Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды

Подождите немного. Документ загружается.

Общая проницаемость пласта k0 отражает суммарную про

ницаемость пористой среды (£Пор) и проницаемость трещин

(£ТР) , т. е.

где Ь — ширина трещин, м; т т — трещинная пористость, %.

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ

СТОЧНЫХ ВОД

При закачке воды в пласт, сложенный смешанными коллек

торами, ее движение в основном происходит по системе трещин,

откуда она фильтруется в межзернистую пористую среду пласта

или наоборот. Это коллекторы наиболее распространенные.

По некоторым данным [7] установлено, что независимо от по

роды пласта поддержание высокого давления нагнетания позво

ляет в течение ряда лет сохранить высокую приемистость сква

жин. Очевидно, в этом случае приемистость скважины опреде

ляется количеством трещин в коллекторах и величиной их

раскрытия. Для таких пластов, по мнению специалистов [38, 46,

52], требования к качеству закачиваемых нефтепромысловых

сточных вод могут быть значительно снижены.

Работами У. М. Байкова и др. [7] установлено, что в ряде

случаев сохранение в течение длительного времени высокой

приемистости нагнетательных скважин не зависит от трещинова

тости коллекторов, а определяется в основном размерами дис

персных частиц механических примесей, находящихся в зака

чиваемой нефтепромысловой сточной воде.

Требования к нефтепромысловым сточным водам как рабо

чему агенту для заводн!ения предъявляются по трем основным

показателям: содержанию эмульгированной нефти (нефтепро

дуктов) и частиц твердых механических примесей, микробиоло

гической и химической совместимости ее с пластовой водой и

породой коллекторов. Из-за разнообразия характеристик и

свойств пластов нефтяных месторождений до сих пор нет еди

ных нормативных требований, регламентирующих содержание

в воде нефти, механических примесей и других показателей

воды.

На практике возможность применения на месторождениях

метода заводнения и определение допустимого содержания за

грязняющих воду компонентов устанавливают пробными закач

ками. Значение допустимых пределов содержания нефти и твер

дых механических примесей колеблется в широком диапазоне

(нефти — от 10 до 90 мг/л, твердых механических примесей —

от 10 до 70 мг/л). Для предварительных расчетов допустимое

содержание нефти и механических примесей в сточных водах,

(131)

6Тр рассчитывают по формуле

*тр = 8,5 • 10Ibm1,

(132)

230

используемых в заводнении различных групп нефтяных залежей

согласно ВНТП 3—77; можно определять по табл. 48.

Таблица 48

Группы

нефтяных

залежей

Классификационные признаки

Содержание в зака

чиваемой воде, мг/л

тип коллектора

коэффициент

проницаемос

ти, м2 • 10“12

коэффициент

I трещинова

тости

нефти до

твердых при

месей

Порово-трещин-

0,360 2— 6,5

ный

Более

Менее 2

0,350

3 Трещинно-поро- До 0,600 3,6—3,5 40

вый

Более Менее

0,600 3,6

Примечания. I. ВНТП 3—77. Нормы технологического проектирования

объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных место

рождений.

2. Кратковременно (в течение суток не более I—1,5 ч) допускается за

качка воды, содержащей нефти и твердые примеси вдвое больше рекомен

дуемых.

Требования химической совместимости и стабильности стон-

ных вод. Анализ состава механических примесей, содержащихся

в сточных водах, указывает, что иногда наличие твердой взвеси

связано с нарушением стабильности вод. Это может быть след

ствием необратимых химических реакций, сопровождающихся

выпадением твердых солей из пересыщенных растворов.

При одновременном присутствии в сточной воде железа и

сероводорода происходит нарушение сульфидного равновесия

с образованием черной тонкодисперсной взвеси сульфида же

леза. Так, в сероводородсодержащих водах Куйбышевской обла

сти взвеси представлены в основном сернистым железом, кон

центрация котоврго достигает 85 %.

В девонских водах содержится значительное количество за-

кисного железа (до 500 мг/л). При окислении кислородом воз

духа или кислородом, вводимым с пресной водой, железо пере

ходит в окисную форму и выпадает в осадок. Этот процесс про

текает сравнительно медленно и заканчивается иногда в си

стеме ППД. Поэтому количество взвеси в воде, в совокупности

с продуктами коррозии водоводов, у нагнетательных скважин

иногда бывает большим, чем после очистных сооружений. Кар

бонатное и сульфатное равновесие связано с присутствием

в сточных водах солей металлов кальция, магния и бария.

