Ресурсосберегающие технологии предотвращения биокоррозии и образования эмульсий в процессах нефтедобычи (теоретическое обоснование, экспериментальные исследования, практический опыт) (28.10.2011)

Автор: Ахияров Рустем Жоресович

Исследования по подавлению жизнедеятельности адгезированных СВБ показали, что использование антибактериального устройства для воздействия на планктонные бактерии приводит к полному исчезновению СВБ. Однако проблема подавления жизнедеятельности адгезированных форм бактерий, образующих колонии на стенках трубопроводов и оборудования, остается открытой.

Известно, что СВБ поддерживают свою жизнедеятельность за счет анаэробного дыхания, для которого они используют кислород сульфат-ионов. В отсутствие в технологической жидкости сульфат-ионов СВБ существовать не могут.

Принудительное провоцирование кристаллообразования в технологической жидкости (например, образование микрокристаллов гипса CaSO4 · 2H2O размерами менее 1 мкм при добавлении в нее доступного и недорогостоящего раствора хлорида кальция) приводит к тому, что в дальнейшем в объёме раствора образуется взвесь микрокристаллов гипса вместо гидратированных сульфат-ионов и отложений солей жесткости на внутренней поверхности оборудования. Связанные в микрокристаллах сульфат-ионы не участвуют в биогенной сульфатредукции. Для получения микрокристаллов малорастворимых солей с сульфат-ионами необходимо ввести в технологическую жидкость противоионы высокой концентрации, способные связывать растворенные сульфат-ионы в малорастворимые соли. Отсюда следует, что перед проведением МГДО с целью удаления сульфат-ионов из технологических жидкостей сначала в них дозируют растворы солей, содержащих противоионы, например, катионы ca2+.

На первом этапе исследований было изучено воздействие переменного магнитного поля на неподвижные растворы сульфата кальция. Полученные данные свидетельствуют о том, что в результате проведения МГДО наблюдается быстрое снижение концентрации CaSO4 в обработанной технологической жидкости. Увеличение продолжительности воздействия до 5 секунд приводит к уменьшению содержания сульфат-ионов до 100 г/т и ниже. При этом даже если исходная концентрация сульфат-ионов была далека от насыщения, снижение содержания гидратированных сульфат-ионов все равно имеет место.

Развитие СВБ невозможно при концентрации сульфатов до 0,05-0,10 % масс., так как при этом не происходит размножения бактерий за счет «сульфатного дыхания». При проведении МГДО происходит образование мелкокристаллического шлама гипса, который может быть выведен из технологической жидкости путем отстаивания или фильтрации. В этом случае концентрация сульфатов значительно ниже границ интервала, в котором возможно развитие СВБ (рисунок 6).

Рисунок 6 – Зависимость концентрации ионов Са2+ от времени обработки при их различной начальной концентрации

Прямой контроль остаточного содержания сульфатов в испытанной технологической жидкости проводили гравиметрически.

Методика оценки эффективности снижения концентрации сульфатов в технологических жидкостях с целью подавления жизнедеятельности СВБ не может быть основана на выращивании культур в питательных средах, так как перед обработкой ставится обратная задача – сделать среду обитания бактерий несовместимой с их жизнью. Поэтому в данном исследовании был использован опосредованный показатель – изменение скорости общей и локальной коррозии образцов трубной стали после добавления в технологическую жидкость солей кальция и проведения Мгдо.

Результаты испытаний стали 20 в технологической жидкости с СВБ приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что с увеличением количества каскадов МГДО концентрация растворённых сульфатов и скорость общей коррозии стали 20 существенно снижаются.

Таким образом, для предотвращения жизнедеятельности адгезированных форм СВБ необходимо проведение следующих операций:

- определение ионного состава минерализованной воды;

- расчет и изготовление устройства для МГДО, а также экспериментальное определение количества ионов, выпавших в виде кристаллической фазы, то есть процент обессоливания воды по сульфат-ионам;

Таблица 2 – Влияние количества каскадов МГДО на эффективность удаления сульфатов и скорость коррозии трубной стали

Наименование Концентрация растворённых сульфатов, г/л Скорость коррозии, г/(м2·ч) Степень защиты, %

Без удаления сульфатов 2,00 2,388 ?

