Очистка воды, используемой в системе поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях
Опубликовано: 18.08.2015 Рубрика: Статьи Автор: Единый Стандарт
Применение системы заводнения при разработке нефтяных месторождений позволяет, как ускорить темпы разработки, так и повысить нефтеотдачу. Для закачивания в пласт применяют воду различной характеристики и состава. Для того, чтобы извлечь на поверхность одну тонну нефти требуется порядка 1,5-2,5 куб. метров воды в зависимости от вида заводнения.
Современная добыча характеризуется падением количества отбираемого углеводорода. Причиной этого является ухудшение характеристик коллекторов – растет доля запасов трудноизвлекаемых запасов.
Ряд запасов углеводородов расположен в отдельно пролегающих линзах, что затрудняет доступ к ним. Необходимо также сказать, что на нефтеотдачу оказывает влияние неоднородный состав горных пород, из-за чего нередко нефть невозможно извлечь на поверхность. Для добычи такой нефти рекомендуется применять в качестве закачиваемой жидкости воду повышенного качества.
При определении показателей воды, закачиваемой в пласт, особое внимание уделяется наличию в ней растворенной нефти и взвешенных веществ, процентное содержание которых определяется коллекторскими свойствами горных пород. Данные нормативы, которые указаны в ГОСТе, соблюдаются при подготовке воды перед ее закачкой в пласт. Для этого применяют незамысловатые гравитационные методы воздействия. Однако исследования показали, что объем такой воды, закачиваемой через нагнетательные скважины, снижается значительно быстрее, чем объем более чистой пресной воды. Последствиями этого является увеличение затрат на поддержание приемистости нагнетательных скважин за счет увеличения давления нагнетания и более частых ремонтных работ. Кроме того, эксплуатация месторождения связана с определенными рисками загрязнения окружающей среды.
Загрязнение пресных вод чаще всего происходит из-за некачественной цементации затрубного пространства. В результате этого закачиваемая в пласт вода, содержащая хлориды и сульфаты, попадает в водоносный горизонт. Те же самые вещества способны активизировать процессы коррозионного воздействия на бетон, который разрушается в течение одного-двух месяцев, а срок эксплуатации месторождения может достигать нескольких десятилетий.
Но и это не самое опасное, что может произойти. Известно, что концентрация сероводорода на месторождениях, находящихся на поздних стадиях разработки, превышает нормативы в несколько раз. Одной из причин такого высокого содержания сероводорода в пластовых водах является присутствие сульфатовосстанавливающих бактерий. Именно эти бактерии вырабатывают сероводород, который согласно норм должен полностью отсутствовать в водах.
Выходит, что подготовленная для закачки в пласт вода, должна соответствовать требованиям не только технологического характера, но и экологического.
Для системы поддержания пластового давления (ППД, – ред.) на месторождениях, находящихся в ранней стадии разработки, чаще всего используют пресную воду, залегающую либо под землей, либо на ее поверхности. Такая вода требует предварительной очистки для исключения различных отложений в коллекторах. Но решающую роль играет вовсе не концентрация нежелательных включений, а соотношение размеров пор горных пород и закачиваемых в пласт частиц. Для того, чтобы избежать заиливания порового пространства, необходимо, чтобы взвешенные в воде частицы были в пять и более раз меньше пор горных пород-коллекторов.
Рядом нефтяных компаний определено требование, касающееся максимального размера механических примесей, находящихся в воде, которая применяется для ППД. В зависимости от коллекторских свойств горных пород это значение может составлять от 1 до 5 мкм. Для соблюдения этого условия воду процеживают через калиброванные отверстия на последнем этапе очистки.
Определенную опасность кольматации пласта вызывает железо, которое имеет способность выделять хлопья размером от 1 до 3 мм. Еще одной причиной снижения проницаемости пласта может быть образование сульфидов железа. При проектных значениях системы ППД может образовываться порядка 16 кг коллоидных частиц в сутки, которые окажут непосредственное влияние на кольматацию пласта. На этот процесс может оказать влияние коллоидная сера, образующаяся в результате взаимодействия кислорода с сероводородом. Растворенный кислород в достаточном количестве присутствует в водах наземных источников.
Для очистки пресных вод применяют установки с зернистым фильтром, в качестве которого чаще всего используют кварцевый песок. Данный фильтрующий элемент прекрасно очищает воду от взвешенных частиц, но относительно нейтрален к железу.
