7.2. Система подготовки и закачки воды в продуктивные пласты

При разработке нефтяных и газовых месторождений значи­тельные объемы воды расходуются на поддержание пластового давления, что позволяет продлить период фонтанирования скважин и значительно увеличить коэффициенты нефтегазоотдачи. Ориенти­ровочный расход воды для добычи одной тонны нефти составляет в среднем: 1,5...2 м³ - при площадном заводнении и 2...2,5 м³ - при за­контурном заводнении.

Воды, используемые для закачки в пласт.

Для поддержания пластового давления в залежь можно на­гнетать как природные (пресные или слабоминерализованные), так и сточные (дренажные) воды, состоящие в основном, из пластовых (~ 85 %), пресных (- 10 %) и ливневых (~ 5 %) вод.

Природные и сточные воды могут содержать примеси орга­нического и неорганического происхождения. В природных водах могут содержаться различные газы, механические примеси, гидроза­кись Fe(OH)₂ и гидроокись Fe(OH)₃ железа, а также микроорганизмы, в той или иной степени влияющие на процесс заводнения пластов. В сточных водах, кроме того, могут присутствовать капельки нефти, а также большое количество солей, доходящее до 300 г/л.

Частицы водорослей, ила и соединения железа, содержащие­ся в нагнетаемой воде, закупоривают поровые каналы продуктивного пласта, снижая приемистость нагнетательных скважин. Присутству-

ющие же в закачиваемой воде микроорганизмы могут образовать не­желательные соединения. Так, сульфатовосстанавливающие бактерии при своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород в количе­стве до 100 мг/л. В последующем этот коррозионно-активный газ вместе с нефтью извлекается на поверхность и подвергает разруше­нию трубопроводы, аппараты и оборудование.

Сероводород вместе с углекислым газом может присутство­вать в пластовых водах и в растворенном состоянии. Углекислый газ, находящийся в воде приводит к разрушению защитных окисных пле­нок на металле, чем интенсифицирует его коррозию. Растворенный в поверхностной воде кислород также является нежелательным ком­понентом, поскольку он является обязательным элементом реакции кислородной деполяризации, протекающей при электрохимической коррозии трубопроводов и оборудования.

Присутствие солей в закачиваемых в пласт водах также мо­жет стать причиной образования коррозионно-активных компонентов. Так, при взаимодействии сульфатов кальция CaSO^ с метаном может образовываться сероводород.

Согласно существующим правилам и инструкциям, вода, пред­назначенная для закачки в пласты, должна содержать не более 2 мг/л взвешенных твердых частиц и 0,3 мг/л железа.

Подготовка воды для закачки в пласт

Подготовка вод, закачиваемых в пласт, предусматривает: 1) осветление мутных вод коагулированием; 2) декарбонизацию; 3) обезжелезивание; 4) ингибирование.

Осветление мутных вод коагулированием осуществляется с целью удаления очень мелких взвешенных частиц, которые практи­чески не осаждаются под действием силы тяжести. Для этого в воду добавляют реагенты (сернокислый алюминий, хлорное железо, желез­ный купорос и др.), называемые коагулянтами. В результате реакции коагуляции происходит укрупнение взвешенных частиц и образуют­ся хлопьевидные соединения, которые оседают в воде.

Декарбонизация выполняется с целью удаления из воды би­карбонатов кальция и магния. В противном случае, отлагаясь в пласте, соли кальция и магния могут существенно затруднить фильтрацию нефти и газа. Сущность декарбонизации состоит в подщелачивании воды гашеной известью с тем, чтобы вызвать коагуляцию ненужных примесей.

Обезжелезиванием называется удаление солей железа из воды с целью предотвращения загрязнения фильтрующих поверхно-

стей скважин железистыми осадками. Для этого применяют аэрацию, известкование и другие методы.

В ходе аэрации - процесса обогащения воды кислородом воз­духа - из солей железа образуется нерастворимый гидрат окиси железа, оседающий в воде в виде хлопьев. Однако при аэрации из воды удаля­ются не все соли железа, а сам процесс требует использования весьма громоздкого и сложного оборудования. Кроме того, аэрация повыша­ет коррозионную активность воды.

При известковании в воду добавляют известковое молоко, что также приводит к образованию нерастворимого осадка гидрата окиси железа.

