Архив WinRAR_1 / Лекции_ХИМИЯ

-сульфатнонатриевые;

-гидрокарбонатнонатриевые;

-хлормагниевые;

-хлоркальциевые.

Для оценки химического состава пластовых вод обязательно определяют шесть ионов:

Cl-, Ca2+, SO42-, Mg2+, HCO3-, Na+.

Определют также плотность (г/см3) и водородный показатель (рН) воды. Иногда дополнительно определяют J-, Br-, NH4+, CO32-, Fe2+, H2S.

Пластовые сточные воды (ПСВ) включают:

-пластовые воды (до 85%); -пресные воды (до 12%), добавляемые на установке подготовки нефти; -промливневые воды (до 3%).

ПСВ имеют более высокую минерализацию и вязкость, чем пресная вода, содержат в себе ПАВ, вследствие чего обладают лучшей нефтевымывающей способностью, а также ингибирующей способностью по отношению к глинистым породам.

Однако большинство ПСВ имеют низкую стабильность химического состава; в результате протекающих реакций образуются твердые взвешенные частицы (ТВЧ), засоряющие призабойную зону нагнетательных скважин.

Так, соли закисного железа в форме бикарбоната, взаимодействуя с О2 воздуха, дают осадок гидрата окиси железа и коррозионно агрессивный углекислый газ.

4Fe(HCO3)2+ 2О2 4Fe(OH)3 +8CO2

При закачке пластовых сточных вод (ПСВ) в нагнетательные скважины следует учитывать их совместимость с пластовыми водами.

При несовместимости процесс выпадения солей из смеси вод может привести не только к снижению приемистости нагнетательных скважин, но и к интенсивному образованию и отложению солей, что повлечет осложнения

26

в эксплуатации системы сбора и подготовки нефти. Так, закачка сульфатнонатриевой воды в пласты, содержащие хлоркальциевые соли приводит к образованию нерастворимого осадка гипса

SO4Ca2HOCaSO42HO

Кроме механических примесей и осадков солей в закупорке пор продуктивных пластов принимают участие различные микроорганизмы и водоросли, находящиеся в нагнетаемой воде. Наиболее опасными являются сульфатвосстанавливающие бактерии, способные почти полностью восстанавливать S6+ в сульфат ионах в S2-с образованием сероводорода, что увеличивает коррозионную агрессивность среды.

Одновременно с восстановлением ионов серы (S6+ ) происходит окисление углеводородов нефти кислородом сульфатов до СО2 и Н2О.

CaSO4 + CH4 СаСО3 + H2S + H2О

7CaSO4 + C9H20 7СаСО3 + 2СО2 + 7H2S + 3H2О

Сероводород реагирует с железом с образованием сернистого железа, которое не образует плотной защитной пленки на металле и не предохраняет его от дальнейшей коррозии.

Сероводород в присутствии кислорода образует серную кислоту H2S+2О2 H2SO4 и выпадающие в осадок сульфиды железа

4Fe2+ +3О2 + 6H2S 2Fe2S3 + 6H2О

Снизить коррозионную агрессивность воды по отношению к металлам можно:

-исключением контакта пластовой сточной воды с кислородом воздуха;

-введением в воду ингибиторов коррозии;

-изоляцией поверхности труб и оборудования различными материалами;

-обескилороживанием воды;

-применением материалов, стойких к коррозии в пластовых водах. Биохимические процессы восстановления сульфатов до H2S подавляют

обработкой нагнетаемой воды реагентами-бактерицидами (формальдегид,

27

фенолы), которые отравляют и разрушают клетки микроорганизмов, и реагентами-бактериостатами (имидозалин, первичные амины, щелочные реагенты), препятствующими нормальному обмену веществ клеток и, следовательно, их размножению.

3.1. Очистка воды с помощью химических реагентов: коагулянтов и флокулянтов

3.1.1. Понятия коагуляция и флокуляция

Для очистки воды от тонкодисперсных взвешенных веществ используют химические методы ее обработки.

Химические реагенты, добавка которых к воде способствует укрупнению частиц взвеси и образованию хлопьев принято называть

коагулянтами.

Коагулянты широкого применения:

-сернокислый алюминий Al2(SO4)3 18H2O

-хлорное железо FeCl3

(диссоциация)

Al3+ + H2О Al(ОН)3 + H+ (гидролиз избытка Al2(SO4)3)

Гидрат окиси алюминия поднимается в виде хлопьев медленнее, чем пресная вода с мехпримесями, в результате чего мехпримеси захватываются этими хлопьями и уносятся по трубе в осадконакопитель.

