ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия существования нефтей из "Органические нефтяные отложения и их утилизация" Химический состав и физико-химическая структура нефти предопределяют лишь потенциальную вероятность выделения из них новой твердой макрофазы. Фактическая реализация этой вероятности и формирование отложений будут определяться конкретными условиями существования нефти в реальных ситуациях, наблюдающихся при прохождении нефти от забоя скважины до ее переработки. Факторами, определяющими условия существования нефти и ее фазовую структуру как дисперсной системы и тем самым влияющими на формирование органических отложений как самостоятельной макрофазы, являются давление, температура, гидравлическая характеристика системы и качество поверхности стенки оборудования. [c.40] Влияние давления на нефть как дисперсную систему сказывается лишь при наличии в системе значительных количеств газа, растворенного в нефти или находящегося в контакте с ней. Такая ситуация наблюдается, как правило, в скважине в промысловых условиях до стабилизации нефти. При отсутствии газа давление на дисперсионную структуру нефти влияния не ока швает. В промысловых условиях по мере движения нефти от забоя скважины к местам хранения давление в системе падает, поэтому рассмотрим, как же влияет снижение давления в системе на дисперсную структуру нефти. [c.40] Нетрудно заметить, что при температурах выше температуры насыщения парафинами, когда нефть представляет собой молекулярный раствор, снижение давления практически не скажется на фазовой структуре нефти. Действительно, как показывает практика, зоны парафинизации труб в скважинах располагаются выше границы начала разгазирования нефти и возникают лишь после достижения температуры начала кристаллизации парафина /22/. [c.41] При определении температуры насыщения фиксируется состояние нефти, когда в ней концентрация выделяющихся кристалликов наиболее тугоплавких парафинов достигает уровня, определяемого существующими инструментальными методами. Возникновение такой ситуации зависит от температуры плавления наиболее высокоплавкой части присутствующих в нефти парафинов и от способности нефти растворять эти кристаллики. Давление не влияет на температуру плавления вещества, поэтому можно считать, что падение давления в системе скажется на изменении температуры насыщения через изменение растворяющей способности нефти по отношению к парафинам если растворяющая способность нефти будет возрастать, то ее температура насыщения парафином будет снижаться и, наоборог, понижение растворяющей способности приведет к повышению этой температуры. [c.42] Согласно теории растворов неэлектролитов /11/, взаимораствори-мость компонентов тем выше, чем меньше различие между плотностями энергии когезии их молекул. При падении давления в системе при всех ситуациях происходит удаление из нефти газов, компонентов, обладающих наиболее низкой плотностью энергии когезии. Следовательно, при дегазации, в результате падения давления, независимо от конкретной ситуации всегда происходит повышение усредненной величины плотности энергии когезии нефти. Такой эффект будет тем выше, чем ниже усредненное значение молекулярной массы удаляемого газа. [c.42] Ен и Ер - удельные плотности энергии когезии нефти и парафина соответственно. [c.43] Как видно ИЗ уравнения (1.10), приращение будет отрицательным, т.е. дегазация приведет к снижению температуры насыщения, когда разница Е - Ер будет иметь отрицательное значение, и, наоборот, при положительном значении этой разницы дегазация приведет к повышению температуры насыщения. [c.43] Вышесказанное легко представить, если обратиться к кривой Семенченко (рис. 1.1). В соответствии с теорией растворов можно считать, что плотность энергии когезии парафина будет соответствовать максимуму растворимости на кривой Семенченко. Тогда для всех нефтей, плотность энергии когезии которых располагается на левой восходящей ветви кривой, разница Е - Ер будет иметь отрицательное значение, а ее абсолютное значение будет уменьшаться по мере дегазации из-за роста энергии когезии нефти. При этом также будет иметь отрицательное значение и температура начала кристаллизации парафина в нефти понизится из-за повышения растворяющей способности последней. [c.43] Как видно из вышеизложенного, при дегазации нефтей растворимость в них твердых углеводородов может как повышаться, так и понижаться в зависимости от того, на какой из ветвей кривой Семенченко будет располагаться система в данных конкретных условиях. Большинство имеющихся экспериментальных и промысловых данных отмечают повышение температуры начала кристаллизации нефти при дегазации, т.е. снижение растворшощей способности нефти при удалении растворенного газа. Такая зависимость установлена для нефтей шкаповской, туймазин-ской /40/, ромашкинской /22/, бавлинской /23/ и др., хотя имеется также сообщение, что в выкидных линиях на промыслах Западной Сибири интенсивность парафиновых отложений возрастает с увеличением давления в системе. Такая зависимость характерна, когда происходит ухудшение растворяющей способности нефти при увеличении в ней концентрации газа. [c.44] Следует отметить, что подавляющее большинство нефтей также обладает плотностью не ниже 0,8 и по растворимости парафина будет располагаться на правой нисходящей ветви кривой Семенченко. Поэтому можно ожидать, что практически во всех случаях дегазации нефти из-за снижения давления будет наблюдаться повышение температуры начала кристаллизации парафина в нефти. [c.45] Следствием дегазации нефти является не только изменение термодинамической стабильности через растворимость компонентов, но при этом изменяется также кинетическая стабильность нефти. При дегазации нефти из-за удаления наименее вязких низкомолекулярных компонентов происходит повышение вязкости и, как следствие, несущей способности дисперсионной среды, что приводит к росту кинетической стабильности системы в целом. Это обстоятельстьо оказывается особенно весомым при формировании отложений из движущегося потока. Было показано /24/, что нефти, имеющие вязкость более 0,2 Ст, не