В статье рассматривается одна из ключевых проблем эксплуатации нефтяных месторождений, осложненных высоким содержанием парафинов, — повышение аварийности промыслового оборудования. На основе системного подхода проанализирована взаимосвязь между образованием асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) и отказами глубинно-насосного оборудования. Методология исследования включает анализ картографических материалов, обобщение данных из открытых научных источников и статистическое моделирование. В качестве объекта исследования выбрано Ашировское месторождение Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Установлено, что первопричиной аварийности является не сам факт образования АСПО, а несоответствие между интенсивностью их накопления и эффективностью применяемых геолого-технических мероприятий (ГТМ). Проведен корреляционный анализ, доказывающий прямую зависимость между показателем стабильности дебита скважины и наработкой на отказ оборудования. Результаты показывают, что переход к про-активным комбинированным стратегиям борьбы с АСПО способен увеличить межремонтный период работы оборудования более чем в 4 раза, что подтверждает управляемый характер исследуемой проблемы.

Ключевые слова: асфальто-смоло-парафиновые отложения, АСПО, добыча нефти, аварийность, глубинно-насосное оборудование, геолого-технические мероприятия, наработка на отказ, Оренбургская область, Волго-Уральская нефтегазоносная провинция.

Введение

Нефтегазовая отрасль является системообразующей для топливно-энергетического комплекса Российской Федерации и ключевым элементом экономики Оренбургской области. Обеспечение стабильности и рентабельности добычи углеводородов сопряжено с необходимостью нейтрализации ряда осложняющих факторов, среди которых критическое место занимает образование асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) в системе «пласт-скважина» [14]. Данная проблема, приводящая к существенным технологическим и экономическим издержкам, определяет высокую актуальность исследований, направленных на повышение эффективности эксплуатации месторождений со сложными условиями добычи.

Формирование АСПО является объективным физико-химическим процессом, обусловленным нарушением термобарического и фазового равновесия в многокомпонентной флюидной системе при ее движении от забоя скважины к устью. Однако аварийность промыслового оборудования не может рассматриваться как прямое и неизбежное следствие самого факта образования отложений. В современной практике нефтедобычи АСПО представляют собой управляемый производственный риск, для минимизации которого разработан и внедрен комплекс геолого-технических мероприятий (ГТМ). Данный комплекс включает как превентивные методы (применение химических реагентов-ингибиторов), так и технологии удаления уже сформировавшихся отложений (механические, тепловые и химические депарафинизации).

Следовательно, первопричина нештатных ситуаций, включая отказы и аварии глубинно-насосного оборудования (ГНО), заключается не в наличии АСПО как таковых, а в возможном несоответствии между интенсивностью их накопления и эффективностью, либо регламентом применения, превентивных и восстановительных-технологий. Аварийность в данном контексте выступает индикатором дисбаланса в системе, когда применяемые стратегии борьбы с отложениями не в полной мере компенсируют негативное воздействие конкретных геолого-физических условий. Анализ причинно-следственных связей между статистикой аварий и применяемыми методами борьбы с АСПО является ключевой задачей для оптимизации технологических процессов и повышения эксплуатационной надежности оборудования.

Цель работы: комплексная оценка эффективности применяемых систем борьбы с асфальто-смоло-парафиновыми отложениями на основе статистического анализа производственных данных и показателей аварийности оборудования на месторождениях Оренбургской области, характеризующихся высокой интенсивностью образования АСПО.

Задачи исследования:

1. Выполнить анализ физико-химических свойств пластовых флюидов и термобарических условий эксплуатации скважин на месторождениях Оренбургской области для определения доминирующих механизмов и факторов, контролирующих образование АСПО.
2. Систематизировать применяемые на объектах исследования технологии предотвращения и удаления АСПО, включая анализ регламентов их проведения, используемых химических реагентов и технических средств.
3. Сформировать базу данных, включающую статистику отказов и аварий глубинно-насосного и иного промыслового оборудования, а также сведения о проведенных геолого-технических мероприятиях по борьбе с АСПО за репрезентативный период.
4. Установить корреляционные зависимости между интенсивностью проведения мероприятий по борьбе с АСПО и ключевыми показателями надежности скважинного оборудования, такими как наработка на отказ (НнО).

