоваться разница в твердости между отложениями в стволе скважины и подстилающей сталью. Одним из основных различий между отложениями в стволе скважины и сталью труб является то, что тогда как отложения являются хрупкими, сталь подвержена вязкому разрушению (рис. 15). Остроугольная частица песка разрушает поверхность вязкого материала путем режущего и пропахивающего воздействия. С другой стороны, твердая округлая частица отскакивает от поверхности, удаляя лишь небольшой объем стали и оставляя ударный кратер. Отложения демонстрируют хрупкое разрушение, поэтому Осень

13 BJ-NOWSCO, существуют много лет для удаления солевых отложений из эксплуатационных НКТ и перфораций. В подобных инструментах для обеспечения охвата всего ствола скважины используются несколько струйных отверстий или позиционно-струйная головка. Эти инструменты можно использовать вместе с химическими промывками для воздействия на растворимые отложения, если это необходимо для предотвращения потерь реагентов, Мишень Электронная аппаратура синхронизации и измерения скорости нагнетаемых под давлением. Водоструйное воздействие может быть эффективным в отношении мягких отложений, таких как галит, однако, опыт показал, что оно менее эффективно по отношению к отложениям средней-высокой твердости, таким как кальцит и сульфат бария (рис. 13). Под давлением струя воды удаляет отложения на поверхности путем кавитации, при которой в струе гидравлической форсунки Удары отдельными частицами Скорость 200 м/с Угол удара от 30 до 90 Цилиндр Газовый баллон Частицы песка Частицы известняка Стеклянная дробь Частицы «серебряного бисера» Рис. 15. Стенд для испытания ударного воздействия частиц. Предназначен для изучения и оценки механизма повреждений от воздействия абразивных материалов на стальные трубы и поверхность с отложениями (вверху). Устройство обеспечивает выброс отдельных частиц со скоростью свыше 450 миль/час (200 м/c, после чего они соударяются с поверхностью под углом от 30 до прямого. На фотографиях (внизу) показаны повреждения от различных частиц. Имеющие острые углы частицы песка и частицы кальцита, как правило, выдалбливают сталь, вызывая вязкое разрушение. Округлые частицы отскакивают от стальной поверхности. Стеклянная дробь создает большие глубокие ударные кратеры, которые, в конечном счете, прорезают трубу насквозь. Частицы «серебряного бисера» разбиваются при соударении со сталью, создавая лишь небольшие ямки, которые оставляют сталь неповрежденной. формируются микропузырьки. Эти пузырьки создаются в процессе выброса под высоким давлением, когда жидкость проходит через сопло форсунки. При столкновении с отложениями пузырьки разрушаются, вызывая мощное почти взрывное воздействие. Проведенные компанией Schlumberger Cambridge Research, Англия, исследования показали, что в скважине под гидростатическим давлением в стволе скважины этот процесс в значительной степени подавляется. Скорость резания, как правило, снижается в четыре и более раз. Ограничения по давлению нагнетания с поверхности с использованием струйных инструментов, спускаемых на НКТ, не позволяют увеличить давление жидкости в степени, достаточной для преодоления перепада давления в скважине. Абразивные суспензии Добавление к водяной струе твердой фазы в небольшой концентрации от 1 до 5% по массе может значительно усилить ее способность прорезать отложения. Водяные форсунки с использованием абразивного песка широко применяются в строительстве для резания железобетона и даже в процессе разоружения для резки заряженных боеприпасов без риска возникновения источника тепла или возгорания. Данный метод также превосходно себя зарекомендовал при резке кальцийкарбонатных отложений по сравнению с одним только водоструйным воздействием (рис. 14). К сожалению, использование абразивов типа песка может вызывать повреждение стальных труб. После полного удаления отложений с поверхности трубы абразивная струя разрушает сталь так же эффективно, как и отложения. В случае торможения струйного инструмента существует большая опасность перфорирования абразивной струей стальной трубы. Для получения абразивной струи, которая режет отложения, не повреждая трубы, должна использоваться разница в твердости между отложениями в стволе скважины и подстилающей сталью. Одним из основных различий между отложениями в стволе скважины и сталью труб является то, что тогда как отложения являются хрупкими, сталь подвержена вязкому разрушению (рис. 15). Остроугольная частица песка разрушает поверхность вязкого материала путем режущего и пропахивающего воздействия. С другой стороны, твердая округлая частица отскакивает от поверхности, удаляя лишь небольшой объем стали и оставляя ударный кратер. Отложения демонстрируют хрупкое разрушение, поэтому Осень

