Рассмотрение вопросов механизма парафинизации промыслового оборудования

Оглавление

Введение	2

Глава 1	4

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ФОРМИРОВАНИЯ СМОЛО-

ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ	4

ГЛАВА II	15

2.1. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ ПАРАФИНА И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ

ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ	15

2.2. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ ПАРАФИНА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ

ПРИМЕНЕНИЯ	15

2.3. ХАРАКТЕР ЗАПАРАФИНИВАНИЯ НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ

СКВАЖИНЫ	18

2.4. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ ПАРАФИНА	26

2.4.1. Применение гладких защитных покрытий	28

2.4.2. Тепловые методы борьбы с АСПО	30

2.4.3. Химические методы борьбы с АСПО	34

2.4.4. Физические методы	40

2.4.5. Механические методы удаления АСПО	44

2.5. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ЗАПАРАФИНИВАНИЕ	48

Глава III.	50

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОТЛОЖЕНИЯ ПАРАФИНА В СКВАЖИНЕ	50

Введение

      В мировой практике добычи нефти проблема борьбы с отложениями парафина возникла более ста лет назад. Однако только в последние десятилетия в связи с открытием и вводом в эксплуатацию крупнейших месторождений парафинистой нефти в нашей стране, а также ряда месторождений за рубежом проблема борьбы с отложениями парафина в промысловом оборудовании приобрела особенно острый характер. Применявшиеся в промысловой практике механические, тепловые и другие средства борьбы с отложениями парафина, обусловливая возможность добычи нефти (с большими издержками), в настоящее время превратились по существу в преграду на пути прогресса в обустройстве нефтяных промыслов, повышения производительности труда и культуры производства.

      Достаточно отметить, что ни один из разработанных ранее способов борьбы с отложениями парафина не исключает скважину как объект обслуживания и в любом случае требует применения на ней сложного оборудования и всевозможных устройств, нуждающихся в повседневном контроле за их работой. Это связано с большими материальными затратами и невозможностью надежно автоматизировать процесс добычи нефти. Поэтому можно сказать, что в настоящее время предотвращение парафинизации промыслового оборудования при добыче нефти — это не только улучшение технологического режима работы скважин и систем сбора и транспорта нефти и газа, но и возможность широкого внедрения комплексной автоматизации и диспетчеризации процессов нефтедобычи, применения прогрессивных герметизированных схем однотрубного сбора нефти и газа, упрощения обвязки устья скважины, перехода на меньшие диаметры промысловых трубопроводов и т. д.

      Поэтому борьба с отложениями парафина при добыче парафинистой нефти, являясь одной из наиболее важных проблем в нефтедобывающей промышленности, продолжает оставаться в центре внимания широкого круга ученых и промысловых работников, как в России, так и за рубежом.

Предварительный анализ показал, что коренные изменения в технике

и технологии добычи нефти, а также в обустройстве нефтяных промыслов возможны при использовании оборудования, не только удовлетворяющего обычным технологическим требованиям, но и не подвергающегося запарафиниванию в процессе длительной эксплуатации в самых жестких условиях, при любых способах эксплуатации.

      Естественно, что такие свойства может иметь только оборудование с защитными покрытиями из материалов, слабо сцепляющихся с нефтяными парафинами в условиях скважины, либо целиком изготовленное из этих материалов. При этом для успешного применения таких защитных покрытий необходимо установить основные закономерности формирования смоло-парафиновых отложений. Поэтому определение механизма парафинизации промыслового оборудования при добыче и транспорте парафинистой нефти

— одна из важнейших задач, без разрешения которой прогресс в организации борьбы с отложениями парафина на научной основе практически невозможен.

      Именно этим и объясняется тот исключительный интерес исследователей к этой проблеме, которая не ослабевает в течение последних тридцати лет как в России, так и за рубежом. Однако вопрос о механизме парафинизации оборудования настолько сложен, а фактов, надежно объясняющих способ накопления отложений парафина на поверхности оборудования, настолько мало, что ученым и производственникам пришлось считаться с одновременным существованием большого количества гипотез, которые зачастую взаимно исключали друг друга.

      Настоящая работа посвящена в основном рассмотрению вопросов механизма парафинизации промыслового оборудования и призвана в какой-то мере восполнить пробел в этой области.

