Экологически безопасные технологии добычи нефти в осложненных услови
..pdf4.Антикоррозионная защита трубопроводов и оборудования, контроль качества стыков трубопроводов физическими методами.
5.Формирование системы производственного экологического мониторинга основных элементов окружающей среды.
2.2.Охрана пресных, подземных и поверхностных вод
от истощения и загрязнения
Наблюдение за состоянием водных источников, за качеством воды по физическим, химическим и биологическим показателям и проведение сопутствующих гидрогеологических измерений следует проводить системно и комплексно. Для определения качества воды должны применяться единые аттестованные методы, все лабораторные исследования должны соответствоватьгосударственным стандартам.
Как показывает нефтепромысловая практика, при разработке нефтяных месторождений возможно загрязнение пресных поверхностных и подземных вод хлоридами, нефтепродуктами и другими загрязняющими веществами. Основными источниками поступления загрязняющих веществ в подземные пресноводные горизонты являются буровые и другие действующие промышленные площадки, минерализованные воды, поступающие по некачественно зацементированным заколонным пространствам скважин в верхнюю гидродинамическую зону.
Для исключения инфильтрации загрязняющих компонентов и попадания их в горизонты подземных вод необходимо создавать локальные системы канализации на площадках скважин (кустов), групповых замерных установок и других промысловых сооружений.
При бурении новых скважин хранение и приготовление химических реагентов должно производиться в специально оборудованных местах, исключающих попадание загрязняющих компонентов в водные объекты. Основными источниками загрязнения водных бассейнов при строительстве скважин являются шламовые амбары, их строительство должно производиться согласно Инструкции по технологии строительства шламовых амбаров при бурении скважин
11
(ОСТ 05-066–91), исключающей фильтрацию загрязняющих компонентов через дно и стенки котлованов и предусматривающей контроль герметичности шламового амбара различными методами.
Устьевые площадки разбуриваемых скважин размером 2 2 м должны бетонироваться с установкой бордюра по периметру, а в случае кустовой компоновки скважин от каждой из них отводится труба во временную канализационную емкость. По периметру кустовой площадки оборудуется обваловка для локализации возможных аварийных утечек.
Впроцессе строительства скважин осуществляются меры по предотвращению открытого фонтанирования, обвалов стволов скважин. Нефте- и водоносные интервалы в скважинах надежно изолируются друг от друга, обеспечивается герметичность колонн и высокое качество их цементирования.
При прокладке трубопроводов все сварные стыки подвергаются полному контролю, после готовности трубопровода проводится испытание его на прочность и проверка на герметичность. При эксплуатации трубопроводов необходимо организовать работы по их своевременному обследованию, диагностике, ремонту и реконструкции. Освоение и эксплуатация добывающих скважин должно производиться при полностью герметизированном устьевом оборудовании.
Впроцессе разработки и эксплуатации месторождения обеспечиваются:
1) герметичность системы сбора и промыслового транспорта скважинной продукции;
2) полная утилизация промысловых и сточных вод;
3) ликвидация аварийных разливов нефти; 4) исключение попадания на землю, в поверхностные и подзем-
ные воды ПАВ, кислот, щелочей, полимерных растворов, используемых в технологических целях;
5) организация регулярного контроля за состоянием нефтепромыслового оборудования.
12
2.3. Защита почв и рекультивация земель. Защита растительного и животного мира
Все нефтегазопромысловые сооружения в результате постоянного или временного отторжения земель оказывают влияние на почву. Автомобильные дороги, трубопроводы, площадки под кусты скважин могут оказыватькосвенноевлияниенапочвуприлегающихкэтимсооружениям территорий. При авариях на нефтепроводах, водопроводах и скважинах возможно загрязнение почв нефтепродуктами, минерализованной водой, солями и химреагентами. Значительное отрицательное влияние на почву могутоказыватьподземныеремонты, проводимыенаскважинах.
В проектно-технологической документации предусматриваются решения, минимизирующие воздействие объектов на природные среды, направленные на уменьшение ущерба землям от воздействий, которые по конструктивным или технологическим причинам исключить полностью невозможно.