14 Программный комплекс для моделирования размещения химикатов Моделирующая программа может помочь при проектировании эффективной обработки. К примеру, программное обеспечение StimCADE представляет собой объединенную программу моделирования ствола скважины и коллектора, включающую модель ствола скважины, модель коллектора и модель химических реакций, предназначенную для прогнозирования солеобразования. Входные параметры включают всесторонний перечень описаний ствола скважины, пласта, флюидов и химических обработок. Модель ствола скважины обеспечивает решение уравнений конвекции-диффузии относительно потока флюидов вниз по колонне для обработки (эксплуатационной колонне НКТ, колонне гибких НКТ или обсадной колонне) с целью оценки потерь давления на трение в процессе нагнетания. При оценке вторжения флюидов для обработки в пласт, окружающий ствол скважины, модель коллектора отслеживает местоположение фронтов различных флюидов в коллекторе. Модель химических реакций позволяет оценивать скорость растворения минералов согласно законам кинетики для используемых растворителей и минеральных веществ, присутствующих на литологическом участке пласта. Нетто-значение растворения минералов преобразуется в величину уменьшения толщины верхнего слоя пласта для каждой кислотной обработки. К числу дополнительных функций относятся возможность моделирования наклона ствола скважины, прогнозирования влияния добавок в буровой раствор для избирательной закупорки на профили вторжения флюидов и моделирования одновременного потока в скважину двух флюидов одного вниз по колонне НКТ или колонне гибких НКТ и другого вниз по затрубному пространству. Эти функции позволяют прогнозировать эффективность подачи в скважину различных химикатов для обработки. Рис. 16. Труба, очищенная абразивной стеклянной дробью. Труба обрабатывалась одной водяной форсункой с использованием стеклянной дроби со скоростью 2,4 дюйма/мин (1 мм/с). Карбонатные отложения были удалены. В ходе испытания форсунка оставалась неподвижной 3 минуты, в результате чего стеклянная дробь прорезала стенку трубы примерно на 30%. Рис. 17. Удаление отложений в трубе с использованием абразива «серебряный бисер». Труба обрабатывалась одной водяной форсункой с использованием «серебряного бисера» со скоростью 2,4 дюйма/мин (1 мм/с) для удаления карбонатных отложений. В ходе испытания форсунка оставалась неподвижной 3 минуты, в результате чего со стенки трубы было удалено менее 2% стали. удары твердых частиц приводят к растрескиванию отложений и в конечном счете вызывают дробление субстрата. Разрушение отложений не зависит от формы частиц. Выбор округлых, а не остроугольных частиц способствует эрозии отложений, в то же время уменьшая повреждение стальных труб. К примеру, компания Adams Coiled Tubing поставляет абразивно-гидравлическую систему с использованием стеклянной дроби. В струйном инструменте имеются восемь фиксированных сопел, обеспечивающих полный охват в радиальном направлении, и форсунки, направленные вниз. Система совместима с пенообразующими жидкостями и эффективно удаляет отложения всех типов. С другой стороны, кратеры, образующиеся при повторяющихся ударах стеклянных частиц, могут в конечном счете привести к усталости и разрушению стальной поверхности (рис. 16). Абразивы типа «серебряный бисер» Стеклянная дробь значительно тверже стальных труб и вызывает повышенную эрозию труб. Однако слишком значительное снижение твердости абразивных частиц делает их неэффективными. Поэтому необходимая 64 Нефтегазовое Обозрение

15 твердость выбирается в результате компромисса между сведением к минимуму повреждения стали и обеспечением максимальной эффективности резания отложений. Важное значение имеют и другие параметры, такие как хрупкость абразивного материала. Хотя имеется много видов сферических частиц надлежащей твердости, как правило, они обладают низкой долговечностью и при ударе раскалываются, передавая субстрату недостаточную разрушительную энергию для удаления отложений. На основе экспериментального и теоретического изучения физических взаимодействий между абразивными частицами и типовыми материалами труб, проведенного в компании Schlumberger Cambridge Research, был предложен новый абразивный материал, получивший наименование «серебряный бисер». 8 Этот материал обладает эрозионными характеристиками песка на твердых и хрупких материалах отложений, одновременно являясь в 20 раз менее эрозионным по отношению к стали, и не повреждает скважину, если возникает длительное струйное воздействие в одной точке (рис. 17). Абразивные частицы имеют сферическую форму, высокую стойкость к растрескиванию и низкую хрупкость (рис. 18). Бисер растворим в кислотах, не токсичен, что упрощает операции очистки. Универсальная система удаления солевых отложений Инженеры Центра по заканчиванию скважин компании «Шлюмберже» из Рошарона, шт. Техас, США, разработали струйный инструмент с вращающейся головкой с подачей регулируемого потока вязкой жидкости Jet Blaster, характеристики форсунок и сопел которого оптимизированы для использования с абразивом «серебряный бисер» (рис. 19). Этот новый инструмент с вращающейся головкой в сочетании с абразивами «серебряный бисер» служит основой новой системы воздействия, доставляемой на гибких НКТ и предназначенной для удаления солевых отложений из скважинных труб. В системе Blaster Services применяются три метода удаления отложений, которые могут использоваться для решения широкого спектра проблем в связи с отложениями: Метод Scale Blasting (размыва отложений) предусматривает использование абразива «серебряный бисер» вместе с новой струйной головкой для удаления твердых отложений. 8. Johnson A, Eslinger D and Larsen H: An Abrasive jetting Removal System, paper SPE 46026, presented at the 1998 SPE/IcoTA Coiled Tubing Roundtable, Houston, Texas, USA, April 15-16, ,75 мм Соединит. головки с гибкими НКТ, обратные клапаны и разъединитель Циркуляционный клапан двойного действия Модуль фильтра Головка с радиальной форсункой Вертлюг Метод Scale Blasting Головка с радиальной форсункой и направляющий фрезер Сопловая головка Двигатель объемного типа «Moineau» Кольцевая насадка Модуль двигателя Струйнобурильная головка Метод Bridge Blasting Кольцевая насадка Модуль головки Рис. 18. Вид под микроскопом абразива «серебряный бисер». Рис. 19. Инструмент Jet Blaster. На фотографии (вверху) показан инструментальный ящик с абразивно-струйной системой, доставленной на буровую. Скважинный инструмент Jet Blaster (слева в середине) включает соединения для гибких НКТ, обратные клапаны и разъединительные приспособления, циркуляционную установку двойного действия и фильтр, который предотвращает засорение струйных сопел посторонними частицами, содержащимися в жидкости для струйной обработки. Инструмент обеспечивает преобразование гидравлической мощности во вращение с постоянной частотой вертлюга при подаче вязкой режущей жидкости для удаления отложений с внутренней поверхности стенок труб (вставка справа в середине). Силы реакции от двух эксцентриситетных струйных сопел обеспечивают момент силы около 5 фунто-футов для вращения головки вертлюга с частотой не выше 200 об/мин. Струйная головка состоит из соплодержателя и кольцевой насадки. При использовании методов Jet Blasting и Scale Blasting соплодержатель монтируется с двумя противостоящими тангенциальными форсунками (слева внизу). Эксцентриситетные струйные сопла обеспечивают подачу в ствол скважины максимальной гидродинамической энергии. Кольцевая насадка позволяет подавать на инструмент нагрузку, чтобы он продвигался только после очистки всего минимального диаметра отверстия. При работе по методу Bridge Blasting можно использовать двигатель объемного типа «Moineau» (внизу в центре и справа) для разбуривания перемычек отложений в трубе. Этот двигатель может передавать момент силы 150 фунто-футов на модуль головки с частотой 300 об/мин. Осень

