Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

Рис. 3.1. Динамика_ относительного отбора жидкости, нагнетания воды, по­ требности в воде V и нефтеотдачи ц во времени (по М. Л. Сургучеву):

до 5—50 мг/л, причем с увеличением трещиноватости повыша­ ется допустимое содержание. Диаметр фильтрационных кана­ лов должен быть в 3—6 раз больше диаметра частиц. Пригод­ ность воды оценивается в лаборатории (стандартный анализ состава и свойств, опыты по затуханию фильтрации через есте­ ственный керн) и пробной закачкой в пласт. Следует отметить, что количество ежегодно закачиваемого в каждую скважину загрязняющего материала достигает нескольких тонн.

Источники закачиваемой воды могут быть разные. В на­ стоящее время используют воды: открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ, морей); грунтовые (подрусловые и артезиан­ ские); глубинные (нижних и верхних глубинных горизонтов); сточные.

Грунтовые воды характеризуются значительным многообра­ зием химического состава (минерализация 100—200 мг/л), не­ большим содержанием взвешенных частиц. Их можно закачи­ вать без специальной подготовки.

Воды глубинных горизонтов в большей степени минерализо­ ваны и также не требуют дополнительной обработки.

Воды поверхностных водоемов значительно уступают по ка­ честву грунтовым и глубинным, содержат большое количество механических примесей (глины, ила, песка), особенно в период ливней, паводков, снеготаяния, штормов, способны вызвать на­ бухание глин, кроме морской воды (минерализация черномор­ ской и каспийской вод составляет 16 и 13 г/л).

Сточные воды состоят в основном из пластовых (в целом по

ССС° около 83% ), добываемых вместе с нефтью, пресных (12 %), подаваемых в установки подготовки нефти, и ливневых (5 %) вод. Они минерализованы (15—3000 г/л) и обладают хорошими нефтевытесняющими свойствами. Вместе с тем

сточные воды содержат большое количество эмульгированной нефти, механических примесей, а также диоксида углерода и сероводорода. Необходимость очистки от механических приме­ сей и эмульгированной нефти удорожает использование сточ­ ных вод, однако при этом решается проблема охраны окружаю­

вод, остальной объем все еще закачивается в поглощающие скважины или* сбрасывается в бессточные испарители. Сброс промысловых сточных вод в водоемы полностью прекращен. Следует отметить, что система ППД динамична: сначала ис­ пользуются воды внешних источников, а затем — пластовая вода по замкнутому циклу (безотходное производство).

Для проведения ППД можно использовать также стоки других промышленных предприятий (нефтеперерабатывающих заводов, калийных комбинатов, коммунальных хозяйств и др.). Источник воды выбирают на основе данных технико-экономиче­ ского анализа с учетом технологии водоподготовки. На место­ рождениях Татарии и Башкирии используют поверхностные пресные воды, Азербайджана, Мангышлака — каспийскую воду, Западной Сибири — подземную воду.

Водоснабжение с использованием поверхностных и грунтовых вод

Технологические схемы водоснабжения могут отличаться друг от друга в зависимости от местных условий каждого нефтепро­ мыслового района. Однако любая технологическая схема с ис­ пользованием воды поверхностных водоемов в качестве источ­ ников водоснабжения включает все основные элементы, пока­ занные на рис. 3.2. Водозаборные сооружения (водозаборы) и водоочистная станция включают в себя также буферные емко­ сти для резерва воды, обеспечивающего обычно шестичасовую непрерывность водоподачи при ремонтных остановках или ава­ риях (порывах водоводов и т. д.). Буферные емкости — это подземные железобетонные или наземные обогреваемые и теп­ лоизолированные стальные резервуары.

Водозаборы и насосные станции 1-го подъема предназна­ чены для забора воды из источников и подачи ее на водоочист­ ную станцию или насосную станцию 2-го подъема. Водозаборы бывают открытого и закрытого типов. В первом случае всасы­ вающая труба насосов 1-го подъема выводится в водоем, а прием ее защищается сеткой и железобетонным оголовком. Предпочтителен водозабор закрытого типа, или так называе­ мый подрусловый, который обеспечивает подачу воды, почти не содержащей механических примесей. В данном случае вода поступает из водозаборных скважин глубиной 10—50 м, пробу­

вым). При индивидуальном водозаборе, когда уровень воды на­ ходится на глубине более 8 м, в каждую скважину опускают вертикальный погружной центробежный артезианский насос с электродвигателем. Вода подается по сборному водоводу сразу в буферные емкости насосной станции 2-го подъема.

Предпочтение отдается сифонному водозабору, который на 15—25 % дешевле индивидуального.

Устье каждой скважины размещается в колодце и с по­ мощью приемного коллектора подсоединяется к вакуумным котлам. В этих котлах посредством вакуумных насосов созда­ ется вакуум до 0,08 МПа. Вакуум-котлы высотой около 7 м устанавливают вместе с центробежными электронасосами на­ сосной станции 1-го подъема в бетонной шахте глубиной 9— 17 м. Вода под вакуумом поступает в вакуум-котлы, а дальше подается насосами в буферные емкости насосной станции 2-го подъема.