Отвод земельных участков под строительство объектов следует осуществлять в предусмотренном законодательством РФ порядке, по действующим нормам и при выполнении природоохранного законодательства. Все нефтегазопромысловые сооружения и технологические объекты следует размещать в пределах земельного отвода и вне охранных зон.
При обустройстве и эксплуатации месторождения необходимо:
–сети дорог на месторождении сооружать по специальным природосберегающим технологиям;
–исключать проход любого транспорта в летний период за пределами полосы постоянной автомобильной дороги и переход вброд любых водотоков;
–размещать нефтепроводы с верховой стороны дорог и использовать их в качестве дамбы в случае разлива нефти (локализация возможной площади загрязнения);
–вдоль фронта скважин размещать приустьевые бетонные площадки с бордюрами для сбора нефти, разлив которой возможен при ремонтных работах;
13
–транспортировать промысловые жидкости от места хранения
иприготовления до кустов скважин в закрытых емкостях, контейнерах или по трубопроводам;
–создавать системы сбора нефтесодержащих стоков в подземные емкости;
–создавать системы автоматизации, регулирующие основные технологические параметры, сигнализирующие о нарушениях и отключающие аварийныеучастки;
–соблюдать установленные регламентом сроки ревизий и ремонтов оборудования и аппаратуры;
–оснащать службы ликвидации последствий аварий средствами, оказывающими малое влияние на грунт и позволяющими без нарушения почвенно-растительного покрова выполнять работы по ликвидации разливов нефти на заболоченной территории в любое время года;
–проводить рекультивацию временно отторгаемых земель после завершения строительства объекта при возвращении их землепользователю;
–осуществлять замену загрязненного грунта на чистый в местах пролива нефти, нефтепродуктов и других жидких загрязняющих веществ;
–проводить контроль за состоянием почв на месторождении. Цель контроля за состоянием растительного и животного мира –
своевременное выявление участков с нарушением природной среды и восстановление естественных или близких к ним условий. Контроль осуществляется в соответствии с лесным законодательством, санитарными правилами, общепринятыми методиками и методами контроля и учета состояния растительного и животного мира.
14
3. ВИДЫ ОСЛОЖНЕНИЙ И ФАКТОРЫ, ОСЛОЖНЯЮЩИЕ УСЛОВИЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
Процесс разработки и эксплуатации нефтяного месторождения является производственным процессом, осуществляемым нефтедобывающим предприятием. По отношению непосредственно к добыче нефти этот процесс включает в себя создание условий для формирования транспортных потоков флюидов (нефти, газа) в пластахколлекторах к забоям добывающих скважин, для подъема нефти (жидкости) в этих скважинах от забоев к устьям и для осуществления промыслового сбора и подготовки продукции скважин с целью получения товарной продукции. Производственный процесс реализуется по определенной технологии. Технология есть некоторая совокупность действий, осуществляемых для достижения целей, стоящих перед добывающим предприятием.
Условия, в которых осуществляется производственный процесс, для разных месторождений могут существенно отличаться как в статическом состоянии системы, так и в ее динамике. Статическое состояние пласта-коллектора целиком определяется природными факторами, совокупность которых называют геолого-физической характеристикой объекта разработки. Низкая проницаемость коллектора, его неоднородность, высокая вязкость пластовой нефти, высокое давление насыщения нефти газом, близкое к начальному пластовому давлению, усложняют технологический процесс добычи нефти.
В процессе разработки нефтяной залежи обводнение добывающих скважин, ухудшение гидродинамических свойств призабойных зон продуктивных пластов, высокий газовый фактор, образование на поверхности скважинного оборудования и в промысловых нефтепроводах различных отложений, коррозионные процессы являются факторами, существенно осложняющими условия фильтрации пластовых флюидов, эксплуатации скважин и нефтегазопромысловых систем. Следует отметить, что степень проявления каждого из этих факторов на разных временных этапах процесса нефтедобычи
15
может существенно отличаться, что создает дополнительные трудности при планировании и проведении работ, направленных на предупреждение осложнений или на снижение их негативного влияния на технологический процесс.