16 Метод Bridge Blasting (размыва перемычек) предусматривает использование механизированной фрезерной головки и абразивной струйной обработки в тех случаях, когда отложения полностью закупоривают трубу. Метод Jet Blasting (струйного размыва) предусматривает использование нового струйного инструмента с неабразивными жидкостями для удаления мягких отложений. Система удаления отложений включает также программу проектирования удаления отложений Jet Advisor, которая позволяет оператору оптимизировать конфигурацию струйного инструмента и диаметр сопел на основе условий в скважине для обеспечения максимальных мощности струи и скорости продвижения головки. Она также помогает при выборе абразивных или неабразивных с использованием только жидкости методов удаления солевых отложений. Программа Jet Advisor предупреждает оператора об опасности повреждения труб из-за торможения головки на основе результатов анализа повреждения стали и прихвата-проскальзывания гибких НКТ. Удаление твердых отложений Для удаления твердых отложений типа сульфатов железа, стронция и бария недостаточно неабразивного струйного воздействия и химических обработок. Регулируемое эрозионное воздействие абразива «серебряный бисер» хорошо себя проявило при удалении отложений любого типа из труб, включая наиболее трудноудалимые отложения сульфата бария, со скоростями до 100 футов/ч (30 м/ч) и более. Метод Scale Blasting наиболее эффективен, когда обнаруженные в скважине отложения являются нерастворимыми, неизвестного состава или переменной твердости. Система также обеспечивает безопасный метод удаления отложений из скважинного оборудования для заканчивания скважины. Скорость проходки регулируется посредством кольцевой насадки, которая обеспечивает очистку всего диаметра при минимальном повреждении стальной поверхности. Метод Scale Blasting использовался на промыслах Северного моря для удаления твердых отложений сульфата бария на двух газлифтных клапанах, обнаруженных при анализе кавернограмм многоножечного каверномера, в газлифтной скважине, законченной с использованием нескольких мандрелей (рис. 20). 9 По мере нагнетания воды давление фонтанирования скважины понижалось, и существовала возможность того, что давления газа будет недостаточно для достижения единственного оставшегося действующим клапана, который находился в мандрели для съемного клапана. Неудача при извлечении и замене второго поврежденного клапана привела бы к прекращению фонтанирования скважины, так как обводненность росла и вызывала необходимость проведения дорогостоящего ремонта. Растворители не помогли удалить отложения в степени, достаточной для того, чтобы позволить ориентирующим инструментам зацепить и захватить клапаны. 10 Новая технология абразивно-струйного воздействия с использованием оборудования, спускаемого на гибких НКТ, использовалась в этой скважине впервые на промыслах Северного моря. Программное обеспечение Jet Advisor позволило определить оптимальные Номинальный диаметр НКТ Диаметр по состоянию на апрель 1996 г. Диаметр по состоянию на апрель 1997 г. 4,0 дюйма Диаметр по состоянию на август 1997 г. 6,0 дюймов X526 X527 Глубина, футы X528 X529 X530 Рис. 20. Накапливание солевых отложений в период с апреля 1996 г. по август 1997 г. На кавернограммах многоножечного каверномера показано скопление отложений (заштриховано) в верхней мандрели для съемного клапана. 66 Oilfield Review

