Мұнайды өндіру мен тасымалдауда қоршаған ортаны қорғау

3. Жоғарғы тұтқырлы мұнайды өндіру мен тасымалдау кезіндегі асфальт – шайырлы және парафинді шөгінділермен күрес.

         Қазіргі кезде біздің Республикамызда  және шет аймақтарда көп мөлшерде  жоғарғы тұтқырлы мұнайлар ғана  емес, сонымен қатар құрамында  көп парафинді, басқалармен салыстырғанда  жоғарғы температурада қататын  мұнайлар өндіріледі. Бұндай мұнайларды  айдау (жай тәсілде) тиімсіз,  қоршаған ортаның температурасы  үшін құбырөткізгіштің гидравликалық  кедергісі жоғары. Мұнай аққыштығының  жоғарлатылуының әртүрлі тәсілдері  құбырөткізгіштегі гидравликалық  кедергінінің төмендеуін қамтамасыз  етеді:тұтқырлы және төмен тұтқырлы  қататын мұнай және мұнайөнімдерін  араластырып бірге айдау, су  қосып айдау, қататын мұнай  және мұнайөнімдерін термиялық  өндеу және кейінірек айдау,  мұнай және мұнайөнімдерін қыздырып  айдау, мұнайдағы присадка –  депресатормен қолдану және басқалар.әр  жағдайда айдау тәсілдерін таңдау  техника – экономикалық есептермен  негізделуі керек

       Мұнайдың барланған жалпы көлемінде жоғары тұтқырлы – парафиндік және  асфальт – шайырлы мұнайлардың үлесі артуда. Оларды өндіру және тасымалдау асфаьт – шайырлы және парафинді шөгінділерді (АШПШ) болдырмау мәселесімен күрделенеді.

      АМПШ қарқынды  шөгуі көптеген кен орындарының  ұңғымаларында қазудың барлық  кезеңдерінде болады, тек өндіру  ұңғымалар өнімдерінің жоғары  сулануы кезінде пайдаланудың  соңғы сатысында болмайды.

       Парафиндер  – метан қатарының қатты көмірсутектері (С₁₇Н₃₆ – С₆₀Н₁₂₂) – қат жағдайларында әдетте еріген күйінде болады. Температура, қысым төмендегенде, сондай – ақ мұнайдың газсыздануы нәтижесінде парафин кристалдар түрінде шөгеді, олар тереңдігі жабдықтардың беттерінде және кәсіпшілік газ – мұнай құбарларында жинақталынуы мүмкін, сондықтан жүйенің өнімділігі күр төмендейді.

     АШПШ күресуді  негізінен төрт әдіспен: құбыр  беттерінен шөгінділерді механикалық  түрде жою; қорғаушы қаптамаларды  жабу; жылулық әсермен; ингибаторларды  және АШПШ еріткіштерін пайдаланып  жүргізеді. Қарнақты сорғымалармен  жабдықталған ұңғымаларда АШПШ әдетте, қарнақтарға пісірілген пластиналық қырғыштармен кіреді.

Бұрқақты, газлифттік және батырылған орталықтан тепкіш сорғылармен жабдықталған ұңғымаларда күресудің ең көп  тараған әдісі – қорғауыш қаптамаларды жағу, оларды АШПШ нашар байланысатын гидрофильдік материалдардан (шыны, әр түрлі шыныэмальдары, бакелиттік лак, эпоксидтік шайырлар, бакелитті –  эпоксидтті композициялар, т.б.) жасайды. Қорғау қаптамаларын кәсіпшілік коммуникацияларында  пайдаланады, дегенмен бұл жерде  периодтық бу – жылулық өңдеулер, сондай – ақ шар тәрізді немесе сұйықтық ағынының әсерімен қозғалатын поршеньдік тазартқыштар кең қолданылады.

АШПШ күресудің химиялық әдістері кен орындарын қазудың белгілі бір кезеңдерінде, мысалы, сулану әлі жоғары болмағанда, кең қолданылады. Ұңғымаға ингибаторлар немесе АШПШ еріткіштерін береді. Ұңғымаларды өңдеуге пайдаланылатын органикалық еріткіштер ретінде әдетте қаттың забой маңы аймағына әсер ететін химиялық реагенттерді, мысалы, бутилбензолдық, альфометилстиролдық, этилбензолдық фракцияларды, пиролиздің сұйық өнімдерін және т.б. қолданылады.

