Причины и факторы, способствующие солеобразованию.

Ряд исследователей связывает процесс солеотложения со смачиванием поверхности металла пересыщенной солями пластовой водой, полагая, что возникновение зародышей кристаллов происходит на гидрофильной поверхности оборудования. В реальных же условиях, после снятия солевых осадков с поверхности оборудования, часто обнаруживаются следы пристенных адсорбционных слоев из органических веществ, прочно связанных с кристаллическими отложениями и металлом. Очевидно, что образовавшиеся в объеме жидкости кристаллы прилипают к гидрофобному слою, состоящему из активных компонентов нефти. Активные компоненты нефти способствуют интенсификации процесса накопления солей. Кроме того, адсорбируясь на границе раздела фаз, они увеличивают адгезию между частицами и поверхностью оборудования. Отложения из скважин содержат как адсорбированные компоненты нефти, так и кристаллически-связанные, которые гидрофобизируют поверхность солевых отложений и придают осадкам желтовато-коричневый цвет. Выявлено, что с увеличением количества компонентов нефти в растворе, скорость осадконакопления существенно возрастает.

На механизм отложений солей в скважине заметно влияют выделяющийся газ, характер водонефтяной эмульсии, скорость и структура газожидкостной смеси, состояние и материал оборудования. В условиях скважины выделяющиеся пузырьки свободного газа образуются сначала в пристенной области, при этом создаются многочисленные гетерогенные границы раздела фаз твердое тело - жидкость - газ, на которых имеются благоприятные условия зарождения и роста кристаллов неорганических солей. В результате интенсивность солеотложений возрастает. Это положение подтверждается рядом промысловых исследований. Особенно характерно это для случаев формирования карбонатных солей, которое связано с выделением двуокиси углерода при уменьшении давления в скважине.

Образование солеотложений твердых осадков преимущественно неорганических веществ в пористой среде нефтяных пластов, на стенках труб, в насосном оборудовании и наземных коммуникациях обусловлено кристаллизацией солей из перенасыщенных по разным причинам попутно добываемых пластовых вод.

Исследованиями установлено, что твердая поверхность играет большую роль при образовании кристаллов солей в пересыщенных растворах, причем если на поверхности имеются шероховатости и углубления, что характерно для поверхности скважинного оборудования, то процесс кристаллизации начинается раньше и происходит быстрее. На шероховатой поверхности отлагается большее количество частиц твердой фазы, чем на гладкой, поскольку часть мелких частиц может срываться потоком жидкости с гладкой поверхности. Эксперименты показали, что интенсивность солеотложений наибольшая на образцах из стали НКТ и наименьшая на фторопласте. Исследуя механизм отложения солей на полимерных материалах, рекомендовано использовать для предотвращения солеотложений не гидрофобные, как принято, а лиофобные материалы. Имеется ряд сообщений об успешных промысловых испытаниях полимерных покрытий для предотвращения отложения солей при добыче обводненной нефти.

Основными из этих причин следует считать испарение, смешивание несовместимых вод, растворение горных пород и газов, изменение термобарических условий, дегазацию воды и изменение ее общей минерализации.

Отложения карбонатов кальция, сульфатов кальция и бария образуются, как правило, в присутствии нефтяных компонентов, газовой фазы, механических примесей, оказывающих влияние на интенсивность соленакопления, характер и свойства отложений.

Один из механизмов кристаллизации (гетерогенный) связывают с возникновением зародышей кристаллов на границах разделов фаз.

Существенное влияние на механизм солеотложений оказывают также режим движения газожидкостной смеси, фазовые превращения ее компонентов и их распределение по сечению труб. Выделяющиеся из жидкости пузырьки газа, в том числе и прилипающие к стенкам труб, образуют разветвленные границы раздела фаз твердое тело – газ- жидкость и способствуют зарождению и росту кристаллов солей. В свою очередь, солевые отложения служат адсорбентами для нефтяных компонентов, к ним прилипают пузырьки газа, что заметно увеличивает объем осадка.

Скорость образования зародышей кристаллов зависит не только от степени развитости и термодинамического потенциала поверхностей раздела, но и от радиусов кривизны границ раздела минерализованных вод с включениями. С уменьшением радиусов кривизны включений (например, при повышении дисперсности глобул воды в нефти или нефти в воде) степень перенасыщения увеличивается и уменьшается критический размер зародыша новой фазы, работа образования солевых зародышей уменьшается, а скорость их возникновения возрастает.

Таким образом, процессы образования солеотложений при добыче нефти в значительной мере определяются характером фазовых и энергетических взаимодействий на границе раздела вода нефть – газ- твердое тело, на чем основано действие большинства методов предотвращения выпадения солей. Ниже приведена краткая характеристика этих методов.

Известно, что отложения солей при добыче нефти формируются за счет кристаллизации солей из пересыщенных попутно-добываемых вод и осаждения этих кристаллов на поверхности нефтепромыслового оборудования.

Кристаллизация, по сути, является фазовым переходом вещества из перенасыщенной (маточной) среды в кристаллическое состояние. При достижении некоторой предельной для данных условий насыщенности растворов солей практически мгновенно возникают множество зародышей кристаллов, способных в дальнейшем к росту. Величина предельной насыщенности зависит от температуры, давления, состава среды и концентрации солеобразующих ионов, ее объема, материала и состояния стенок.