Сульфат бария (барит) в насосно‑компрессорных трубах (далее - НКТ) - одна из самых «жёстких» форм минеральных отложений в добыче нефти. Его кристаллы практически нерастворимы в кислотах, прочно удерживаются на металле и блокируют проходное сечение. Риск возрастает при смешении пластовых вод с высоким содержанием ионов бария и сульфатов, особенно на девонских скважинах (обобщение; выраженность зависит от геологии региона) или при притоке посторонней воды через негерметичные интервалы. Параллельно запускаются коррозионные процессы, а под отложениями формируется среда с локальными очагами разрушения. В статье разберём, как спланировать удаление барита в НКТ с одновременным ингибированием коррозии, какие методы контроля использовать и как предотвратить повторное солеобразование на рабочих органах и в зоне работы установок электроцентробежных насосов (далее - УЭЦН).
Почему выпадает сульфат бария в НКТ и чем он опасен
Причина образования барита - пересыщение системы и последующая кристаллизация при контакте вод, обогащённых ионами Ba2+ и SO4^2−. Сценарий типичен при совмещении пластовых потоков, после гидравлического разрыва пласта, при изменении режима УЭЦН, а также при нарушении герметичности обсадной колонны. Минерал формирует плотный осадок, который быстро фиксируется на металле; его удержание усиливается адсорбцией коллоидов и механических примесей.
Опасность осадка многослойна: рост гидравлического сопротивления в НКТ и на рабочих колёсах, кавитация, неравномерная нагрузка на вал насоса, а также коррозия под отложениями. Дополнительный фактор риска - радиоактивность осадка из‑за вхождения радиобарита; такой осадок требует радиационного контроля и специальной утилизации. Высокоминерализованная водная фаза и присутствие агрессивных газов усиливают коррозию нефтепромыслового оборудования.
Проклин Нейтрафом - жидкий слабощёлочной пенный концентрат для удаления жиров и белков на металлах и щелочестойких пластмассах, применим только на наземном вспомогательном оборудовании для снятия органики; не предназначен для скважинного контура и не растворяет барит. При использовании обязателен контроль эмульгирования и корректная утилизация промывочных стоков.
Диагностика и анализ состава солеотложений
Перед выбором технологии требуется диагностика солеотложения в скважине. Отбирают пробу твёрдого осадка и воды на устье или при разборе НКТ. Если есть вероятность NORM (естественных радионуклидов), проводят первичный радиометрический скрининг и организуют безопасное обращение с образцами в соответствии с действующими нормами радиационной безопасности. Далее выполняют качественные тесты: реакцию на соляную кислоту (для исключения карбонатов), визуально‑микроскопическое описание структуры слоёв.
Для точного ответа применяют рентгенофазовый анализ и рентгенофлуоресцентную спектрометрию для определения бария и сульфата; при необходимости используют ИК‑спектроскопию на органическую составляющую (парафины и асфальтены). Параллельно ставят лабораторные испытания вод: оценка индекса склонности к солеобразованию, статические «jar‑tests», а для ингибиторов - динамическую петлю по методике NACE (Dynamic Scale Loop, TM0374; обозначение стандарта в открытых источниках встречается по‑разному и требует уточнения - важно фиксировать используемую методику в протоколе). Такой подход позволяет разделить задачи: механическое удаление осадка, растворение смешанных фаз и подбор ингибиторов солеотложений для скважины с учётом совместимости и щелочности рабочей среды.
Технологии удаления сульфата бария в НКТ
Базовая стратегия - физическое вскрытие и вынос плотного слоя. Применяют механическое удаление осадка скребками и фрезерованием, гидроабразивную и гидродинамическую обработку, а также ультразвуковой разуплотняющий прогон там, где это допускается конструкцией (такие операции в скважинном оборудовании ограничены и требуют оценки рисков). Перед кислотной/хелатной стадией важно снять органические отложения на рабочих органах, чтобы открыть доступ к минеральной фазе и снизить адгезию. При обращении с радиоактивным осадком обязательны изоляция, маркировка и вывоз по регламенту. Очистка трубопровода от солей на устье проводится отдельно, чтобы не переносить твёрдые частицы вниз по стволу.
Химическое растворение этого сульфата строится на хелатировании. Для барита на практике предпочтительны составы на основе DTPA (дииэтилентриаминпентауксусной кислоты) при повышенном pH и температуре; ЭДТА может применяться в более мягких режимах, но обычно менее эффективна для BaSO4. Растворение кинетически медленное и требует достаточной экспозиции и контроля химического баланса. Органофосфонаты, такие как ОЭДФ, выполняют роль ингибиторов солеотложений и диспергирующих добавок (снижают скорость кристаллизации и удержание частиц), но не растворяют барит сами по себе. Кислотные промывки HCl эффективны против карбонатов и смешанных осадков, но не растворяют барит - их включают как подготовительный этап. Комплексообразующие композиции подбирают по совместимости с пластовыми водами и ингибиторами коррозии для скважин, проверяя отсутствие выпадения вторичных солей и эмульгирования, а также совместимость с материалами (эластомеры, алюминий, цинксодержащие сплавы); при необходимости проводят тест на образце.
