книги из ГПНТБ / Поддержание пластового давления на нефтяных месторождениях

Такие воды целесообразно подготавливать для закачки в пласты в закрытых системах, где предотвращается доступ воздуха и выде­ ление углекислого газа. Если по каким-либо причинам невозможно осуществить закрытую систему водоочистки, то следует из воды полностью удалить железо и предотвратить распад бикарбонатов.

Существует несколько способов обезжелезивания воды: аэрация, известкование, коагулирование и др. Каждый из этих методов применяется в зависимости от формы содержащегося в воде железа. Но обычный анализ позволяет лишь установить количественное содержание в воде двухвалентного железа, что недостаточно для определения метода обезжелезивания. В лабораторных условиях должны быть предварительно опробованы указанные выше методы, как в отдельности, так и в комбинации друг с другом.

Наконец, закачиваемая в пласт вода должна обладать доста­ точной нефтевымывающей способностью. Обычно при заводнении пластов предполагается вытеснить из залежи не менее 60% балансо­ вых запасов нефти. В тех случаях, когда вода имеет низкую нефтевымывающую способность, рекомендуется ее обрабатывать поверх­ ностно-активными веществами [19] или различными полимерными материалами [119]. Вода, содержащая поверхностно-активные ве­ щества, обладает низким поверхностным натяжением на границе с нефтью и лучше смачивает породу. В результате она полнее вытес­ няет из пласта нефть, которая удерживается на поверхности поровых каналов под действием капиллярных и адгезионных сил.

Значительная часть поверхностно-активных веществ, содержа­ щихся в воде, адсорбируется на поверхности пород. Величина адсорбции прямо пропорциональна водонасыщенности пород. По ­ этому целесообразно применять добавку поверхностно-активных веществ к воде при внутриконтурном заводнении пластов с неболь­ шим содержанием воды.

Полимеры добавляют к закачиваемой воде для повышения е& вязкости. Вода, загущенная полимерами, более равномерно вытес­ няет нефть из пластов, имеющих различные коллекторские свойства. Уменьшение соотношения вязкости нефти и воды способствует повышению коэффициента вытеснения нефти из заводняемых пластов.

На основе изложенного могут быть сформулированы следующие требования к качеству воды, предназначенной для заводнения нефтяных пластов:

1) вода не должна вызывать снижения приемистости нагнета­ тельных скважин, корродировать оборудование и трубопроводы системы поддержания пластового давления;

2)в воде не должно быть микроорганизмов, особенно сульфатвосстанавливающих бактерий, которые образуют сероводород в заводняемых пластах;

3)вода должна быть стабильной по химическому составу и иметь высокую нефтевымывающую способность.

20

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИГОДНОСТИ ВОДЫ ДЛЯ ЗАКАЧКИ В ПЛАСТЫ

Вбольшинстве случаев пригодность воды для заводнения оце­ нивают в лабораторных условиях следующим образом. Через образцы пород, выточенные из кернов продуктивного пласта, прокачивают несколько литров воды различного качества. При этом замеряют проницаемость образцов для воды. Для заводнения пласта счи­ тается пригодной вода, при которой практически не снижается проницаемость образцов пород при установившемся режиме фильтра­ ции.

Основной недостаток лабо­ раторной оценки качества воды для заводнения состоит в труд­ ности интерпретации получен­ ных данных применительно к промышленным условиям и сложности моделирования про­ цесса заводнения пластов в лабораторных условиях. Кроме того, ограниченное число кер­ нов, отбираемых при бурении нагнетательных скважин, ока­ зывается недостаточным для характеристики коллекторских свойств пласта в целом как по его разрезу, так и по прости­ ранию. Поэтому нередко вода, снижающая проницаемость кер­ нов при фильтрации в лабо­

раторных условиях, не вызывает затухания приемистости нагне­ тательных скважин.

Достоверные данные о необходимом качестве воды для завод­ нения и оптимальном значении давления нагнетания можно полу­ чить лишь на основе пробной закачки воды в пласты. При пробной закачке важно выяснить не только допустимое содержание меха­ нических примесей в воде, но и размеры взвешенных частиц, кото­ рые могут свободно проходить по поровым каналам пласта. Это

Экспериментальным путем А. Н. Петрашев [129] установил параметр, характеризующий условия прохождения и задержания взвешенных в воде частиц в пористой среде при ламинарном режиме фильтрации. В качестве такого параметра было принято отношение осредненного значения диаметра поровых каналов грунта D r к сред­ нему размеру частиц взвеси dc. Автор указывает, что засорение по-

21

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ

В систему подготовки воды для заводнения пластов входят водозаборы, водоочистные сооружения и насосные станции.