17 Гамма-каротаж, единиц API Участок удаления отложений Апрель 1997 г. Май 1998 г X860 X870 X880 Глубина, м X890 X900 Рис. 21. Подтверждение устранения отложений. Можно использовать диаграммы гамма-каротажа для определения количества отложений, удаленных на очищенном интервале в 22 м (84 фута) с центром в точке расположения мандрели для съемного клапана. На диаграмме каротажа 1997 г. показано относительное накопление отложений на нижней мандрели для съемного клапана за год до обработки. Диаграмма 1998 г. была получена после удаления отложений из зоны между отметками Х872 м и Х894 м. размеры кольцевой насадки, а также размеры сопла и конфигурацию сопла и головки для эффективного удаления твердых отложений. Это программное обеспечение позволило также определить оптимальную концентрацию абразива и спрогнозировать скорости удаления отложений. Сначала была очищена мандрель для съемного клапана со скоростью 100 футов/ч (0,5 м/мин). Затем в том же порядке была очищена вторая мандрель для съемного клапана. Была произведена оценка результатов всей операции путем спуска в скважину ориентирующего инструмента и проверки возможности замены газлифтных клапанов в очищенных мандрелях. Кроме того, был выполнен гаммакаротаж для оценки оставшихся солевых отложений в законченной скважине (рис. 21). Поврежденный клапан был успешно извлечен и заменен. С помощью абразивно-струйного 9. Tailby RJ, Amor CB and McDonough A: Scale Removal from the Recesses of Side-Pocket Mandrels, paper SPE 54477, presented at the 1999 SPE/IcoTA Coiled Tubing Roundtable, Houston, Texas, USA, May 25-26, Применение ориентирующих инструментов для демонтажа извлекаемых газлифтных клапанов, установленных в мандрелях для съемных клапанов, см. в: Fleshman R, Harryson and Lekic O: Artificial Lift for High-Volume Production, Oilfield Review 11, no. 1 (Spring 1999): воздействия удалось эффективно очистить скважину от отложений, не повредив мандрель. В качестве примера можно также привести ситуацию, когда отложения сульфата бария толщиной до 0,38 дюйма (1 см) мешали компании-оператору на промысле в Габоне, Западная Африка, получить доступ и заменить пять газлифтных оправок в скважине, законченной с использованием колонны НКТ переменного диаметра. Из скважины не велась добыча с 1994 г. Спуски калибрующей шарошки показали, что НКТ закупорены перемычками отложений, препятствующими доступу к нижнему участку скважины. В ходе ремонта требовалось удалить отложения из НКТ, заменить газлифтные мандрели и обеспечить доступ в скважину ниже НКТ. Предшествующие попытки применения традиционных методов устранения отложений, включая несколько спусков в скважину двигателей объемного типа и фрезеров, ударно-молотковой и еще одной струйной системы после обработок растворителем, оказались безуспешными. Способность удаления твердых отложений сульфата бария в широком диапазоне условий сделала метод Scale Blasting привлекательной альтернативой. Ввиду заканчивания скважины с использованием НКТ переменного диаметра требовались калиброванные кольца и сопловые головки нескольких размеров. В рецептуре жидкости для обработки использовались стандартные концентрации полимера и абразивов «серебряный бисер» для обеспечения оптимальной очистки скважины и скорости проходки. Программное обеспечение Jet Advisor позволило оптимизировать момент вращающейся струйной головки и эффективность абразивного резания с использованием в качестве переменных подачи насоса, давления и вязкости в стволе скважины с отклонением от вертикали на 56. Наиболее эффективные подачи насоса и давления на поверхности были определены посредством программного обеспечения CoilCADE, а программа CoilLIMIT использовалась при определении безопасных предельных эксплуатационных параметров для гибких НКТ. В результате обработки было очищено 6500 футов (1981 м) НКТ при общем времени струйного воздействия 25,5 ч. Средние скорости проходки составили от 600 до 900 футов/ч (от 3 до 5 м/мин) в НКТ 3 1 / 2 дюйма и от 40 до 100 футов/ч (от 0,2 до 0,5 м/мин) на участке расположения газлифтных оправок Осень