В связи с этим стабильность вод зависит от ее общей жесткости,

т. е. определяется суммарным содержанием указанных ионов.

231

Микробиологические требования„ Микробиологические тре

бования обусловлены необходимостью предотвращения зараже

ния нефтяных залежей бактериями, вызывающими ухудшение

качества добываемой нефти и газа, бактериальной кольматаж

поровых объемов нефтяных залежей. Особенно нежелательно

попадание и развитие в нефтяной залежи сульфатредудирую-

щих бактерий, которые в нефтяном пласте при благоприятных

условиях — пониженной минерализации (опреснения) пласто

вых вод, значительном содержании сульфатов в закачиваемой

воде — в результате своей жизнедеятельности приводят к выпа

дению в осадок карбоната кальция (кальцинита) и выделению

сероводорода:

бактерии t

CaSO4 + CO2 + 8Н+ — ICaCO3+ 3H20 + H2S.

Углекислый кальций, откладываясь в поровых каналах и тре

щинах пласта, ухудшает его коллекторские свойства (снижает

проницаемость). Сероводород повышает коррозионную актив

ность пластовых вод и ухудшает качество добываемой продук

ции (нефти и газа).

* ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ, ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИКА

оч и ст к и И ПОДГОТОВКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Многолетняя практика подготовки и использования нефте

промысловых сточных вод в заводнении показывает, что техно

логии и средства их очистки и подготовки к закачке в нефтяные

залежи должны выбираться исходя из возможности удаления:

гетерогенных включений нефти и механических примесей из

стоков до предельно допустимого содержания;

свободного газа из воды для обеспечения работы насосов

в оптимальных режимах и исключения вероятности его скопле

ния в помещениях кустовых насосных станций;

агрессивных газов из воды для снижения коррозионной ак

тивности вод.

При необходимости, нефтепромысловые стоки следует обра

батывать ингибиторами и бактерицидами для антикоррозион

ной защиты оборудования, сети водоводов и нагнетательных

скважин и подавления жизнедеятельности бактерий.

При выборе методов и средств очистки — основного процесса

подготовки нефтепромысловых сточных вод — важными факто

рами являются:

дисперсность частиц, загрязняющих воду включений;

разность плотностей воды и частиц; количественное содер

жание в воде нефти и механических примесей и их соотноше

ние; содержание газов в свободном и растворенном состоянии;

физико-химическая стабильность воды и связанная с ней склон

ность к осадкообразованию; коррозионная активность.

232

Несмотря на многообразие требований технология очистки

и подготовки нефтепромысловых сточных вод при их использо

вании в системах поддержания пластового давления должна

предусматривать минимально необходимое число процессов и

номенклатуру средств.

Наряду с основными технологическими процессами очистки

и подготовки должно предусматриваться своевременное удале

ние; уловленной нефти из технологических аппаратов и соору

жений очистки воды и возврат ее в поток товарной продукции;

осадков механических примесей из технологических аппаратов

и сооружений, в последующем либо их обезвреживание, либо

ликвидация, а при возможности их утилизация.

Основные методы очистки нефтепромысловых сточных вод

в отрасли — механические и редко физико-химические. Самый

распространенный — это метод отстаивания как наиболее про

стой и дешевый, во многих случаях обеспечивающий необходи

мые требования к качеству воды. На большинстве объектов

применяют только этот метод, а на некоторых — в сочетании

с фильтрацией и физико-химическими методами. На практике

применяют две разновидности отстаивания: чаще при атмосфер

ном давлении и реже напорное отстаивание под давлением.

Метод отстаивания хотя и прост, но имеет недостатки: боль

шая зависимость качества очистки от характеристик загряз

няющих включений (дисперсности, стабильности и др.), дли

тельность процесса и т. д. Поэтому в последние годы для по

вышения производительности оборудования и глубины очистки

стоков были разработаны и разрабатываются такие средства,

как отстойники тонкослойного отстаивания, с коалесцирующим

фильтром, фильтры, трехпродуктовые гидроциклоны и др. Ho эти

средства пока еще широкого распространения не получили.

