Вопросы охраны окружающей среды при эксплуатации нефтяных скважин с парафиновыми отложениями

Одним из основных факторов, влияющих на загрязнение окружающей среды при эксплуатации нефтяных месторождений, богатых парафинисто-смолистыми     соединениями,     является     устранение отложившегося в насосно-компрессорном трубопроводе (НКТ) парафина.

Следует отметить, что проблема борьбы с отложением парафина в нефтепромысловом оборудовании не потеряла свою актуальность с первых дней становления нефтяной промышленности по сегодняшний день.

Высшие углеводородные соединения (С16Н34 – С64Н130)  – парафины, растворившиеся в пластовых условиях в составе нефти, вследствие изменения термодинамического состояния добываемой нефти выделяется из нее и откладывается на внутренней поверхности подъемных труб, штанг, устьевого оборудования, выкидных трубопроводов и накопительных емкостей в виде кристаллов и приводит к различным осложнениям.

Парафин, отложившийся в подъемных трубах и штангах, уменьшает площадь поперечного сечения подъемника (в некоторых случаях почти до полного закупоривания) и приводит к повышению гидравлического сопротивления, нарушению технологического режима скважин, постепенному падению суточной добычи, остановке скважин на ремонт.

В направлении предупреждения отложения парафина в трубах и удаления отложившегося парафина использованы различные приемы, которые ведутся в двух направлениях – путем внутрискважинного воздействия и подъема труб на поверхность и дальнейшей очисткой. К приемам внутрискважинного воздействия относятся подача в скважину нагретой жидкости и пара с помощью паровых генераторов (PPU, PPU-3), запуском электрических нагревателей, подачи через затрубное и кольцевое пространство растворителей и ингибиторов отложения парафина. Очистка труб от парафина на поверхности земли проводится путем термального воздействия.

Для обеспечения очистки труб и штанг с парафинными отложениями в соответствии с требованиями охраны окружающей среды и сбора очищенного парафина, являющегося ценным сырьем, предлагаются два направления:

• 1.    С помощью передвижного парового генератора

• 2.    С помощью электроэнергии

С помощью передвижного парового генератора насоснокомпрессорные трубы с парафинными отложениями, собранные на мостике скважины, очищают в индивидуальном порядке. Нагретый пар, подаваемый внутрь труб, расплавляет парафин и выбрасывает его с другого конца трубы, загрязняя окружающую площадь на 15-20м. Для предотвращения загрязнения устьевой зоны и потери парафина приведена установка и ее рабочий принцип [1-2].

Очистка НКТ с помощью электроэнергии осуществляется путем нагревания трубы электричеством до 333 – 353 К.

Технология очистки труб с парафинными отложениями с помощью электроэнергии на базе НГДУ проводится установкой, собранной по приведенной в рисунке схеме. Технологическая установка состоит из желоба (1), опор (2), держателей (4), электрического изолятора (5), графитных контактов (6), зажима (7), электролинии (8), трансформатора (9), электрического рубильника (10), задвижки (12), трубки (13) и емкости – формы (14). НКТ (3) с парафинными отложениями устанавливают между графитными контактами (6) и закрепляют с помощью зажима (7), после чего подключают к электрическому рубильнику (10) с помощью электролинии (8) и трансформатора. Труба, поддерживаемая в состоянии покоя в течение выбранного режима, нагревается до 333 – 353 К, отложенный на внутренней и внешней поверхности трубы парафин (11) течет к желобу (1). Собранный на наклонно установленном на опорах (2) желобе парафин накапливается в трубе (13) в особые емкости-формы (14). Таким образом, трубы очищаются от парафинных отложений, после чего собирают их на специальные стеллажи, а парафин, собранный в формы, направляется в пункт переработки.

Величина тепловой энергии (Q), требуемой для нагрева труб до необходимой температуры, определяется по следующей формуле:

Q = q 1 + q 2 + q 3                            (1)

здесь q1 – количество тепла, необходимого для нагрева корпуса трубы, ккал, q2 – количество тепла, необходимого для расплавления парафина и нагрева расплавленного парафина до температуры «Т», ккал, q3 – количество тепла, передаваемого в окружающую среду (атмосферу) при нагревании труб и парафина, ккал.

Определим данные значения тепла по отдельности.

q 1 = ( ^π ₄ ^D2 - ^π ₄ ^d2 )lγ b C b (T- T 0 )

q 2 = lγ p ( ^{π d2} - ^{π d2} ) [C p (T- T 0 )+ C 4 ]                 (3)

q 3 = πDldτ ( ^{T- T0} )                             (4)

здесь в формулах (2), (3), (4): D –внешний диаметр НКТ, м; d, dp – соответственно внутренний диаметр трубного материала и отложенного парафина, м;

I – длина трубы, м;

γ b, γ p - соответственно плотность трубного материала и отложенного парафина, кг/м³;

C b , C p - соответственно теплоемкость трубного материала и отложенного парафина, ккал/кг градус;

Cк – температура скрытого расплавления парафина, ккал/кг;

Т, Т0 - соответственно температура нагрева трубы и окружающей среды, °С;

• α – коэффициент теплоотдачи трубы, ккал/кг гр./ч.;

• τ – время нагревания трубы и парафина, час;

Если принять в качестве массы корпуса трубы м b , а массы парафина м, и решить формулу (1), поставив значения q, то получим:

Q= (m b C b + ^πDlατ ) (T- T 0 ) +m p C q               (5)

Как следует из формулы, количество тепла, необходимого для нагрева трубы до определенной температуры в основном зависит от длины трубы и времени нагревания, а остальные значения стабильны.

Превращение электрической энергии в тепловую энергию определяется по следующей формуле согласно закону Джоул-Ленс:

Q = 0.24 J2 Rτ кал/с или

Q = 0.864 J2 Rτ К кал/ч здесь J – сила энергии, ампер,

R – сопротивление трубы, Ом, τ – время нагрева, час.

Здесь путем выяснения необходимой силы энергии (J) по известному времени (τ) или максимальной силы энергии известного оборудования (О b ) определяется время нагрева.

Из совместного решения формул (5) и (6) определяется сила энергии.

J=

J (m b C b + m p

C p + 1.57Dlατ) (T- T 0 )+ m p C q

0.864 Rτ

Из совместного решения формул (2), (3), (4) и (6) определяется время нагрева труб.

τ=

(m_b C_b+ m_p C_p) (T- T₀)+ m_p C_q 0.864 О ь² R- 1.57Dlατ (T- T 0 )

По соображениям безопасности рабочее напряжение трансформатора, используемого для получения необходимой силы энергии, не должно превышать 36 в и должна быть рассчитана по следующей формуле:

W = JU cos φ

где U – напряжение, вольт, cos φ – полезный рабочий коэффициент электрической сети.

Таким образом, предложенная технология позволяет предотвращать загрязнение земельного участка вокруг скважины и потери дорогостоящего сырья – парафина путем его сбора и передачи в пункты переработки.