Проклин Антинакипин - удаляет налёт солей жёсткости воды на кислотоустойчивых поверхностях, применим для наземного теплообменного и вспомогательного оборудования с карбонатной накипью вне скважинного контура; для барита не применяется и в скважинные технологические процессы не вводится. Требуется предварительная проверка совместимости материалов.
Ингибирование коррозии при очистке: совместимость и контроль
Любая химическая обработка должна сопровождаться защитой металла. Ингибитор коррозии для скважин выбирают по совокупности критериев: устойчивость в высокоминерализованной воде, совместимость с хелатами и органофосфонатами/поликарбоксилатами (применение неорганических полифосфатов в скважинах ограничено), низкая склонность к образованию стойких эмульсий и отсутствие осадка с катионами пластовых вод. В зоне НКТ важна способность состава выдерживать сдвиговые нагрузки и не десорбироваться в присутствии органических дисперсий. Для защиты НКТ от коррозии используют плёнкообразующие ингибиторы и внутренние покрытия с низкой адгезией загрязнений там, где это конструктивно допустимо и согласовано с проектом, что дополнительно снижает удержание кристаллов.
Контроль ведут по образцам‑купонам и по поверхности реального участка НКТ: визуальная оценка питтинга, массопотери, адгезия полимерных материалов после контакта с реагентами. Лабораторные испытания подбирают под пластовую среду: тесты в насыщенных минерализованных растворах, имитация температуры и газовой фазы, а также проверка совместимости «ингибитор солеотложений - ингибитор коррозии». Купонные тесты дают ориентировочную оценку; по возможности дополняют их проверкой на полномасштабных элементах. Цель - снизить скорость коррозии без снижения эффективности растворения и предотвращения выпадения сульфата в дальнейшем цикле.
Профилактика: ингибиторы солеотложений и операционные меры
После очистки важно предотвратить повторное солеобразование. Здесь работают два направления. Первое - химическое: постоянная дозировка или «squeeze‑обработка» ингибиторами солеотложений для скважины на основе органофосфонатов и поликарбоксилатов; хелатообразующие добавки применяют ограниченно и по результатам совместимости, поскольку для профилактики именно баритных отложений чаще эффективны специализированные ингибиторы кристаллизации. Второе - технологическое: селективная изоляция притока воды, ремонт мест, где возможно нарушение герметичности обсадных колонн, управление смешением потоков и мониторинг значимых ионов. Критерии образования солеотложений рассчитывают по данным воды и моделям растворимости.
Для УЭЦН профилактика включает подачу ингибитора в зону приёма насоса, борьбу с солеотложением на крыльчатках и в диффузорах, а также периодическую обработку УЭЦН для снятия органических плёнок, которые повышают удержание кристаллов. Эмульгирующие моющие составы в зоне УЭЦН нежелательны из‑за риска устойчивых эмульсий; предпочтительны неэмульгирующие растворители или специальные деасфальтизирующие/депарафинизирующие составы, совместимые с материалами. В наземном контуре промывка трубопроводов и резервуаров от трёх типов загрязнений - органических, карбонатных и сульфатных - должна учитываться с поправкой, что сульфатные отложения не растворяются обычными минеральными кислотами и нередко требуют механики или хелатирования. Экономический эффект выражается в снижении простоев, стабилизации напора и меньшем износе узлов; это прямое сокращение TCO при неизменном фонде скважин.
Кейсы и шаги внедрения программы
Кейс 1. Девонская скважина с ростом давления в НКТ и падением дебита. Анализ показал преобладание указанного сульфата и примесь органики. Выполнено механическое удаление и промывка хелатирующим составом с одновременным ингибированием коррозии; на завершающем этапе внедрён ингибитор солеотложений. После запуска насос вышел на стабильный режим без ускоренного износа. Радиоактивность осадка проверялась, отходы вывезены специализированной организацией.
Кейс 2. После гидравлического разрыва пласта в поток попала вода с повышенным сульфатом и началось отложение на рабочих органах УЭЦН. Команда провела анализ состава солеотложений и воды, подобрала совместимый пакет «хелатор - ингибитор коррозии - диспергатор» и настроила профилактическую дозировку. В результате снизились внеплановые остановки и уменьшилась трудоёмкость обслуживающих операций. Чтобы подобрать средства под ваш объект и согласовать режим по лабораторным тестам, запросите консультацию: в каталоге промышленных моющих средств мы подбираем решения для наземной инфраструктуры, а по скважинным задачам команда «СмартХим» подготовит программу и спецификацию. При необходимости организуем пилот, а затем вы сможете оформить поставку (ингибитор солеотложений купить после валидации режима - оптимальный сценарий).