15. 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)₂CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Mg(HCO₃)₂MgCO₃↓ + 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

Содержание CaCl2, г/л	0	32,05	97,02	192,91	280,3	367,85
Растворимость CaSO4, мг/л	2080	1080	841	465	203	32

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.