Осложнения при эксплуатации нефтедобывающих скважин (образование асфальтеносмолопарафиновых отложений – АСПО, коррозия, образование водонефтяных эмульсий – ВНЭ, отложение минеральных солей – ОМС и др.) являются причиной преждевременных отказов и уменьшения сроков службы скважинного оборудования, уменьшения текущих отборов нефти, увеличения финансовых затрат на предупреждение и удаление отложений, ликвидацию аварий, на проведение подземного ремонта скважин.
Осложнения при эксплуатации нередко приводят к снижению коэффициентов продуктивности, росту обводненности добываемой продукции скважин, повышенному расходованию энергетических ресурсов. Таким образом, наряду с увеличением прямых затрат, связанных с осложнениями, их проявление при эксплуатации добывающих скважин наносит заметный косвенный ущерб и ухудшает технико-экономические показатели добычи нефти.
3.1.Образование асфальтеносмолопарафиновых отложений
вдобывающих скважинах
Образование на скважинном оборудовании, в промысловых нефтепроводах, а иногда и в пластовых условиях отложений асфальтеносмолопарафиновых веществ (АСПВ) является одним из основных осложнений нефтедобычи.
Нефти различных месторождений и залежей характеризуются большим разнообразием химического состава и физико-химических свойств. В физико-химическом отношении нефть – сложная дисперсная система, в которой особую роль играют асфальтены и смолы. Макромолекулы асфальтенов, находясь в коллоидном состоянии, могут выполнять роль центров притяжения и осаждения молекул растворенных в нефти смол. Образующиеся асфальтеносмолистые ком-
16
плексы (АСК) взаимодействуют с находящимися в пределах их влияния (действия, притяжения) молекулами жидких углеводородов. При температуре ниже температуры начала кристаллизации твердых парафинов последние в виде мельчайших частиц коагулируют с АСК, в результате чего формируются асфальтеносмолопарафиновые комплексы (АСПК). Кристаллизация происходит при температурах ниже 25–35 °С. Размеры основной части образующихся микрокристаллов парафинов составляют от 5 до 15 мкм, т.е. по мере кристаллизации твердых парафинов нефть превращается в дисперсную систему типа суспензии.
При движении нефти в подъемных трубах добывающих скважин частицы АСК адсорбируются на внутренней поверхности труб, формируя слой асфальтеносмолистых веществ. Этот процесс становится более интенсивным при давлении ниже давления насыщения нефти газом, когда содержание в нефти низкомолекулярных, наиболее легких углеводородов в связи с переходом их в газовую фазу уменьшается и нефть становится перенасыщенной смолами.
По мере снижения давления и температуры начинается образование в объеме нефти кристаллов твердых парафинов, адсорбирующихся на АСК, в том числе на слое асфальтеносмолистых веществ, покрывающих омываемые поверхности труб и другого оборудования. При температуре ниже температуры кристаллизации интенсивность выделения из нефти твердых парафинов усиливается, формируются более крупные ассоциации кристаллов парафина и АСПК, плотность которых отличается от плотности нефти. В поднимающемся потоке эти частицы оттесняются к поверхности подъемных труб, на которой формируется слой асфальтеносмолопарафиновых веществ с увеличивающимся (по направлению потока) содержанием твердых парафинов. Существенное влияние на процесс образования отложений оказывают частицы механических примесей и образующиеся в объеме нефти микропузырьки газа, а также электрокинетические явления, магнитоэлектрические свойства дисперсной фазы в нефти.
17
До начала интенсивной кристаллизации твердых парафинов протекающие процессы в большей степени определяются действием сил межмолекулярного взаимодействия. По мере формирования под влиянием когезии и адсорбции крупных частиц дисперсной фазы усиливается роль сил, связанных с поверхностными электрическими зарядами, а также влияние гидродинамических факторов (перенос частиц, в том числе в направлении, перпендикулярном движению потока).