Теоретические основы проблемы АСПО в нефтедобыче

Нефти, приуроченные к месторождениям Оренбургской области, входящей в состав Волго-Уральской нефтегазоносной провинции (НГП), характеризуются значительным разнообразием физико-химических свойств. Согласно классификации, на территории региона встречаются нефти от легких до средних по плотности (в диапазоне от 0,820 до 0,870 г/см³), а по содержанию серы — от малосернистых (<0,5 %) до высокосернистых (>2,0 %) [9]. Такое разнообразие состава обусловлено как различиями в исходном типе органического вещества, так и процессами вторичных изменений углеводородов непосредственно в залежах.

С точки зрения проблемы образования АСПО, ключевыми параметрами являются содержание высокомолекулярных компонентов (парафинов, смол, асфальтенов) и реологические свойства нефти, в частности, температура застывания. Для ряда месторождений Оренбургской области характерно высокое содержание данных компонентов. Так, в отдельных пробах нефти суммарное содержание смол и асфальтенов может достигать 14,3 %, а содержание твердых парафинов — превышать 5,5 % [9]. Смолы и асфальтены, являясь поверхностно-активными веществами, выступают в роли центров кристаллизации для парафинов и придают отложениям высокую адгезионную способность. Высокопарафинистые нефти, в свою очередь, обладают высокой температурой застывания, что является критическим фактором риска.

Механизм формирования отложений представляет собой сложный многостадийный физико-химический процесс. Нефть в пластовых условиях является метастабильной коллоидной системой, стабильность которой поддерживается за счет высокого пластового давления и температуры. Процесс образования АСПО инициируется при нарушении этого термодинамического равновесия в ходе продвижения флюида к устью скважины, в первую очередь из-за снижения температуры и дегазации нефти. При достижении точки насыщения, то есть температуры начала кристаллизации парафинов (ТНКП), начинается процесс нуклеации, где молекулы парафина формируют первичные кристаллические зародыши. Этот процесс гетерогенен: центрами кристаллизации часто выступают частицы асфальтенов и смол. Далее происходит рост кристаллов и их агломерация, после чего сформировавшиеся агрегаты АСПО осаждаются и закрепляются на внутренней поверхности промыслового оборудования (насосно-компрессорных труб (НКТ), штанг насоса, клапанов [11]).

Накопление АСПО оказывает комплексное негативное воздействие на функционирование системы нефтедобычи. Во-первых, оно приводит к ухудшению гидродинамических характеристик системы за счет уменьшения эффективного проходного диаметра НКТ. Это вызывает рост гидравлического сопротивления, что влечет за собой снижение дебита скважины и возникновение аномальных нагрузок на узлы ГНО. Во-вторых, слой отложений создает условия для интенсивного развития процессов подслойной коррозии, изолируя участки металлической поверхности от действия ингибиторов и способствуя формированию локализованных коррозионных ячеек, что приводит к преждевременному разрушению оборудования.

Для борьбы с данными осложнениями применяется широкий арсенал методов. Химические методы основаны на превентивном введении ингибиторов или удалении отложений с помощью растворителей. Тепловые методы (промывка горячими агентами, электропрогрев) направлены на поддержание температуры флюида выше ТНКП. Механические методы предполагают физическое удаление отложений скребками. Также развиваются физико-полевые (волновые) методы, основанные на ультразвуковом или магнитном воздействии на поток. Выбор оптимальной стратегии требует системного подхода, учитывающего эффективность, стоимость и экологическую безопасность технологии на протяжении всего ее жизненного цикла.

Методология исследования

Объект исследования

В качестве объекта исследования была выбрана совокупность нефтяных месторождений, географически и геологически приуроченных к Волго-Уральской НГП. Данный выбор обоснован рядом факторов. Во-первых, согласно карте нефтегазоносности региона, Волго-Уральская НГП обладает наивысшими показателями плотности текущих суммарных извлекаемых ресурсов нефти (категория II, свыше 20–30 тыс. т/км²), что свидетельствует о высокой интенсивности процессов нефтедобычи. Во-вторых, высокая концентрация эксплуатационного фонда скважин на данной территории позволяет сформировать репрезентативную выборку для последующего статистического анализа. В-третьих, большинство месторождений данной НГП находятся на зрелых стадиях разработки, что предполагает наличие обширных архивов промысловых данных.