Глава 1

      СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ФОРМИРОВАНИЯ СМОЛО-ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ


      Под механизмом парафинизации следует понимать комплекс процессов, обусловливающих накопление твердой фазы на поверхности оборудования при добыче нефти. Очень важно в первую очередь выяснить причину накопления парафина: за счет ли возникновения и роста кристаллов непосредственно на поверхности оборудования или в результате сцепления с поверхностью уже готовых, образовавшихся в потоке частиц твердой фазы. Возможно, что при запарафинивании контактирующей с нефтью поверхности в условиях скважины действуют оба фактора одновременно. Тогда необходимо определить, какой из них преобладает в этом процессе.

      Если действие первого механизма оказывается наибольшим, то в этом случае механизм парафинизации поверхности оборудования содержит много моментов, связанных с особенностями возникновения и роста кристаллов парафина на поверхности из нефти, которые не были описаны в нефтяной литературе. Если же в формировании отложений в основном участвуют кристаллы парафина, образовавшиеся в потоке нефти, то для получения относительно полной картины механизма накопления смоло-парафиновых масс на стенках оборудования необходимо выяснить ряд сложных вопросов, относящихся к теории дисперсных систем.

      Если признать, что в формировании отложений большая роль принадлежит газовым пузырькам, то здесь также необходимо решить фактически неизученный вопрос о возможности флотационных процессов нефти, а также образования смоло-парафиновых оболочек вокруг газовых пузырьков и т. д.

      К первым обстоятельным исследованиям в этой области следует отнести, очевидно, работы Рестли, опубликованные им в 1932—1942 гг. [88, 89, 90] и признанные за рубежом как наиболее авторитетные. Причины выпадения парафина из нефти Рестли видит в уменьшении растворимости парафина за счет снижения температуры нефти при отдаче тепла в окружающую среду, а также в результате разгазирования. Автор указывает, что выпадение парафина в твердую фазу еще не означает возникновение проблемы борьбы с отложениями парафина, так как для этого необходимы вполне определенные благоприятные условия.

      В частности, Рестли считает, что кристаллы парафина, взвешенные в объеме нефти, будут прилипать к поверхности оборудования, если толщина стекающей по трубам пленки нефти окажется малой, а скорость ее движения настолько незначительной, что она не сможет нести кристаллы парафина во взвешенном состоянии. При этом, как считает автор, кристаллы прочно закрепляются на поверхности оборудования. Если поверхность оборудования холоднее, чем объем соприкасающейся с ней нефти, тогда выпадет дополнительное количество кристаллов парафина, которые также войдут в состав отложений. Если же поверхность оборудования имеет температуру, одинаковую с температурой нефти, то прочного закрепления кристаллов парафина, взвешенных в потоке, на поверхности не достигается. Рестли считает, что отложения формируются интенсивнее при ламинарном режиме движения жидкости. При турбулентном режиме кристаллы парафина остаются во взвешенном состоянии, и лишь незначительная их часть оседает

и закрепляется на стенках оборудования.

      Эту точку зрения разделяет и Браун. Развивая основные положения теории Рестли, в свой работе [79] Браун отмечает, что присутствующие в нефти механические примеси в значительной мере интенсифицируют рост парафиновых гранул и увеличивают скорость образования парафиновых отложений. При выпадении кристаллов парафина последние обнаруживают, как считает автор, способность к агломерации в гранулы, которые будут транспортироваться потоком нефти до тех пор, пока не осядут на стенках труб, днища резервуаров и т.д. В целом для образования отложений парафина в подъемных трубах и наземном оборудовании, по мнению автора, необходимо соблюдение следующих условий:

      1) должно быть нарушено состояние равновесия растворимости парафина в нефти;

      2) выпавшие кристаллы должны приклеиться, объединиться или осесть таким образом, чтобы при нормальной эксплуатации они не могли бы быть рассеяны и унесены потоком.

      Отсюда автор делает вывод, что если небольшие кристаллы смогут быть удержаны потоком во взвешенном состоянии, то проблемы парафина при этом быть не может. Аналогичные мнения высказывали и другие авторы, опубликовавшие свои работы в различных зарубежных журналах в течение 1940—1945 гг. [10].

