Механизм образования гидратных отложений

Природные газы при высоких давлениях и пониженных температурах вступают в соединение с водой и образуют твердое соединение – гидрат. Условия гидратообразования в нефтяной скважине зависят от многих факторов: температуры и давления в продуктивном пласте, дебита и об­водненности продукции, количества газа и его состава, коэффициентов теплопроводности и теплопередачи труб, цементного раствора и пород, окружающих скважину, и др. Процесс гидратообразования протекает при воздействии на газовую смесь давления, температуры и минерали­зации воды, которые меняются в пластовых и скважинных условиях, что влияет на влагосодержание газа.

Термодинамические условия, соответствующие образованию гидрат-ных отложений непосредственно в пласте, обычно приурочены к районам распространения многолетнемерзлых пород (ММП).

В процессе добычи и транспорта водонефтегазовой смеси ее со­стояние постоянно меняется. Давление насыщения – это такое давление, ниже которого из жидкости начинает выделяться растворенный в ней газ. При пластовом давлении выше давления насыщения газ растворен в жидкости. В НКТ при движении нефти в некоторый момент начинается ее разгазирование. Сначала газ выделяется в пузырьковой форме. По мере подъема количество его постепенно увеличивается, и может образоваться отдельная газовая фаза, движущаяся параллельно с нефтью. В стволе скважины от забоя до устья снижаются температура и давление, газоот­деление увеличивается. Обводнение продукции скважины увеличивает влагосодержание газа. При поддержании пластового давления снижается температура пласта и часть газа начинает выделяться из жидкости.

Место и интенсивность накопления гидратов в скважине изменяют­ся и зависят от режима ее работы. Чем выше дебит, тем ближе к устью образуется гидратная пробка. Длительная работа скважины приводит к прогреву окружающих пород. Наиболее часты случаи образования гидратов в стволе либо длительно простаивающих скважин, либо при их консервации.

При расположении динамического уровня в зоне ММП гидраты об­разуются из растворенных в нефти легких газов и воды, находящейся

в эмульсионной форме. Между динамическим уровнем и ММП существует гидратоопасная область, в которой процессы гидратообразования проис­ходят наиболее часто.

В затрубном пространстве процессы более статичны. Нефть доходит до линии динамического уровня, где не исключено образование пены, ко­торая может занимать большой интервал по высоте. Выше динамического уровня в затрубном пространстве находится газ, компонентный состав которого отличается от состава пузырькового газа в НКТ. По мере подъема газа он охлаждается, из него выделяется жидкая фаза – газовый конденсат, который осаждается на стенках эксплуатационной колонны в виде пленки. При добыче обводненной нефти из нее выделяются пары воды, они тоже конденсируются на стенке. Сконденсировавшиеся вода и конденсат вместе стекают вниз.

При малом количестве воды (эмульсия типа «вода в нефти») со стенкой эксплуатационной колонны контактирует преимущественно нефть, в этом случае гидратообразование будет затруднено. При большом количестве воды (эмульсия типа «нефть в воде») в результате непосредственного кон­такта воды со стенкой эксплуатационной колонны условия гидратообразо-вания более благоприятны.

Рис. 20. Гидратообразование нефтяной скважины