Який засіб для видалення сірководню та меркаптанів вирішує проблему видалення сірки в нафтових свердловинах із високим вмістом H₂S?

Чому традиційні засоби для видалення сірководню та меркаптанів неспроможні в нафтових свердловинах з високим тиском і високою температурою

Термічна деградація та реверсія: як триазини втрачають ефективність при температурі понад 120 °C

Галузь значною мірою покладається на триазинові реагенти-зв’язувачі для видалення сірководню з технологічних процесів. Ці матеріали починають розкладатися при температурах понад приблизно 120 °C (що становить близько 248 °F). У такому випадку вони фактично скасовують попередній ефект, і весь зв’язаний сірководень знову потрапляє в систему. У свердловинах з високим тиском і високою температурою, де середні умови становлять близько 150 °C (або приблизно 302 °F), такі реагенти-зв’язувачі можуть втратити більше ніж сімдесят відсотків своєї ефективності всього за кілька годин. Тиск також погіршує ситуацію, спричиняючи повторні цикли забруднення, що пошкоджує обладнання й ставить під загрозу безпеку працівників. Справжньою проблемою триазинів порівняно з іншими системами є те, що після вичерпання вони утворюють стійкі тверді відходи, які блокують лінії потоку. Ця проблема призводить до значних простоїв у роботі. Польові дані свідчать, що такі затори збільшують витрати, пов’язані з простоєм, приблизно на сорок два відсотки як у геотермальних проектах, так і в проектах, що функціонують у умовах високого тиску й високої температури.

Нафта з низьким рівнем pH та домінування меркаптанів: пробіл у селективності стандартної хімії нейтралізаторів

Кислотна нафта з рівнем pH нижче 5,5 погіршує ефективність традиційних нейтралізаторів через конкуренцію за протони: йони водню витісняють меркаптани з реакційних центрів, що різко знижує ефективність зв’язування сірки. За таких умов:

• Концентрація меркаптанів зростає в 3–5 разів швидше, ніж H₂S, у резервуарах із розвиненим процесом «просочення» сірководнем
• Стандартні формуляції демонструють селективність 15:1 на користь H₂S порівняно з меркаптанами
• Загальні навантаження сірки понад 5000 ppm — поширене явище в карбонатних резервуарах — насичують реакційні центри протягом кількох днів

Польові дані підтверджують, що традиційна хімія видаляє менше 40 % меркаптанів у середовищі з низьким рівнем pH порівняно з 85 % у нейтральній нафті. Ця неефективність змушує неприпустимо збільшувати частоту ін’єкцій та обсяги хімікатів, що призводить до зростання витрат і навантаження на навколишнє середовище.

Сучасні хімічні склади нейтралізаторів H₂S і меркаптанів: оксазолідини, маслорозчинні формуляції та термостабільні адукти для умов високого тиску й високої температури (HPHT)

Механізм оксазолідину: ковалентне, стабільне при різних значеннях pH зв’язування меркаптанів без регенерації H₂S

Основна проблема з триазинами полягає в тому, що вони не утворюють стійких зв’язків із меркаптанами, що призводить до проблем з реверсією. Оксазолідини вирішують цю проблему, утворюючи замість цього постійні ковалентні зв’язки. Що робить ці сполуки особливими? Вони залишаються стабільними в широкому діапазоні pH — від 4 до 10 — і витримують тривале теплове навантаження до приблизно 180 °C. Саме тому багато операторів надають їм перевагу в екстремальних умовах, наприклад у кислих пластах або середовищах з високим тиском і високою температурою (HPHT), де стандартні хімічні засоби обробки просто не працюють. Інша перевага перед традиційними варіантами — їхня здатність добре змішуватися з нафтою, а не з водою. Це означає, що вони рівномірно розподіляються в вуглеводневих системах без розшарування чи осадження з часом. Результат? Сполуки сірки надійно блокуються назавжди завдяки цим міцним хімічним зв’язкам, що значно зменшує ризик забруднення на подальших етапах технологічних процесів.