      Одной из первых отечественных работ, в которой более или менее четко высказано мнение о способе накопления отложений на поверхности оборудования, является, очевидно, работа А. Д. Амирова [6]. Освещая опыт борьбы с отложениями парафина на бакинских промыслах, автор считает, что их образование в фонтанно-компрессорных и глубиннонасосных скважинах связано с осаждением на стенках оборудования отделившейся в твердую фазу части парафина. Р. Д. Торрей [93] возникновение отложений парафина объясняет следующим образом. Выделившиеся в результате снижения растворяющей способности нефти мелкие вначале кристаллы парафина

объединяются в большие гранулы, подвергающиеся действию гравитационных сил. Образовавшиеся крупные частицы парафина выносятся во взвешенном состоянии потоком нефти к местам их скопления — зонам с колеблющимся уровнем, шероховатым участкам поверхности, застойным зонам и т. д. В этом взгляды Торрея полностью совпадают с представлениями Рестли, Брауна и Амирова.

      Характерно, что до 1950 г. исследователи не придавали большого значения (с точки зрения влияния на механизм формирования отложений) факту существования в потоке нефти большого количества пузырьков попутного газа. Первой крупной работой в области борьбы с отложениями парафина следует считать монографию П. П. Галонского [12]. С интересующей нас точки зрения работа является оригинальной в том отношении, что в ней впервые поднимается вопрос об особой роли газовых пузырьков, которую они, по мнению автора, играют в формировании отложений. Так, например, тот факт, что в длительно простаивающих скважинах на стенках труб парафиновых отложений не образуется, автор связывает с отсутствием фазовых превращений в объеме нефти (образование газовых пузырьков) и относительного движения жидкой и газовой фаз, в результате чего нет привноса на оболочках газовых пузырьков, захваченных ими кристаллов парафина, которые могут затем прилипнуть к поверхности оборудования.

      Таким образом, здесь впервые поднимается вопрос о флотации кристаллов парафина пузырьками выделяющегося из нефти попутного газа. Автор считает, что процесс парафинизации оборудования в значительной мере определяется интенсивностью приклеивания кристаллов друг к другу при столкновении в объеме нефти и на поверхности, а также в результате стекания части нефти вниз по трубам, как это представлял себе и Рестли.

      Аналогичным образом представляет себе механизм парафинизации оборудования Р. Д. Фаниев [71]. В опубликованных несколько позже работах К. Г. Яковлева, М. Г. Володина [78] и П. П. Ракова, М. М. Хананяна [52] также отражена идея «осадочного» происхождения парафиновых отложений на стенках промыслового оборудования. Одной из наиболее значительных является работа Н. Н. Непримерова, опубликованная им в 1957—1958 гг. [49, 50], сыгравшая большую роль в развитии исследований в этой области. Учитывая тот большой резонанс, который получила эта работа в кругах специалистов, а также оригинальность целого ряда положений, составивших существо данного исследования, целесообразно проанализировать ее более подробно, чем другие работы.

      В работе [49] автор впервые четко формулирует понятие о двух механизмах формирования смоло-парафиновых отложений. В частности, Н. Н. Непримеров считает, что для более ясного понимания явлений в процессе отложения парафина необходимо учитывать тот факт, что они обусловлены двумя совершенно различными механизмами, один из которых связан с выпадением парафина из нефти, а другой относится к осаждению уже выпавшего парафина на поверхности труб. Автор считает, что выпавший в объеме нефти парафин может находиться либо непосредственно в жидкой фазе, либо входить в состав бронирующих оболочек вокруг газовых пузырьков, которые, по мнению автора, имеются вокруг каждого пузырька. По мнению автора, кристаллы парафина, взвешенные в потоке нефти или флотируемые пузырьками попутного газа, решающей роли в формировании отложений не играют. Он отмечает, что парафин не оседает на стенки из раствора, он зарождается на стенке. Возникший кристалл растет, питаясь из протекающего мимо него нефтяного потока так же, как в лабораторном кристаллизаторе растет прикрепленный к вращающемуся столику кристалл какой-нибудь соли при снижении температуры раствора. Наиболее низкая температура на стенке трубы для данного сечения скважины способствует возникновению и росту новой фазы.

