Водоснабжение систем ППД

Основное назначение системы водоснабжения при поддержании пластового давления — добыть нужное количество воды, пригодной для закачки в пласт, распределить ее между нагнетательными скважинами и закачать в пласт. Конкретный выбор системы водоснабжения зависит от того, на какой стадии разработки находится данное месторождение.

В настоящее время ППД стремятся осуществить с самого начала разработки месторождения. В этом случае необходимо большое количество (практически 100%) пресной воды, так как добывающие скважины на этой стадии практически дают безводную продукцию. В дальнейшем скважины все больше обводняются, появляется во все возрастающих количествах попутная вода, которая должна быть утилизирована. В связи с этим системы водоснабжения должны видоизменяться и приспосабливаться к конкретным условиям разработки месторождения. Проектируемая система водоснабжения должна предусматривать рост обводненности продукции скважин и необходимость утилизации всех так называемых промысловых сточных вод, включая ливневые, попутные, воды установок по подготовке нефти н др.

.Для соблюдения мер по охране природы и окружающей среды система водоснабжения в любом случае должна предусматривать 100%-ную утилизацию сточных вод и работу всей системы ППД по замкнутому технолотическому циклу.

Это усложняет и несколько удорожает систему водоснабжения, так как возникает необходимость специальной подготовки сточных вод, очистки их от нефтепродуктов н взвеси, борьбы с возрастающей коррозией технологического оборудования и водоводов. Однако сточные воды, как правило, содержащие ПАВы, вводимые на установках по обезвоживанию и обессоливанию нефти, обладают улучшенными отмывающими и нефтевытесняющими способностями, что должно привести к увеличению нефтеотдачи пласта.

Конкретный выбор системы водоснабжения зависит от источников воды для закачки в пласт, которыми могут быть:

§ открытые водоемы (рек, озер, морей);

§ грунтовые, к которым относятся подрусловые воды;

§ водоносные горизонты данного месторождения;

§ сточные воды, состоящие из смеси добытой вместе с нефтью пластовой воды,

§ воды отстойных резервуарных парков, установок по подготовке нефти, ливневые воды промысловых объектов. Сточные воды загрязнены нефтепродуктами и требуют специальной очистки.

Используемая для ППД вода не должна вызывать образование нерастворимых соединений при контакте с пластовой водой, что может привести к закупорке пор, или, как говорят, должна обладать химической совместимостью с пластовой. Качество воды оценивают в первую очередь следующими параметрами: количеством механических примесей (КВЧ — количество взвешенных частиц), нефтепродуктов, железа и его соединений, дающих при окислении кислородом нерастворимые осадки, закупоривающие поры пласта, сероводорода (H₂S), способствующего коррозии водоводов и оборудования, микроорганизмов, а также солевым составом воды и ее плотностью.

Практика показала, что в большинстве случаев можно исключить специальную химическую подготовку воды и не предъявлять жесткие требования к КВЧ, а в ряде случаев в десятки раз увеличить допустимое КВЧ без заметного уменьшения поглотительной способности скважин. Например, для высокопроницаемых пластов Ромашкинского месторождения была доказана возможность нагнетания воды с содержанием до 30 мг/л нефти и до 40 — 50 мг/л твердых частиц размером 5 — 10 мкм.

Однако опыт показал, что нормирование качества воды для нагнетания в пласт нецелесообразно, так как пористость, проницаемость и трещиноватость пластов могут в широком диапазоне изменять требования к воде и к содержанию КВЧ в частности. Обычно при опытной закачке выявляются как пригодность имеющейся воды, так и возможная приемистость

нагнетательных скважин и требуемое давление.

Система водоснабжения состоит обычно из нескольких достаточно самостоятельных звеньев или элементов, к которым относятся водозаборные устройства, напорные станции первого подъема, станция водоподготовки (при необходимости), напорная станция второго подъема, нагнетающая очищенную воду в разводящий коллектор и напорные станции третьего подъема или так называемые кустовые насосные станции (КНС), закачивающие воду непосредственно в нагнетательные скважины.

