Глава 5

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Для продления процесса фонтанирования пластового флюида, увеличения темпа отбора нефти из залежи и повышения нефте- и газоотдачи в продуктивные пласты закачивается большое количество воды и газа. Этим достигается восполнение пластовой энергии, т.е. происходит поддержание пластового давления на заданном технологией разработки продуктивного пласта уровне. Для выполнения указанных видов воздействия на пласт применяется большое количество различного оборудования.

5.1. Оборудование для поддержания пластового давления и вытеснения нефти водой

В настоящее время наиболее эффективный метод повышения нефтеотдачи пластов при эксплуатации нефтяных месторождений - поддержание пластового давления за счет закачки в пласт воды. При этом создается напорный режим эксплуатации пласта, который имеет большую конечную нефтеотдачу по сравнению с режимами истощения.

В большинстве случаев (для отечественных месторождений — более 80%) используется система поддержания пластового давления (ПДД) путем закачки воды. При этом наряду с пресными поверхностными источниками воды (реки, моря, озера) широко используют сточные и пластовые.

Комплекс оборудования для вытеснения нефти водой состоит в общем случае из участков водозабора, магистрали подвода воды (с трубопроводом большого диаметра и насосными станциями первого, второго и, если требуется, третьего водоподъема), очистными сооружениями подготовки воды к закачке ее в нефтяной пласт, кустовыми насосными станциями высокого давления на территории промысла, разводящими трубопроводами с водораспределительными гребенками, от которых вода идет к нагнетательным скважинам. Скважины оснащены устьевой арматурой по типу фонтанной, колонной НКТ и часто - пакером, предохраняющим основную часть обсадной колонны скважины от действия высокого давления закачиваемой воды.

5.1.1. Оборудование водозабора и подготовки воды

Для поддержания пластового давления с помощью заводнения вода обычно берется из водоемов (рек, озер, морей) или из водоносного пласта. При эксплуатации месторождения, из которого добывается нефть с пластовой, технической водой, эта вода также используется в системе поддержания пластового давления.

Из водоемов вода забирается поверхностными центробежными насосами из специально подготовленного участка так, чтобы с водой не захватывался песок, ил и другие механические примеси. Насосная станция может быть расположена на берегу водоема или в плавучей станции. В плавучей насосной станции установлены поверхностные мощные насосные агрегаты. Обычно это центробежные насосы с электроприводом. Плавучая насосная станция забирает воду на одной и той же глубине от поверхности, независимо от колебания уровня воды в водоеме.

Часто отбираются подрусловые, более чистые воды. В этом случае невдалеке от водоема или реки бурится скважина или роется колодец, из которого вода забирается сифонной системой или поверхностными насосами (при высоком расположении уровня воды) или скважинными насосами различных типов.

При сифонном отборе подрусловые скважины соединяются с вакуум-котлами, в которых создается разряжение в 0,04-0,047 МПа.

Вакуум поддерживается вакуум-насосами с подачей 0,03 м3/с и наибольшим разряжением в 0,086 МПа. Вода из скважин поступает в вакуум-котлы самотеком и далее отбирается поверхностными насосами. Водозабор с помощью сифона по капитальным затратам на 30-20% дешевле, чем водозабор скважинными насосами. При более низких уровнях жидкости (4 м и более от уровня приема поверхностного насоса) могут применяться погружные насосы типов АТН и ЭЦВ.

Насосы типа АТН (рис. 5.1, табл. 5.1) имеют приводной двигатель с вертикальной осью, установленный над устьем скважины. Его вал соединен с длинным трансмиссионным валом, расположенным в радиальных резинометаллических опорах внутри НКТ. Снизу трансмиссионный вал соединен с валом погружного центробежного насоса, размещенного под уровнем жидкости в скважине и нагнетающего ее на поверхность по НКТ.

Эти насосы применяются для отбора до 400 м3/ч воды с глубины до 40 м (возможна работа на глубинах до 100 м). Насосы удобны тем, что все электрооборудование вынесено на поверхность, работает в более благоприятной для него среде и легко обслуживается. Недостаток — длинный трансмиссионный вал, вращающийся с большой частотой (до 1400 мин'1). При больших глубинах спуска часто отмечается выход из строя опор вала [12].