      Казалось бы ясно, что автор отдает пальму первенства в вопросе формирования отложений именно тем кристаллам, которые возникают и растут непосредственно на поверхности. И хотя условия вращающегося кристаллизатора в лаборатории имеют мало общего с процессами, происходящими в скважине, все же речь идет именно о тех кристаллах, которые возникают и увеличиваются в размерах прямо на стенках оборудования. Однако несколько ниже автор разъясняет, что кристаллы, возникшие на стенках оборудования, также не играют никакой существенной

роли в формировании отложений, отдавая при этом предпочтение третьему механизму. Так, Н. Н. Непримеров пишет, что возникая по соседству с кристалликами парафина на той же внутренней поверхности лифтовых труб,

с готовой смоло-парафиновой оболочкой, газовые пузырьки намного, в десятки и сотни раз увеличивают эффективную поверхность соприкосновения твердой и жидкой фазы и способствуют зарождению новых центров кристаллизации и росту уже возникших кристаллов. Лопаясь или отрываясь от стенки или от парафинового слоя, газовые пузырьки оставляют на ней либо полностью, либо часть своей оболочки.

      Учитывая недостаточную обоснованность фактами своей теории, автор далее отмечает, что выведенный механизм появления парафиновых отложений является, однако, лишь наиболее вероятным, объясняющим некоторые факты, известные в нефтепромысловой практике и нуждается в дальнейшей серьезной доработке. Далее автор отмечает, что конкретных сведений о механизме выпадения и отложения парафина все-таки нет. Тем не менее, развивая дальше свою теорию и определяя особую роль газовых пузырьков в этом процессе, Н. Н. Непримеров пишет {50], что смоло-парафиновые отложения на лифтовых трубах появляются с первого момента возникновения твердой фазы в потоке. В свободном состоянии твердая фаза в потоке отсутствует, весь парафин флотируется газовыми пузырьками.

      Объясняя причину незначительной роли, которую играют при формировании отложений кристаллы парафина, возникающие на стенках оборудования, Н. Н. Непримеров пишет, что если это двухфазный поток второго ряда, то на стенках труб по мере снижения температуры в системе будут возникать отдельные кристаллы парафина. Возникнув в обычных условиях, эти кристаллы продолжали бы постепенно расти, питаясь из маточного раствора. В скважине дальнейшему росту парафиновых

образований мешают поверхностно-активные вещества, которые, адсорбируясь на поверхности раздела твердой и жидкой фаз, изолируют парафин от остальной массы нефти. Контактирующая с потоком поверхность смоло-парафиновых образований на стенках труб невелика, поэтому лишь небольшой процент от выпавшего парафина принимает участие в создании твердых отложений.

      В конечном счете, механизм формирования отложений в трехфазной системе автору представлялся следующим образом: парафин, как правило, впервые появляется на пузырьках, родившихся именно на стенках скважин. Выпавшие кристаллики парафина вместе с уже имеющимися на поверхности

смолами и асфальтенами образуют основу отложений на внутренней поверхности лифтовых труб. При отрыве пузырька часть твердых частиц, имевшихся на границе раздела фаз, остается на стенках труб. С ростом газонасыщенности все меньшее число их будет смываться восходящим потоком. Сцепляясь между собой, они постепенно образуют многослойную сотовую структуру.

      Таким образом, Н. Н. Непримеров считает, что решающая роль в формировании отложений принадлежит кристаллам парафина, возникшим на поверхности газовых пузырьков, которые в свою очередь появились непосредственно на стенках оборудования. Максимальное количество парафиновых отложений по длине фонтанных подъемников отмечается в зонах взрывов газовых пузырьков, оболочки которых, отлетая прилипают к стенкам оборудования и входят в состав отложений.