Докази ефективності корпусів PRO3®HT та PROM®: польово-перевірена продуктивність у свердловинах з високим тиском і високою температурою (HPHT) у Мексиканській затоці

Випробування, проведені в свердловинах з високим тиском/високою температурою у Мексиканській затоці, показали вражаючі результати: формуляції PRO3®HT та PROM® забезпечили майже 98 % видалення сірки. Ці спеціальні нафторозчинні реагенти-зв’язувачі, засновані на хімії оксазолідинів, були спеціально розроблені для роботи в екстремальних умовах у призабойній зоні. Особливо вражає те, що ці продукти підтримували рівень сірководню в добуваних рідинах нижче 5 частин на мільйон протягом понад 90 днів після обробки, навіть за тисків понад 15 000 psi та температур понад 150 °C. Згідно з нещодавнім дослідженням, опублікованим у звіті Offshore Technology Report (2023 р.), ці формуляції перевершують традиційні триазинові реагенти за ефективністю видалення меркаптанів утричі при однакових дозах. Це становить значний прорив, оскільки більшість традиційних методів стикаються з проблемами селективності при обробці родовищ, де меркаптани домінують у хімічному складі.

Вибір правильного засобу для видалення сірководню та меркаптанів: узгодження молекулярної структури з умовами пласта

Підбір засобу для видалення повинен узгоджувати молекулярну структуру з трьома параметрами, специфічними для пласта: температурним режимом, рівнем pH рідини та співвідношенням концентрацій H₂S і меркаптанів. Підхід «один розмір підходить усім» призводить до зростання витрат на реагенти, підвищення експлуатаційних ризиків та ризиків невиконання нормативних вимог.

Температурні пороги та обмеження термостійкості

Стандартні триазинові сполуки, як правило, швидко розкладаються, як тільки температура піднімається вище приблизно 120 градусів Цельсія. У такому випадку вони часто призводять до проблем із зворотним утворенням сірководню та ускладнюють забезпечення стабільного потоку під час буріння. Збереження ефективної дії реагентів-зв’язувачів стає надзвичайно складним при роботі вище цього температурного порогу, особливо в умовах свердловин з високим тиском і високою температурою (HPHT), які сьогодні стають усе поширенішими. На щастя, новіші варіанти, такі як оксазолідинові сполуки та спеціально розроблені термостійкі адукти для умов HPHT, значно краще витримують екстремальні температурні навантаження. Ці матеріали зберігають свою структуру й продовжують ефективно реагувати навіть за температур понад 150 градусів Цельсія. Як наслідок, тривалість дії обробок збільшується, процеси стають надійнішими протягом тривалих операцій, а також під час розкладання не утворюються токсичні відходи.

оптимізація pH-залежної реакційної здатності

Ефективність лужно-активованих поглиначів різко знижується, коли pH падає нижче 5,5, оскільки протони починають заважати їхній роботі. При цьому подальше зниження ефективності відбувається не лінійно: зі зростанням кислотності продуктивність спадає нелінійним чином. З іншого боку, агенти, що утворюють ковалентні зв’язки, наприклад оксазолідини, працюють незалежно від змін pH. Ці сполуки стабільно зв’язують меркаптани як у кислих, так і в нейтральних нафтових фракціях, а також у тих, що мають лише слабку лужність. Те, що для них не потрібні додаткові корекції pH, дозволяє операторам економити час і кошти. Не потрібно зберігати додаткові реагенти для регулювання pH, а також зменшується обсяг робіт із управління корозійними проблемами, пов’язаними з постійними коригуваннями в технологічних установках.

Динаміка співвідношення меркаптанів до H₂S

Меркаптани часто становлять більше 60 % усіх сірковмісних сполук, що виявляються в біологічно активних або старших карбонатних родовищах. Традиційні реагенти-зв’язувачі, розроблені виключно для сірководню, втрачають більше половини своєї реакційної здатності в таких умовах. Новітні хімічні склади, спеціально призначені для зв’язування меркаптанів, забезпечують кращі результати за тієї самої кількості продукту, утворюють менше шламу під час експлуатації й дозволяють значно подовжити інтервали між обробками. Дані галузі свідчать, що ці спеціалізовані формуляції можуть скоротити витрати хімікатів приблизно на 45 %, а також ефективніше контролювати неприємні запахи та запобігати корозії обладнання — проблемам, які постійно турбують багато виробництв.