В шифре насоса приняты следующие обозначения: АТН - артезианский трубный насос, первое число - диаметр скважины в миллиметрах, деленный на 25, следующее — минимальное погружение насоса под динамический уровень в метрах, а последнее — число ступеней насоса.

Шифр насоса	Подача, м3/ч	Давление насоса, МПа	Мощность двигателя, кВт
АТН-8-1-16	30	0,6	13
АТН-10-1-13	30	1,0	40
АТН-14-1-3	150	0,5	55
АТН-14-1-6	200	0,95	100

 

Кроме поверхностных вод для закачки используются и пластовые воды. Чаще всего используются воды аптского, алъбского и сеноманского ярусов. Эта вода имеет температуру до 40 °С. Химический состав вод примерно тот же, что и у законтурных вод нефтяных месторождений. При их смешивании не выпадает осадок, который мог бы засорять поры нефтеносного коллектора. В пластовых водах этих ярусов не обнаружен кислород и сероводород. Воды имеют хорошие вытесняющие и вымывающие свойства по сравнению с поверхностными водами. Водоносные пласты расположены на глубинах 700-1500 м. Пласты хорошо проницаемые, толщиной до 300-500 м. Часть скважин фонтанирует, в части скважин используются насосы типа ЭЦВ для отбора воды.

Использование пластовых вод значительно облегчает подготовку воды для закачки в пласт, а иногда полностью исключает эту операцию. Для подъема пластовой воды используются установки скважинных электроприводных центробежных насосов.

Параметры некоторых насосов типа АТН

Насосные установки типа УЭЦВ (табл. 5.2) по составу и расположению оборудования в скважинах соответствуют установкам типа УЭЦН. Существенно упрощены у них погружные двигатели, которые выполняются водозаполненными без узлов гидрозащиты. Для них не так опасно попадание во внутреннюю полость пластовой воды, если она не имеет механических или агрессивных примесей. Упрощение достигнуто за счет применения водостойкой изоляции обмотки статора, но это снижает допустимую температуру нагрева двигателя. Поэтому температура откачиваемой воды не должна превышать 50°С. 

Таблица 5.2- Насосные установки типа УЭЦВ

Шифр насоса	Подача, м3/ч	Напор, м	Мощность двигателя, кВт	Внутренний диаметр обсадной колонны, мм
ЭЦВ4-1,6-30	1,6	30	0,5	100
ЭЦВ4-6.3-45	6,3	45	1,6	100
ЭЦВ5-4-90	4	90	2	122
ЭЦВ5-4-200	4	200	5,5	122
ЭЦВ5-10-100	10	100	5,5	122
ЭЦВб-16-160	16	160	11	150
ЭЦВ6-25-100	25	100	11	150
ЭЦВ8-25-300	25	300	32	197
ЭЦВ8-63-50	63	50	16	197
ЭЦВ10-160-65	160	65	45	249
ЭЦВ 12-210-145	210	145	125	301
ЭЦВ 14-210-300	210	300	250	353
ЭЦВ 16-670-205	670	205	500	402

Насосы рассчитаны на отбор воды с содержанием механических примесей не более 0,01 массовых %. Эти насосы выпускаются с широкими пределами параметров: обсадные колонны от 114 до 426 мм, мощность - до 500 кВт, подача от 1,6 до 670 м3/ч, напор при подаче 25 mV4 — до 650 м, а при 670 м3/ч - до 205 м. В системе водозабора обычно применяются агрегаты для скважин диаметром 168-273 мм с мощностью от 32 до 320 кВт.

В шифре насоса приняты следующие обозначения: Э - насос с электроприводом, Ц - центробежный, В - для отбора воды, первое число - внутренний диаметр обсадной колонны в миллиметрах, деленный на 25 и округленный, второе - подача в метрах кубических в час; третье - напор насоса в метрах.