Необходимо отметить, что (выбор технологических средств

очистки определяется и объемами нефтепромысловых сточных

вод на объекте. Объекты очистки и подготовки нефтепромысло

вых сточных вод для закачки в продуктивные нефтяные пласты

классифицируют по трем основным признакам: суточной мощ

ности установки и сооружений очистки; качеству очищенной

воды в соответствии с проницаемостью коллекторов нефтяных

пластов, в которые закачивается сточная вода; наличию серово

дорода в очищаемой сточной воде и связанные с этим меро

приятия по исключению попадания сероводорода в атмосферу.

СООРУЖЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ОЧИСТКИ И ПОДГОТОВКИ

НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

В настоящее время на объектах сбора и подготовки нефти

для очистки и подготовки нефтепромысловых сточных вод при

меняют различные типы сооружений, установок и аппаратов,

скомпонованных по разным технологическим схемам1.

233

Применение различных видов сооружений и оборудования

обусловлено физико-химическими свойствами пластовых вод,

характеристикой заводняемых нефтяных залежей, климатиче

скими условиями месторождений, технологией сбора и подго

товки нефти, а также обустройством объектов в разные этапы

развития отрасли, последующим усовершенствованием и нара

щиванием мощностей очистных сооружений. Поэтому на отдель

ных объектах наряду с прудами-отстойниками, нефтеловушками

эксплуатируют и резервуары-отстойники, горизонтальные ци

линдрические емкости и т. п.

Ранее в отрасли наибольшее распространение имели очист

ные сооружения открытого типа: нефтеловушки, пруды-отстой-

ники, земляные амбары. На их долю приходилось более

60 % очистных сооружений. Преимущество этих сооружений

заключается в том, что, обладая большими объемами, они по

зволяют осуществлять длительное отстаивание, применять фи

зико-химические методы очистки с использованием коагулянтов

и флокулянтов, при которых увеличивается количество выпадае-

мых осадков, а самое главное — в них возможно осуществлять

совместную очистку и подготовку пластовых вод и вод промыш

ленно-ливневой канализации, а также железосодержащих и серо

водородсодержащих пластовых вод. Однако качество очистки,

достигаемое на этих сооружениях, низкое, остаточное содержа

ние нефти 20—200 мг/л, твердых механических примесей 15—

100 мг/л. Поэтому чаще всего на этих сооружениях отстаива

ние сочетают с физико-химическими методами с применением

реагентов, при котором значительно улучшается качество очи

стки (остаточное содержание твердых механических примесей

9—16 мг/л). Применение физико-химических методов сущест

венно повышает себестоимость очистки. Если очистка I м3 сточ

ных вод в прудах-отстойниках отстаиванием обходится 5—7 коп.,

то с применением реагентов доходит до 10—12 коп. При этом

усложняются технологические схемы очистки сточных вод, по

является необходимость в реагентном хозяйстве и проблемы

утилизации осадков, дозировки реагентов и т. д.

На некоторых объектах в технологию очистки сточных вод

введена еще одна ступень очистки — фильтрация. Очистку сточ

ных вод на этих объектах ведут по схеме нефтеловушка — пруд-

отстойник— напорный или безнапорный фильтр.

Применение фильтрации более чем другие методы усложняет

технологические схемы очистки. При этом необходимы емкости

с чистой водой, насосы для промывки фильтров, иловые пло

щадки для сброса промывочной воды, площади для песка (за

грузочного материала). Загрузка и выгрузка песка в фильтры

и из фильтров — чрезвычайно трудоемкий процесс. Надежность

работы этих сооружений низкая. Себестоимость очистки I м3

сточной воды высокая, на отдельных объектах достигает 56 коп.