     АШПШ ингибаторлық қорғауды, әдетте, тұрақты сумұнайлық эмульсиялармен күресу үдерістерімен біріктіреді. Сондықтан ұңғымаға екінші жағынан жақсы демэмульгаторлар болатын ерітінділерді береді. Реагент типін таңдау қат өнімінің қасиеттеріне, ұңғымадағы және коммуникациялардағы геологиялық – физикалық және термодинамикалық жағдайларға тәуелді болады. Химиялық заттарды тиімдірек пайдалану үшін ұңғымаға ұазудың белгілі бір сатысында мұнайдың эмульгирленуінен, жабдықтар мен құбырларды органикалық және бейорганикалық шөгінділерден және коррозиядан күресу мәселелерін кешенді шешуді қамтамасыз ететін, көп мақсатты реагенттерді, яки олардың қоспаларын беруі керек.

         Мұнайды газлифттік және компрессорлық  өндіру тәсілінде ұңғымаға берілетін  химиялық реагенттер газлифттік  көтергіштің ПІК жоғарлатуға  себебін тигізуі керек.

        Жұмыстық  газ тәрізді агенттің минималды  меншікті шығынын қамтамасыз  ететін құрылымдар, ендеше, көтергіштің  жоғарғы ПІК газды өндірілетін  мұнай ағынында механикалық диспергирленумен  жасалынады. Осындай диспергирленген  жұүйелердің тұрақтылығы көбік  түзуші беттік – активтік заттарды  қосумен артады. Олар беттің керілуін  аз мәнде айтарлықтай берік  газ – мұнай бөліну шекарасын  қалыптастырады. Бұл әдісті сусых  немесе аз суланған (5%-ға дейін)  ұңғымаларда, немесе керісінше,  өте күшті суланған (95%) газлифттік  ұңғымаларда қолдануға болады.

        Химиялық  реагентті ұңғыманың забойына, газлифттік  немесе бұрқақтық құбырдың башмағына  болмаса сорғының қабылдауына,  газлифттік немесе бұрқақтық  құбарларға, не ұңғымалық сорғының  шығару жолына, ұңғыманың сағасына  береді.

       Реагентті  беру кезінде оны забойға берген  тиімді, өйткені ол кезде ұңғыманың  барлық қуысы және оның шығару  жолдары өңдеуге ұшырайды. Химиялық  реагентті сағаға бергенде, химиялық  өңдеуге ұңғыма емес, тек жер үсті комммуникацияларға ұшырайды.

       Беру  орнын таңдау қазу кезінде  өзгеріп отыратын нақты мәселелермен  және ұңғыманы пайдалану тәсіліне, өнімдердің қасиеттеріне, термодинамикалық  жағдайларға, т.с.с. байланысты  анықталады.

        Жоғарғы  тұтқырлы мұнайларды құбырмен  тасымалдағанда, АШПШ күресу үшін  әр түрлі әдістер ұсынылады.  Жоғары тұтқырлы мұнайлардың  реологиялық қасиеттерін жақсарта  алатын сұйылтқыштар, БАЗ, депрессаторларды  пайдаланып, мұнай суспензияларын  қыздырудың әр түрлі әдістері  жасалынады және іс жүзінде  сныақтан өтті. «Ыстық айдау»  әлемде бірінші рет Өзен –  Атырау – Самара, Белек – Красноводск,  Өзен – Суат – Грозный құбырларында  және барлық мазут құбырларында  жүзеге асты. Бқл технология бойынша мұнайды магистральға берместен бұрын 50 – 90⁰С-қа дейін қыздырады және келесі жылу мен сорғы станцияларына дейін айдайды, олар әрбір 30 – 50 км сайын орналасады. Бұл технологияның кемшліктері – жоғарғы энергия сыйымдылығы және жылыту үшін бағалы химиялық шикізат пен отынның (мазут, мұнай) шығыны, құбырлардың жиі «үсуі, қатып қалуы», қызмет ету технологиясының күртделілігі, құрылымдардың сенімсіздігі және құбырларды соғу технологияларындағы қиыншылықтар, т.с.с.

         Жоғарғы тұтқырлықты және тұтқырлығы аз мұнайлар, мұнай өнімдерінің қоспасын айдау да кең қолданылуда. Самара – Саратов құбыры бойынша маңғыстаулық мұнай мен ромашиндік аз тұтқырлы мұнайдың қоспасы қыздырылмай – ақ айдалады. Қотыр төбе мен Құм тау – кен орындарының мұнайларының қоспасы Вышка – Белек құбырымен тасымалданады. АҚШ-да ұзындығы 1080 км-лік Кущинг – Чикаго құбыры бойынша 70%мұнай, 10% газды бензин, 9% дизельдік отын мен мазут, 6 % бутан және 5% пропан қоспасы айдалады. Алайда, тұтқырлықты қажетті өлшерге дейін төмендетуге қоры аз болып келетін еріткіштердің көп мөлшері қажет болады.

