Нефтяных пластов

При заводнении нефтяных пластов в качестве рабочего агента могут быть использованы воды как поверхностных водоемов (реки, моря, озера), так и глубинных водоносных горизонтов, а также пла­стовые воды, извлекаемые из недр вместе с нефтью. Так, на всех морских и расположенных вблизи моря месторождениях для за­качки в пласт используется морская вода. Для месторождений, рас­положенных в районах с хорошо развитой системой рек, для завод­нения пластов обычно применяется речная вода, забираемая непо­средственно из рек или из артезианских скважин, размещаемых в пойме этих рек.

Часто для заводнения нефтяных пластов используются воды глубинных водоносных горизонтов, если они имеются на площади разрабатываемого месторождения или вблизи от него.

Наряду с этими источниками водоснабжения во всех случаях сле­дует использовать пластовые воды, извлекаемые на поверхность из разрабатываемых залежей нефти. Такое использование пластовых вод попутно решает другую важную задачу — предотвращает за­грязнение территории промыслов и водоемов сильно минерализован­ными водами. Однако количество добываемой вместе с нефтью воды обычно бывает недостаточным для полной компенсации отбора всей жидкости из залежи, особенно в первые периоды ее разработки, когда обводненность нефти еще небольшая. Пластовые воды в боль­шинстве случаев являются лишь дополнительным источником водо­снабжения для заводнения нефтяных пластов.

Вода из всех перечисленных выше источников может быть за­
грязнена механическими примесями (песком, илом) или содержать
растворенные соли, могущие при изменении условий выпадать в виде
осадков в пласте. ..^

В то же время к воде, предназначенной для закачки в пласт, предъявляются определенные требования. Основные из этих требо­ваний следующие.

1. Вода должна быть по возможности чистой и не содержать больших количеств механических примесей и соединений железа. Однако единых стандартов на содержание в воде взвешенных частиц и железа, пригодных для всех месторождений, не существует.

В последнее время доказано, что предельное содержание механи­ческих примесей для месторождений, пласты которых сложены пес­чаниками с развитой системой трещин, можно принять в пределах 20—30 мг/дм³, а кратковременно, в период паводка, — даже до

6* 83

150 мг/дм³. Для таких пластов содержание закисного железа в воде может быть допущено до 1 мг/дм³ и нефти — до 50 мг/дм³.

2. Вода не должна содержать сероводорода и углекислоты, вы­
зывающих коррозию оборудования.

3. Закачиваемая вода не должна вступать с пластовой водой
в химическое взаимодействие, сопровождающееся выпадением осад­
ков, закупоривающих поры пласта.

4. Вода не должна содержать органических примесей (бактерий
и водорослей).

Большой опыт, накопленный в области заводнения нефтяных пла­стов, показывает, что подрусловые воды рек, артезианских скважин и глубинных водоносных горизонтов во многих случаях удовлетво­ряют указанным выше требованиям и их можно нагнетать в пласт без специальной обработки.

Однако часто воды, предназначенные для закачки в пласт, бывают загрязнены взвешенными частицами ила и песка или содержат соли железа. Сильная загрязненность воды приводит к тому, что-в процессе закачки ее в пласт поры породы в призабойной зоне сква­жины постепенно закупориваются механическими взвесями. В ре­зультате этого поглотительная способность (приемистость) скважины резко снижается вплоть до полного прекращения поглощения воды.

Содержащиеся в загрязненной воде взвешенные вещества чаще всего представляют собой частицы глины, ила и песка различной крупности. Эти взвеси при длительном отстое частично осаждаются на дне водоема или сосуда, большая же часть их находится в воде во взвешенном состоянии.

Для осаждения мельчайших частичек на дне сосуда с целью осветления воды необходимо эти частички укрупнять. Такое укруп­нение взвешенных частиц с образованием осаждающихся хлопьев называется коагуляцией.

Реагенты, которые добавляют к воде для того, чтобы вызвать коагуляцию взвеси, называются коагулянтами. К числу коагулян­тов, нашедших наиболее широкое применение в практике обработки воды, относится сернокислый алюминий (иначе называемый серно­кислым глиноземом). Количество коагулянта, добавляемого в воду для коагуляции взвесей, в каждом случае выбирают отдельно в зави­симости от мутности воды и качества взвеси.