Отложению асфальтенов, смол и твердых парафинов на поверхностях скважинного оборудования и нефтепроводов способствуют:
1)шероховатость (т.е. не абсолютная гладкость) поверхностей;
2)низкая температура поверхности металла;
3)снижение давления по мере продвижения нефти в подъемных трубах и в системах сбора скважинной продукции и переход растворенного в нефти газа в свободное состояние. Для дегазированной нефти увеличивается температура насыщения ее твердыми парафинами, а при адсорбции последних на пузырьках газа происходит более интенсивный перенос парафина к омываемым поверхностям;
4)снижение температуры нефти до температуры насыщения (температуры кристаллизации) ее парафином, в том числе за счет расширения газовой фазы;
5)гидрофобизация омываемых нефтью поверхностей скважинного оборудования.
Следует отметить, что до настоящего времени вопросы механизма образования отложений АСПВ в скважинах изучены недостаточно для того, чтобы однозначно представлять весь этот сложный процесс. По этой причине по-разному трактуется роль тех или иных факторов при воздействии на скважинные потоки с целью предупреждения образования АСПО и в практической деятельности преобладает эмпирический или полуэмпирический подход к данному вопросу. По этой же причине эффективные в одних условиях (скважинах) методы, способы и технологии оказываются неэффек-
18
тивными в других условиях. В то же время роль таких факторов, как давление, температура, характер смачиваемости омываемых поверхностей, скорость движения нефти при подъеме в скважинах, содержание смол, асфальтенов и твердых парафинов в составе пластовой нефти оценивается вполне однозначно, что дает возможность в той или иной мере целенаправленно решать вопросы предупреждения образования и удаления отложений АСПВ. Существенные результаты достигнуты в разработке химических способов предупреждения образования АСПО, однако высокая стоимость эффективных реагентов не позволяет использовать их на промыслах
внеобходимых объемах, в том числе из-за разнообразия состава и свойств пластовых флюидов, а также различия условий в тех или иных скважинах. Состав АСПО сложен и непостоянен во времени и
вразных точках системы, что усложняет решение задачи эффективной борьбы с отложениями.
Борьба с асфальтеносмолопарафиновыми отложениями в промысловой практике ведется по двум направлениям:
1)предотвращение образования отложений на контактирующих с добываемой нефтью поверхностях внутрискважинного оборудования;
2)периодическое удаление АСПО с поверхностей скважинного оборудования, позволяющее восстанавливать его пропускную способность.
Методы борьбы с АСПО в скважинах подразделяются на механические и гидродинамические, физические, химические, микробиологические, комбинированные.
Механические и гидродинамические методы
При механических методах предотвращения образования АСПО в процессе эксплуатации добывающих скважин в них создаются определенные условия, при которых из потока скважинной продукции не происходит осаждения на металлической поверхности прочных отложений со структурно-механическими свойствами,
19
а незначительные по размерам и непрочные образования легко смываются потоком. Достаточные для предупреждения или смыва парафиноотложений напряжения сдвига на металлической стенке достигаются путем регулирования скорости движения жидкости в стволе скважины и в насосно-компрессорных трубах (создание повышенных перепадов давления, уменьшение диаметра НКТ и др.), а также путем создания гладких покрытий на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб.
Распространенным способом удаления АСПО с внутренней поверхности НКТ является применение различных скребковых инструментов, спускаемых внутрь колонны на специальной проволоке или размещаемых на колонне насосных штанг. В настоящее время ассортимент скребковых инструментов для очистки скважин достаточно широк и постоянно совершенствуется. Подбор определенного вида скребков и их модернизация осуществляется с учетом условий конкретных месторождений и скважин.
Для периодической очистки нефтепроводов от АСПО из механических методов чаще всего используют шаровые разделители и скребки специальных конструкций.
Физические методы
Физические методы подразделяются на тепловые, электромагнитные, волновые. Предотвращение образования АСПО тепловыми методами достигается нагревом скважинной продукции до температуры, превышающей температуру начала кристаллизации твердых углеводородных компонентов добываемой нефти и осуществляется специальными нагревателями, греющими кабелями, использованием в качестве элемента электрической пары НКТ (на-
пример, метод «Paratrol» фирмы Production Technologies, США).
Применение последней технологии требует особой компоновки лифта и его изоляции от эксплуатационной колонны и устья. В этом плане более рационально использование греющих изолированных кабелей или трубных глубинных электронагревателей.
20