Может встречаться артезианский водозабор грунтовых вод закрытого типа. Применяемые водозаборы аналогичны тако­ вым общепромышленного и коммунального водоснабжения.

Водоочистная станция предназначена для подготовки воды, поступающей из открытого водозабора. Подготовка воды дол­ жна включать следующие системы: а) фильтрационную для удаления из воды механических примесей; б) обескислорожи­ вания воды и удаления коррозионно-активных газов; в) бакте­ рицидной обработки воды для подавления бактерий; г) солевой обработки воды, обеспечивающей совместимость ее с пласто­ вой; д) автоматизированного управления подготовкой воды и контроля за ее качеством в основных точках системы подго­ товки и на устье нагнетательных скважин.

Для фильтрования вода подается в нижнюю часть верти­ кального смесителя, перед которым в нее добавляют дозатором жидкий коагулянт (сернокислый алюминий, глинозем или же­ лезный купорос), способствующий укрупнению извещенных

ляют водоводы из цельнотянутых бесшовных стальных труб и зарывают в грунт ниже глубины промерзания.

Устья нагнетательных скважин оборудуют специальной на­ гнетательной арматурой, рассчитываемой на рабочие давления 21 и 35 МПа и температуру не выше 120 °С (АНК 1-65X210 и АНК 1-65x350). Основные ее части — трубная головка и ёлка. Трубная головка состоит из крестовины, задвижек и быстро­ сборного соединения, предназначенного для подключения нагне­ тательной линии к затрубному пространству при выполнении ремонтных и интенсифицирующих работ. Елка состоит из ство­ ловых задвижек, тройника, боковых задвижек и обратного кла­ пана.

Для борьбы с коррозией трубопроводов и оборудования си­ стемы ППД предложено: обрабатывать воду химическими ин­ гибиторами коррозии (ИКН-1, ИК.Н-2, ИК.Б-4, полиэтоксиами­ ном и другими веществами с защитным эффектом 50—100 %); применять катодную и протекторную защиту; покрывать по­ верхности защитными изоляционными материалами (эпоксид­ ными смолами, лакокрасками) и футеровать внутреннюю по­ верхность новых труб винипластовыми и полиэтиленовыми тру­ бами; использовать неметаллические материалы (стеклопласти­ ковые трубы). Это предотвращает аварийные порывы водово­ дов, загрязнение окружающей среды, повышает срок службы насосов и др. В последние годы большое внимание уделяется защите от коррозии подземного оборудования нагнетательных скважин (цементаж до устья, катодная защита, внутренние по­ крытия).

Воды глубинных горизонтов, как правило, превосходят по качеству воды других источников. Технологические схемы за-, бора и подачи воды глубинных горизонтов в нагнетательные скважины можно классифицировать по нескольким признакам:

по виду используемой энергии: с естественным перетоком воды из водоносного пласта в нефтяной под воздействием есте­ ственной разности приведенных давлений в них; с принудитель­ ным перетоком (закачкой) с помощью поверхностных или по­ гружных насосов;

по взаимному расположению пластов: с нижним перетоком (водоносный пласт залегает ниже нефтяного; с верхним перето­ ком (наоборот);

по наличию и расположению КНС: без применения КНС; с наземными КНС; с подземными «кустовыми насосными стан­ циями» (насосы размещены в скважинах);

по выходу воды на поверхность: с внутрискважинным пере­ током, при котором вода глубинного водоносного горизонта по­ дается в нефтяной пласт без выхода ее на поверхность; с внеш­ нескважинным перетоком, когда вода подается из скважины на поверхность, а затем закачивается в соседние нагнетательные

скважины или в ту же скважину по второму каналу (водоза­ борно-нагнетательную скважину);

по совмещению функций нагнетательной и водозаборной скважин: без совмещения, когда бурятся отдельно водозабор­ ные и нагнетательные скважины; с совмещением, когда одна и та же скважина выполняет одновременно функции водозабор­ ной и нагнетательной скважин (с водозаборно-нагнетательными скважинами);

по восполнению запасов глубинных вод: без восполнения за­ пасов; с восполнением запасов путем перевода поверхностного стока в подземный (пример в условиях Речицкого нефтяного месторождения, когда в том числе совмещался процесс водо­ подготовки) .

Часть схем, классифицируемых по разным параметрам, мо­ гут объединяться в одну. В качестве примера рассмотрим наи­ более интересные с позиций наличия условий для применения технологические схемы.