      Одновременно с работой Н. Н. Непримерова была опубликована статья Ф. В. Джессена и И. X. Хоувелла [85], поставивших интересные опыты с дегазированной нефтью в лабораторных условиях. Исследователи описывают два возможных механизма образования смоло-парафиновых отложений на поверхности оборудования. Интересно, что Джессен и Хоувелл считают наиболее вероятными как раз те варианты, которые отрицались Н. Н. Непримеровым. Авторы считают, что в дегазированной нефти отложения могут возникать за счет кристаллов, растущих непосредственно на охлаждаемых станках и затем на смоло-парафиновой подкладке, или кристаллов парафина, взвешенных в потоке нефти. Во втором случае отложения возникают в результате осаждения и сцепления кристаллов парафина с поверхностью труб и друг с другом. Первый механизм играет решающую роль и проявляется наиболее полно, когда температура стенок труб ниже или близка к температуре выпадения парафина из нефти. При этом авторы ничего не говорят о возможном варианте образования отложений в естественном трех- или четырехфазном потоке.

      В исследованиях В. Ф. Нежевенко [46], Р. А. Абдуллина [2], А. Д. Голикова [4], Г. А. Кабардина, Б. Ф. Губанова и др. [26], В. Р. Еникеева [24], В. М. Григорьева [15], Д. М. Шейх-Али, Е. П. Линькова [75], А. Ю. Намиота [45], Ю. В. Капырина, Г. Ф. Требина [28], В. А. Рассказова [53] и др., много сделавших в области борьбы с отложениями парафина, механизм парафинизации оборудования специально не рассматривается, однако в работах этих авторов содержатся указания на то, что они, как и Рестли, Браун, Амиров и др., отдают явное предпочтение «осадочной» теории

формирования смоло-парафиновых отложений. Одновременно с этим некоторые авторы справедливо указывают на недостаточную изученность этого вопроса. Так, например, В. Ф. Нежевенко, В. М. Григорьев и Б. И. Горбачов совершенно правильно отмечают [48], что до сих пор не имеется четко сформулированной теории кристаллизации твердых парафинов в нефти, а также механизма отложения выделившихся кристаллов парафина на стенках промыслового оборудования. Только не изученностью вопроса можно объяснить существование различных теорий, объясняющих причины парафинизации промыслового оборудования.

      Интересны точки зрения на механизм парафинизации оборудования С. Ф. Люшина и других исследователей. Так, С. Ф. Люшин, выражая свою точку зрения вполне определенно, пишет, что процесс отложения парафина может быть объяснен, прежде всего, как процесс кристаллизации его непосредственно на стенках труб. В этом случае имеется в виду именно отложение парафина, а не его осаждение и накопление, как это имеет место в резервуарах и других емкостях. Однако наряду с этим автор признает и то, что в интенсификации отложения парафина большое значение имеет наличие газовых пузырьков в потоке, образующихся как на стенках труб, так и в объемной фазе. Иногда этот фактор рассматривается как основной в процессе образования парафиновых отложений [36].

      Несколько позже С. Ф. Люшин, В. А. Рассказов, Д. М. Шейх-Али, Р. Р. Иксанова, Е. П. Линьков [37] рассматривают уже три механизма парафинизации оборудования, причем два из них — для фонтанной колонны

и один — для манифольдных линий. В частности, авторы пишут, что в скважинах можно рассматривать два механизма отложения парафина: один обычный — выкристаллизовыванием твердой фазы из насыщенного раствора; другой связан с возникновением газовых пузырьков и поведением их при подъеме жидкости. От термодинамических условий будет зависеть то, какой из этих двух механизмов является главным. Механизм отложения парафина в манифольдах несколько отличается от механизма отложения в подъемных трубах. Пузырьки газа вследствие резкого снижения давления разрушаются и разбрасывают свои оболочки на стенках труб. При этом не исключается и процесс отложения парафина путем выкристаллизовывания его непосредственно на стенках манифольда.

      В одной из своих последних работ (1965 г.) С. Ф. Люшин и Н. Н. Репин снова возвращаются к точке зрения о запарафинивании оборудования за счет кристаллов парафина, взвешенных в потоке нефти. Аналогичную

точку зрения определенно высказывает в одной из своих последних работ и В. А. Рассказов [53].