18 Рис. 22. Фрезерная головка Bridge Blaster. Систему Bridge Blaster можно скомпоновать с радиальной струйной головкой, кольцевой насадкой и фрезером Reed-Hycalog (слева) или с обращенными вниз абразивно-струйными соплами (справа), разбуривающими скважину через перемычки из отложений, которые нельзя прорезать фрезерами с пластинами из карбида вольфрама. и в НКТ 2 7 / 8 дюйма. Успешная обработка позволила компании-оператору заменить газлифтные мандрели, и теперь дебит скважины составляет 2000 барр/день (320 м 3 /день). Снятые газлифтные мандрели были очищены по всем поверхностям, открытым в ствол скважины, а клапаны повреждены не были. Удаление из труб перемычек из отложений Солевые отложения, которые полностью перекрывают трубы, можно удалить путем специальной доработки абразивно-струйного инструмента Jet Blaster с использованием метода Bridge Blasting. Метод Bridge Blasting предусматривает применение двигателя объемного типа диаметром 1,69 дюйма, специально доработанного для предотвращения засорения абразивом «серебряный бисер» лабиринтного торцевого уплотнения двигателя для высокого давления. Двигатель объемного типа приводит в движение комбинированную струйно-фрезерную головку, в которой алмазный фрезер компании Reed-Hycalog используется для прорезания в отложениях небольшого начального отверстия (рис. 22). Завершают очистку радиальные форсунки. Поскольку фрезер удаляет лишь часть общего объема перемычки из отложений, скорость очистки и общая надежность фрезера и двигателя значительно превышают аналогичные показатели для обычных методов очистки фрезерованием с использованием двигателя объемного типа. Кольцевая насадка центрирует инструмент и предотвращает повреждение труб фрезером, что зачастую вызывает осложнения при использовании традиционных методов фрезерования. Для удаления перемычек из твердых отложений применяется другая струйно-бурильная головка, если направляющий фрезер не обеспечивает приемлемых скоростей очистки. В струйно-бурильной головке четыре точно ориентированные струйные сопла используются для проходки через перемычку из отложений с помощью суспензии «серебряного бисера». Обычно требуется последующий спуск в скважину вертлюга Jet Blaster с использованием абразива «серебряный бисер» для завершения очистки до полного диаметра труб. Отложения сульфида железа [FeS 2 ] вызывали особую озабоченность компании BP Amoco на южном месторождении Кэйбоб в пласте Би- Вид струйной обработки Время обработки, ч Длина участка с удаленными отложениями, м НД мандрели инструмента, мм Скважина 1 Метод Scale Blasting 1, Скважина 2 Метод Scale Blasting ,7 Скважина 3 Метод Bridge Blasting ,7 Скважина 4 Метод Scale Blasting ,7 Скважина 5 Метод Scale Blasting 2, Скважина 6 Метод Bridge Blasting /45 Скважина 7 Метод Scale Blasting Скважина 8 Метод Scale Blasting 1, ,7 Рис. 23. Результаты удаления отложений из скважин пласта Биверхилл-лейк. 68 Нефтегазовое Обозрение

19 верхилл-лейк в Канаде. Кристаллики сульфида железа образуются непосредственно на стальных трубах, прочно с ними соединяются и способствуют развитию биметаллической или щелевой коррозии под кристалликами. В этих скважинах, из которых добывается конденсат с кислым газом [H 2 S], на кристалликах сульфида железа, находящихся в трубах, осаждаются высокомолекулярные соединения, такие как асфальтены. 11 Такие необычные отложения нельзя удалить соляной кислотой, ПАВ или хелатообразующими реагентами, поскольку асфальтены защищают отложения от растворителей отложений. Отложения можно устранить или механическими методами или сначала удалив слои асфальтенов химическим способом. Предшествующий опыт применения традиционных методов удаления отложений, в том числе с использованием вспененной кислоты, кислотной струйной обработки в сочетании с органическими растворителями, такими как ксилол, а также бурения, фрезерования и использования встряхивателей труб, оказался неудачным. В восьми скважинах прошли оценку новые абразивно-струйные методы с использованием абразива «серебряный бисер». Для снижения трения и улучшения переноса шлама использовался гелеобразный водный раствор, содержащий добавку биополимера ксантана. 11. Crombie A, Halford F, Hashem M, McNeil R, Thomas EC, Melbourne G and Mullins O: Innovations in Wireline Fluid Sampling, Oilfield Review 10, no. 3 (Autumn 1998): При обработке этих скважин концентрация «серебряного бисера» составляла 2,5%. Время обработки варьировалось от 1 до 4 часов в шести скважинах с использованием метода Scale Blasting и до 13 часов в одной из двух скважин, содержащих перемычки из отложений, которые обрабатывались по методу Bridge Blasting (рис. 23). Скорости проходки менялись в зависимости от мандрели инструмента, характера отложений, наличия перемычек при использовании метода Scale Blasting и ограничений в стволе скважины. В целом из восьми скважин было успешно удалено футов (3170 м) отложений за 32,5 часа общего времени струйной обработки. Удаление песчаных пробок Если отложения в стволе скважины являются мягкими, кислоторастворимыми или химически активными, наиболее экономичным и эффективным оказывается метод Jet Blasting без применения абразива. Повышенная эффективность гидравлической форсунки благодаря оптимизированной конструкции струйной головки обеспечивает максимальную эффективность удаления мягких отложений, свежего цемента и глинистой корки. На другие места повреждений при бурении и на нерастворимые отложения хорошо действует комбинированная химическая и струйно-очищающая обработка. В Южном Техасе компания-оператор столкнулась с трудностями при удалении песчаных пробок в скважине с тремя зонами, стимулированными гидроразрывом пласта, которые были изолированы посредством песчаных пробок. Каждая песчаная пробка перекрывалась слоем кварцевой муки для обеспечения лучшего уплотнения при повышенном давлении. При попытке удаления песчаных пробок использовались двигатель перфоратора с фрезером. Первая пробка была удалена успешно, но фрезер полностью сработался после проходки 2 футов (0,6 м) второй пробки. С помощью второго фрезера удалось пробурить лишь еще 5 футов (1,5 м) пробки, прежде чем он полностью сработался (рис. 24). Пробка со слоем кварцевой муки по верхней части размололась и уплотнилась благодаря воздействовавшему сверху давлению гидроразрыва, создав твердый столб в скважине. Программное обеспечение Jet Advisor использовалось для выбора надлежащего размера сопла при использовании метода Jet Blasting на основе условий в скважине. Состав и размеры компонентов головки выбирались с учетом схемы заканчивания скважины и материала закупоривающего столба. В качестве жидкости для струйной обработки применялся 2%-ный водный раствор хлорида калия [KCl] с понизителем трения, пенообразующим средством и азотом [N 2 ]. Обработка позволила достичь скорости очистки от 400 до 600 футов/ч (от 2 до 3 м/мин). Пробки и кварцевая мука были удалены из скважины менее чем за сутки, сэкономив компании-оператору затраты на установку для ремонта скважин и потерю добычи за пять суток простоя. Рис. 24. Износ фрезы под действием кварцевой муки. Осень