1.ВОДОЗАБОРЫ

Кводозаборам предъявляются следующие требования: постоян­

ная и достаточная мощность, высокое и устойчивое качество воды в течение года, близость к району заводнения, простота технического решения водозабора и небольшие сроки его строительства, а также экономичность •— минимальные капитальные затраты и эксплуата­ ционные расходы. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют водозаборы, базирующиеся на грунтовых водах. В районах, бедных грунтовыми водами, с успехом могут быть использованы воды откры­

имогут быть использованы в заводнении пластов без дополнительной очистки. Воды поверхностных источников по качеству значительно уступают грунтовым. К существенным недостаткам поверхностных вод следует отнести резкое изменение их качества в периоды весенних

иосенних паводков.

Водозаборы грунтовых вод разделяются на подрусловые и арте­ зианские. В практике заводнения нефтяных месторождений большее распространение получили подрусловые водозаборы, которые в зависимости от способа подъема воды могут быть сифонными или с индивидуальным насосным оборудованием.

Сифонные водозаборы

Сифонные подрусловые водозаборы (рис. 2) сооружены на Туймазинском, Бавлинском и Ромашкинском, а также на некоторых других нефтяных месторождениях.

В пойменной части реки, где залегают водоносные аллювиальные отложения, бурят водоотбирающие скважины глубиной 20—30 м. Расстояние между скважинами принимается от 50 до 100 м

23

в зависимости от продуктивности гравиино-галечниковых слоев этих отложений. Водоотбирающие скважины обсаживают трубами диа­ метром 300 мм и оборудуют водоподъемными трубами диаметром 200 мм. Оголовок скважины выполняют в виде круглого бетонного колодца (на рис. не показан) с герметичным люком. Диаметр колодца 1,5 м, а высота его зависит от глубины заложения водосборной линии.

Скважины через сборный коллектор подключены к вакуумкотлам, которые совмещены с насосной станцией первого подъема. Насосная станция первого подъема представляет собой железо­ бетонную шахту диаметром 10 м, в подземной части которой (глу­ биной 9 м) размещены вакуум-котлы и насосное оборудование,

Рис. 2. Принципиальная схема сифонного водоза­ бора подрусловых вод

1 — фильтр; 2 — обсадная колонна; 3 — водоподъемная труба; 4 — вакуум-котел; 5 — вакуумметр; 6 — вакуумнасос; 7 — насос второго подъема; s — резервуар с чистой водой; 9 — кустовая насосная.

а в наземной части (высотой 6 м) на специальной площадке смонти­ ровано электрораспределительное устройство. Обычно станция обо­ рудована двумя вакуум-котлами, тремя напорными насосами, а для создания вакуума в сифонной системе установлены два вакуумнасоса марки РМК-2 производительностью 2 м3 /мин, рассчитанные на вакуум 650 мм рт. ст. От насосной станции проложены к основ­ ным сооружениям законтурного заводнения трубопроводы диаметром

400мм.

Всвязи с существенными недостатками в компоновке оборудо­ вания насосной станции сифонного водозабора (расположение задви­

жек на напорных водоводах внутри шахты, что создает тесноту в насосной; возможность затопления насосной станции в случае порыва прокладок или выхода из строя одной из задвижек; полная остановка водозабора при аварии оборудования станции первого подъема) на Туймазинском и Ромашкинском месторождениях была изменена проектная схема обвязки оборудования. Аварийные задвижки были установлены в отдельной камере вне насосной;

24

там же были смонтированы расходомеры диафрагменного типа; чтобы при ремонтах оборудования насосной станции первого подъема не останавливать полностью водозабор, напорный коллектор разде­ лили на две самостоятельные части при помощи заглушек (рис. 3).

Большое значение имеет правильный пуск в эксплуатацию сифонного водозабора в период его освоения и после остановки, так как вся сифонная система коллекторов с вакуум-котлами пред­ ставляет всасывающую линию большой протяженности, заполненную водой. Для приведения в движение всей массы воды требуется плав­ ный ввод насосного оборудования во избежание срыва вакуума. Пуск

а ff

Рис. 3. Схема монтажа напорных коллекторов сифон­ ного водозабора:

а — проектная; б — измененная.

1 — шахта насосной станции; 2—насосы; з — расходомеры; 4 — разделительная заглушка; 5 — выносная камера для дублирующих задвижек; в — вакуум-котлы.

и выключение сифонного подруслового водозабора необходимо про­ водить в строгом соответствии с действующими правилами и про­ изводственными инструкциями.

Работа вакуум-насосов должна быть согласована с показаниями вакуумметра, не следует допускать предельного вакуума. Обычно при высоких динамических уровнях воды в подрусловых скважинах достаточно поддерживать в вакуум-котлах разрежение около 300—

и внутриконтурного заводнения нефтяных месторождений в началь­ ной стадии их разработки, когда постоянно приходится наращивать закачку воды и экономически нецелесообразно строить крупные водоочистные сооружения.