Сбор и подготовка данных

Был проведен анализ релевантных научных публикаций за последние 10–15 лет, посвященных проблемам эксплуатации скважин, осложненных АСПО, на месторождениях Волго-Уральской НГП. Из найденных источников были извлечены и систематизированы обобщенные количественные данные. На их основе была сформирована база данных, отражающая типичные сценарии работы «условной» скважины на месторождениях объекта исследования при различных стратегиях борьбы с АСПО.

Методы анализа данных

Анализ подготовленного набора данных проводился в несколько логически связанных этапов. На первом этапе применялись методы описательной статистики для расчета базовых показателей (средние значения, частоты). На втором этапе использовался сравнительный анализ для выявления статистически значимых различий между группами скважин с разной стратегией ГТМ. Ключевым инструментом исследования на третьем этапе выступил корреляционный анализ для установления силы и направления связи между переменными, в частности, между эффективностью ГТМ и наработкой на отказ оборудования.

Результаты и их обсуждение

Статистический анализ аварийности на модельном фонде скважин

На первом этапе анализа была определена типовая структура отказов ГНО для скважин, работающих в условиях интенсивного образования АСПО. Результаты представлены в Таблице 1.

Таблица 1

Структура отказов ГНО на условном фонде скважин Бузулукской НГО

Данные таблицы показывают, что доминирующая часть отказов (около 75 %) напрямую связана с последствиями накопления отложений: засорением узлов насоса и динамическими перегрузками, приводящими к обрыву штанг.

Анализ эффективности применяемых стратегий борьбы с АСПО.

Для оценки влияния различных подходов к борьбе с отложениями были сформированы четыре модельные стратегии ГТМ. Их эффективность оценивалась по ключевому производственному параметру — среднему падению дебита скважины за межремонтный период, что напрямую отражает интенсивность накопления отложений.

Таблица 2

Влияние стратегии ГТМ на стабильность дебита скважины

Как видно из Таблицы 2, применение про-активных стратегий позволяет значительно замедлить процесс снижения продуктивности. Наиболее стабильные показатели дебита демонстрирует комбинированная стратегия D, что свидетельствует о ее высокой эффективности в подавлении механизмов образования АСПО.

Корреляционный анализ связи между эффективностью ГТМ и показателями надежности оборудования.

На заключительном этапе была установлена корреляционная зависимость между эффективностью применяемых стратегий ГТМ и наработкой на отказ (НнО). Результаты анализа сведены в Таблицу 3 и визуализированы на рисунке 1.

Рис. 1. Наработки на отказ для различных стратегий ГТМ

Таблица 3

Зависимость наработки на отказ (НнО) от эффективности стратегии ГТМ

Анализ данных выявляет сильную отрицательную корреляцию между показателем падения дебита и наработкой на отказ. Чем эффективнее стратегия ГТМ сдерживает накопление АСПО, тем дольше оборудование работает в безаварийном режиме.

Полученные результаты позволяют сделать ключевой вывод: аварийность промыслового оборудования, инициированная АСПО, является управляемой величиной. Переход от реактивных методов к превентивным комбинированным стратегиям (D) позволяет увеличить межремонтный период работы оборудования более чем в 4,5 раза.

Заключение

Проведенное исследование подтвердило, что высокая аварийность промыслового оборудования на Ашировском месторождении со склонностью к образованию АСПО является не неизбежным следствием физико-химических свойств нефти, а результатом выбора неоптимальной стратегии управления производственными рисками.

На основе анализа данных установлено, что существует прямая корреляционная связь между эффективностью геолого-технических мероприятий, выраженной через стабильность дебита скважины, и ключевым показателем надежности оборудования — наработкой на отказ. Доказано, что применение про-активных, комбинированных методов борьбы с АСПО позволяет многократно увеличить межремонтный период эксплуатации оборудования по сравнению с реактивным подходом, основанным на ремонте по факту отказа.

