ЛАБОРАТОРНАЯ МЕТОДИКА. Лабораторная методика
 Скачать 219.77 Kb.
|
|
УДК 665.61.033 ЛАБОРАТОРНАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ АСФАЛЬТО-СМОЛИСТЫХ И ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Герасимова Е.В., Ахметов Е.В., Десяткин А.А., Красильникова Ю.В. Уфимский государственный нефтяной технический университет ketrin2306@yandex.ru Представлен обзор методик определения эффективности растворителей ас- фальто-смолистых и парафиновых отложений (АСПО), произведен их анализ, выявлены недостатки данных методик, предложены возможные решения проблемы объективной оценки эффективности растворителей АСПО. Также в статье представлена разрабо- танная лабораторная методика определения эффективности растворителей АСПО, ее особенности и анализ сходимости. Ключевые слова: асфальто-смолистые и парафиновые отложения, методика, растворимость, растворитель, способ удаления, эффективность растворитель, сходи- мость методики Асфальто-смолистые и парафиновые отложения(АСПО) представляют сложную смесь твердых парафиновых углеводородов, асфальто-смолистых ве- ществ (АСВ), воды и механических примесей. Прочность и состав АСПО зависят от состава и свойств нефти, геолого-физических и технологических условий раз- работки месторождения. Химические методы для удаления отложений, в настоя- щее время, являются наиболее широко используемыми, так как обладают высокой эффективностью и технологичностью. Хорошо зарекомендовавшие себя в лабораторных условиях растворители отложений нередко показывают низкую эффективность на промыслах. Это объяс- няется как разнородностью состава и структуры АСПО по месторождению в це- лом и по длине лифтовых труб, так и трудностями поддержания наилучших усло- вий отмыва при проведении работ на скважинах. В связи с этим при подборе растворителей необходимо определять не только его растворяющую способность и условия наилучшего отмыва, но и производить оценку возможности реализации этих условий при очистке скважин. Широко применяется методика в лабораториях, основанная на определе- нии эффективности растворителя путем изменения массы образца АСПО, взятого на анализ до и после эксперимента с применением специальных ситечек-корзи- _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru нок. Существуют различные вариации данного метода [1-8]. Примером методики корзинок является методика ОАО «АНК «Башнефть» [3]. Из отложений форми- руют шарики диаметром 10-15 мм. Шарик помещают в сетку из проволоки и опускают в растворитель объемом 25 см 3 . Испытания проводят 2 часа, при этом каждые 15-30 минут периодически поднимают и опускают сетку с отложениями, имитируя работу скважины, оборудованную ШНГ. После вынимают сетку с отло- жением, высушивают на открытом воздухе, взвешивают. Определяют эффектив- ность растворителя по формуле: Э= m−m 1 m ∗ 100 , (1) где Э – эффективность растворителя, % масс.; m 1 – масса отложений после эксперимента, г; m – масса отложений взятая для эксперимента, г. Анализируя известные методики, можно выделить основные параметры проведения эксперимента по определению эффективности растворителя АСПО, представленные на рис. 1: Рисунок 1. Параметры «методики корзинок». _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 2 1. Форма образцов АСПО для испытаний может быть различной: шарик, цилиндр, таблетка кубической формы, пластина или же просто навеска. 2. Отложение для эксперимента может быть в нативном виде, либо заранее расплавленном или размягченном для более удобного формирования образцов. Проба АСПО может содержать большое количество воды, механических приме- сей и других включений, и из него достаточно сложно сформировать определён- ную фигуру. 3. Способ формирования образца АСПО может представлять собой навеску отложения определенной массы или «лепку» какой-либо фигуры (шар, цилиндр, пластина) лаборантом вручную. 4. Время проведения испытания по исследуемым методикам изменяется от 0 до 24 часов в зависимости от режима: статического или динамического. Дли- тельность эксперимента должна быть такой, чтобы процесс растворения продол- жался до тех пор, пока раствор не станет насыщенным и растворитель не переста- нет действовать. Это можно определить по степени растворения отложений во времени при определенном режиме. 