        Гидротасымалдау  технологиясы техникалық қиыншылықтары және су мен мұнайдың оңтайлы арақатынасын анықтау қиындықтарына байланысты кең қабылданған жоқ.

        Жеке  жағдайларда депрессаторларды, функционалдық  қоспаларды, химиялық реагенттерді  қосу мұнай тұтқырлығын 50 есеге,  қату температурасын 5 – 10⁰С-қа төмендетуге, ағу кедергісін 50 - 70%-ға азайтуға мүмкіндік береді. Қазақстандық мұнай кәсіпшілігінде сынақтан өтіп, шектеулі қолданыс тапқан депрессаторлар бар, олар алманиялық БАСФ фирмасының «Сефафлюкс ЕS3137», «Сеперал ЕS3495», «Сепар ЕS3315» типті және ресейлік «ТУМА» типті депрессаторлары. Осы депрессаторлардың жалпы кемшілігі олардың қымбаттығы мен универсалды әсерлерінің болмауы.

  Мұнай өндіру кеніштеріндегі парафинді мұнайды өндіріс ішінде және магистралды құбыр арқылы тасымалдау жүйесі мен олардың қазіргі жағдайына шолу жасау шаралары қарастырылған.

Осы мақсатта әдебиеттерге шолу жүргізу нәтижесінде мұнай  өндірісіндегі құбырларда түзілетін  парафин тәріздес шөгінділердің  қоршаған орта мен құбырдағы сұйықтың температурасының және қысымның төмендеп, өзгеруіне байланысты көптеп жиналатыны байқалған.

Қазіргі уақытта осы парафинді  шөгінділердің жиналу көлемін азайту мақсатында, мұнай өндіру мен тасымалдау жұмыстарының барлық кезеңінде мұнай  құрамына және тасымалдауға арналған құбырлардың тозу дәрежесіне шолу жасап, ғылыми негізде тиімді тасымалдау жүйесін  қарастыру қажет болып табылады.

Парафинді мұнай шөгінділерін еріту немесе оларды химиялық, термиялық  немесе механикалық өңдеу шараларын  қолданудың ең бастысы, тиімді технологиясын  таңдау қарастырылған. Осы мәселелерді  түбегейлі зерттеп, сараптай отырып, парафинді мұнай шөгінділерін жою  арқылы тиімді пайдалану әдістерін  қарастыруымыз қажет. Көп жылғы  жинақталған тәжірибелердің негізінде, тасымалдау құбырларындағы парафинді  мұнай шөгінділерін жоюда сағалық  пештерді орнату мен бірге магнитті өріс беру арқылы ыдырату әдістері өте тиімді екені белгілі болды.

Дегенмен де, осы мәселелерді  түбегейлі зерттеп, сараптай отырып, парафинді мұнай шөгінділерін арнайы технологиялық жабдықтар бойынша  ерітіп, жою технологиясының механизмдерін  жасау негізгі мақсат болды.

Бұл, біріншіден - ұсынылған  конструкция бойынша қондырғының  тиімді параметрлерін анықтауды, екіншіден  – тұтқырлығы жоғары ортаны құбыр  арқылы тасымалдауға кететін қуатты азайтады, үшіншіден – оны басқа  да кеніштерде қолданып, уақытты үнемді пайдалануға болатынына көз жеткіздік.

Қазіргі таңда парафин  шөгінділерін жоюға қажетті технологиялық  жабдықтарды өндірісте қолдану  мәселесі толық шешілмей тұр. Сондықтан, зерттеу міндеттерінің бірі осы  мәселелерді шешуге арналды және ол ерекше ғылыми ізденіс туғызды.

Құбырдағы сұйықтың температуралық өрісінің сипаты оның ағын режиміне толық тәуелді болады. Температураның төмендеуіне байланысты мұнайдың тұтқырлығы арта түседі, ал олай болса, оны құбырлармен тасымалдау кезінде гидравликалық кедергісі де өсе түседі. Құбыр өсіне қарағанда, оның қабырғасына таяу (жақын) сұйық ағынының температурасы төмен болады. 1-суретте температураға байланысты құбырдағы сұйықтың ағым жылдамдығының таралуы көрсетілген.

Сурет 1. Мұнай температурасының оның құбырдағы ағын жылдамдығының таралуына әсері.

1 - мұнайдың  изотермиялық ағыны; 2- тұтқыр мұнайдың қыздырылуы;  3- тұтқыр мұнайдың салқындауы, 4- құбыр қабырғасы.