Избыток ионов водорода связывают добавлением к воде соды, извести или едкого натра. Хлорное железо в воде диссоциирует с образованием Fe3+

FeСl3 Fe3+ + 3Cl- (диссоциация)

Fe3+ + 3H2О Fe(OH)3 + 3H+ (гидролиз)

Коллоид гидроокиси железа коагулирует и осаждается в виде хлопьев, увлекая за собой частицы взвешенных веществ, находящихся в воде.

Флокуляция – рассматривается как вид коагуляции, при котором частицы дисперсной фазы образуют рыхлые хлопьевидные агрегаты (флокулы).

28

Наиболее активные флокулянты – органические ВМС: полиэтиленоксид, ПАА гидролизованный, крахмалы и др. флокулянты используют в технологиях водоподготовки, обезвреживания промышленных сточных вод; очистки воды от примесей нефтяных и ТВЧ; утилизации отработанных буровых растворов и т.д.

Целью применения коагулянтов и флокулянтов является удаление из воды коллоидных и тонкодисперсных примесей (нефти, частичек породы, продуктов коррозии оборудования) путем их агрегации под воздействием коагулянтов и флокулянтов с последующих отделением образовавшихся агрегатов отстаиванием, флотационными и фильтрационными процессами. Процессы коагуляции и флотации происходят в широком диапазоне дисперсности частиц 0,1-100 мкм и концентрации дисперсной фазы (от 0,001

до 15-30%).

Коагуляция коллоидов (потеря агрегативной устойчивости мицеллы) может быть осуществлена путем введения электролитов под воздействием химических факторов (нагревание, перемешивание, наложением электрических и магнитных полей).

В качестве коагулянтов чаще всего применяют неорганические соли AL, Fe: сульфаты AL и Fe, хлориды Fe, смесь хлорида и сульфата Fe,

алюминиевые квасцы МIMIII(SO4)2 12H2O , где МI – Na, K, Pb, Cs, NH4 и др., MIII – AL, Ti, Cr, Fe и др.

KAL(SO4)2 12H2O – алюмокалиевые квасцы, получают смешением горячих водных растворов сульфатов МI и MIII .

При растворении коагулянтов в воде происходит их гидролиз. Образующиеся оксиды AL и Fe труднорастворимы, обладают большой адсорбционной поверхностью несут положительных заряд, благодаря чему взаимодействуют с отрицательно заряженными частицами нефти и механических примесей, приводя к их гетерокоагуляции.

Термин флокуляция долгое время использовался как синоним коагуляции. В 1966г. Ла Мер предложил разделить эти понятия и называть

29

коагуляцией образование агрегатов частиц, вследствие изменения их электростатических свойств под влиянием электролитов, а флокуляцией – процесс, протекающий без изменения электрических свойств частиц с образованием хлопьев, в которых коллоидные частицы связаны за счет химических сил мостиками макромолекул (или макроионов) реагента – флокулянта.

Флокулянты могут быть природные и синтетические водорастворимые полимерные соединения с молекулярной массой от десятков тысяч до нескольких миллионов.

3.1.2. Стабилизация и флокуляция коллоидных дисперсий полимерами

Электростатическая стабилизация дисперсной системы (ДС) наблюдается в результате отталкивания дисперсной фазы частиц с движущимися слоями.

Полимерная стабилизация ДС возможна при условии массы, когда макромолекулы имеют те размеры, которые необходимы, чтобы действовали силы отталкивания частиц.

Флокуляция устойчивой ДС, стабилизированной полимерами может быть достигнута в результате:

-понижения растворимости стабилизирующих макромолекул в дисперсной среде путем добавления жидкости, смешивающейся со средой, но в которой полимер не растворим или плохо растворим;

-нагревания системы;

-охлаждения системы;

-изменения давления.

На флокуляцию влияют:

-концентрация и размер частичек;

-природа частичек;

-покрытие поверхности частичек (полимерами);

30

-природа полимера;

-молекулярные параметры и конформация молекул полимеров.

влияние концентрации полимеров на устойчивость коллоидных дисперсий

В области низких концентраций полимера (от нескольких десятков ррм) доминирует эффект флокуляции по мостиковому механизму, который наблюдается не только для электростатических стабилизированных частиц, но и для некоторых полимерно-стабилизированных систем, например стабилизированных ПАК, сфлокулированных полиоксами.