Открытые системы очистки нефтепромысловых сточных вод на

234

ряду с отмеченными достоинствами имеют характерные недо

статки: громоздки, занимают большие площади и дорогостоя

щие; низкая технологическая эффективность, относительно вы

сокая стоимость очистки; трудность сбора всплывшей нефти

с поверхности прудов; выветривание легких фракций уловлен

ной нефти и выделение растворенных газов из воды вызывает

загазованность территории очистных сооружений, вследствие

чего сами очистные сооружения являются источниками загряз

нений атмосферы; загрязнение нефти пылью и т. д. трудоемка

зачистка прудов при заиливании и образовании агломератных

слоев, вследствие чего эти сооружения не ремонтируют, а по

выходе из строя рядом с ними сооружают новые. В связи с на

личием таких серьезных недостатков эти сооружения в ближай

шие годы, за исключением технико-экономически обоснованных

случаев, должны быть ликвидированы и заменены блочными ап

паратами и резервуарами.

Другой более распространенный тип очистных сооружений —

это резервуары-отстойники. Ими уже обустроено более 40 %

объектов водоподготовки. Достоинство резервуаров-отстойни

ков — индустриалыюсть строительства, меньшие затраты труда

на их возведение, наличие большого объема для длительного

отстаивания стоков, герметичность сооружения и др.

В резервуарах-отстойниках можно достичь сравнительно вы

сокой степени очистки, но для этого необходимо в процессе под

готовки нефти применять соответствующие ПАВ и не допускать

передиспергирования обрабатываемой системы. Кроме того, про

изводительность резервуаров-отстойников можно значительно

повысить (с одновременным улучшением качества очистки сточ

ных вод), если оборудовать их соответствующими распредели

тельными устройствами и гидрофобными жидкостными фильт

рами. Для очистки газонасыщенных сточных вод применяют

напорные горизонтальные отстойники.

В качестве напорных отстойников могут быть использованы

стандартные емкости для бутана, которые оборудованы допол

нительными устройствами для ввода очищаемой, слива очищен

ной воды, уловленной нефти и дренажа осадка. Производитель

ность отстойника определяется из условий 1,5—2-часового от

стаивания. Давление в отстойнике должно быть не менее

0,2 МПа. Остаточное содержание нефти и твердых механических

примесей в очищенной воде соответственно 30—50 и 25—35 мг/л.

На базе таких емкостей разработаны аппараты (напорные)

очистки нефтепромысловых сточных вод: коалесцирующий

фильтр-отстойник ФЖ-2973 (разработчик БашНИПИнефть); на

порный отстойник с гидрофобным жидкостным фильтром (раз

работчик ТатНИПИ нефть).

Резервуары-отстойники с двухлучевым распредели

тельным устройством для ввода и вывода жидкости (рис. 64)

конструкция ВНИИСПТнефть и СибНИИНП, Принцип работы

235

данной конструкции резервуара-

отстойника очистки сточных вод

очищаемая вода поступает в

резервуар-отстойник через пер

форированное двухлучевое вход

ное распределительное устрой

ство /, расположенное на вы

соте 2,5 м от днища резервуара.

Входной патрубок смонтирован

перфорацией вниз, выходящие

из отверстий струи воды га

сятся и отражаются экранирую

щим лотком 3, и за счет сил

энергии потока жидкость устрем

ляется вверх. Эмульгированные

глобулы нефти потоком жидко

сти выносятся к разделу фаз

нефть—вода.

Сточная вода, освободившая

ся от эмульгированных глобул

нефти и механических, начинает

движение в направлении к вы

ходному распределительному устройству 7. Выходное распреде

лительное устройство представляет собой также двухлучевую

перфорированную трубку, смонтированную перфорацией вниз,

не только без лотка. Очищенная вода через гидрозатвор 6 вы

водится из резервуара. Благодаря гидрозатвору 6 с антисифон-

ным устройством 5 исключена возможность случайного слива

уловленной нефти с потоком очищенной воды. Слив жидкости

из резервуара прекращается по достижении уровня жидкости

!верхней части колена гидрозатвора.

Для предотвращения замерзания в зимнее время гидроза

твор смонтирован внутри резервуара-отстойника и имеет неболь

шую высоту, благодаря чему уровень налива жидкости может

изменяться, т. е. резервуар одновременно выполняет функции

буферной емкости.

Уловленную нефть периодически или непрерывно выводят из

резервуара-отстойника через стояк 4 с помощью открытия за

движки. Полностью воду из резервуара сливают через сифон

ный кран 2, при этом предварительно сливают уловленную

нефть через стояк 4. Резервуар-отстойник зачищают размывом

осадка струей воды и слива размытых осадков — через сифон

ный кран 2. Резервуар-отстойник работает в динамическом’ (про

точном) режиме отстаивания. Двухлучевые распределительные

устройства ввода и отбора жидкости обеспечивают оптимальные

условия всплывания нефти и оседания механических примесей.

