Парафиннің түзілуіне әсер ететін факторлар

Қатты көмірсутегілер, парафиндер, тәжірибе жүзінде барлық мұнайдың құрамында кездеседі. Олардың мөлшері 20÷28%-ға дейінгі аралықта кездеседі.

Көптеген мұнай кен орындарында жүргізілген зерттеу және талдау жұмыстарының нәтижесі, қалыпты жағдайда парафиннің құрамы мен олардың шөгу қарқындылығының аралығында байланыс жоқ екенін көрсетті. Парафиндердің қарқынды шөгуі, мұнайдың құрамындағы олардың мөлшері өте аз болғанда да (шамамен » 0,4%) байқалады.

Осыған байланысты, парафиннің шөгуімен күресу мәселесі қазіргі таңдағы күрделі, кең ауқымды ғылыми-техникалық проблемалардың бірі болып отыр.

Егер, құбыр қабырғасындағы температура мұнай құрамындағы парафиннің еру температурасынан төмен болса, онда мұнай ағысында парафин кристалдары түзіле бастайды.

Парафиннің шөгуіне әсер ететін негізгі факторларды атап өтетін болсақ, онда шөгінділердің түзілуіне қажетті шарттар болып есептелетін себептер:

- Мұнай құрамынан парафиндер бөліне бастаған мәніне дейін, мұнай ағыны температурасының төмендеуі. Қажетті температуралық шарттар бәрінен бұрын құбырдың ішкі қабырғасында түзіледі.

- Парафин шөгінділерінің құбыржелісінің беткі бөлігімен жанасуының басқа да әсері бар: қоршаған ортамен мұнай ағынының арасындағы температура айырмашылығының жоғарылауынан, парафиннің бөліну көлемі пропорционалды өседі.

- Қысым және газ факторы: қанығу қысымынан жоғары қысым кезінде, парафиннің түзілу температурасы қысымның жоғарылауы әсерінен өседі. Егер, қысым қанығу қысымынан төмен болса, онда қысымның төмендеуі кезінде кристалдану температурасының өскендігі байқалады, яғни мұнайдағы парафиннің еруіне және мұнай-газ ағыны температурасының төмендеуіне әсер ететін және бөлінетін газдың көлемі өсетіндігімен түсіндіріледі.

- Шөгінділердің пайда болу аумағында қысымның өзгеру аралығы 5÷10МПа-ға сәйкес келеді. Кейбір деректер бойынша бірқатар ұңғымаларда шөгінділердің жиналуы қанығу қысымының жоғарылауынан басталады, яғни газдану нәтижесі шөгінділердің жиналуының басталуын анықтайтын фактор болып табылмайды, дегенмен процестің қарқынды жүруіне себебін тигізеді.

- Мұнай ағынының жылдамдығы өсуіне байланысты шөгіндінің жиналу қарқындылығы бастапқыда өседі. Масса тасымалының өсуіне байланысты ең жоғарғы деңгейге жетеді және белгілі жылдамдықта бәсеңдейді, яғни мұнай жылдамдығының өсуі кезінде парафин кристалдарын араласқан күйде ұстау керек және жанама тығыздығының күші жоғары болуына байланысты парафин бөлшектерімен құбыр бетінің арасындағы үйкеліс күшінен шөккен парафинді жуып тазалау мүмкіндігі өседі.

- Құбыр бетінің сипаттамасы парафин шөгінділерінің бетпен жабысу беріктігіне тәуелді болады. Басқа да шарттарда әртүрлі материалдар беттерінің парафинсіздену қарқындылығы олардың полярлану дәрежесіне тәуелді болады. Парафинмен нашар ұстасатын материалдар жоғары полярлы (гидрофильды) болады. Материалдардың ішінде парафинсіздену қарқындылығы ең төмені – шыны, ал ең жоғарысы – полиэтилен. Сонымен қатар фторопласт полярлы емес зат болып табылады және парафиндену қарқындылығы төмен. Демек, полярлы материалдар парафинденуге жақсы қарсыласады. Болат құбырлардың ішкі бетінің жоғары сапалы өңделуі парафиннің жиналуына мүмкіндік бермейді. Тек қана парафинденудің алғашқы сатысында болат құбырлардың сапалы өңделмеуі әсер етеді, яғни құбырдың ішкі бетінің кедір-бұдырлығы турбулентті режимде қарқынды араласады да газбен парафиннің бөлінуіне септігін тигізеді. Бірақта, парафиннің жұқа қабаты түзілгеннен кейін (яғни, уақыт аралығында) парафиннің шөгіп жиналу жылдамдығы бетті тазалап өңдеуге тәуелді болмай қалады. Материалдың полярлы дәрежесі жоғарылаған сайын және парафин шөгінділерін жуу мұнай ағынының жылдамдығы төмендегенде жүргізіледі.