образуют парафиновые отложения при их транспортировке. Дегазация может сказаться на формировании отложений также через гидродинамическую характеристику потока, так как образующиеся пузырьки газа существенно могут повлиять на его турбулентность. [c.45] Наиболее существенным фактором, влияющим на состояние нефти как дисперсной системы, является температура. Любое образование новой твердой макрофазы в виде отложений на поверхности возможно лишь после возникновения в объеме нефти диспергированной твердой микрофазы /4, 30/. Поэтому при температурах, выше температуры насыщения нефти парафинами, заметных отложений на поверхности оборудования не наблюдается. Опасность образования отложений возникает лишь ниже температуры насыщения, когда образуется твердая микрофаза и нефть превращается в свободнодисперсную систему, в которой дисперсные частицы не связаны друг с другом и способны независимо перемещаться в дисперсионной среде под влиянием броуновского движения или силы тяжести. При дальнейшем снижении температуры, после достижения характерного для каждой нефти ее критического значения, благодаря повышению концентрации дисперсной фазы нефть превращается в связнодисперсную систему - гель, в которой дисперсные частицы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил и образуют своеобразные пространственные сетки, формируя структурные каркасы и превращая нефть в структурированную жидкость. В гелеобразном состоянии дисперсные частицы практически теряют возможность свободно перемещаться внутри системы. Температура гелеобразова-ния является весьма важной технической характеристикой дисперсной системы как минимальная температура, при которой в отсутствии механического воздействия система способна находиться в подвижном состоянии. [c.46] Для пра.ггических целей в качестве температуры гелеобразования с известным приближением используется температура застывания нефти, определяемая в строго стандартных условиях. [c.46] Полученные зависимости, показывающие антибатное влияние смол и асфальтенов на температуру застывания нефти, наглядно подтверждают ранее высказанную мысль о неправомерности рассмотрения их совместно, как один компонент при изучении нефтей как дисперсных систем. Как видно из этих данных, при формировании дисперсных систем асфальтены, так же, как и парафины, выступают как ядрообразующие компоненты, тогда как смолы являются типичными сольватообразующими соединениями. [c.48] Таким образом, формирование новой твердой макрофазы как результат отложений дисперсных частиц может происходить лишь при нахождении нефти в температурных пределах, ограниченных сверху температурой насыщения твердыми компонентами, а снизу - температурой застывания. В пределах этих границ существенное значение имеет скорость охлаждения, определяющая кинетику формирования частиц дисперсной фазы. [c.48] При быстром охлаждении нефть, минуя состояние метастабильности, оказывается в лабильной области. В результате происходит быстрое образование большого числа кристаллов во всем объеме нефти. При этом существенное значение имеет, как бьшо отмечено ранее, наличие смол. В отсутствии или недостатке смол парафин кристаллизуется в виде мелких частиц и образует пространственную решетку, превращая нефть в структурированную жидкость. Структурный каркас образуется вследствие молекулярного сцепления в тех местах, которые плохо изолированы адсорбированными естественными ПАВ. В присутствии достаточного количества смол предотвращается образование пространственной сетки, благодаря сольватной оболочке, образуемой смолами вокруг кристалликов парафина. [c.51] Таким образом, можно констатировать двоякое, взаимоисключающее влияние снижения температуры на процесс формирования твердых отложений с одной стороны, возрастает вероятность ускорения процесса из-за увеличения концентрации дисперсной фазы, с другой, такая вероятность уменьшается из-за повышения устойчивости нефти как дисперсной системы. Какой из этих вкладов окажется более весомым в конкретных условиях, определится абсолютным уровнем вязкости среды. При низких вязкостях ситуацию определяет первый вклад, при относительно высокой вязкости среды более весом второй вклад. Как было определено на практике /22/, при вязкости среды более 0,2 Ст отложение парафина не наблюдается даже при транспортировке газонефтяных смесей. [c.53] Гидравлическое состояние в системе коренным образом меняет закономерности формирования отложений. Однако сложность процессов, протекающих при образовании новой макрофазы, многофакторность этих процессов и особенно различное проявление вкладов этих факторов в конкретных условиях существования нефти делают достаточно трудным четкое выявление влияния гидравлической ситуации на эти процессы. Влияние этого фактора можно выяснить, если системно рассмотреть все случаи формирования твердых отложений. [c.53] Такое представление рассматриваемого явления позволяет различные варианты процессов образования отложений рассматривать с единых позиций и выявить общие закономерности. [c.54] Формирование дисперсной структуры нефти определяется, в основ-но.м, температурой и при наличии газа - также давлением в системе. Закономерности протекания процессов, составляющих первую стадию, рассматривались ранее. В пределах температур, в которых возможно, образование отложений, гидравлическое состояние системы на протекании процессов, составляющих первую стадию, практически не сказывается. Влияние гидравлической ситуации на состояние нефти как дисперсной системы проявляется лищь при температурах, ниже температуры гелеобразования, когда механическое перемешивание способно разрушить пространственную сетку, составленную из сшитых кристалликов парафина, и поддерживать нефть в свободнодисперсном состоянии. Между тем именно гидравлическое состояние в системе определяет особенности протекания последующих двух стадий. Закономерности перемещения частиц дисперсной фазы к местам формирования отложений, а также баланс сил, обеспечивающий закрепление частиц на поверхности подложки, полностью обуславливаются гидравлической ситуацией в системе. [c.54] Вернуться к основной статье