При более высокой концентрации полимера (от 0,01 до неск.) наблюдается стерическая стабилизация . частицы такой системы могут коагулировать по вытеснительному механизму, по механизму слабой коагуляции и механизму флокуляции.

При дальнейшем увеличении концентрации полимера до 2% наблюдается гетерофлокуляция по мостиковому механизму или вытеснительная флокуляция; при максимальной концентрации – вытеснительная стабилизация [12] .

31

3.2. Технологии очистки промысловых сточных вод

При турбулентном режиме течения потока в воде могут содержаться капли разного размера, в том числе мелкие, диаметр которых 1-2мкм. Такие капли при гравитационном отстое могут не отделяться от воды достаточно долгое время. Поэтому было предложено увеличить во много раз гравитационное воздействие путем применения центробежных сил (10005000д).

Сконструированы и активно применяются сепараторы и центрифуги. В нефтегазовой отрасли широко применяются флотаторы (НПЗ, ГПЗ, на нефтебазах). В случае, если воду используют для ППД, то флотаторы можно применять, но воздух, как барботажный агент, необходимо заменить на углеводородные газы.

Наибольшее применение нашли тарельчатые сепараторы, отделяющие от воды капли нефти и ТВЧ, и гидроциклоны, отделяющие нефть от воды. Эти аппараты отличаются способностью отделять капли разного размера и с различной эффективностью.

3.3. Обоснование необходимости улучшения качества подготовки воды для ППД путем удаления механических примесей, капелек нефти, твердых частичек АСП

Капли нефти, благодаря их способности к деформации и текучести будут двигаться по каналам. Когда в каплях нефти нет взвешенных твердых частиц, нефти и нефтепродуктов фильтруются вместе с водой. Но в сточных нефтесодержащих водах после разрушения эмульсии содержатся наиболее тяжелые частицы нефти, фрагменты разрушенных оболочек, состоящие из асфальтенов, смол, высших парафинов, механических примесей. По мере потери текучести за счет фильтрации нефти такие капли превратятся в конгломераты (АСПО), способные запечатать каналы пласта, создать полную непроходимость для воды при любом давлении нагнетания. Эта часть пласта станет недоступной для вытеснения нефти. Таким образом, присутствие в

32

воде остатков нефти, ТВЧ будет усугублять ситуацию с кольматацией пласта в результате возможной агрегации нефтяных частиц.

Количество механических примесей и нефти в пластовой сточной воде, закачиваемой в пласт, должно быть строго нормировано для каждого месторождения с учетом геолого-физической характеристики (проницаемости и трещеноватости) продуктивных горизонтов в процессе эксплуатации месторождения.

3.4. Требования к воде, закачиваемой для ППД, в зависимости от характеристики коллектора

3.5. Эффективность композиций реагентов для разрушения эмульсий с низким содержанием нефтяной фазы и для очистки нефтесодержащих сточных вод

В настоящее время обводненность скважинной продукции в нефтедобывающей отрасли России превышает 86%. Увеличение объемов подтоварной волы уменьшает время ее отстоя в технологическом

33

оборудовании. Но даже увеличение времени отстоя до трех часов не всегда дает желаемый результат.

Современные способы и приемы обезвоживания и обессоливания нефти, подготовки воды эффективны в сочетании с применением различных химических реагентов.

Задачей данного исследования является подбор реагентов, позволяющих эффективно разрушать водонефтяную эмульсию, получать товарную нефть и подготавливать воду необходимого качества для дальнейшей закачки ее в пласт с целью поддержания пластового давления, сохранив действующую схему подачи химических реагентов на установке.

Исследование проводились на промысловых эмульсиях Спорышевского месторождения, содержащих 2-7% нефти; расход химических реагентов в расчете на одну тонну нефти оставался одинаковым во всех случаях. Опыты проводились по методике «Bottle Test». Остаточное содержание нефти в воде определяли по ОСТ 39-133-81 «Вода для заводнения нефтяных пластоы, определение содержания нефти в промысловой сточной воде», коллоидно-взвешанных частиц (КВЧ) определяли по ОСТ 39-231-89 «Вода для заводнения нефтяных пласов, определение содержания механических примесей в речных и промысловых водах. Результаты исследований лучших композиций приведены в таблице.

34