20 Колонна ГНКТ малого диаметра B A Предотвращение солеобразования Прямые затраты на удаление солевых отложений из одной скважины могут достигать 2,5 млн долл., а затраты в связи с задержкой добычи еще больше. 12 Точно так же, как в медицине, профилактика лучше лечения, сохранение работающей скважины в удовлетворительном состоянии в конечном счете является самым эффективным способом добычи углеводородов. В большинстве случаев предотвращение солеобразования путем химического ингибирования служит предпочтительным методом поддержания продуктивности скважины. Методы ингибирования могут варьироваться от основных методов разбавления до наиболее передовых и экономичных методов с использованием пороговых ингибиторов солеобразования. Разбавление широко используется для регулирования осаждения галита в скважинах с высокосоленой средой. При разбавлении производится понижение насыщенности содержимого ствола скважины путем непрерывной подачи пресной воды на вскрытую поверхность, и это служит простейшим методом предотвращения образования солевых отложений в эксплуатационных НКТ. Для этого требуется установить колонну ГНКТ малого диаметра через эксплуатационные НКТ (рис. 25). Диаметр такой колонны обычно не превышает 1 1 / 2 дюйма. В дополнение к разбавлению существуют буквально тысячи ингибиторов солеобразования для различных условий применения от нагревательных котлов до нефтяных скважин. Большинство этих химикатов препятствует росту частиц отложений, подавляя рост центров солеосаждения. Некоторые химические реагенты хелатируют или связывают реагирующие вещества в растворимой форме. Оба подхода могут быть эффективными, но каждый требует осторожности при применении, поскольку обработки плохо переносят изменение эксплуатационной системы. Хелатообразующие ингибиторы блокируют осаждение или рост солевых отложений только для определенного ограниченного уровня пересыщения. Случаются нарушения равновесия, причем даже в защищенных системах, вызывающие осаждение солевых отложений. Поскольку хелатообразующие реагенты поглощают ионы отложений в стехиометрических отношениях, эффективность и экономичность хелатообразующих реагентов в качестве ингибиторов солеобразования невелика. Пресная вода Закачка химического реагента под давлением Добыча соленой жидкости Рис. 25. Колонна ГНКТ малого диаметра. Через колонну ГНКТ малого диаметра, или капиллярную колонну, в эксплуатационные скважины подаются жидкости и химические реагенты. Через нее химические реагенты подаются поблизости от интервала, как показано на виде А, из которого добывается жидкость, нуждающаяся в обработке. На виде В показано периодическое нагнетание ингибитора в пласт под давлением. Напротив, пороговые ингибиторы солеобразования химически взаимодействуют с центрами кристаллизации и значительно снижают скорость роста кристаллов. Пороговые ингибиторы солеобразования эффективно ингибируют образование минеральных отложений при концентрациях примерно в 1000 раз меньших, чем стехиометрические количества. 13 Это позволяет значительно сократить затраты на обработку. Большинство ингибиторов солеобразования являются фосфорными соединениями: неорганическими полифосфатами, органическими фосфатными эфирами, органическими фосфонатами, органическими аминофосфатами и органическими полимерами. Эти химические соединения сводят к минимуму осаждение солевых отложений посредством сочетания диспергирования кристаллов и стабилизации отложений (рис. 26). 14 Срок службы ингибиторов Ингибиторы солеобразования сохраняются в пласте в результате адсорбции к стенкам пор или осаждения в поровом пространстве. Адсорбция наиболее эффективна в песчаниковых пластах (рис. 27). Срок службы реагентов для обработки в основном зависит от химического состава поверхности, температуры и рн жидкости, контактирующей с пластом, и иногда бывает аномально коротким (от 3 до 6 месяцев), поскольку адсорбционная способность пород коллектора при существующих в пласте условиях ограничена. 15 В особых условиях, например, в пластах с высокой адсорбционной способностью и при низких дебитах воды, срок службы может достигать двух лет. 12. Wigg H and Fletcher M: Establishing the True Cost of Downhole Scale Control, paper presented at the International Conference on Solving Oilfield Scaling, Aberdeen, Scotland, November 20-21, Rosenstein L: Process of Treating Water, U.S. Patent No. 2,038,316 (April 21, 1936). Это одно из первых упоминаний пороговых ингибиторов. 14. Nancollas GH, Kazmierczak TF and Schuttringer E: A Controlled Composition Study of Calcium Carbonate Growth: The Influence of Scale Inhibitors, Corrosion- NACE 37, no. 2 (1981): Browning FH and Fogler HS: Precipitation and Dissolution of Calcium Phosphonates for the Enhancement of Squeeze Lifetimes, SPE Production & Facilities 10, no. 3 (August 1995): Meyers KO, Skillman HL and Herring GD: Control of Formation Damage at Prudhoe Bay, Alaska, by Inhibitor Squeeze Treatment, paper SPE 12472, presented at the Formation Design Control Symposium, Bakersfield, California, USA, February 13-14, Martins JP, Kelly R, Lane RH, Olson JB and Brannon HD: Scale Inhibition of Hydraulic Fractures in Prudhoe Bay, paper SPE 23809, presented at the SPE International Symposium on Formation Damage Control, Lafayette, Louisiana, USA, February 26-27, См. Meyers et al, ссылка Нефтегазовое Обозрение