      Наиболее ярко «осадочная» теория накопления отложений парафина на поверхности оборудования выражена в работах И. Т. Гладкова [13]. Автор пришел к выводу, что механизм формирования отложений связан с гидродинамикой потока и состоит в том, что кристаллы парафина и их скопления, пробивая пристенный ламинарный слой движущейся жидкости, прочно прилипают к поверхности оборудования и затем к образовавшейся смоло-парафиновой подложке. На основе этой теории были предприняты попытки предотвратить парафинизацию оборудования, применив для этих целей беструбную эксплуатацию. Решающей причиной формирования отложений вследствие слипания кристаллов друг с другом и поверхностью оборудования считают также П. Микулет и М. Пейнадо [86].

      Других взглядов придерживается Г. А. Бабалян. Развив вначале весьма оригинальную теорию парафинизации оборудования, связанную с отбрасыванием к стенкам труб кристаллов парафина, находящихся на оболочках отрывающихся от стенок газовых пузырьков, автор затем пересмотрел свою точку зрения, считая, что процесс отложения парафина имеет адсорбционный характер [9]. В исследованиях, опубликованных до 1964—1965 гг. и посвященных механизму формирования отложений парафина из трехфазного потока [55], отмечается возможность двух механизмов формирования парафиновых наслоений, а именно: 1) в результате кристаллизации парафина непосредственно на поверхности оборудования и 2) за счет кристаллов парафина, взвешенных в потоке нефти и входящих в состав отложений путем слипания друг с другом и поверхностью оборудования. Предпочтение отдавалось смешанному варианту, имеющему особенности первых двух. Исключительная роль газовых пузырьков в этих процессах отвергалась.

      И. М. Муравьев, Р. С Андриасов, В. Н. Шипулин, Г. В. Пантелеев высказали свою точку зрения о механизме формирования отложений парафина в начальной стадии возникновения отложений [5, 43, 44]. Они считают, что появление отложений парафина в начальный период связано с возникновением кристаллов парафина непосредственно на поверхности труб

и другого оборудования. Вопрос о том, каким образом накапливаются отложения парафина в дальнейшем (после появления первого слоя кристаллов), по мнению авторов, остается открытым. Однако наряду с этим авторы не отрицают и возможность проявления особой роли газовых

пузырьков, возникающих на стенках оборудования, о чем уже говорилось раньше. В одной из своих последних работ [44] авторы высказываются за распространение своих выводов в отношении начального периода парафинизации оборудования и на все последующие периоды. Наряду с этим авторы считают возможным проявление и другого механизма, состоящего в прилипании крупных агломератов парафина к стенкам труб [43].

      Точку зрения И. Т. Гладкова на механизм парафинизации оборудования разделяет и Л. А. Цветков [74]. Но в отличие от И. Т. Гладкова он считает, что парафинизация оборудования, происходящая за счет приклеивания взвешенных в потоке кристаллов парафина к поверхности оборудования, в значительной мере усиливается в присутствии пузырьков попутного газа. В частности, Л. А. Цветков пишет, что необходимым условием образования плотных парафиновых отложений в промысловых трубопроводах является сочетание следующих факторов:

      а) наличие в нефти твердых частиц парафина, выпадающих из растворенного состояния при охлаждении нефти (температурный фактор);

      б) осуществление потока нефти в трубопроводе совместно с газом (газовый фактор);

в) малая вязкость нефти (вязкостный фактор).

      При отсутствии одного из перечисленных трех факторов плотных отложений парафина не образуется. Этой же точки зрения придерживается в одной из своих работ и С. П. Лебедич [34].

      Л. С. Абрамзон и В. А. Яковлев [1] различают два возможных механизма образования отложений, разделяя в этом вопросе нашу точку зрения, а также взгляды Джессена и Хоувелла. В первом запарафинивание осуществляется парафином, выделяющимся из нефти в процессе перекачки в связи с понижением температуры, разгазированием и другими факторами. Во втором— запарафинивание вызывается выделившимися ранее смоло-парафиновыми агрегатами, влекомыми нефтью в виде взвеси.

      С одной из этих точек зрения согласен Я. М. Каган, предполагая в то же время возможность существования и третьего механизма. В работе [27] Я. М. Каган отмечает, что образование смоло-парафиновых отложений происходит как путем непосредственной кристаллизации на стенках труб и дальнейшего роста за счет питания из объема, так и прилипания кристаллов

парафина к стенкам труб при отрыве от них газовых пузырьков, которыми могут флотироваться кристаллы парафина.