Между отдельными звеньями системы водоснабжения создаются промежуточные буферные емкости для запаса воды, обеспечивающие непрерывность работы системы при кратковременных изменениях пропускной способности отдельных элементов в результате остановок по технологическим причинам или при авариях: порывах водоводов, остановке скважин.

Такая система водоснабжения — типичная для восточных районов европейской части СССР и некоторых других районов — показана на рис. 3.5. При использовании сточных вод необходимое количество пресных вод (или морских) сокращается. Это приводит к уменьшению мощности водозаборных сооружений, станции первого подъема, а также буферных емкостей перед станцией водоподготовки. Давление, развиваемое насосами (как правло, центробежными) станции первого подъема, обычно невелики и зависят в известной мере от рельефа местности, удаления станции водоподготовки и расхода жидкости. Как правило, оно не превышает 1,0 МПа. Давление развиваемое насосами станции второго подъема, обычно больше и обусловлено необходимостью создания подпора на приеме насосов высокого давления самых удаленных станций третьего подъема (КНС). Давление подпора иногда достигает 3,0 МПа.

Разводящий водовод, питающий КНС, иногда выполняется в виде кольцевого водовода, замыкающего все КНС в единое кольцо, если они размещаются по периметру промысловой площади. Кольцевая схема обеспечивает непрерывность питания всех КНС при порыве водовода практически в любом месте.

Совершенно новые технические решения системы водоснабжения были найдены для условий Западной Сибири, Тюменской области и некоторых других районов. Мощная и широко распространенная пластовая водонапорная система, залегающая на глубинах от 900 до 1100 м, в этих районах позволила решить проблему водоснабжения проще и экономически дешевле, использовать для ППД подземные воды мощных водонапорных комплексов апт-сеноманских и альб-сеноманских отложений. Дебиты водяных скважин, пробуренных на эти пласты, достигают 3000 — 4000 м 3 /сут при депрессиях, измеряемых несколькими метрами водяного столба. Сущность новых технических решений заключалась в устранении ряда промежуточных элементов типовой схемы, в совмещении нагнетательных скважин с водозаборными и создании КНС непосредственно в водозаборных скважинах. В принципе эти схемы не являются оригинальными, так как на ряде месторождений межпластовый переток воды из водоносных пластов, залегающих выше или ниже нефтеносного, был осуществлен как в условиях естественного, так и в условиях принудительного перетока. Однако масштабы применения этих схем и широкое использование новых технических средств для их осуществления на месторождениях Тюменской области являются исключительно большими. Необходимо отметить, что пластовые высоконапорные воды, как правило, достаточно чисты, не нуждаются в особой подготовке и могут непосредственно закачиваться в нагнетательные скважины по герметичным системам без контакта с воздухом.

Это существенно упрощает водоснабжение по крайней мере на начальных этапах разработки, когда попутной воды нет пли ее очень мало. На последующих этапах разработки, когда возникает необходимость утилизации сточных вод, их подготовки и очистки от нефти и подавления коррозионной активности, система водоснабжения с использованием вод глубинных пластов будет осложнена новыми элементами и станет похожей на типовую схему.

Дата добавления: 2016-06-18 ; просмотров: 3658 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Водоснабжение системы поддержания пластового давления

Схемы водоснабжения для заводнения пластов в зависимости от местных условий каждого района могут быть различными. Однако любая из них с использованием поверхностных водоемов в качестве источников водоснабжения состоит из следующих основных элементов:

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

2) водоочистной установки, если требуется очистка воды;

3) сети магистральных и разводящих водоводов;

4) кустовых насосных станций для подачи в водопроводную сеть и закачки ее в нагнетательные скважины;

5) нагнетательных скважин.

