Очистка воды, используемой в системе поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях

Применение системы заводнения при разработке нефтяных месторождений позволяет, как ускорить темпы разработки, так и повысить нефтеотдачу. Для закачивания в пласт применяют воду различной характеристики и состава. Для того, чтобы извлечь на поверхность одну тонну нефти требуется порядка 1,5-2,5 куб. метров воды в зависимости от вида заводнения.

Современная добыча характеризуется падением количества отбираемого углеводорода. Причиной этого является ухудшение характеристик коллекторов – растет доля запасов трудноизвлекаемых запасов.

Ряд запасов углеводородов расположен в отдельно пролегающих линзах, что затрудняет доступ к ним. Необходимо также сказать, что на нефтеотдачу оказывает влияние неоднородный состав горных пород, из-за чего нередко нефть невозможно извлечь на поверхность. Для добычи такой нефти рекомендуется применять в качестве закачиваемой жидкости воду повышенного качества.

При определении показателей воды, закачиваемой в пласт, особое внимание уделяется наличию в ней растворенной нефти и взвешенных веществ, процентное содержание которых определяется коллекторскими свойствами горных пород. Данные нормативы, которые указаны в ГОСТе, соблюдаются при подготовке воды перед ее закачкой в пласт. Для этого применяют незамысловатые гравитационные методы воздействия. Однако исследования показали, что объем такой воды, закачиваемой через нагнетательные скважины, снижается значительно быстрее, чем объем более чистой пресной воды. Последствиями этого является увеличение затрат на поддержание приемистости нагнетательных скважин за счет увеличения давления нагнетания и более частых ремонтных работ. Кроме того, эксплуатация месторождения связана с определенными рисками загрязнения окружающей среды.

Загрязнение пресных вод чаще всего происходит из-за некачественной цементации затрубного пространства. В результате этого закачиваемая в пласт вода, содержащая хлориды и сульфаты, попадает в водоносный горизонт. Те же самые вещества способны активизировать процессы коррозионного воздействия на бетон, который разрушается в течение одного-двух месяцев, а срок эксплуатации месторождения может достигать нескольких десятилетий.

Но и это не самое опасное, что может произойти. Известно, что концентрация сероводорода на месторождениях, находящихся на поздних стадиях разработки, превышает нормативы в несколько раз. Одной из причин такого высокого содержания сероводорода в пластовых водах является присутствие сульфатовосстанавливающих бактерий. Именно эти бактерии вырабатывают сероводород, который согласно норм должен полностью отсутствовать в водах.

Выходит, что подготовленная для закачки в пласт вода, должна соответствовать требованиям не только технологического характера, но и экологического.

Для системы поддержания пластового давления (ППД, – ред.) на месторождениях, находящихся в ранней стадии разработки, чаще всего используют пресную воду, залегающую либо под землей, либо на ее поверхности. Такая вода требует предварительной очистки для исключения различных отложений в коллекторах. Но решающую роль играет вовсе не концентрация нежелательных включений, а соотношение размеров пор горных пород и закачиваемых в пласт частиц. Для того, чтобы избежать заиливания порового пространства, необходимо, чтобы взвешенные в воде частицы были в пять и более раз меньше пор горных пород-коллекторов.

Рядом нефтяных компаний определено требование, касающееся максимального размера механических примесей, находящихся в воде, которая применяется для ППД. В зависимости от коллекторских свойств горных пород это значение может составлять от 1 до 5 мкм. Для соблюдения этого условия воду процеживают через калиброванные отверстия на последнем этапе очистки.

Определенную опасность кольматации пласта вызывает железо, которое имеет способность выделять хлопья размером от 1 до 3 мм. Еще одной причиной снижения проницаемости пласта может быть образование сульфидов железа. При проектных значениях системы ППД может образовываться порядка 16 кг коллоидных частиц в сутки, которые окажут непосредственное влияние на кольматацию пласта. На этот процесс может оказать влияние коллоидная сера, образующаяся в результате взаимодействия кислорода с сероводородом. Растворенный кислород в достаточном количестве присутствует в водах наземных источников.

Для очистки пресных вод применяют установки с зернистым фильтром, в качестве которого чаще всего используют кварцевый песок. Данный фильтрующий элемент прекрасно очищает воду от взвешенных частиц, но относительно нейтрален к железу.

Для очистки воды от железа применяют фильтрующие элементы с нанесенным на них слоем катализатора. Лучше всего, конечно, если сам фильтрующий элемент будет обладать каталитическими свойствами. Оптимальной скоростью фильтрации при этом считается значение в 5-10 метров в час в зависимости от процентного содержания железа.

Для очистки подтоварных вод применяют систему многоступенчатой очистки. В отстойнике происходит осаждение крупных взвешенных частиц и всплытие нефтяных пятен на поверхность. Во второй и третьей камерах также происходит удаление мелких частиц нефти. Следующая ступень очистки – это флотатор, где происходит образование пузырьков газа, уносящих за собой остатки нефти. Здесь же происходит подача коагулянта и удаление растворенных углеводородов, сероводорода и углекислоты. Дополнительная очистка от нефти происходит в электрохимическом флотаторе. В магнитном сепараторе находится намагниченная железная стружка, которая позволяет извлекать из воды растворенный кислород. Окончательным этапом очистки является процеживание воды через ультрафильтры. Тут задерживаются взвешенные частицы и нефтяные включения.

Итак, добыча нефти оказывает негативное влияние на водные объекты различного характера. Причиной этого является повальное применение примитивных механических методов для очистки воды, используемой в системе ППД.

Для определения качества воды, подаваемой в нефтеносные пласты, следует разработать нормативно-правовую базу, которая будет учитывать требования не только технологические, но и экологические.

А для очистки пресной и подтоварной воды уже сейчас существует несколько вариантов инновационных методов очистки. Нефтяным компаниям остается лишь завершить исследовательские работы внедрением данных технологий.