      Иначе представляет себе механизм парафинизации промыслового оборудования Б. А. Мазепа, который считает, что отложения парафина имеют четко выраженное осадочное происхождение [39]. При этом автор отмечает, что отложения возникают в процессе выпадения твердой фазы из нефти и последующего закрепления диспергированных частиц на внутренней поверхности трубопроводов. Образование осадков связано с гравитационным осаждением грубодисперсных частиц. Возникнув в подъемных трубах при определенных термодинамических параметрах газонефтяного потока, процесс парафинизации заканчивается в выкидных линиях, когда укрупнение частиц достигает 0,1 мм. Аналогичную точку зрения выражает автор и в более поздней работе [40].

      В одной из своих работ [28] Ю. В. Капырин и Г. Ф. Требин также отмечают, что в общем случае нельзя отождествлять процесс кристаллизации парафина из нефти с процессом осаждения парафина на поверхности труб, считая, что возникновение отложений обязано осаждению на стенках оборудования уже готовых кристаллов парафина, взвешенных в объеме нефти.

      Из представленного выше краткого обзора существующих точек зрения на механизм формирования смоло-парафиновых отложений, а точнее только на внешние проявления этого механизма видно, что единства мнений

в этом вопросе не существует. Гипотезы продолжают возникать одна за другой и последняя из них (адсорбционная) предложена Г. А. Бабаляном [9] в 1965 г., который совершенно справедливо отмечает, что физико-химические исследования процесса отложения парафина находятся в ранней стадии своего развития. Этому вопросу уделялось до сих пор мало внимания, хотя ясное представление о механизме явлений и изыскание наиболее рациональных путей борьбы с отложениями парафина во многом зависят от степени его разработанности. Именно в неизученности вопроса видят причины одновременного существования различных гипотез и многие другие авторы [40]. Рассматривая приведенные выше точки зрения различных авторов на механизм формирования смоло-парафиновых отложений, нетрудно заметить, что с небольшими отклонениями все они группируются вокруг трех основных направлений. Первая, наиболее многочисленная группа авторов считает, что в отложениях парафина участвуют именно те кристаллы и их скопления, которые возникли в нефти и затем приклеились к

стенкам оборудования. Вторая группа признает особую роль газовых пузырьков. Третья группа считает, что отложения возникают за счет кристаллов парафина, выросших непосредственно на контактирующей с нефтью поверхности, а также кристаллов, которые могли войти в состав отложений чисто механически.

      Многие из авторов считали возможным одновременно поддерживать несколько точек зрения в зависимости от того, о каком участке промыслового оборудования идет речь. Как следует из изложенного выше, подавляющее большинство авторов считают, что интенсивному росту отложений на стенках оборудования способствуют уже выпавшие и находящиеся в потоке кристаллы твердых углеводородов. Возникновению и росту кристаллов непосредственно на стенках оборудования в этом процессе отводится более скромная роль.

ГЛАВА II

       2.1. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ ПАРАФИНА И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

      Известно около двадцати различных способов борьбы с отложениями парафина. Такое разнообразие способов объясняется не столько широкими возможностями в этой области, сколько отсутствием их четкой классификации и правильных представлений о причинах, обусловливающих выпадение парафина из нефти, и механизме формирования парафиновых отложений на поверхности оборудования. Имеющаяся формальная классификация способов борьбы с отложениями парафина по внешним признакам построения на основе только практических приемов удаления или предотвращения образования отложений является случайной.

      Исходя из основных положений механизма парафинизации промыслового оборудования, все способы борьбы с отложениями парафина целесообразно классифицировать на основе учета решающих физико-механических свойств взаимодействующих фаз (нефть — парафин — поверхность оборудования), а не случайных внешних признаков приемов удаления или предотвращения отложений парафина: 1) растворимости парафина в нефти; 2) особенностей структуры и прочности парафиновых отложений; 3) энергии взаимодействия кристаллов парафина, взвешенных в объеме нефти, друг с другом и поверхностью оборудования; 4) энергии межмолекулярных связей между кристаллами парафина и поверхностью, на которой они возникают.