25

Водозаборы грунтовых вод с индивидуальным насосным оборудованием

Водозаборы подрусловых вод с индивидуальным насосным обо­ рудованием на водоотбирающих скважинах сооружают в тех слу­ чаях, когда водоносные аллювиальные отложения залегают на

Накопленный опыт эксплуатации подрусловых водозаборов на промыслах Татарии и Башкирии показывает, что насосный способ подъема воды на 20—30% дороже, чем сифонный.

В некоторых случаях производительность водозабора снижается вследствие накопления на забое скважины осадка и отложений карбоната кальция на стенках фильтра. Осадок обычно удаляют промывкой забоя сильной струей воды, а отложения карбоната кальция — при помощи солянокислотной обработки. При этом кислота вводится через заливочную трубу так, чтобы постепенно поднимаясь снизу вверх, она полностью растворила карбонатные отложения.

26

Водозаборы открытых водоемов

На нефтяных месторождениях, где нет неглубоко залегающих подрусловых и грунтовых вод или где запасы их ограничены, источ­ ником водоснабжения для заводнения служат открытые водоемы —

сооружают водозаборы раздельного типа (рис. 5). Приемные фильтры всасывающих труб опущены непосредственно в водоем на требуемую глубину.

При больших расходах воды и отсутствии у берега водоема требуемой глубины обычно сооружают водозаборы с береговыми колодцами (рис. 6). Водозабор в этом случае состоит из самотечных

4-50M

I 7

Рис. 6. Водозаборные сооружения раздельного типа с самотечными трубами, уложенными в траншее по дну водоема:

1 — приемное отверстие с решеткой; г — самотечные трубы; 3 — железобетонный ящик без

приемных линий большого диаметра и берегового колодца, куда опущены всасывающие трубы насоса первого подъема. Достоинством водозаборов этого типа являются: малая чувствительность зеркала воды в приемном колодце к волновым колебаниям в водоемах и улучшение качества воды в результате осаждения крупных частиц механических примесей в приемных колодцах. Вместе с тем следует

27

отметить, что сооружение водозаборов с береговыми колодцами связано с дорогостоящими подводными работами (рытье подводной траншеи для укладки самотечных труб и устройство оголовка).

2. ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Подготовка поверхностных вод для заводнения пластов осу­ ществляется на специальных очистных станциях. Технологическая схема и состав сооружений станции определяются физико-хими­ ческими свойствами и загрязненностью поступающей на очистку воды.

Ниже рассмотрены типовые очистные станции и отдельные техно­ логические процессы обработки воды, а также конструкции соору­ жений, применяемых при подготовке воды открытых водоемов.

Рис . 7. Принципиальная схема современной станции очистки поверхностных вод.

На рис. 7 изображена принципиальная схема современной стан­ ции очистки пресной воды. Вода из открытых источников насосами первого подъема 1 подается в нижнюю часть вертикального смеси­ теля 3. При этом в воду добавляют из емкости 2 необходимое коли­ чество коагулянта, который способствует укрупнению взвешенных

нием механических примесей, которые задерживаются на песчаных фильтрах 5. Очищенная вода собирается в резервуарах 6, откуда

зионных осветлителей применяются горизонтальные отстойники.

Процессы подготовки воды

Сущность осветления мутных вод коагулированием. В воде откры­ тых источников содержатся взвешенные вещества: частицы глины, песка, ила, планктона, продуктов разложения растений и т. п.

28

Хотя удельный вес частиц преимущественно больше единицы, они очень медленно осаждаются под действием одной лишь силы тяжести. Для ускорения их осаждения применяются различные коагулянты. При подготовке воды наиболее часто в качестве коа­ гулянта используют сернокислый алюминий A12 (S04 )3 и хлорное железо FeCl3 .

Ионы алюминия вступают в обменную реакцию с ионами адсорб­ ционного слоя взвешенных частиц, загрязняющих воду. Этот про­ цесс идет довольно быстро и заканчивается по исчерпывании обмен­ ной способности частиц взвесей. После этого гидролизуется избыток добавленного к воде сернокислого алюминия с образованием в конеч­ ном счете коллоида гидроокиси алюминия:

Гидрат окиси алюминия укрупняется в хлопья, которые осажда­ ются, увлекая с собой частицы взвешенных веществ. Выделяющиеся при гидролизе сернокислого алюминия ионы водорода понижают pH воды. Кроме того, избыток водорода замедляет процесс гидролиза. Поэтому для хорошей коагуляции необходимо, чтобы образующиеся при гидролизе водородные ионы удалялись из сферы реакции. При очистке природных вод обычно избыток ионов водорода связывается присутствующими в воде ионами бикарбоната:

Если бикарбонатов в воде для этого недостаточно, то добавляют щелочные реагенты.

При добавке соды ионы водорода связываются по реакции:

При введении извести или едкого натра идет взаимодействие:

н+ +он-—*н2 о

При обработке воды сернокислым алюминием оптимальным является значение pH = 6—7,5. При pH > 8 в растворе образуются растворимые алюминаты А102 . При pH <С 5 гидролиз сернокислого

29