Естественный нижний или верхний внутрискважинный пере­ ток в водозаборно-нагнетательной скважине без применения КНС возможен как по насосно-компрессорным трубам (НКТ) с установкой пакера между вскрытыми перфорацией в данной скважине водоносным и нефтяным пластами, так и по обсад­ ной колонне без установки пакера (рис. 3.3). Для измерения расхода воды в обсадную колонну или в специальную камеру, расположенную в рассечке НКТ на линии перетока, можно спускать на кабеле (при дистанционной регистрации) или на стальной проволоке (при местной регистрации) скважинный расходомер. Расход можно регулировать посредством скважин­ ных штуцеров, оттарированных на поверхности или управляе­ мых дистанционно с поверхности (механическим, электриче­ ским или иным путем) и спускаемых в скважину с помощью, например, канатной техники (т. е. с помощью каната — сталь­ ной проволоки). Такая схема может оказаться применимой при заводнении предварительно истощенных месторождений, когда разница приведенных давлений достаточна для поглощения по­ требных расходов воды. В других случаях возникает необходи­ мость в принудительном перетоке.

При принудительном перетоке в скважину на НКТ или на кабеле-канате спускают погружной центробежный электронасос. Пласты разобщают пакером, который для предупреждения его смещения под действием силы (150 кН), обусловленной перепа­ дом давления, закрепляют в обсадной колонне специальным устройством — якорем. Эта схема нашла применение на место­ рождениях Башкирии, Куйбышевской области и др.

Применительно к условиям Западной Сибири разработаны технологические схемы как с наземными, так и подземными КНС, з именно:

Рис. 3.3. Схемы оборудования водозаборно нагнетательных скважин при естественном нижнем (а) и верхнем (б) внутрискважинном перетоке:

жидкости

сназемными КНС: а) вода из фонтанирующих водозабор­ ных скважин, поступает в блок водоподготовки и далее насо­ сами КНС подается в нагнетательные скважины; перед КНС можно устанавливать погружной подпорный насос, располо­ женный в скважине-шурфе; б) вода из водозаборной скважины повышенной производительности погружным насосом подается на КНС и затем в нагнетательные скважины;

сподземными КНС: а) вода из водозаборной скважины по­ гружным электронасосом с повышенными напором и подачей направляется по разводящим водоводам в нагнетательные

скважины (совмещается водозаборная скважина с КНС); могут также совмещаться отдельные нагнетательные скважины с водозаборными или применяться для подпора погружные вы­ соконапорные насосы, установленные в скважинах-шурфах; б) в водозаборно-нагнетательной скважине осуществляется при­ нудительный внутрискважинный переток (совмещается водоза­ борно-нагнетательная скважина с подземной КНС).

Результаты расчетов показали, что применение таких схем по сравнению со схемами использования вод наземных водоис­ точников обеспечивает снижение себестоимости и удельных ка­ питальных вложений на закачку 1 м3 воды приблизительно на 35 и 10 %. Практическая реализация рассмотренных схем на месторождениях Западной Сибири базируется на использова­ нии вод вышезалегающего апт-альб-сеноманского комплекса, распространяющегося в пределах всех основных нефтяных ме­ сторождений региона. Дебиты водозаборных скважин при от­ крытом изливе достигают 3—4 тыс. м3/сут при наличии песка

залежи со сдвигом фаз колебаний давления по отдельным груп­ пам скважин. В результате такого нестационарного воздейст­ вия на пласты в них проходят волны повышения и понижения давления. Физическая сущность процесса состоит в том, что

давления в залежи во второй половине цикла (уменьшение рас­ хода или прекращение закачки воды) вода удерживается ка­ пиллярными силами в малопроницаемых прослоях, а нефть вы­ ходит из них. Продолжительность циклов должна составлять 4— 10 сут и увеличиваться по мере удаления фронта вытеснения до 75—80 сут.

Основные критерии эффективного применения метода по сравнению с обычным заводнением следующие: а) наличие сло­ исто-неоднородных или трещиновато-пористых гидрофильных коллекторов; б) высокая остаточная нефтенасыщенность (бо­ лее раннее применение метода: на начальной стадии повыше­ ние нефтеотдачи составляет 5—6 % и более, тогда как на поздней — лишь 1—1,5%); в) технико-технологическая возмож­ ность создания высокой амплитуды колебаний давления (рас­ ходов), которая реально может достигать 0,5—0,7 от среднего перепада давления между линиями нагнетания и отбора (сред­ него расхода); г) возможность компенсации отбора закачкой (в полупериод повышения давления нагнетания объем закачки должен увеличиваться в 2 раза, а в полупериод снижения дав­ ления— сокращаться до нуля в результате отключения нагне­ тательных скважин).

Циклическое заводнение означает, что в общем случае каж­ дая из нагнетательных и добывающих скважин работает в ре­ жиме периодического изменения забойного давления (расхода, отбора). Осуществление метода требует увеличения нагрузки на нагнетательное и добывающее оборудование. Для обеспече­ ния более равномерной нагрузки на оборудование залежь не­ обходимо разделить на оггделцные блоки со смещением полупериодов закачки и отбора. Оснащение промыслов совре­ менными насосами позволяет осуществлять процесс без допол­ нительных затрат на переустройство системы заводнения. Пол­ ная остановка нагнетательных скважин может потребовать ис­ пользования высоконапорных насосов, рассчитанных на давле­ ния 25—40 МПа, или привести к замерзанию скважин и водо­ водов в зимнее время. Метод способствует увеличению текущего уровня добычи нефти и конечной нефтеотдачи.