      В общем случае любая группа способов борьбы с отложениями парафина может оказаться перспективной, если они основаны на использовании таких свойств взаимодействующих фаз, на которые легко воздействовать в необходимом направлении современными техническими средствами.



       2.2. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ ПАРАФИНА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

      Проблему борьбы с отложениями парафина можно решить на наиболее высоком уровне, применив способы четвертой группы. Это достигается путем использования защитных покрытий, имеющих низкую сцепляемость с нефтяными парафинами, и путем добавления в нефть химических присадок, придающих аналогичные свойства непосредственно

поверхности нефтепромыслового оборудования. Однако возможности их применения на практике неодинаковы.

      Применение защитных покрытий. Надежным и универсальным средством борьбы с отложениями парафина во всех нефтедобывающих районах нашей страны является применение защитных покрытий, хорошо сопротивляющихся парафинизации в самых жестких условиях эксплуатации.

      Как показали предварительные исследования, применение оборудования с защитными покрытиями, слабо сцепляющимися с нефтяными парафинами, позволит не только коренным образом изменить технологию добычи нефти на промыслах, но и добиться снижения прямых затрат на борьбу с отложениями парафина по сравнению с другими способами примерно в несколько раз.

      Первые работы по применению защитных покрытий для борьбы с отложениями парафина следует, очевидно, отнести к 1956—1959 гг. [335]. Тогда основные требования к покрытиям сводились к удовлетворительной их адгезии к металлу и способности образовывать гладкие поверхности.

      Результаты этих исследований на примере применения в качестве защитных покрытий бакелитового лака подтвердили принципиальную возможность предотвращения отложений парафина на поверхности промыслового оборудования. Высокая эффективность этого способа и возможность его использования в качестве основы для технического переобустройства промыслов обусловлена:

      1) исключением скважин и промысловых систем сбора как объектов обслуживания из комплекса промысловых работ (в связи с удалением ранее необходимых депарафинизационных устройств, дозаторов, скребковых будок, вышек и т. д.);

      2) возможностью перехода на групповую, однотрубную, герметизированную систему сбора;

      3) упрощением, обвязки устья скважины при одновременном уменьшении ее металлоемкости, а также диаметров и металлоемкости выкидных линий;

      4) возможностью перехода на односменное обслуживание скважин и эффективную систему автоматизации и диспетчеризации процессов добычи нефти;

5) снижением  объема  ремонтных  работ,  уменьшением  количества

ремонтных бригад и практически отсутствием необходимости прокладывания к скважинам дорог в зимнее время;

      6) пригодностью оборудования с защитными покрытиями для эксплуатации скважин любым способом (фонтанный, ЭЦН, штанговые насосы) и низким уровнем затрат при нанесении защитных покрытий;

7) уменьшением потерь нефти и экономией электроэнергии;

8) повышением коэффициента эксплуатации скважин;

      9) резким снижением затрат на борьбу с парафином, повышением производительности труда, культуры производства и т. д.

      Применение гидрофилизующих присадок. В принципе идея применения гидрофилизующих присадок [41, 80, 87, 14], основанная на стремлении снизить силы сцепления между кристаллами парафина, входящими в состав отложений, и поверхностью, на которой они возникли, возражений не вызывает. Однако область применения этого способа оказывается несколько ограниченной.

      Ранее отмечалось, что срыву отложений с поверхности предшествует их сдвиг. Учитывая это обстоятельство, становится ясным, что влияние природы поверхности будет отражаться на интенсивности ее запарафинивания только до тех пор, пока такой сдвиг оказывается возможным. А это, в свою очередь, наряду с другими факторами определяется и качеством обработки поверхности. Исследованиями [67] было установлено, что шероховатые поверхности любой природы достаточно интенсивно запарафиниваются в условиях скважины. Это объясняется тем, что с увеличением шероховатостей вероятность сдвига отложений по поверхности уменьшается и начинает проявляться явление их среза, возможность которого полностью определяется прочностью образовавшихся отложений и гидродинамическими характеристиками потока.

      Известно, что технологическая шероховатость новых стальных труб, поступающих на промыслы, определяется величиной порядка 190—500 мк,.......................