Солеобразование в добывающих газовых скважинах
Разработка многих нефтяных и газовых месторождений серьезно осложнена выпадением неорганических солей из попутно извлекаемой воды в нефтегазопромысловом оборудовании и в разных зонах продуктивного пласта.
Образование неорганических отложений – это процесс выпадения в осадок и накопление осадков малорастворимых неорганических соединений, вызываемый пересыщением раствора по отношению к данному соединению. Под пересыщением понимается что, концентрация соединения в растворе выше равновесной концентрации.
Основные компоненты в большинстве отложений: карбонат кальция (СаСО3), сульфат кальция (гипс CaS04 2H20 и ангидрит САSO4), сульфат бария (ВаSO4) см. таблицу 4).
Таблица 4. Основные параметры неорганических соединений
| Показатели | Название неорганического соединения | ||||
| Гипс | Кальцит | Барит | Карбонат бария | Гидро- ксид магния | |
| Химическая формула | СаSO4·2H20 | СаСО3 | BaSO4 | BaCO3 | Mg(OH)2 |
| Молекулярная масса | 172,17 | 100,09 | 233,40 | 197,35 | 58,32 |
| Цвет | - | Бесцвет -ный | - | белый | Бесцвет-ный |
| Структура кристалла | Моно клинная | Триго нальная | Ромби ческая | Ромби ческая | Триго нальная |
| Плотность при Т=20 0С, г/см3 | 2,31 – 2,33 | 2,71 | 4,50 | 4,43 | 2,35 – 2,46 |
| Растворимость в воде, г/100 г воды при температуре, 0С: | 0,176 0,206 0,212 - | Малораств. - - - | - - - 0,00041 | Малораств - - - | - - - 0,004 |
| Условия разложения | Кислотными средами | Кислотными средами. При нагревании разла- гается | Барит плавится При Т=1580 0С | Кислотными средами | Кислотными средами. При нагревании разлагается |
В значительных количествах в составе отложений имеются различные примеси: сульфат стронция (SrS04), карбонат стронция (SrСОз), карбонат бария (ВаСО3), карбонат магния (MgC03), хлорид натрия, сульфат радия. Встречаются механические примеси продукты коррозии (окислы железа Fe2 O3, сульфид железа FeS) и др. В призабойной зоне нагнетательных скважин в составе неорганических осадков часто наблюдаются продукты жизнедеятельности бактерий.
Отложения чистых сульфатных или углекислых солей встречаются редко. Обычно они представлены смесью основного неорганического компонента с частицами нефти, силикатов, парафина, продуктами коррозии, примесями других солей.
Большинство отложений имеет кристаллическую структуру. Процесс их формирования представляет собой массовую кристаллизацию в сложных гидродинамических условиях, в широком интервале температур и пересыщений раствора солями в присутствии большого количества примесей, способных оказывать существенное влияние на характер (свойства) кристаллических осадков.
Образование кристаллических неорганических солей как процесс состоит из основных этапов: пересыщение раствора солями; зародышеобразование; рост кристаллов; перекристаллизация. Эти этапы могут протекать либо поочередно, либо одновременно.
Пересыщение раствора солями относительно какого-либо компонента связано увеличением концентрации последнего выше равновесной (растворимости). Условием возникновения этого процесса на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях является присутствие минерализованной попутно добываемой воды.
Несовместимость утилизируемых вод с пластовыми – одна из главных причин солеотложения на нефтяных и газовых месторождениях России. Рассмотрим основные причины солеотложения на нефтяных и газовых месторождениях.
1. Изменение термодинамических условий. В этом случае возможно образование карбонатов кальция по двум схемам
(11)
(12)
В пластовых водах 
, и образование СаСО3 происходит в основном по схеме (11). Следует заметить, что кальцит лучше растворятся в сравнении, с другими неорганическими соля в воде с уменьшением температуры. Например, при температуре 100 0С его равновесная концентрация равна 14 мг/л, то при температуре 0 0С она составляет 85 мг/л.
С падением давления и температуры, из раствора выпадает в осадок СаСО3, поскольку на направление реакции протекающей по уравнению (11) в большей степени оказывает влияние парциального давления углекислого газа, чем температура (см. таблицу 5).
Таблица 5. Зависимость растворимости СаСО2 от
парциального давления СО2
| Показатель | Значение | |||
| Парциальное давление СО2, МПа | 0,0001 | 0,01 | 0,1 | 1,0 |
| Растворимость N, мг/л |
Изменение температуры и давления может привести к перенасыщению растворов относительно сульфатов кальция и бария, причём максимальная растворимость достигается при температуре 40 0С. Дальнейший рост температуры вызывает снижение растворимости гипса, причём растворимость ангидрита снижается сильнее. Зависимость растворимости барита от температуры не столь велика. Следует отметить, что и зависимость равновесных концентраций сульфатов кальция и бария от давления также невелика, хотя как показывает опыт, снижение давление может привести к выпадению из раствора.
Снижение давления ведет к испарению части воды в газовую фазу, и как следствие, пересыщению водно-солевых систем.
2. Изменение химического состава пластовых вод в процессе разработки месторождения может наблюдаться при смешении закачиваемой и пластовой вод даже в условиях их химической совместимости. Это обстоятельство может привести к формированию попутнодобываемой воды совершенно нового состава в сравнении с пластовой. Реальные пластовые воды, закачиваемые и попутно добываемые воды это многокомпонентные водно-солевые составы. Т. о., изменение минерализации попутно добываемой воды в ряде случае ведет к её перенасыщению, и как следствие к появлению неорганических отложений.
Следует отметить, что существующие методы прогнозирования не в полной мере учитывают механизм и процессы, протекающие при солеотложении (адсорбция, гидродинамические эффекты и т.д.). В этой связи в промысловой практике в меньшей степени применяются методы предупреждения, а наибольшее распространения нашли методы их удаления.