image

Территория Нефтегаз № 10 2014

Разработка и эксплуатация месторождений

01.10.2014 10:00 Системы очистки воды для нужд поддержания пластового давления и промысловой подготовки нефти
Представлены конструктивные схемы многоступенчатых систем очистки технической воды от механических примесей и результат их применения на объектах ООО «ЛУКОЙЛ -Пермь».

Ключевые слова: техническая вода, механические примеси, система поддержания пластового давления, система подготовки нефти, сепараторы, фильтры.
Открыть PDF


Система поддержания пластового давления (ППД) является одной из наиболее важной с точки зрения эффективной разработки нефтяных месторождений.

При неправильной работе системы ППД невозможно обеспечить требуемый коэффициент извлечения нефти, обеспечить оптимальные затраты энергии на закачку воды и извлечение пластового флюида, снизить затраты на проведение обслуживания и ремонта скважин и нефтегазового оборудования. Количество, размеры и состав твердых взвешенных частиц (ТВЧ) в технологической и пластовой жидкости, так же как наличие механических примесей в перекачиваемом газе, имеют очень большое значение для технико-экономической эффективности практически всех процессов добычи нефти. В частности, наличие ТВЧ в технической или попутной воде снижает эффективность операций поддержания пластового давления (ППД) и промысловой подготовки нефти (ППН) за счет:

1) абразивного износа наземного и скважинного оборудования;

2) снижения приемистости призабойной зоны пласта (ПЗП) нагнетательных скважин;

3) увеличения расхода реагентов при разделении продукции скважин при ППН.

Именно поэтому количество механических примесей в воде, используемой, например, для системы ППД, не должно превышать 50 мг/л, размеры частиц должны быть не более 0,005 мм (согласно СТП-07-03.4-15-001-09 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» [1] и ОСТ 39-225-88 «Требования к качеству воды, используемой для заводнения нефтяных месторождений» нефтяной промышленности). И если пробы на выходе из аппаратов подготовки воды (растворный узел, установки подготовки воды и т.д.) практически соответствуют отраслевым стандартам и стандартам предприятий, то пробы на устье скважины показывают 4–5-кратное превышение ТВЧ и 20-кратное превышение размеров механических примесей. Причинами этого являются коррозия водоводов низкого и высокого давления, кристаллизация и выпадение солей за счет изменения термобарических условий в потоке перекачиваемой технической воды.

Для борьбы с механическими примесями (ТВЧ) широко применяются специальные технологии (коагуляция, флотация, инерционное сепарирование, фильтрация, мембранные технологии и т.д.) и различные виды оборудования. Практически всегда в состав такого оборудования входят сепараторы и фильтры механических примесей. Применение сепараторов, или фильтров, или их сочетания (в дальнейшем – система очистки, СО) для отделения механических примесей от жидкости зависит от состава перекачиваемого флюида, количества и гранулометрического состава примесей, расхода технологической жидкости, вида технологии, где применяется техническая вода, и применяемого технологического оборудования (насосы, пакеры, регулирующая и запорная арматура и т.д.). Выбор типоразмеров СО наиболее часто производится на основании промыслового опыта, по аналогии с используемыми на других объектах с похожими техническими показателями, на основании анализа технических показателей элементов СО. При этом необходимо отметить, что достаточно часто в технической документации на СО не четко прописаны именно те показатели, которые должны использоваться для выбора оборудования. Например, для сепараторов-отстойников указывается рабочий объем, габариты, масса, рабочее давление, рН, но не указывается максимально допустимое количество и гранулометрический состав мехпримесей, которые выносятся потоком жидкости. Для фильтров разных конструкций имеются значения тонкости фильтрации, но не указано, для жидкости с какими коэффициентами вязкости это справедливо. Обычно нет и данных о возможности, количестве циклов и условиях регенерации фильтрующей способности фильтр-элементов. Все это приводит к неоптимальному выбору СО, ухудшению его работы, увеличению содержания мехпримесей в потоке технологической жидкости и снижению эффективности технологических процессов добычи нефти. В связи с этим решение задачи качественной очистки воды для системы ППД от механических примесей с помощью компактных, недорогих и способных к быстрому восстановлению систем является очень актуальным. Оптимизация конструкции защитных устройств производится с помощью специальных программ, которые обеспечивают создание компьютерных моделей работы СО и проведение компьютерных экспериментов. Только после этого оптимальные конструкции переносятся на физические модели, которые проходят стендовые испытания для доводки конструкции. Такая технология создания сепараторов и фильтров обеспечивает высокие показатели применения СО.


Естественно, что решение о проведении подобных работ должно быть подтверждено технико-экономическим обоснованием. Первопричинами начала работ по подбору или созданию СО могут быть резкое снижение эффективности технологических процессов, уменьшение наработки до отказа технологического оборудования, повышение эксплуатационных расходов, снижение добычи нефти.

Например, низкие наработки до отказа многих опытных конструкций скважинных гидроприводных насосных установок (гидропоршневых, гидроштанговых, струйных) во многом обусловлены не неудачной конструкцией или низким качеством изготовления, а тем, что для их привода была использована техническая вода системы ППД. Разработчики оборудования принимали как аксиому положения стандартов о качестве воды системы ППД, под технические показатели этих стандартов разрабатывали и изготавливали узлы и детали скважинного оборудования. Например, узлы фильтрующих элементов, установленных в струйных и гидропоршневых насосных  установках, серийно выпускавшихся по соответствующим техническим условиям, имели размеры ячеек, задерживающих механические примеси с размерами гранул более чем 0,5–1,0 мм, и незначительные площади фильтрации. То есть эти устройства были рассчитаны на защиту насосов от попадания в них небольшого количества случайных редких частиц механических примесей. Поэтому при эксплуатации гидроприводных насосных установок эти фильтрующие элементы быстро выходили из строя, а следовательно, и сами насосные установки имели недостаточные наработки до отказа.