Сернокислый алюминий (глинозем) взаимодействует с двуугле­кислыми солями кальция и магния, содержащимися в воде, по урав­нению

Образующийся при этом хлопьевидный гидрат окиси алюминия оседает в воде и увлекает с собой частицы взвешенных веществ.

Коагулирование идет более интенсивно, если концентрация водородных ионов рН в воде больше 7. Для достижения такой кон­центрации воду подщелачивают гашеной известью Са(ОН)₂.

Для коагуляции и последующего осветления воды применяют целый комплекс сооружений: устройства для растворения и дози­ровки коагулянта; смесители для улучшения смешивания водьв с реагентами; камеры реакции, или хлопьеобразователи, предназна­ченные для улучшения условий образования хлопьев (камеры реак­ции представляют собой конусный, расширяющийся кверху резер­вуар, в который вода вводится снизу); отстойники, в которые воды-поступают с очень малой скоростью, вследствие чего из нее хорошо^ осаждаются взвешенные вещества; осветлители, часто применяемые-вместо отстойников.

Окончательная очистка воды от взвешенных частиц после коагу­ляции и осветления осуществляется при помощи фильтрования н» гравийных фильтрах.

Фильтры представляют собой резервуары, загруженные песком, через которые с определенной скоростью пропускают (профильтро­вывают) воду. Взвешенные частицы остаются в фильтре, а очищен­ная вода подается на прием насосов для закачки в нагнетательные скважины. Устройство фильтров должно быть таково, чтобы их можно было периодически промывать путем обратного направле­ния потока воды и вымывания застрявших в фильтре частичек глины, мелкого песка, хлопьев коагулянта и т. п.

При непосредственном контакте воды с металлом труб часто-происходят коррозия труб и обогащение воды железом. Особенно» интенсивно эти процессы протекают при медленном движении воды-по трубам или при прекращении движения и при нагнетании сильно-коррозионных вод.

Для предупреждения обогащения воды железом и придания ей» стабильности по химическому составу в нее добавляют в весьма малых количествах реагент гексаметафосфат натрия. Практически найдено, что введение в воду 2—3 мг/дм³ гексаметафосфата натрия полностью предупреждает коррозию труб, так как на поверхности¹ металла труб образуется железофосфатная пленка, защищающая металл от коррозии..

Для дозировки гексаметафосфата при насосных станциях уста­навливают дозаторные насосы, при помощи которых реагент в любых, заданных количествах вводят в закачиваемую воду.

При использовании для заводнения пластовой воды ее дополни­тельно очищают от пленок нефти.

Подготовка воды для закачки в пласт производится на водоочист­ных установках.

Вода, поступающая на водоочистную установку, в зависимости от качества может быть подвергнута тем или иным операциям по-очистке: коагуляции, фильтрации, обезжелезиванию, смягчению, хлорированию, стабилизации. В ряде случаев для получения надле­жащих качеств воды требуется проведение лишь двух-трех операций. Подрусловые воды, которые широко используются для заводне­ния нефтяных пластов на промыслах восточных районов, практи­чески не нуждаются в очистке. Прошедшие через естественные-

фильтры, они почти не имеют механических примесей. Стабилизацию таких вод производят непосредственно на насосных станциях; хими­ческой же очистки воды от микроорганизмов, как правило, не тре­буется.

Схемы водоснабжения для заводнения пластов могут отличаться друг от друга в зависимости от местных условий каждого района. Однако любая схема с использованием поверхностных водоемов в ка­честве источников водоснабже­ния состоит из следующих ос­новных элементов (рис. 29):

1) водозаборных сооружений,
предназначенных для забора
воды из источников и подачи ее
в водопроводную сеть или на
водоочистную установку;

1

2) водоочистной установки
(если требуется очистка воды);

3) сети магистральных и
разводящих водоводов;

4) насосных станций для
подачи воды в водопроводную
сеть и закачки ее в нагнета­
тельные скважины;

5) нагнетательных скважин.

29. Схема водоснабжения для законтурного заводнения. 1 — скважины подруслового водозабора; 2 — насосная станция первого подъема; л — откры-1гый водозабор; 4 — станция водоочистки; -б — кустовые насосные станции; 6 — площадь размещения нефтяных скважин; 7 — нагне­тательные скважины.