5. Режим проведения может быть статическим и динамическим. Статиче- ский режим не всегда эффективен, так как при низких температурах опыта и при длительном контакте растворителя с АСПО происходит вторичное переосаждение отложения, для объективной оценки необходима замена порции растворителя на новую. В статическом режиме разрушение образца АСПО происходит только за счет физико-химического воздействия растворителя. Эффективность раствори- теля минимальна в таком режиме. Более эффективным является динамический режим, который может быть осуществлен в лаборатории при помощи мешалок, качалок, которые обеспечивают постоянную циркуляцию растворителя подобно как в скважине при промывке, а также при помощи конструкций, обеспечиваю- щих периодическое опускание образца в растворитель или вручную, имитируя работы скважины, оборудованной ШГН. 6. Соотношение массы образца и испытуемого реагента в рассмотренных методиках изменяется в широких пределах от 1:5 до 1:100. 7. Температура эксперимента варьируется от +10 °С до +60 °С. Изменяя температуру, возможно, построить кинетические кривые растворимости, при этом _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 3 необходимо учитывать физико-химические свойства растворителя, такие как начало кипения, температура вспышки и др. Технически это возможно с помо- щью термостатов. 8. Погрешность методик варьируется от ±3 % масс. до ±10 % масс. Основные недостатки существующих методик определения эффективности растворителя АСПО 1. При мануальном формировании невозможно добиться одинаковых по массе или объему образцов. Мануальное формирование образца АСПО представ- ляет собой не что иное как «лепку» какой-либо фигуры (шар, цилиндр, пластина) вручную, в результате чего происходит уплотнение структуры АСПО, причем ве- личина уплотнения зависит от силы надавливания. Также влияние оказывает ин- тенсивность периодического поднятия и опускания сетки. Эти факторы являются субъективными и оказывают непосредственное влияние на результат испытаний. Для доказательства данного утверждения по методике ОАО «АНК «Баш- нефть» были проведены эксперименты в условиях воспроизводимости (в разных лабораториях, на разном оборудовании и разными лаборантами с одними и теми же реагентами и АСПО). Воспроизводимость R рассчитывается по формуле: R= ∣ Э 1 − Э 2 ∣ , (2) где Э 1 и Э 2 – значения эффективностей, определенные двумя лаборантами. Величина предела воспроизводимости R достигает 45 % масс. Таблица 1 Пределы воспроизводимости по методике ОАО «АНК «Башнефть» АСПО Растворитель Э, % масс. R, % масс. Э1 Э2 НГДУ «Краснохолмскнефть» Надеждинское м.р., скв. 32 Гексен:Толуол:ФСПГ 100 76,5 23,5 НГДУ «Ишимбайнефть» Уршакское м.р., скв. 239 Гексен:Толуол:ФСПГ 91,2 57,1 34,1 НГДУ «Чекмагушнефть» Чекмагушевское м.р., скв. 400 Гексен:Толуол:ФСПГ 77,4 32,3 45,1 НГДУ «Южарланнефть» Сухоязовское м.р., скв. 1 Гексен:Толуол:ФСПГ 39,5 18,5 21 НГДУ «Чекмагушнефть» Чекмагушевское м.р., скв. 400 Гексен:Толуол:ФСПГ 54,8 14,7 40,1 _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 4 2. Недостатком всех рассмотренных методик определения эффективности растворителей является также то, что они не учитывают такой фактор как «сте- ночный эффект». Сущность его состоит в том, что в реальных условиях удаления АСПО с поверхности нефтяного оборудования не всегда наблюдается процесс пе- рехода АСПО в фазу растворителя только с его поверхности. Возможны случаи диспергирования отложения, а также «вытеснения» его с поверхности обору- дования растворителем. Последний фактор имеет особенно большое значение в тех случаях, когда в качестве растворителей используются поликомпонентные системы, содержащие различные полярные соединения и ПАВ. 3. При применении методик, основанных на методе «корзинок» нужно учитывать и тот факт, что растворитель действует на образец АСПО со всех сто- рон, тогда как на практике всестороннего контакта растворителя и АСПО не происходит (рис. 2). Рисунок 2. Действие растворителя на АСПО При разработке методики определения эффективности удаления АСПО с поверхности нефтепромыслового оборудования растворителями перед нами была поставлена задача устранить недостатки вышеизложенных методик и постараться смоделировать процесс удаления АСПО близким к реальным условиям. Разра- ботка и оценка методики выполнения измерений эффективности удаления АСПО растворителями с поверхности нефтепромыслового оборудования осуществлялась _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 5 Шар из АСПО Действие растворителя НКТ АСПО на поверхности НКТ Действие растворителя АСПО на поверхности НКТ в соответствии со стандартами ГОСТ Р 8.563-96 «Методики выполнения измере- ний», РМГ 61-2003 «Показатели точности, правильности, прецизионности мето- дик количественного химического анализа», ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений». 