Для устранения негативного влияния механических примесей на технологические процессы добычи нефти, поддержания пластового давления, подготовки продукции скважин и на работу нефтепромыслового оборудования были созданы модульные системы очистки воды.

Эти системы состоят из модулей сепараторов механических примесей [2, 3], модулей фильтров [4, 5] и модулей адсорбентов [6]. В зависимости от условий эксплуатации (расход и давление жидкости), концентрации и гранулярного состава механических примесей, наличия остаточной нефти ООМП может содержать одну, две или три ступени очистки, одну или несколько последовательно или параллельно работающих линий.


Например, для закачки технической воды в пласт (система ППД) или для обеспечения работы струйного насоса на устье скважины может устанавливаться одноступенчатая однолинейная система СО (рис. 1).


Опыт показывает, что такая система эффективно очищает техническую воду от механических примесей с размерами гранул от 50 мкм и выше, при этом коэффициент сепарации указанных механических примесей достигает 95–100%. Более мелкие механические примеси (0,05–0,50 мкм) также отделяются в указанных модулях, но коэффициент сепарации таких примесей значительно ниже (Ксеп = 0,5–0,7). Для многих малопроницаемых пластов выявлена необходимость существенного уменьшения размера механических примесей в воде, используемой в системе ППД, – до значения 0,02–0,05 мкм.

Для таких условий должна применяться двухступенчатая система СО, состоящая из сепаратора механических примесей (первая ступень) и фильтрующих элементов тонкой очистки (вторая ступень) (рис. 2). В случае значительных расходов воды (более 500 м3/сут.) с большим содержанием механических примесей (более 500 мг/л) двухступенчатая СО может иметь две или более параллельно работающие линии. Они необходимы как для увеличения суммарного расхода очищаемой воды, так и для возможности очистки (регенерации) фильтрующих элементов. На рисунке 3 представлена конструкция такой системы, изготовленная на мощностях ООО «Элкам».

Во многих случаях после использования систем сепарации пластовой жидкости подтоварная вода имеет достаточно высокое содержание остаточной нефти При закачке такой воды в нагнетательные скважины будет ухудшаться приемистость ПЗП нагнетательной скважины и самого пласта. Поэтому для уменьшения количества остаточной нефти может быть использована система трехступенчатой очистки жидкости, подаваемой от системы ППД в нагнетательную скважину (рис. 4).

Первая ступень – это сепаратор механических примесей разработки РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, вторая – фильтрующая часть с фильтроэлементами из проволочного проницаемого материала (ППМ) разработки ООО «РЕАМ-РТИ» без гидрофильного и олеофобного покрытий, и третья – это сорбер, которым обеспечивается полная очистка воды от остаточной нефти. Для заполнения сорбера используется эффективный сорбент – терморасщепленный графит. Этот сорбент имеет существенные преимущества: коэффициент адсорбции составляет 50–90 кг нефти на 1 кг сорбента; высокая скорость сорбирования, стопроцентная плавучесть, термостойкость, инертность к окружающей среде, возможность изготовления сорбента на месте потребления.

Некоторые виды СО успешно прошли опытно-промысловые испытания (ОПИ) на объектах ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» и рекомендованы к широкому применению. Испытания признаны успешными в связи с тем, что СО обеспечили все показатели по качеству воды, указанные в СТП-07-03.4-15-001-09 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь», а также дополнительные условия по тонкости фильтрации для воды, закачиваемой в слабопроницаемые пласты, и по количеству остаточной нефти в подтоварной воде. Внешний вид проб механических примесей, отобранных на первой ступени очистки, представлен на рисунке 5. По результатам анализа, проведенного в лаборатории защиты от коррозии «ПермНИПИнефть», содержание мехпримесей в неочищенной воде составляло 62,9 мг/л. Количественные показатели СО представлены в таблице 1. Механические примеси представлены глинистыми частицами и зернами -кварца с примесью нефтепродуктов.

Минимальный размер частиц механических примесей – 0,39 мкм, максимальный размер – 1039 мкм. Средний размер частиц – 115,4 мкм. Гистограмма распределения глинистых частиц из неочищенной воды по размерам представлена на рисунке 6 и в таблице 2.

Гистограмма распределения частиц мехпримесей из воды, прошедшей систему очистки, по размерам представлена на рисунке 7 и в таблице 3.

Механические примеси представлены только глинистыми частицами. Минимальный размер частиц механических примесей – 0,39 мкм, максимальный размер – 26,5 мкм. Средний размер частиц по результатам двух определений – 2,68 мкм. По результатам химического анализа, содержание мехпримесей в очищенной воде составляло 17,7 мг/л, т.е. в 3,5 раза меньше, чем в исходной (неочищенной) воде.

ВЫВОДЫ

1. Созданы модульные малогабаритные системы очистки (СО) сточных и пресных вод, обеспечивающих выполнение требований стандартов по концентрации и размерам мехпримесей в воде.

2. Системы очистки воды разработки РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина с фильтроэлементами из проволочного проницаемого материала (ППМ) разработки ООО «РЕАМ-РТИ» для нужд ППД и ППН успешно прошли ОПИ на объектах ОАО «ЛУКОЙЛ», при этом обеспечено снижение содержания механических примесей после СО в 3,5 раза; достигнут средний размер частиц механических примесей после СО 2,68 мкм; содержание механических примесей на выходе из СО не превышает 18,7 мг/л.

3. По итогам ОПИ планируется тиражирование внедрения СО в нефтяных компаниях России.



← Назад к списку


im - научные статьи.