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им. В.И.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им. В.И. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова Ленина» КОНТРОЛЬ ЗА РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Подробнее

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА НАНОЧАСТИЦ

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА НАНОЧАСТИЦ Московский Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции и Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет имени М.В.Ломоносова ФАКУЛЬТЕТ НАУК О МАТЕРИАЛАХ МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ХИМИЧЕСКИЕ

Подробнее

Вид крупным планом: комплексное управление разработкой

Вид крупным планом: комплексное управление разработкой Вид крупным планом: комплексное управление разработкой Продуктивные пласты, скважины, сборные трубопроводы и оборудование для подготовки нефти и газа сложные динамические системы, и изменение любого их

Подробнее

Обзор топливных систем

Обзор топливных систем Аккумуляторная топливная система Common Rail Аккумуляторная топливная система Common Rail Обзор топливных систем Области применения Создание в 1927 году первого серийного многоплунжерного рядного ТНВД

Подробнее

в наши дни представляют собой один из наиболее универсальных

в наши дни представляют собой один из наиболее универсальных Джон Блэкберн ConocoPhillips U.K., Ltd. Абердин, Шотландия Джон Дэниэлс Оклахома-Сити, Оклахома, США Скотт Дингуолл Абердин, Шотландия Джеффри Хампден-Смит Shell Exploration and Production Абердин, Шотландия

Подробнее

Сборник химических задач по ТРИЗ Автор-Составитель, В.А. Михайлов, 2004 Г.

Сборник химических задач по ТРИЗ Автор-Составитель, В.А. Михайлов, 2004 Г. Сборник химических задач по ТРИЗ Автор-Составитель, В.А. Михайлов, 2004 Г. Оглавление: (По материалам ГС Альтшуллера, БЛ Злотина, ЮП Саламатова, СС Литвина, ВА Михайлова и др. с 1970 по 2003, собрал В.А.

Подробнее

Вместе мы задаем стандарты. Оборудование и сервисные услуги для судостроительной отрасли

Вместе мы задаем стандарты. Оборудование и сервисные услуги для судостроительной отрасли Вместе мы задаем стандарты Оборудование и сервисные услуги для судостроительной отрасли 2 Необходимые пригото вления Независимо от того, занимаетесь ли вы строительством или эксплуатацией судов, оборудование,

Подробнее

Регламент проведения контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений геофизическими методами

Регламент проведения контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений геофизическими методами Регламент проведения контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений геофизическими методами Версия 1.0 г. Москва 2002 г. Оглавление 1. ВВЕДЕНИЕ...4 1.1 Цель и область применения...4 1.2 Нормативные

Подробнее

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ Н А Ц И О Н А Л Ь Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т Р О С С И Й С К О Й Ф Е Д Е Р А Ц И И ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 13335-3 2007 Информационная технология МЕТОДЫ

Подробнее

Астрофизические исследования последних

Астрофизические исследования последних ЖИЗНЬ, КАЖЕТСЯ, НАШЛИ. НО НЕ Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити, Институт космических исследований РАН. Следуя некоторым видам поиска, мы смогли бы обнаружить жизнь, базирующуюся на

Подробнее

Ильинский Николай Федотович

Ильинский Николай Федотович Ильинский Николай Федотович ОБЩИЙ КУРС ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕМЕНТЫ

Подробнее

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ. Защита от радиации. Данное учебное пособие составлено для ознакомления со спецификой работы в условиях ионизирующего излучения.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ. Защита от радиации. Данное учебное пособие составлено для ознакомления со спецификой работы в условиях ионизирующего излучения. УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Защита от радиации Данное учебное пособие составлено для ознакомления со спецификой работы в условиях ионизирующего излучения. Требования по радиационной безопасности при выполнении работ

Подробнее

Глава 4. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРА

Глава 4. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРА Глава 4. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРА 95 После проблемы происхождения Земли вопрос о времени и режиме выделения земного ядра занимает важнейшее положение в планетарной геофизике. При изучении же механизмов

Подробнее

Методы получения ферритовых шихт

Методы получения ферритовых шихт Методы получения ферритовых шихт Способы получения шихты - Смешение оксидов (керамический, оксидный) - Термическое разложение солей (солевой) - Соосаждение солей или гидроокисей (соосаждение) Промышленные