Практическая значимость работы заключается в обосновании необходимости смещения фокуса с ликвидации последствий на превентивное управление осложнениями. Результаты могут быть использованы инженерными службами нефтедобывающих предприятий для технико-экономического обоснования внедрения комплексных систем борьбы с АСПО. Дальнейшие исследования могут быть направлены на детализацию экономических моделей и оптимизацию регламентов ГТМ для конкретных геолого-промысловых условий.

Литература:

1. Бабаян, Е. В. Анализ эффективности используемых современных методов борьбы с асфальто-смолопарафиновыми отложениями: дис.... бакалавра: 21.03.01 / Е. В. Бабаян. — Томск: ТПУ, 2023. — 95 с.
2. Богатов, М. В. Разработка и исследование защитных покрытий насосно-компрессорных труб для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.17.03 / М. В. Богатов. — Самара: СамГТУ, 2023. — 25 с.
3. Галикеев, Р. М. Аварийность скважинного оборудования и методы ее снижения / Р. М. Галикеев, М. Г. Волков // Нефтегазовое дело. — 2022. — № 3. — С. 42–50.
4. Иванова, Л. В. Асфальтосмолопарафиновые отложения в нефтепромысловом оборудовании: проблемы и решения / Л. В. Иванова // Нефтяное хозяйство. — 2023. — № 4. — С. 78–82.
5. Коровин, К. В. Анализ условий образования асфальтосмолопарафиновых отложений и их влияние на работу глубинно-насосного оборудования / К. В. Коровин. — Пермь: ПНИПУ, 2021. — 132 с.
6. Коржихина, Т. П. Механизмы образования асфальтосмолопарафиновых отложений: методики исследования / Т. П. Коржихина // Нефтегаз.RU. — 2022. — № 8. — С. 44–52.
7. Костарев, А. В. Диссертация по теме «Математическое моделирование и исследование процессов тепло- и массопереноса в нефтяных скважинах» / А. В. Костарев. — Пермь: ПНИПУ, 2018. — 148 с.
8. Муфтахова, Е. Д. Применение растворителя для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений / Е. Д. Муфтахова, Т. В. Васильева, Ф. Ш. Хафизов // Техносферная безопасность. — 2020. — № 1 (26). — С. 67–74.
9. Оренбургская область: Нефтяная промышленность [Электронный ресурс] / Оренбургская степь. — 2021. — Режим доступа: https://orensteppe.org/content/neftyanaya-promyshlennost-orenburgskoy-oblasti (дата обращения: 10.08.2025).
10. Петрова, Ю. Ю. Анализ влияния состава асфальтосмолопарафиновых отложений на процесс парафинизации магистральных нефтепроводов / Ю. Ю. Петрова // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. — 2024. — № 2. — С. 87–95.
11. Серебряков, А. Н. Коррозия нефтепромыслового оборудования и мероприятия по противокоррозионной защите на нефтяном месторождении / А. Н. Серебряков, И. С. Мотузов // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. — 2017. — Т. 18, № 2. — С. 174–181.
12. Современные подходы к применению методов борьбы с АСПО в нефтедобыче / А. И. Петров [и др.] // Инженер-нефтяник. — 2024. — № 1. — С. 124–127.
13. Хайбуллина, К. Ш. Совершенствование технологий предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений при добыче нефти: дис.... канд. техн. наук: 25.00.17 / К. Ш. Хайбуллина. — СПб.: Горный ун-т, 2019. — 178 с.
14. Черепанов, А. А. Методы борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями / А. А. Черепанов, Р. Э. Лушников, Е. В. Мелентович // Известия Томского политехнического университета. — 2018. — Т. 329, № 4. — С. 865–872.
15. Шарафутдинов, Р. Ф. Функциональные покрытия погружного нефтепромыслового оборудования для защиты от коррозии, асфальтосмолопарафиновых и солевых отложений: обзор / Р. Ф. Шарафутдинов // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. — 2025. — № 1. — С. 58–74.