Легко ли добыть нефть. Крадущийся парафин, затаившийся церезин. Часть 1.
Я уверен, что все из вас сталкивались с парафином, хотя бы, когда жгли парафиновые свечи. Но не знаю, задумывались ли вы, откуда они взялись. А ведь парафин, как и множество окружающих нас веществ берется из нефти.
В своей теме про нефть я уже писал, что это сложное вещество непостоянного состава, основу которого составляют углеводороды различного состава, строения и молекулярной массы: https://pikabu.ru/story/legko_li_dobyit_neft_chto_takoe_neft.... Основа любой нефти – это предельные углеводороды – алканы. Все, кто учил школьную химию, надеюсь помнят, что это за вещества. При этом алканы – это большой класс веществ, которые отличаются друг от друга количеством атомов углеводорода и строением углеводородной цепочки. Например, молекула алкана, имеющей четыре атома углерода, может иметь вид линейной цепочки. Тогда он называется бутан. Если же он имеет вид трехчленной цепочки с ответвлением одного атома посередине – то называется изобутаном. Такое явление называется изомерия, когда вещества имеют одинаковый состав, но разное строение, поэтому могут они также отличаться разными физическими и химическими свойствами.
Бутан и изобутан. Модель молекулы
Некоторые углеводороды в пластовых условиях представляют собой жидкости, но по мере подъема наверх меняются и условия – температура, давление, газовый фактор, в результате чего они превращаются в твердые вещества и выпадают на стенках скважины. Эти отложения представлены преимущественно четырьмя веществами: парафинами, церезинами, нефтяными смолами и асфальтенами. Общее их название АСПО – асфальтосмолопарафинистые отложения.
Кстати, все эти вещества весьма полезны в деятельности человека. Парафин применяют в пищевых целях, он входит в состав технических смазок, с его помощью лечат, из церезина получают вазелин, па названию «асфальтены» и без расшифровки понятно, куда они входят. Но вот для добычи и транспортировки нефти – это страшный бич. Они откладываются на стенках насосно-компрессорных труб, транспортных магистралей, нефтеоборудования, что приводит к резкому уменьшению дебита скважин, полному прекращению подачи нефти по трубопроводам, выходу из строя оборудования и прочим печальным последствиям. Поэтому с АСПО постоянно и методично борются.
Трубы, забитые АСПО
Для начала давайте разберемся, что из себя представляют эти вещества и по каким причинам они выпадают.
Парафины – это воскообразная смесь предельных углеводородов с числом атомов углерода от 18 до 35. Обычно парафины имеют линейные молекулы, хотя присутствует и небольшое число изомеров разветвленной структуры.
Церезины часто относят к парафинам, хотя часто и выделяют в отдельный класс веществ. Это также предельные углеводороды, но с числом атомов углерода от 36 до 55. В отличии от парафинов они представлены преимущественно разветвленными изоалканами.
Нефтяные смолы и асфальтены также схожи по строению. В основе их находятся уже гетероциклические соединения. Вспоминаем химию, углеводороды могут быть линейными и циклическими. Если несколько атомов углерода замкнуты связями в кольцо – то, соответственно, это циклические углеводороды. При этом они могут быть карбоциклическими и гетероциклическими. Если в кольце только атомы углерода, то это карбоциклическое соединение, а если есть иной атом – гетероциклическое. Например, шестичленный карбоцикл, имеющий ароматическое кольцо называется бензол. Если же в бензоле заменить один атом углерода на азот, то получается шестичленный гетероцикл пиридин.
Бензол и пиридин
Смолы от асфальтенов отличаются числом атомов углерода. Если в молекуле их от 30 до 70, то это нефтяные смолы, а если больше – соответственно асфальтены.
Процентный состав содержания различных веществ зависит от состава нефти. В некоторых АСПО могут преобладать асфальтены, в других – парафины и пр.
Кроме этих веществ АСПО всегда содержат в себе механические примеси и связанную нефть. Механические примеси берутся из разрушенного скелета породы, приносятся пластовой водой, содержат частицы бурового раствора, цемента и пр.
Внешне АСПО представляют мазеобразную густую массу разного цвета, преимущественно темных оттенков. На холоде они твердеют.
К основным факторам, приводящим к выпадению АСПО относятся:
1. Состав нефти. Если нефть тяжелая, в ней больше содержится парафинов, нафтенов, смол и асфальтенов, тем больше интенсивность осадкообразования
2. Невысокие температуры потока. Если добываемый флюид горячий, а на многих месторождениях даже на поверхности добываемая жидкость может иметь температуру под сотню градусов, тем меньше АСПО отлагается на трубах. При понижении температуры в осадок выпадает больше АСПО. Особенно критичны температуры от 20 градусов Цельсия и ниже.
3. Низкая скорость потока. Особенно мощные отложения бывают на низкодебитных скважинах. Скорость истечения жидкости в них мала, поэтому частицы успевают осесть на стенках труб. Если же скорость выше шести метров в секунду, то АСПО там практически не встречаются, бляшки парафина буквально срываются потоком.
4. Высокий газовый фактор. При подъеме нефти происходит падение давления, нефть начинает активно разгазироваться. Температура снижается и выпадают АСПО.
5. Состояние поверхности труб. Чем более старые трубы, чем более шероховатые стенки, тем больше площадь для удержания отложений.
Во второй части я напишу основные методы борьбы с АСПО.