Ұңғымадан келетін  мұнайдың температурасы көптеген факторларға: ұңғы тереңдігіне, оның шығымына, геотермиялық градиентке, газ факторына, сулану дәрежесіне және басқа да жағдайларға байланысты болады. Бұл есеп жүргізуде қиындық тудырады. Осыған байланысты жинау жүйесін жобалау барысында: кен орны ауданындағы жылдық ауа температурасын, топырақтың қату (тоңының) тереңдігін, ұңғылар шығымын, ұңғылар сағасындағы температураны ескере отырып, өнімнің сулану дәрежесін талдай отырып, сондай-ақ сағалық және жолшыбай орнатылатын қыздыру пештерін қолдана отырып, құбырларды төсеудің тиімді вариантын табамыз. Сонымен бірге экономикалық факторларды да ескерген жөн, яғни мұнай құбырын төсеу тереңдігін азайтқан кезде жер жұмыстарының құны тез қысқарып және ақау орнын табу және оны жою жеңілдейді.

Республикамыздың  батыс және оңтүстік аудандарында құрамында  парафині көп бірқатар кен орындары ашылып, игерілуде. Мұндай мұнай құбыр бойымен қозғалғанда гидравликаның белгілі заңдарына бағынбайды. Осы кен орындарының кейбірінің мұнайы құрамындағы парафиннің мөлшері 25%-ға, ал шайыры 55%-ға жетеді. Құбырлармен мұндай мұнайларды тасымалдаудың өзіне тән ерекшелігі бар және көп қиындықтар тудырады.

Зерттеу обьектілері ретінде  Оңтүстік Торғай ойпатында орналасқан Құмкөл, Арысқұм, Ақшабұлақ және Ащысай мұнай-газ кен орындары таңдалып алынды. Жоғарыда аталған кен орындарының  мұнайы жоғары парафинді және күрделі  параметрлі мұнай түріне жатады. Газдан ажыратылған мұнай сипаттамасын негіздегенде қату температурасы және құрамында жоғары молекулалы парафиндердің  өте көп екені анықталды. Бұл  параметрлердің толқу диапазоны  кен орнындағы объектілер бойынша  өте үлкен және мұны түсіндіру  өте күрделі болады. Таңдап алынған  зерттеу материалына бұл параметрлерді  құбырдың гипсометриялық жағдайда орналасуымен де байланыстыру мүмкін болмады.

Парафин шөгінділерінің түзілу қарқындылығы уақытқа және тереңдікке байланысты өзгеруі мүмкін, бір немесе бірнеше факторларға тәуелді, сол  себептен шөгіндінің саны мен сипаттамасы  әр уақытта тұрақты болмайды.

Уақыт өте парафиннің шөгу жылдамдығы мен көлемі артады. Парафиннің қарқынды шөгуі процестің басында  байқалады, осыдан кейін шөгіндінің өсу жылдамдығы парафин шөгінділерінің қалыңдығының жоғарылауы әсерінен мұнайдың сыртқы ортаға берілетін жылу бергіштігі төмендеуіне байланысты азаяды. Іс-тәжірибе көрсеткендей, негізгі асфальт-шайыр-парафин  шөгінділері түзілетін обьектілерге - ұңғымалық сораптар, сорапты-компрессорлық  құбыр, ұңғыманың шығу желісі, өндірістік мұнай жинау резервуарлары жатады. Парафиннің қарқынды шөгетін орны сорапты-компрессорлық  құбырдың ішкі қабырғасы. Тереңдіктің  азаюына байланысты асфальт-шайыр-парафин  шөгінділері құрамындағы асфальт-шайырлы заттар үлесі азаяды және механикалық қоспалар мен қатты парафиндер мөлшері жоғарылайды (Сурет 2).

Сурет 2 - Ұңғыма тереңдігі бойынша асфальт-шайыр-парафин шөгінділерінің шөгу динамикасы

Сурет 3 -  Ұңғыма тереңдігі бойынша  асфальтты-шайырлы заттар және парафин  шөгінділері

«ПҚҚР» АҚ кен орындары аумағында жүргізілген зерттеу  жұмыстарының нәтижесінде, диаметрлері  әртүрлі құбырларда парафиннің қабырғаға  шөгуі шамамен алғанда бірдей екені анықталған. Түзілген шөгіндінің қалыңдығы 500-900м тереңдіктен бастап жайлап жоғарылайды және ұңғыма сағасынан  төмен 50-200м тереңдікте ең жоғарғы  мәнге ие болады, содан кейін ұңғыма сағасы аумағында 1-2 мм қалыңдыққа дейін төмендейді (3-сурет).