Если для заводнения используют пластовую волу, извлекаемую вместе с нефтью, то в описанной выше схеме исключают водозаборные сооружения, вместо которых строят обычно в составе водоочистных сооружений буферные резервуары для приема воды.

Схема водоснабжения еще более упрощается, если для заводнения нефтяных пластов используют воды водоносных горизонтов – верхних и нижних. При этом отпадает необходимость в строительстве водозаборных сооружений, водоочистных установок, сети водоводов. Для закачки воды в пласт обычно используют погружные центробежные насосы с высокими подачами, спускаемые в водяную скважину, которая в ряде случаев может служить одновременно и нагнетательной.

Окончательный выбор источника водоснабжения для каждого месторождения, определяющего технологию и технику забора и закачки воды в скважины, возможен на основе технико-экономического анализа. Рассмотрим несколько вариантов.

В а р и а н т 1. При закачке речной воды мало использовать классическую схему водоснабжения, включающую речные водозаборы, станции водоподъёма, кустовые насосные станции, магистральные и разводящие водоводы. Протяжённость трубопроводов определяется расположением водозаборов относительно объектов заводнения.

В а р и а н т 2. Вода из водозаборных скважин самотёком или водоподъёмными установками подаётся на кустовую насосную станцию; здесь давление увеличивается до требуемого, и вода по системе разводящих водоводов закачивается в скважины. По сравнению с предыдущей, такая схема исключает строительство речных водозаборов и станций водоподъёма; сокращается протяжённость и уменьшается диаметр магистральных водопроводов. Однако возникает необходимость в бурении водозаборных скважин.

В а р и а н т 3 – принудительный межскважинный переток воды. Вода из водозаборной скважины подаётся насосной установкой непосредственно в нагнетательные, число которых определяется соотношением их суммарной приёмистости к дебиту водозаборной скважины. В общем случае – это «подземная кустовая насосная станция»; при низкой продуктивности водоносного пласта вода подаётся в одну нагнетательную скважину. В этом случае необходимо изменить конструкцию водозаборных скважин для установки в них насосного оборудования с повышенной подачей, соответствующей приёмистости нескольких нагнетательных скважин, и с напором, обеспечивающим подъём заданного объёма воды. При этом возникает возможность отказаться от строительства помимо указанных в предыдущем варианте объектов и от наземных кустовых насосных станций, значительно сократить протяжённость напорных водоводов к нагнетательным скважинам.

В а р и а н т 4 (внутрискважинный принудительный переток воды) – принудительная перекачка подземных вод насосной установкой в каждой нагнетательной скважине. В этом случае объекты поддержания пластового давления представлены только нагнетательными скважинами и линиями электропередачи.

В а р и а н т 5 – подземная кустовая насосная станция с принудительным током воды. По этой схеме вода насосной установкой подаётся в несколько нагнетательных скважин, одну из которых используют так же, как водозаборную. Требования к её конструкции те же, что и при использовании подземной насосной станции. Такой вариант закачки подземных вод исключает необходимость бурения специальных водозаборных скважин, но изменение конструкции нагнетательной скважины, в которой одновременно с закачкой ведется и забор воды, приводит к некоторому удорожанию процесса.

Возможны и другие способы подъема воды из скважин – газлифтный с использованием попутного газа и с применением струйного насоса. Однако в этих случаях себестоимость закачиваемой воды в сравнении с использованием подземных кустовых насосных станций возрастает.

Применение простых технологических схем забора и закачки воды в нефтяные пласты позволяет быстро, практически с начала разработки нефтяных месторождений, эффективно решать задачу поддержания пластового давления.

Важным условием снижения затрат на поддержание пластового давления является закачка воды без предварительной подготовки. Результаты промышленной закачки воды показывают, что нагнетательные скважины сохраняют в течение продолжительного времени высокую и устойчивую приемистость, несмотря на значительное количество внесенных попутно в пласт загрязнений. Об этом свидетельствуют и данные исследования нагнетательных скважин методом восстановления давления, что указывает на особую роль трещин в призабойной зоне пласта в процессе закачки.