К воде, закачиваемой в пласт, предъявляются следующие требования:

- она должна быть по возможности чистой и не содержать боль- тих количеств механических примесей, соединений железа и нефти. Например, для трещиноватых песчаников предельное содержание механических примесей 20-30 мг/л, содержание закисного железа - до 1 мг/л, нефти - до 50 мг/л;

- не должна содержать сероводорода и углекислоты во избежание коррозии оборудования;

- не должна содержать органических примесей (бактерий и водорослей), которые в процессе своей жизнедеятельности образуют сероводород;

- должна быть химически инертной по отношению к пластовым жидкостям.

Закачиваемые воды обычно бывают загрязнены взвешенными частицами глины, ила, песка, которые закупоривают поры пород призабойной зоны и уменьшают приемистость нагнетательной скважины. Для осаждения мельчайших частиц необходимо их укрупнять, выделять в осадок. Реагенты, добавляемые к воде для коагуляции взвеси (укрупнения взвешенных частиц), называются коагулянтами. Наиболее широко применяемый на практике коагулянт-сернокислый алюминий (сернокислый глинозем).

Вода на водоочистной установке подвергается тем или иным операциям по очистке (коагуляция, фильтрация, обезжелезивание, смягчение, хлорирование, стабилизация). Для получения надлежащих качеств воды в ряде случаев требуется проведение двух-трех процессов.

На рис. 5.2 приведена типовая схема станции водоочистки. От насосов 1 водоподъема вода подается в смеситель 3. Туда же с потоком воды поступают коагулянт и реагенты из дозировочного устройства 2, способствующие укрупнению взвешенных частиц в воде, смягчению воды и освобождению ее от солей железа. В суспензионном осветлителе 4 коагулянт интенсивно перемешивается с водой, вследствие чего образуются хлопья, которые оседают в шахте осветлителя. Вода проходит через песчаные (или угольные) фильтры 5. Очищенная вода собирается в резервуары 6, откуда насосами 7 она подается далее к промыслу.

Подготовленная вода подается на кустовые насосные станции (КНС), которые подают воду в нагнетательные скважины. Насос 8 из резервуаров 6 подает периодически чистую воду в фильтры 5 для очистки их от взвешенных частиц.

Отдельные сооружения системы очистки представляют собой конические или цилиндрические металлические сосуды большой емкости (гидросмесители, растворные баки), иногда удлиненные бетонные смесители с квадратным или прямоугольным сечением с дырчатыми или щелевыми перегородками. Эти перегородки с отверстиями усложняют путь воды и реагентов, улучшая их смешивание.

Наиболее сложное сооружение в системе очистки - осветлитель, предназначенный для образования хлопьев и удаления их и механических примесей из воды.

Габариты осветлителя очень значительны, так как только высота осадка хлопьев загрязнения принимается равной 2-2,5 м, а высота зоны осветления - 1,5-2,5 м.

Для предупреждения коррозии и стабилизации по химическому составу при помощи специальных дозировочных насосов в воду добавляют химические реагенты, например - гексаметафосфат натрия (2-3 мг/л).

Для уничтожения бактерий и других микроорганизмов в воде применяют обработку ее хлором, озоном или облучением.

Сточные воды могут содержать нефть и углеводородные газы Взвешенные частицы здесь могут быть представлены серным железом, обломками кварца, зернами карбонатов и доломитов, частицами глины и окисного железа.

Железосодержащая вода после установки подготовки нефти (УГГН) направляется в напорный отстойник, где отстаивается под давлением в течение 1-2 ч.

Сероводородная вода направляется в другой отстойник. Затем из этих отстойников нефть направляется в резервуар, откуда насосом направляется на УПН. Шлам из отстойников по трубопроводу под давлением сбрасывается в емкость, а воды напорных отстойников смешиваются и поступают в безнапорный отстойник. Здесь основная масса взвешенного железа и нефти всплывает и удаляется при помощи механических средств. После безнапорного отстойника вода поступает во вторичный отстойник, где отстаивается в течение 3-6 ч. Здесь вода дополнительно отстаивается, очищается и стабилизируется по химическому составу. Продукты очистки из безнапорного отстойника и вторичного отстойника направляются насосом в емкости, а чистая вода насосом направляется на кустовую насосную станцию, откуда - в нагнетательные скважины.