Для очистки воды от железа применяют фильтрующие элементы с нанесенным на них слоем катализатора. Лучше всего, конечно, если сам фильтрующий элемент будет обладать каталитическими свойствами. Оптимальной скоростью фильтрации при этом считается значение в 5-10 метров в час в зависимости от процентного содержания железа.
Для очистки подтоварных вод применяют систему многоступенчатой очистки. В отстойнике происходит осаждение крупных взвешенных частиц и всплытие нефтяных пятен на поверхность. Во второй и третьей камерах также происходит удаление мелких частиц нефти. Следующая ступень очистки – это флотатор, где происходит образование пузырьков газа, уносящих за собой остатки нефти. Здесь же происходит подача коагулянта и удаление растворенных углеводородов, сероводорода и углекислоты. Дополнительная очистка от нефти происходит в электрохимическом флотаторе. В магнитном сепараторе находится намагниченная железная стружка, которая позволяет извлекать из воды растворенный кислород. Окончательным этапом очистки является процеживание воды через ультрафильтры. Тут задерживаются взвешенные частицы и нефтяные включения.
Итак, добыча нефти оказывает негативное влияние на водные объекты различного характера. Причиной этого является повальное применение примитивных механических методов для очистки воды, используемой в системе ППД.
Для определения качества воды, подаваемой в нефтеносные пласты, следует разработать нормативно-правовую базу, которая будет учитывать требования не только технологические, но и экологические.
А для очистки пресной и подтоварной воды уже сейчас существует несколько вариантов инновационных методов очистки. Нефтяным компаниям остается лишь завершить исследовательские работы внедрением данных технологий.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Водоснабжение систем ППД
Основное назначение системы водоснабжения при поддержании пластового давления — добыть нужное количество воды, пригодной для закачки в пласт, распределить ее между нагнетательными скважинами и закачать в пласт. Конкретный выбор системы водоснабжения зависит от того, на какой стадии разработки находится данное месторождение.
В настоящее время ППД стремятся осуществить с самого начала разработки месторождения. В этом случае необходимо большое количество (практически 100%) пресной воды, так как добывающие скважины на этой стадии практически дают безводную продукцию. В дальнейшем скважины все больше обводняются, появляется во все возрастающих количествах попутная вода, которая должна быть утилизирована. В связи с этим системы водоснабжения должны видоизменяться и приспосабливаться к конкретным условиям разработки месторождения. Проектируемая система водоснабжения должна предусматривать рост обводненности продукции скважин и необходимость утилизации всех так называемых промысловых сточных вод, включая ливневые, попутные, воды установок по подготовке нефти н др.
Для соблюдения мер по охране природы и окружающей среды система водоснабжения в любом случае должна предусматривать 100%-ную утилизацию сточных вод и работу всей системы ППД по замкнутому технолотическому циклу.
Это усложняет и несколько удорожает систему водоснабжения, так как возникает необходимость специальной подготовки сточных вод, очистки их от нефтепродуктов н взвеси, борьбы с возрастающей коррозией технологического оборудования и водоводов. Однако сточные воды, как правило, содержащие ПАВы, вводимые на установках по обезвоживанию и обессоливанию нефти, обладают улучшенными отмывающими и нефтевытесняющими способностями, что должно привести к увеличению нефтеотдачи пласта.
Конкретный выбор системы водоснабжения зависит от источников воды для закачки в пласт, которыми могут быть:
§ открытые водоемы (рек, озер, морей);
§ грунтовые, к которым относятся подрусловые воды;
§ водоносные горизонты данного месторождения;
§ сточные воды, состоящие из смеси добытой вместе с нефтью пластовой воды,
§ воды отстойных резервуарных парков, установок по подготовке нефти, ливневые воды промысловых объектов. Сточные воды загрязнены нефтепродуктами и требуют специальной очистки.
Используемая для ППД вода не должна вызывать образование нерастворимых соединений при контакте с пластовой водой, что может привести к закупорке пор, или, как говорят, должна обладать химической совместимостью с пластовой. Качество воды оценивают в первую очередь следующими параметрами: количеством механических примесей (КВЧ — количество взвешенных частиц), нефтепродуктов, железа и его соединений, дающих при окислении кислородом нерастворимые осадки, закупоривающие поры пласта, сероводорода (H2S), способствующего коррозии водоводов и оборудования, микроорганизмов, а также солевым составом воды и ее плотностью.
Практика показала, что в большинстве случаев можно исключить специальную химическую подготовку воды и не предъявлять жесткие требования к КВЧ, а в ряде случаев в десятки раз увеличить допустимое КВЧ без заметного уменьшения поглотительной способности скважин. Например, для высокопроницаемых пластов Ромашкинского месторождения была доказана возможность нагнетания воды с содержанием до 30 мг/л нефти и до 40 — 50 мг/л твердых частиц размером 5 — 10 мкм.