Это наиболее простое и надежное оборудование для очистки и

Рис. 64.

Резервуар с двухлучевым устрой

ством распределения потока

236

подготовки нефтепромысловых сточных вод на объектах с боль

шими объемами формирования стоков. Техническая характери

стика резервуаров-отстойников с двухлучевыми распределитель

ными устройствами (РВС-2000 и 5000) приведена в табл. 49, где

для сравнения приведены аналогичные данные для другого вида

оборудования очистки сточных вод. Кроме того, в табл. 49 ука

заны возможные варианты технологических схем привязки обо

рудования в установках очистки сточных вод и тип коллекторов,

куда возможна закачка вод после очистки на каждом виде обо

рудования.

Резервуары- отстойники с гидрофобным

жидкостным фильтром. Институтом ТатНИПИнефть

на базе РВС-2000, 3000 и 5000 предложена конструкция отстой

ника с жидкостным (нефтяным) гидрофобным фильтром

(рис. 65) производительностью соответственно 2000—2500,

3000—4000 и 7000—8000 м3/сут [38]. Принцип работы данного

аппарата: воду через распределительное устройство подают

в слой нефти, высоту которого поддерживают в заданных преде

лах гидрозатвором и нефтеотводящей трубой. Пройдя слой

нефти, вода движется вниз к кольцевому сборному трубопро

воду, в котором просверлены отверстия диаметром 30 мм

с шагом 550 мм. Кольцевой трубопровод соединен в центре

с отводящим трубопроводом очищенной воды. Отводящий тру

бопровод с внешней (или внутренней) стороны резервуара

связан с гидрозатвором, регулирующим уровень слива воды

в отстойнике.

В отстойнике с жидкостным фильтром сочетаются два про

цесса: контактирование загрязненной воды с очищающей гидро

фобной средой (нефть) и отстаивание в динамических условиях.

Для эффективного использования этих аппаратов необходимо:

обеспечить равномерное распределение очищаемой воды по

всей площади (фильтрующей поверхности) нефтяного слоя;

оснастить резервуар устройством отвода загрязнений с ниж

ней границы нефтяного слоя;

Рис. 65.

Резервуар-отстойник с жидкостным

гидрофобным фильтром (нефтью):

/ —перемычка для слива из резервуара

загрязненного промежуточного слоя;

2 — нефтеотводящая труба; 3, 4 — эле

менты устройства (люков) для отвода

нефти; 5, 10 — блоки; 6, 9 — датчики

уровня (поплавки); 7 — устройство для

распределения очищаемой воды в жид

ком гидрофобном фильтре (слое нефти);

8 — щелевые отверстия; П — крыша ре

зервуара; 12 — шток; 13 — подвижный

патрубок; 14, 15 — восходящие и нисхо

дящие трубы (сифон); 16 — выход из

резервуара очищенной поды; 17, 18, 21 —

задвижки; 19 — устройство для отбора

очищенной воды; 20 — подводящий тру

бопровод

237

Основное оборудование для очистки и

Оборудование

Объем, м3

Масса, т

Рабочее давление»

МПа

Резервуар-отстойник

с двухлучевым распре

делительным устрой

ством ввода и вывода

жидкости:

РВС-2000

2000 40

0,6

РВС-5000

5000

100

0,6

Резервуары-отстойники

с гидрофобным жидкост

ным фильтром:

РВС-1000

1000

РВС-2000

2000 45

—

РВС-5000

5000

—

Таблица 49

подготовки нефтепромысловых сточных вод

Остаточное содержание, мг/л

на входе

на выходе

C l .

+ Ip

Производитель

м3/сут

нефти

механических

примесей

нефти

механических

примесей

Возможность (

очистки серов<

содержащих сгг

HbiX ВОД

До 4000

До 3000

До 500

—

30—50

, 10000

. 3000

. 500

30—50

30-50

—

2000—2500

He ограни

чено

До 500

30—50 30—50

—

3000—4000

То же

. 500

30—50

30-50

—

7000—8000

. 500

30-50

Сл

—