В данном случае источни­ком водоснабжения служит про­текающая вблизи месторожде­ния река, причем вода для си-Рис. 29. г,™_мя япяпр._няй_жвппя „™ ^{стемы может} забираться и не-

посредственно из реки, и из подрусловых скважин, пробу­ренных в ее пойме.

При заборе воды непосред­ственно из реки водозаборные сооружения состоят из обычного деревянного или металлического оголовка прямоугольной формы, опускаемого на дно водоема; в этот оголовок опускается приемная труба насоса, подающего воду в систему законтурного заводнения. Речная вода всегда бывает загрязнена механическими примесями (глиной, илом) и нуждается в обязательной очистке; поэтому от поверхностного водозабора вода подается на водоочистную станцию для очистки.

В большинстве случаев водозаборы делают закрытого типа с ис­пользованием подрусловых вод. Для этого в пойме реки бурят мел­кие скважины глубиной 10—30 м; скважины пересекают верхние водоносные слои, обычно состоящие из галечника и песка и пита­ющиеся водами этой реки. Подрусловый слой галечника и песка яв­ляется прекрасным естественным фильтром, и вода, получаемая из

подрусловых скважин, почти не содержит механических при­месей.

При эксплуатации подрусловых вод водозабор из подрусловых скважин может быть:

1) индивидуальный, когда в каждую скважину спущен
центробежный артезианский насос, подающий воду в резервуары
станции второго подъема (при этом надобность в станции первого-
подъема отпадает);

2) сифонный (групповой), когда устья подрусловых скважин
связаны с сифонным коллектором, подводящим воду под вакуумом
в вакуум-котлы, расположенные в шахте под уровнем земли;
отсюда вода насосами станции первого подъема, находящейся здесь,
же в шахте, направляется в резервуары станции второго подъема.
В ряде случаев вода от водозабора может подаваться непосредственно-
в кустовые станции, минуя станцию второго подъема.

Насосные станции второго подъема, куда подается вода из водо­
очистной установки и из подруслового водозабора, оборудуются-
центробежными насосами большой производительности. Число на­
сосов, устанавливаемых на этих станциях, зависит от расхода воды,,
требующегося для закачки в пласт. _х

Насосные станции второго подъема подают воду в магистральные-кольцевые водоводы, по которым вода транснортируется до приемных резервуаров станций третьего подъема, называемых кустовыми на­сосными станциями высокого давления; диаметр этих водоводов равен 300—500 мм и более.

В ряде случаев при благоприятном рельефе местности, когда напор насосов станций первого подъема (из водозаборных сооруже­ний) достаточен для подачи воды по всем кустовым станциям, стан­ции второго подъема не сооружаются.

Кустовые насосные станции предназначены для непосредственной закачки воды в пласт через нагнетательные скважины. Эти станции оборудуются мощными многоступенчатыми центробежными насо­сами высокого давления производительностью 150—250 м³/ч и с напором 6—20 МПа (60—200 кгс/см²). В зависимости от числа установленных насосов (и с учетом резерва) обычная рабочая про­изводительность одной кустовой станции составляет 4—10 тыс. м³ воды в сутки. Каждая кустовая станция обслуживает до 20 нагне­тательных скважин.

Вода распределяется по нагнетательным скважинам через водо­распределительные батареи, устанавливаемые на каждой кустовой, станции. Через батареи регулируется подача воды в каждую сква­жину; установленные на них диафрагменные счетчики замеряют а учитывают закачиваемую воду.

Весьма большое значение для поддержания нормальной работы всех объектов системы заводнения и повышения производительности труда имеют автоматизация и телемеханизация.

Объектами для автоматизированного дистанционного контроля и управления в системах заводнения являются подрусловые сква-

8Т

живы с установленным на них оборудованием, насосные агрегаты, задвижки на водоводах и насосных станциях, резервуары, аппара­тура и оборудование водоочистных установок.

При помощи средств местной автоматики производится остановка насосов при авариях, перегреве подшипников, коротких замыканиях.

Через пульт управления на центральном диспетчерском пункте •осуществляются пуск и остановка насосных агрегатов, контроль за их работой, переключение задвижек, контроль за уровнем в резер­вуарах; измеряется расход воды в каждой нагнетательной скважине •и давление в водоводах; осуществляется аварийная сигнализация.