Рис. 3.4. Типовая схема водоснабжения системы ППД:
1 — водозаборные устройства; 2 — станции I подъема; 3 — буферные емкости для грязной воды; 4 — станция водоподготовки; 5 — буферные емкости для чистой воды; 6 — насосная станция II подъема; 7 — кустовые насосные станции (КНС); 8 — нагнетательные скважины; 9 — разводящий водовод; 10 — водовод высокого давления (10 — 20 Мпа)
Однако опыт показал, что нормирование качества воды для нагнетания в пласт нецелесообразно, так как пористость, проницаемость и трещиноватость пластов могут в широком диапазоне изменять требования к воде и к содержанию КВЧ в частности. Обычно при опытной закачке выявляются как пригодность имеющейся воды, так и возможная приемистость нагнетательных скважин и требуемое давление.
Система водоснабжения состоит обычно из нескольких достаточно самостоятельных звеньев или элементов, к которым относятся водозаборные устройства, напорные станции первого подъема, станция водоподготовки (при необходимости), напорная станция второго подъема, нагнетающая очищенную воду в разводящий коллектор и напорные станции третьего подъема или так называемые кустовые насосные станции (КНС), закачивающие воду непосредственно в нагнетательные скважины.
Между отдельными звеньями системы водоснабжения создаются промежуточные буферные емкости для запаса воды, обеспечивающие непрерывность работы системы при кратковременных изменениях пропускной способности отдельных элементов в результате остановок по технологическим причинам или при авариях: порывах водоводов, остановке скважин.
Такая система водоснабжения — типичная для восточных районов европейской части России и некоторых других районов — показана на рис. 3.4. При использовании сточных вод необходимое количество пресных вод (или морских) сокращается. Это приводит к уменьшению мощности водозаборных сооружений, станции первого подъема, а также буферных емкостей перед станцией водоподготовки. Давление, развиваемое насосами (как правло, центробежными) станции первого подъема, обычно невелики и зависят в известной мере от рельефа местности, удаления станции водоподготовки и расхода жидкости. Как правило, оно не превышает 1,0 МПа. Давление развиваемое насосами станции второго подъема, обычно больше и обусловлено необходимостью создания подпора на приеме насосов высокого давления самых удаленных станций третьего подъема (КНС). Давление подпора иногда достигает 3,0 МПа.
Разводящий водовод, питающий КНС, иногда выполняется в виде кольцевого водовода, замыкающего все КНС в единое кольцо, если они размещаются по периметру промысловой площади. Кольцевая схема обеспечивает непрерывность питания всех КНС при порыве водовода практически в любом месте.
Совершенно новые технические решения системы водоснабжения были найдены для условий Западной Сибири, Тюменской области и некоторых других районов. Мощная и широко распространенная пластовая водонапорная система, залегающая на глубинах от 900 до 1100 м, в этих районах позволила решить проблему водоснабжения проще и экономически дешевле, использовать для ППД подземные воды мощных водонапорных комплексов апт-сеноманских и альб-сеноманских отложений. Дебиты водяных скважин, пробуренных на эти пласты, достигают 3000 — 4000 м 3 /сут при депрессиях, измеряемых несколькими метрами водяного столба. Сущность новых технических решений заключалась в устранении ряда промежуточных элементов типовой схемы, в совмещении нагнетательных скважин с водозаборными и создании КНС непосредственно в водозаборных скважинах. В принципе эти схемы не являются оригинальными, так как на ряде месторождений межпластовый переток воды из водоносных пластов, залегающих выше или ниже нефтеносного, был осуществлен как в условиях естественного, так и в условиях принудительного перетока. Однако масштабы применения этих схем и широкое использование новых технических средств для их осуществления на месторождениях Тюменской области являются исключительно большими. Необходимо отметить, что пластовые высоконапорные воды, как правило, достаточно чисты, не нуждаются в особой подготовке и могут непосредственно закачиваться в нагнетательные скважины по герметичным системам без контакта с воздухом.
Это существенно упрощает водоснабжение по крайней мере на начальных этапах разработки, когда попутной воды нет пли ее очень мало. На последующих этапах разработки, когда возникает необходимость утилизации сточных вод, их подготовки и очистки от нефти и подавления коррозионной активности, система водоснабжения с использованием вод глубинных пластов будет осложнена новыми элементами и станет похожей на типовую схему.
Источник