Отличительной чертой трещин в призабойных зонах нагнетательных скважин является зависимость степени их раскрытости от давления нагнетания, вследствие чего они получили название «дашащих». Это оказывает значительное влияние на характер обводнения скважин и выработку запасов нефти. Установлено, что при давлении на забое нагнетательных скважин, близком к полному горному, начинается движение воды по каналам большого размера, величина работающей толщины и эффективность процесса вытеснения снижаются. Для определения необходимого качества закачиваемой воды, грязеемкости пласта и выравнивания профиля приемистости следует изучить состояние призабойной зоны, определить сжимаемость трещин.

Для получения высоких технико-экономических показателей использования подземных вод для интенсификации разработки нефтяных месторождений необходимо снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Один из путей достижения этого – повышение производительности водозаборных скважин; однако этому препятствует интенсивный вынос породы призабойной зоны.

Количество песка в воде определяется выбранной схемой забора и закачки воды. Наилучшими способами устранения выноса песка являются принудительные внутрискважинные перетоки воды из пласта в пласт или использование для закачки воды водозаборов сравнительно небольшой единичной мощности.

Присутствие песка в воде вызывает эрозию оборудования водозаборных и нагнетательных скважин (особенно насосного), образование в скважинах песчаных пробок. Вынос песка из пласта связан с разрушением его призабойной зоны и может привести к деформации эксплуатационной колонны. Следовательно, возникает необходимость в ограничении выноса песка для увеличения работоспособности оборудования и предотвращения разрушения призабойных зон водозаборных и засорения призабойных зон нагнетательных скважин.

Сопоставление гранулометрического состава керна водоносных песчаников и извлекаемого из водозаборных скважин песка показывает, что его вынос происходит из-за разрушения призабойных зон пласта.

Интенсивный вынос песка в момент пуска скважин обусловлен высокими градиентами давления и скоростью фильтрации воды у перфорационных отверстий, а также тем, что приток воды, как правило, идет не по всему перфорированному интервалу пласта. Установлено, что основной объем жидкости поступает лишь из 10-30% перфорированной толщины, что значительно повышает действительную скорость ее движения в перфорационных каналах. При этом у стенок скважины, в интервале высокопродуктивных пропластков, она может превысить транспортирующую скорость, т.е. скорость, при которой переносятся песчинки из пласта в скважину.

Так, транспортирующая скорость воды для песка фракции 0,6 – 0,8 мм равна 18 см/с. При такой и больших скоростях частицы песка указанного размера перемещаются водой по фильтрационным каналам: она зависит, главным образом, от фракционного состава породы и степени ее сцементированности.

При разрушении призабойной зоны увеличивается ее проницаемость, поэтому градиенты давления в этой зоне уменьшаются и разрушение приостанавливается.

Для сохранения устойчивого свода в призабойной зоне пласта и предотвращения нарушения его скелета необходимо, чтобы 70-80% самых крупных фракций породы по весу оставались в пласте и только 20-30% частиц, причем мельчайших, выносились с потоком воды.

В отдельных случаях на забоях водозаборных скважин создаются песчаные пробки высотой до 300 м и более; образование их возможно при определенных условиях. В интервале фильтра колонны, где скорости потока воды недостаточны для подъема песка, создаются благоприятные условия для его осаждения на забой. Если на этом участке водоносные отложения представлены плотными, хорошо сцементированными породами, возможность образования песчаной пробки сводится к минимуму.

Высота песчаной пробки в общем случае зависит от конструкции фильтра, режима эксплуатации скважины, распределения интервалов выноса песка по толщине водоносных отложений и техники подъема воды.

Одним из путей повышения эффективности работы системы водоснабжения является повышение отборов воды из каждой водозаборной скважины до 5000 м3/сут и более, что требует применения более высокопроизводительного оборудования для подъема воды и достижения условий, обеспечивающих вынос песка в допустимом количестве.