1. Для обеспечения «стеночного эффекта» была попытка наносить АСПО в расплавленном виде на металлическую пластину. Данный способ неудобен и не позволяет получать равные массы отложений. Учитывая тот факт, что толщина отложений изменяется в широких пределах от 0 мм до 20 мм по высоте НКТ, необходимо обеспечить различную толщину на металлической поверхности. Для этого была специально изготовлена форма из стали. Толщина отложения изменя- ется от 0 до 4 мм. Рисунок 3. Форма для испытаний 2. Для обеспечения динамического режима используется перемешивающее устройство типа ПЭ-6410, который также может обеспечить постоянный нагрев растворителя. Заданная частота вращения (165±5) мин -1 обеспечивается в сква- жине при помощи насосных агрегатов. 3. Время опыта составляет 1 час. Время было получено экспериментально. По методике исследовалась динамика изменения эффективности растворителей СНПХ-7870 и смеси гексена с толуолом в соотношении 1:1 во времени для раз- личных АСПО. Эффективность отмыва АСПО растворителем СНПХ-7870 в тече- ние 1 часа составляет для данных отложений 68-83 % масс., а эффективность сме- си гексена с толуола составляет 75-94 % масс. При увеличении времени до 1,5 ч контакта АСПО с растворителями эффективность возрастает незначительно, в среднем на 10-15 % масс. Через 2 часа формы с АСПО полностью отмылись. Учи- тывая то, что максимальная эффективность растворителя составляет 100 % масс., _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 6 т.е. когда в форме отложения не осталось, необходимое время контакта отложе- ния с растворителем должно быть таким, чтобы отмыв отложений происходил не полностью, при этом была возможность численно оценить и сравнить эффектив- ности различных растворителей. 4. По методике предполагается предварительное расплавление отложения. Нанесение АСПО на форму в нативном виде технически сложно осуществить, а иногда просто невозможно из-за различной консистенции отложения. При нанесе- нии АСПО на металлическую поверхность в расплавленном виде происходит сцепление кристаллов парафина с поверхностью за счет разницы температур от- ложения и металла. Тем самым мы обеспечиваем прочность налипания АСПО, но уменьшаем эффективность растворителя за счет перекристаллизации парафинов и уплотнения структуры АСПО в процессе нагрева. При налипании АСПО вручную на форму возникает субъективный фактор, зависящий от способностей лаборанта. Это приводит к увеличению погрешности методики. Эксперимент по определению эффективности растворителя АСПО по разработанной методике проводится следующим образом [9]. Поверхность формы отшлифовывается шлифовальной бумагой №0, обез- воживается ацетоном, высушивается и определяется её масса m ф , г, при помощи электронных весов с точностью до четвертого десятичного знака. Навеску АСПО расплавляют на водяной бане с температурой (80±0,5) °С, гомогенизируют перемешиванием, далее содержимое стакана заливают в форму. Лишняя часть отложения снимается с формы при помощи металлической пласти- ны тогда, когда отложение не полностью застыло. Поверхность нанесенного слоя АСПО должна быть ровной, отложение должно заполнять весь объем формы. Для проверки прочности налипания АСПО форму с отложением переворачивают и немного трясут. Форму с АСПО оставляют на сутки для высыхания до постоян- ной массы на открытом воздухе. Перед проведением испытания определяют массу формы с АСПО M 1 на электронных весах с точностью до четвертого деся- тичного знака. Форму с АСПО опускают в стакан с растворителем объемом 50 см 3 , включают в сеть шейкер. По истечении 1 часа формы извлекают, высуши- вают и взвешивают (M 2 ). Для каждого образца необходимо проводить не менее двух параллельных определений. _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 7 В случае, если отложение осталось в форме после испытания. Рассчиты- ваем эффективность Э по формуле: Э= m 1 − m 2 m 1 ∗ 100 , % масс. (3) За результат анализа Э ср принимают среднее арифметическое значение ре- зультатов двух параллельных определений Э 1 и Э 2 : Э ср = Э 1 Э 2 2 , (4) для которых выполняется следующее условие: ∣ Э 1 − Э 2 ∣≤ r , (5) где r - предел повторяемости. Расхождение между результатами анализа, полученными в двух лаборато- риях, не