Подробнее

ТЕХНИКА ВЫСОКОГО ВАКУУМА

ТЕХНИКА ВЫСОКОГО ВАКУУМА Министерство образования и науки Российской Федерации Ивановский государственный химико-технологический университет Н.В. Холодкова, И.В. Холодков ТЕХНИКА ВЫСОКОГО ВАКУУМА Лабораторный практикум Иваново

Подробнее

Наноматериалы: синтез нанокристаллических порошков и получение компактных нанокристаллических материалов Учебное пособие для вузов

Наноматериалы: синтез нанокристаллических порошков и получение компактных нанокристаллических материалов Учебное пособие для вузов Федеральное агентство по образованию Наноматериалы: синтез нанокристаллических порошков и получение компактных нанокристаллических материалов Учебное пособие для вузов ВОРОНЕЖ 2007 2 Утверждено Научно-методическим

Подробнее

Технология выполнения кладочных работ из крупноформатных блоков POROTHERM

Технология выполнения кладочных работ из крупноформатных блоков POROTHERM Технология выполнения кладочных работ из крупноформатных блоков POROTHERM Экология... 4 Традиции производства... 6 Свойства... 7 ВЫПОЛНЕНИЕ КЛАДОЧНЫХ РАБОТ Введение... 10 Обзор элементов... 11 Постельный

Подробнее

HEXFET III: НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ МОЩНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ

HEXFET III: НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ МОЩНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ 1 D.GRANT Введение HEXFET III: НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ МОЩНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ AN-966A Фирма International Rectifier выпустила новое, третье поколение мощных МОП-транзисторов - HEXFET III. МОП-транзисторы третьего

Подробнее

ООО «Д и м р у с» Реле контроля состояния изоляции КРУ IDR-10. Руководство по эксплуатации. г. Пермь

ООО «Д и м р у с» Реле контроля состояния изоляции КРУ IDR-10. Руководство по эксплуатации. г. Пермь ООО «Д и м р у с» Реле контроля состояния изоляции КРУ IDR-10 г. Пермь Оглавление 1. Введение... 3 1.1. Назначение... 3 1.2. Описание прибора «IDR-10»... 4 1.2.1. Технические характеристики прибора...

Подробнее

Сервис ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОРШНЕЙ. практике. От практики к КАК ВЫЯВИТЬ И УСТРАНИТЬ ИХ. Новое. рекомендации и информация

Сервис ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОРШНЕЙ. практике. От практики к КАК ВЫЯВИТЬ И УСТРАНИТЬ ИХ. Новое. рекомендации и информация Сервис рекомендации и информация ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОРШНЕЙ КАК ВЫЯВИТЬ И УСТРАНИТЬ ИХ Новое От практики к практике ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ / СОДЕРЖАНИЕ MSI Motor Service International. Детали двигателей известных марок,

Подробнее

Cейсмоизолированное здание со скользящим фторопластным поясом

Cейсмоизолированное здание со скользящим фторопластным поясом Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет» Инженерно строительный факультет Кафедра «Технология,

Подробнее

издании по безопасност

издании по безопасност СЕРИЯ ИЗДАНИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ 75-Ш8АО-7 издании по безопасност Ш ернооыльская авария: к 1 ДОКЛАД МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНСУЛЬТАТИВНОЙ ГРУППЫ ПО ЯДЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ,

Подробнее

Ю.Г. Богданова АДГЕЗИЯ И ЕЕ РОЛЬ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

Ю.Г. Богданова АДГЕЗИЯ И ЕЕ РОЛЬ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Научно-образовательный центр по нанотехнологиям Химический факультет Кафедра химической технологии и новых материалов Кафедра коллоидной химии

Подробнее

Глава. 21. Уровень естественной радиации на Земле.

Глава. 21. Уровень естественной радиации на Земле. Глава. 21. Уровень естественной радиации на Земле. В главе 21 обсуждаются: Проблема радиационного фона Земли; Земля в потоке космических лучей. Повышенный фон радиации в особых регионах Земли. Рост уровня

Подробнее

Глава 3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ

Глава 3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ 57 Глава 3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ 3.1. Происхождение Солнечной системы Важным вопросом происхождения звезд и окружающих их планетных систем является источник вещества, из которого

Подробнее

Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе

Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе Б. С. Бабакин, В. И. Стефанчук, Е. Е. Ковтунов СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе Рекомендуется научно-методическим советом по образованию в области

Подробнее

ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ

ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ОХРАНА ТРУДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ Международная организация труда Всемирный день охраны труда 28 апреля 2014 года Группа технической поддержки по вопросам достойного труда

Подробнее

Ликвидация разливов нефти на арктическом шельфе

Ликвидация разливов нефти на арктическом шельфе Ликвидация разливов нефти на арктическом шельфе

Подробнее

GRUNDFOS ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

GRUNDFOS ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ GRUNDFOS ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ Компания GRUNDFOS работает в России уже более 14 лет, и все эти годы мы старались быть образцом делового партнерства. Наше оборудование надежно и успешно служит людям и широко

Подробнее