1 каскад МГДО 0,74 2,012 15,7

2 каскада МГДО 0,44 1,675 29,8

3 каскада МГДО 0,25 1,225 48,7

4 каскада МГДО 0,17 0,825 65,4

5 каскадов МГДО 0,11 0,470 80,3

- расчет теоретического и реального мольного соотношения катионов и анионов с целью определения количества дополнительно дозируемых катионов кальция, необходимого для полного удаления растворенных сульфат-ионов из технологической жидкости;

- разработка системы для удаления сульфат-ионов, которая включает дозировочное устройство для подачи раствора соли кальция, устройство для проведения МГДО, сепаратор или гидроциклон для удаления кристаллов сульфатов, прибор для определения количества сульфат-ионов после сепаратора и корректировки объема подаваемого реагента.

При проектировании системы удаления сульфатов необходимо учитывать, что по данным Ходакова Г.С. и Юдкина Ю.П. кристаллы солей размером менее 20 мкм не способны к осаждению на стенке трубопроводов при скорости потока более 0,466 м/с.

В четвертой главе приведены теоретическое обоснование и данные экспериментов, подтверждающие возможность увеличения адсорбционной способности молекул ингибиторов коррозии и поверхностной активности молекул деэмульгаторов в результате применения МГДО.

Известно (работы Коптюга В.А.), что органическим нейтральным молекулам можно придать положительный заряд посредством присоединения к ним протонов кислот, в результате чего образуются карбокатионы. Однако использование в этих целях сильных кислот в процессах добычи нефти нецелесообразно, так как кислоты достаточно дороги и повышают коррозионную активность пластовых вод.

Поскольку вода в технологических жидкостях нефтепромыслов состоит из смеси ионов гидроксония и гидроксил-ионов, при ее движении в постоянном магнитном поле на ионы действует сила Лоренца, направленная перпендикулярно векторам магнитной индукции и скорости течения. Следовательно, с помощью магнитного поля в движущейся среде можно создавать области с повышенной концентрацией положительно или отрицательно заряженных ионов. Эти ионы, взаимодействуя с ингибиторами и деэмульгаторами, способны образовывать комплексы с избыточным положительным (ионы гидроксония) или отрицательным (гидроксил-ионы) зарядом.

Как правило, образовавшиеся карбокатионы и карбоанионы не обладают высокой стабильностью. Поэтому использование ингибиторов и деэмульгаторов, насыщенных карбоионами на стадии производства, невозможно в связи с их длительной транспортировкой к месту применения. Проведение же МГДО вводимых в технологические жидкости реагентов непосредственно во внутритрубном пространстве вполне приемлемо, так как процессы ингибирования и деэмульсации начинаются сразу после образования карбокатионов, и максимальные эффекты от их применения достигаются в период стабильного состояния комплексов.

Таким образом, проведение МГДО технологической жидкости с реагентами в условиях нефтепромыслов может существенно повысить эффективность ингибиторов коррозии и деэмульгаторов.

Анализ химического состава наиболее распространенных в нефтегазовой отрасли ингибиторов коррозии показал, что их активными основами являются амины, четвертичные соли аминов, амиды и имидазолины, а реагентов для разделения водонефтяных эмульсий и подготовки нефти и нефтешламов - деэмульгаторов - оксиэтилированные соединения жирных кислот, эфиров и спиртов. Поэтому в дальнейшем для установления средств снижения эффективной дозировки данных реагентов исследовали ингибиторы и деэмульгаторы на указанных основах.

Перед проведением исследований по оценке влияния МГДО потока технологической жидкости с реагентами на их эффективность на основании ранее полученных результатов определили оптимальные условия обработки в устройстве. Длина такого устройства должна составлять не менее двух его диаметров; магниты обращены разноименными полюсами навстречу друг другу; вектор магнитной индукции направлен так, что сила Лоренца перемещает ионы гидроксония в область ввода реагента; скорость потока - более 0,5 м/с; величина магнитной индукции - не менее 0,01 Тл. При выполнении этих условий обеспечивается перемещение ионов гидроксония в область подачи реагента и их присоединение к молекулам его активной основы.

Установлено, что эффективность МГДО зависит от класса соединений, входящих в состав реагентов. Наибольшая эффективность наблюдается в случае ингибиторов на основе имидазолинов (таблица 3). У ингибиторов на основе четвертичных солей аминов, напротив, происходит значительная потеря эффективности в результате проведения МГДО.

Таблица 3 – Изменение эффективности ингибиторов в результате проведения МГДО (концентрация 100 мг/л)

Основа ингибитора Продолжительность МГДО, с Степень защиты, % Эффект МГДО, %

без МГДО с МГДО

7 59 69 10

10 45 59 14

25 36 11

Имидазолины

3 73 89 16


загрузка...