Меры, предотвращающие вынос песка из пласта, подразделяются на две группы: механические и химические. К механическим методам относится применение специальных фильтров, которые устанавливаются в скважинах против вскрытых интервалов. Химические методы основаны на закреплении рыхлых пород в призабойной зоне смолами, цементно-песчаной смесью и т.д. Механические методы наиболее эффективны при регулировании поступления песка из пласта.

Фильтр со стрейнером и высокопроницаемым цементным кольцом создают в следующем порядке.

Против интервалов водоносных отложений устанавливают щелевидный фильтр (стрейнер). Ширина его щелей должна быть вдвое меньше минимального диаметра самых крупных зерен песка. Располагаются они вдоль образующей трубы в шахматном порядке, к оси скважины расширяются. Число щелей должно быть максимальным, насколько позволяет прочность трубы.

Кольцевое пространство в водозаборных и водозаборно-нагнетательных скважинах заполняют цементным раствором при ступенчатом цементировании, для чего в соответствующих интервалах устанавливают эластичные манжеты.

Чтобы цементное кольцо в интервале водоносных отложений выполняло роль фильтра, оно должно иметь проницаемость, сопоставимую с проницаемостью пласта. Известно, что при увеличении содержания песка в цементно-песчаной смеси можно получить проницаемую и устойчивую к размыву массу. Так, при соотношении песка и цемента 3:1 или 2:1 проницаемость получаемой цементной массы составляет (1 ÷ 5)·10-13 м2.

Добавка к цементу алюминиевого порошка в количестве 0,25 ÷ 0,30% от массы цемента вызывает увеличение его объема при затвердевании на 1,5 ÷ 2,0%. При этом образуется достаточно прочная и хорошо проницаемая масса. При увеличении своего объема цемент, кроме того, уплотняет рыхлые породы. Добавление к цементному раствору опилок позволяет получить материал с низким удельным весом и высокой проницаемостью. Медленно растворимые добавки (например, нафталин) также способствуют повышению проницаемости, а содержание свободной извести в цементе свыше 1 ÷ 1,5 % приводит к образованию в нем трещин при твердении.

Таким образом, подобрав добавки к цементу, уже при его затвердевании можно обеспечить сообщаемость пласта со скважиной. Если проницаемость цементного кольца окажется недостаточной, то поинтервальным гидровоздействием или виброобработкой можно увеличить число трещин в цементном кольце и этим повысить его проницаемость. Щелевидный фильтр и высокопроницаемый цементный камень способствуют снижению интенсивности разрушения призабойных зон водозаборных скважин и выноса песка из водоносных отложений.

Практика эксплуатации системы поддержания пластового давления показала, что при определенных условиях возникает коррозия водопроводов и оборудования. Коррозия поражает в основном низконапорную часть системы. Основная причина коррозии – присутствие в воде углекислого газа и кислорода. Ей способствует и наличие песка, вызывающего абразивное действие, а также хлоридов, оказывающих депассивирующее влияние на поверхность металлов.

Предупредить проявление коррозии оборудования можно двумя способами: защитой поверхности гидравлических каналов от коррозионного воздействия среды и предотвращением причин, вызывающих коррозию. Первый путь достаточно сложен и связан с применением органических покрытий и ингибиторов коррозии. Более радикальное решение – устранение причин коррозии.

Интенсивная коррозия связана с эксплуатацией низконапорной части системы; поэтому использование технологии забора и закачки воды, исключающей снижение давления ниже давления насыщения воды газом, уменьшает вероятность возникновения коррозии. Этому в большей степени отвечает технология закачки воды с использованием подземной кустовой насосной станции, а также принудительного внутрискважинного перетока воды.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Водоснабжение системы поддержания пластового давления

Водоснабжение системы поддержания пластового давления