Отложение солей при добыче нефти

Пластовые воды представляют собой нестабильные системы, равновесие которых легко нарушается с изменением пластовых условий. К нарушению равновесия приводит изменение давления, температуры, контакт с другими водами в процессе разработки месторождений. При движении нефти, газа и воды по пласту, стволу скважин, выкидным линиям и сборным коллекторам давление в них понижается, в результате чего из воды выделяется диоксид углерода, равновесие диссоциации гидрокарбонатов кальция и магния сдвигается вправо и образуется осадок солей:

Ca(HCO₃)₂ CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ MgCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Осадки солей в результате разложения гидрокарбонатов в призабойной зоне образуются и при термическом воздействии на пласт с целью увеличения нефтеотдачи или при закачке в пласты воды с высокой температурой. С уменьшением давления и повышением температуры одновременно уменьшается растворимость большинства солей, что приводит к их выпадению из раствора и кристаллизации. Понижение давления вызывает испарение воды в газовую фазу, что также способствует пересыщению водно-солевых систем. Смешивание закачиваемой и пластовой вод приводит зачастую к формированию попутно добываемой воды совершенно нового состава по сравнению с пластовой. А это, в свою очередь, способствует изменению растворимости отдельных компонентов. Так, например, при смешивании воды, содержащей сульфаты кальция, с водами хлоркальциевого типа наблюдается выпадение кристаллов гипса, поскольку растворимость его в присутствии солей кальция уменьшается (табл.4).

Таблица 4

Влияние содержания СаСl₂ на растворимость сульфата кальция

При смешивании вод разных водоносных горизонтов, что происходит при плохом тампонаже скважин, возможно образование солевых осадков за счет протекания химических реакций, например, смешение гидрокарбонатных вод с хлоркальциевыми приводит к образованию осадка карбонатов кальция и магния:

2NaHCO₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓ + 2NaCl + H₂O + CO₂↑

2NaHCO₃ + MgCl₂ = MgCO₃↓ + 2NaCl + H₂O + CO₂↑

Смешение сероводородсодержащих пластовых вод с водами, содержащими соли железа, приводит к появлению коллоидизированной взвеси сульфида железа:

Fe(HCO₃) + H₂S → FeS↓ + 2H₂O + 2CO₂↑

Выпадение осадков происходит также в результате окислительных процессов, протекающих под воздействием различного рода бактерий. При разработке некоторых месторождений нефти и газа происходит интенсивное отложение неорганических солей в призабойной зоне пласта, в стволе скважины, промысловом оборудовании и коммуникациях, а иногда и в различных зонах пласта. Отложения солей существенно осложняют процесс добычи, подготовки и транспортировки нефти и газа. Для удаления отложений солей и предотвращения их образования широко используют химические методы. Успех борьбы с отложениями зависит от химического состава отложений и структуры самого осадка. Отложения карбонатных солей и, частично, гипса удаляются растворами соляной кислоты:

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O

CaSO₄∙2H₂O+2HCl=CaCl₂+H₂SO₄+2H₂O

Рыхлые осадки гипса, возникающие в начальный период загипсовывания скважин и оборудования, удаляются обработкой 10-15% растворами карбонатов и бикарбонатов натрия или калия. При этом гипс преобразуется в карбонат кальция, который затем легко растворяется соляной кислотой:

CaSO₄∙2H₂O+Na₂CO₃=Na₂SO₄ + CaCO₃↓ + 2H₂O

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O

Для удаления плотных осадков гипса применяют 20 % растворы гидроксида натрия или калия:

CaSO₄∙2H₂O+2NaOH=Ca(OH)₂+Na₂SO₄+2H₂O

Отложения водорастворимых солей (NaCl, CaCl₂ и т.д.) удаляют пресной водой.

Быстрому растворению отложений солей на практике обычно препятствуют присутствующие в них парафины, асфальто-смолистые вещества. Поэтому в состав химического реагента, воздействующего на отложение, добавляют органический компонент, растворяющий углеводородные составляющие.

Основным химическим методом предотвращения солевых отложений является применение специальных реагентов-ингибиторов. Ингибиторы, адсорбируясь на поверхности зародышей кристаллов, подавляют их рост, препятствуют соединению кристаллов между собой и отложению на стенках. В качестве ингибиторов отложения солей используют водорастворимые полимеры, производные карбоновых кислот и сульфокислот, фосфорорганические соединения, неорганические полифосфаты, главным образом гексаметафосфат натрия (NaPO₃)₆ и триполифосфат натрия Na₅P₃O₁₀.

При добыче газа на всем пути движения его от забоя скважины до пункта сбора, а также в магистральных газопроводах могут образовываться отложения газовых гидратов. Для предупреждения образования гидратов и ликвидации их отложений создают условия, способствующие их разложению: понижают давление, повышают температуру. Эффективным методом борьбы с гидратообразованием является введение различных ингибиторов в скважины и газопроводы. В качестве ингибиторов применяют метиловый спирт, растворы этиленгликоля, триэтиленгликоля хлористого кальция, минерализованную пластовую воду. Ингибиторы способствуют поглощению водных паров из газа и переводу их в растворы, не При добыче газа на всем пути движения его от забоя скважины до пункта сбора, а также в образующие гидратов или образующие их при более низких температурах.