должно превышать предела воспроизводимости R. При выполнении это- го условия приемлемы оба результата анализа, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение. В случае, если форма пустая, без отложения. Результатом эксперимента считается: Э ср = 100−Δ , % масс. (6) Результаты измерений оформляют записью в виде таблицы установленной формы (таблица 2). Таблица 2 Таблица результатов эксперимента № опыта Тип АСПО Раство- ритель m ф , г M 1 , г M 2 , г m 1 , г m 2 , г Э, % масс. Наблю- дения 1 2 Рассчитываем эффективность с учетом погрешности: Э ср ± Δ , % масс. (7) Оцениваются полученные результаты эффективности растворителя (таблица 3). _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 8 Таблица 3 Оценка эффективности растворителя Эффективность, % масс. Оценка Применение От 20 до 50 Растворитель малоэффективный Не рекомендуется использовать на промысле От 51 до 70 Растворитель среднеэффективный Возможно использование на промысле От 71 до 90 Растворитель высокоэффективный Рекомендуется использовать на промысле Согласно методу расчета показателей качества методики в программе Excel рассчитаны значения показателей качества методики (таблица 4). Таблица 4 Значения показателей качества методики Показатель Значение Диапазон измерений, % масс. от 20 % до 90 % Показатель повторяемости (СКО повторяемости), σ r (Δ) 4 Показатель воспроизводимости (СКО воспроизводимости), σ R (Δ) 7 Показатель промежуточной прецизионности (СКО), σ R1 (т, о)(Δ) 6 Показатель точности, ±Δ (р=0,95) 15 Предел повторяемости r 10 Предел воспроизводимости R 20 Предел промежуточной прецизионности R 1 (т, о) 18 Полученные результаты показателей качества методики приемлемы и вполне объективны. На формирование погрешности измерений эффективности наибольшее влияние оказывают такие факторы как случайные различия между со- ставами отобранных проб АСПО, возможные изменения состава пробы АСПО вследствие ее хранения, а также действия оператора. Разработанная методика учитывает недостатки существующих методик определения эффективности растворителей АСПО, полученные результаты пре- делов сходимости и воспроизводимости свидетельствуют о её объективности и возможности дальнейшего применения. На данную методику выполнения измере- ний эффективности удаления АСПО с поверхности нефтепромыслового оборудо- вания получено свидетельство об аттестации в ФГУ «Центр стандартизации, мет- _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 9 рологии и сертификации» Республики Башкортостан № КП.11.201.2008 от 14.07.2008, а также присвоен порядковый номер и код регистрации методики вы- полнения измерений в Федеральном реестре МВИ, применяемых в сферах распро- странения государственного метрологического контроля и надзора № ФР.1.29.2008.04992. Литература 1. Рогачев М.К., Стрижнев К.В. Борьба с отложениями при добыче нефти. М: ООО «Недра-Бизнесцентр». 2006. 295 с.: ил. 2. Сафин С.Г. Разработка композиций для удаления асфальтосмолопарафи- новых отложений в нефтепромысловом оборудовании // Нефтяное хозяйство. 2004. №4. С. 106-109. 3. СТП-03-153-2001. Методика лабораторная по определению растворяю- щей и удаляющей способности растворителей АСПО. 4. Золотарева Л.Г., Малицкий Е.А., Светлицкий В.М., Фещук О.В. Об эф- фективности растворителей парафиноотложений // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. 1984. №4. С. 13-15. 5. Нагимов Н.М., Шакиров Р.К., Шарифуллин А.В., Козин В.Г. Эффектив- ность воздействия на АСПО различных углеводородных композитов // Нефтяное хозяйство. 2002. №2. С. 68-70. 6. Сизая В.В., Гейбович А.А. Оценка эффективности реагентов-удалителей отложений твердых углеводородов и асфальтосмолистых веществ // Нефтепро- мысловое дело. 1980. №4. С. 20-22. 7. Сафин С.Г., Валиуллин А.В., Сафин С.С.. Исследование растворимости АСПО в побочных продуктах газового конденсата // Нефтепромысловое дело. 1993. №1. С. 24-26. 8. Турукалов М.Б. Критерии выбора эффективных углеводородных раство- рителей для удаления АСПО: Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. хим. наук. Краснодар: КубГТУ, 2007. 156с. 9. Ахметов А.Ф., Герасимова Е.В., Нуриазданова В.Ф. Лабораторная мето- дика определения эффективности растворителей асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) // Башкирский химический журнал. 2008. Т.15, №2. С. 161-163. _____________________________________________________________________________ Нефтегазовое дело, 2010 http://www.ogbus.ru 10 |