Ингибированием называется обработка воды ингибиторами -веществами, замедляющими процесс коррозии. По направленности действия различают ингибиторы сероводородной, кислородной и углекислотной коррозии.

Реагенты-бактерициды используют для подавления жизне­деятельности сульфатовосстанавливающих бактерий. Одним из наиболее эффективных реагентов является формалин.

Для предупреждения коррозии и стабилизации химического состава воды в нее при помощи дозировочных насосов добавляют ре­агент гексаметафосфат натрия в количестве 2...3 г/м^!. С целью уничтожения бактерий и других микроорганизмов применяют обра­ботку воды хлором - ее хлорирование.

В отличие от природных сточные воды могут содержать нефть, углекислый газ, сероводород и микроорганизмы. Соответственно их подготовка предусматривает: 1) отстаивание от нефти и газа; 2) унич­тожение микроорганизмов.

Для подготовки сточных вод на промыслах используют схе­мы открытого и закрытого типа. Отделенная при подготовке нефти вода сбрасывается по водоводу в песколовку для удаления механических примесей. Далее вода, содержащая нефть, поступает в нефтеловушку, где за счет низкой скорости движения смеси капельки нефти успевают всплыть и откуда она периодически откачивается насосом на УКПН. Далее вода с остаточным содержа­нием нефти самотеком поступает в два параллельно соединенных пруда-отстойника, в которых скорость воды не превышает 8 мм/с, в результате чего в ней всплывают практи­чески все оставшиеся капельки нефти. Из прудов-отстойников вода самотеком поступает в приемную камеру, из которой насосом подаётся в емкость чистой воды. Затем эта вода откачивается на КНС.

Схема водоподготовки открытого типа позволяет очищать пластовые и ливневые сточные воды в одном потоке независимо от состава, давления и газонасыщенности воды, а также совместно зака­чивать их в нагнетательные скважины. Обычно ее рекомендуют использовать для сточных вод с большим содержанием сероводорода и углекислого газа, а кроме того, для более глубокой очистки воды от капелек нефти и механических примесей.

Установки очистка пластовых сточ­ных вод закрытого типа работает следующим образом. Отделенная от нефти в отстойнике предварительного сброса (ОПС) вода по направляется в резервуар-отстойник, а частично обезвоженная нефть (до 5 %), пройдя УПН, поступает в теплоизолированные от­стойники. Процесс отделения воды в них ускоряется, благодаря произведенному в УПН нагреву и вводу ПАВ. Отделенная горячая вода снова подается в отстойник пред­варительного сброса УПН, что позволяет уменьшить расход деэмульгатора и температуру нагрева эмульсии. Из резервуара-от­стойника пластовая сточная вода подается на КНС.

Применение закрытой системы очистки позволяет интенси­фицировать процесс подготовки воды с применением отстоя и фильтрования под давлением, существенно снизить агрессивность сточной воды путем исключения ее контакта с кислородом воздуха, использовать остаточное давление, существующее в системе подготовки нефти. К недостаткам закрытых систем относится необходи­мость строительства блока для параллельной очистки поверхностных ливневых стоков.

Сооружения для нагнетания воды в пласт

К сооружениям для нагнетания воды в пласт относятся кус­товые насосные станции (КНС), водораспределительные пункты (ВРИ), высоконапорные водоводы (ВВ) и нагнетательные скважины.

Кустовые насосные станции предназначены для закачки воды через нагнетательные скважины в продуктивные пласты с целью под­держания пластового давления. Они оснащаются центробежными насосами марки ЦНС (центробежный насос).

КНС сооружают как в капитальном исполнении, так и в блоч­ном. Блочные кустовые насосные станции (БКНС) изготавлива­ют по типовому проекту. Водораспределительные пункты строят для сокращения про­тяженности высоконапорных водоводов. Они предназначены для распределения воды, поступающей от КНС между несколькими на­гнетательными скважинами.

Высоконапорные водоводы служат для транспортирования воды от КНС до нагнетательных скважин. Их протяженность зависит от принятой системы распределения воды по скважинам, числа на­гнетательных скважин и расстояния между ними, а также от числа КНС.

Нагнетательные скважины конструктивно не отличаются от эксплуатационных скважин для добычи нефти или газа. Единствен­ное - в оборудование устья входит регулятор расхода закачиваемой воды.