- Мұнайдың құрамындағы судың үлесі жоғарылаған сайын парафиннің шөгуі екі себепке байланысты төмендейді: а) жалпы жылу сыйымдылық өскен сайын (судың жылу сыйымдылығы мұнайдың жылу сыйымдылығынан жоғары) ағынның температурасы жоғарылайды және парафиннің шөгуінің төмендеуіне алып келеді, б) құбыр бетін жуу сипаттамасының өзгеруіне байланысты құбыр қабырғасының сумен жанасу ауданы жоғарылайды.

- Асфальт-шайырлы заттар (АШЗ): қиын, тығыз тазаланатын метал бетінде парафин шөгінділері мұнай құрамында АШЗ бар болған кезде түзіледі. Шөгінділердің бетте болуы – құбыр бетінің кедір-бұдырлығын жоғарылатады, олар болмаса – беті тегіс болады, ал шөгінді - бос құрылымды және төменгі механикалық сипатта болады. Асфальтендер ерітіндіден шөгуге және өз бетінше тығыз шөгінділер түзуге қабілетті. Шайырдың болуы сұйықтың шөгу процесін жылдамдатады. Яғни, парафин - негізгі шөгетін материал болады да, шайыр – цементтеуші қасиетке ие болады.

- Парафинмен салыстырғанда мұнайдың ерігіштік қасиеті мұнайдың компоненттік құрамына тәуелді болады: ашық фракция көп бөлінсе (+350⁰С дейін қайнайтын), осыған сәйкес парафинде көп шөгеді. Құрамында нафтенді және ароматты көмірсутегілер қатары көп мөлшерде кездесетін мұнайда, мықты парафин шөгінділерінің түзілуіне мүмкіндік мол, ал құрамында метанды немесе парафинді қатарлы қоспалар басым болатын мұнайда, жоғары молекулярлы қоспаның аз мөлшерде болуы парафиннің мықты шөгіндісін түзеді.

- Тығыздығы, тұтқырлығы жоғары мұнаймен салыстырғанда жеңіл, тұтқырлығы төмен, жеңіл фракциясы көп, 300⁰С-дейін қайнайтын мұнайда парафиннің шөгіп жиналуы тез болады. Бұл, бірқалыпты температуралық шартта құрамында жеңіл фракциясы бар мұнайдың ерігіштік қасиеті, ауыр мұнайға қарағанда жоғары, ол негізінен парафиннің массалық кристалдану температурасын төмендете отырып әсер етеді. Шөгіндінің түзілу және жиналу процесіне (парафиннің құрылымдық түзілуі) және оның агрегаттық беріктігіне негізінен шайыр және асфальтендер (негізгі құрылыс материалдары) әсер етеді.

Уақыт өте парафиннің шөгу жылдамдығы мен көлемі артады. Парафиннің қарқынды шөгуі процестің басында байқалады, осыдан кейін шөгіндінің өсу жылдамдығы парафин шөгінділері 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 [15]. Тереңдіктің азаюына байланысты асфальт-шайыр-парафин шөгінділері (АШПШ) құрамындағы асфальт-шайырлы заттар үлесі азаяды және механикалық қоспалар мен қатты парафин мөлшері жоғарылайды (8.1 сурет).

8.1 – сурет. Ұңғыма тереңдігі бойынша асфальт-шайыр-парафин шөгінділерінің шөгу динамикасы

«ПҚҚР» АҚ қарасты мұнай кен орындары аумағында жүргізілген зерттеу жұмыстарының нәтижесінде, диаметрлері әртүрлі құбырларда парафиннің қабырғаға шөгуі шамамен алғанда бірдей екені анықталған [15]. 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. Тереңдік таяздаған сайын АШПШ құрамында асфальтты-шайырлы заттардың төмендегені, және қатты парафиндер мен механикалық қоспалардың жоғарылағаны байқалады (8.2-сурет).

8.2 - сурет. Ұңғыма тереңдігі бойынша асфальтты-шайырлы заттар және парафин шөгінділері

Бақылау сұрақтары:

1. Парафиннің түзілуіне әсер ететін негізгі факторлар?

2. Парафиннің қарқынды шөгетін орны қай жерде болады?

3. Парафиннің шөгу жылдамдығы қандай факторларға тәуелді болады?