книги / Сбор и подготовка нефти, газа и воды к транспорту

Фильтры применяются для завершения процесса освобождения воды от взвешенных частиц при осветлении, обезжелезивании и умяг­ чении. Фильтры представляют собой резервуары, загруженные песком или дробленым антрацитом, через которые с определенной скоростью пропускается вода. Фильтрация осуществляется под да­ влением столба воды, находящегося над фильтрующим материалом, высота которого колеблется от 1,5 до 2 м. По мере работы фильтра загрязнения, отлагающиеся на поверхности зерен фильтрующей среды, уменьшают свободное сечение пор, и гидравлическое сопро­ тивление прохождению воды возрастает. Когда потеря напора в фильтрующей среде достигнет предельно допустимой для данного фильтра величины, его включают для промывки. Схема продоль­ ного разреза скоростного открытого фильтра приведена на рис. 104.

На дне фильтра расположена дренажная система 2, служащая для отвода фильтрата по трубе 3 и равномерного распределения промывной воды по всей площади фильтра при его промывке. Над дренажем уложены поддерживающие гравийные слои и фильтрую­ щий слой. Несколько выше фильтрующего слоя установлены же­ лоба 5, предназначенные для отвода из фильтра грязной промы­ вочной воды. Выше желоба 5 расположены горизонтальные желоба (лотки) 5, в которые по общему коллектору 1 подается вода из ос­ ветлителей.

Промывка фильтра осуществляется следующим образом. Закры­ вают задвижку на подводящей трубе 1, открывают задвижку 4 на спускной трубе и понижают уровень воды в фильтре до сборных желобов 5. Затем открывают задвижку для подачи очищенной воды из трубы 6 в дренажную систему 2. При этом фильтрующий мате­ риал взвешивается в восходящем потоке воды, но он не должен доходить на 200 мм до переливных кромок желобов 5. Грязная про­ мывочная вода по желобам 5 отводится в водосточный канал 7.

При обработке воды различают фильтрование двух видов: мед­ ленное фильтрование со скоростью 0,1 -т- 0,3 м/ч и скорое филь­ трование со скоростями, достигающими 12 м/ч. На практике при­ меняется исключительно скорое открытое фильтрование.

Фильтры рассчитываются на пропускную способность. Основ­ ным расчетным параметром для определения площади фильтров яв­ ляются допустимые скорости фильтрации при нормальном режиме

жительность работы станции в часах; п — число промывок фильтра в сутки (принимается равным 1,5 -г 2); t 2 — продолжительность

281

(150 кГ/см2 и выше). Для достижения лучшей маневренности сис­ темы и бесперебойной подачи воды к нагнетательным скважинам магистральные водоводы следует выполнять кольцевыми, а разво­ дящие водоводы — лучевьщи.

Водоводы, предназначенные для заводнения, выполняются из цельнотянутых бесшовных стальных труб. Разводящие водо­ воды от кустовых насосных станций прокладываются диаметром 100 мм при подключении одной скважины и диаметром 150 мм — при подключении двух скважин. Для обеспечения промывок наг­ нетательных скважин, гидравлического разрыва пластов и т. п. разводящие водоводы должны обеспечивать пропуск воды до 2500 м3/сутки. Глубина укладки разводящих водоводов для разных районов принимается разной и зависит от глубины промерзания грунтов, но не превышает, как правило, 2,2 м до низа трубы. Разво­ дящие водоводы укладываются до четырех ниток в одну траншею,

ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ПРИ ЗАВОДНЕНИИ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ

Самыми крупными сооружениями в системах заводнения неф­ тяных месторождений являются различного рода насосные станции. Кустовые насосные станции, насосные станции первого и второго водоподъема по существу ничем не отличаются друг от друга. В боль­ шинстве случаев на насосных станциях установлены многоступен­ чатые центробежные насосы, отличительными особенностями кото­ рых являются компактность и плавность подачи жидкости. В кусто­ вых насосных станциях устанавливается от двух до пяти насосов, из которых одий является резервным. Краткие технические харак­ теристики основных насосов, применяемых в системе поддержания пластового давления, приведены в табл. 29.

Проектирование насосных станций первого и второго подъема по существу не вызывает никаких затруднений, тогда как подбор рационального насосного оборудования для КНС связан с опреде-

Т а б л и ц а 29

283

Г Л А В А X

ОЧИСТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

§ 1. СТОЧНЫЕ ВОДЫ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ИХ

Сточными водами называется смесь пластовой воды, добываемой вместе с нефтью, пресной воды, расходуемой на обессоливание нефти, приготовление деэмульгаторов, охлаждение компрессоров и т.д., а также атмосферных (ливневых) вод. Пластовые воды составляют в этой смеси 82—84%, на долю пресных вод приходится примерно 15%, а на долю атмосферных вод — лишь 1,5—3% в зависимости от климатических условий месторождения.

В настоящее время из всех нефтяных месторождений Советского Союза пластовых вод извлекается примерно столько же, сколько и нефти, т. е. около 350 млн. м3 в год. Поэтому проблема исполь­ зования пластовых вод для заводнения продуктивных пластов неф­ тяных месторождений является крайне важной и одновременно по­ зволяет решить следующие большие задачи:

1)сократить расход пресной воды;

2)предотвратить загрязнение водоемов, а следовательно, и ис­

требление ценных пород рыб;

3)сохранить проницаемость продуктивных пластов, содержа­ щих глинистые частицы и алевролиты, так как эти породы при контакте с водой, имеющей в своем составе соли, практически ие разбухают;

4)увеличить коэффициент нефтеотдачи пласта за счет лучшей отмывающей способности сточных вод, содержащих деэмульгаторы.

Однако утилизация сточных вод связана с целым рядом затруд­ нений, к числу которых относятся: необходимость достижения оп­ ределенной степени очистки сточных вод, предназначенных для нагнетания в продуктивные пласты; необходимость строительства сравнительно сложных и дорогих очистных сооружений; возникно­ вение интенсивной коррозии водопроводов и оборудования, уста­ новленного в системе заводнения (§ 15 гл. III).

285

В настоящее время эти затруднения постепенно устраняются, и вопрос утилизации сточных вод, особенно на крупных нефтяных месторождениях, решается положительно. Так, .например, для пре­ дупреждения коррозии применяются различного рода лакокрасоч­ ные покрытия (лаки, эпоксидные смолы) внутренних поверхностей водоводов и оборудования, что увеличивает срок их службы до 3—4 лет вместо 6—8 месяцев без покрытия.

Физико-химическая характеристика сточных вод во многом за­ висит от принятой системы разработки месторождения. При разра­ ботке месторождения с поддержанием пластового давления путем нагнетания пресной воды в пласт сточные воды постепенно опрес­ няются, в результате чего изменяется физико-химическая характе­ ристика их и, в частности, изменяются показатель pH (§ 1 гл. VI) и содержание железа. Физико-химическая характеристика сточных вод зависит также от применяемого деэмульгатора, вводимого в неф­ тяную эмульсию теплохимических установок. При применении иеиоиогенных деэмульгаторов (диссольван, сепарол и т. д.) сточные воды практически не изменяют физико-химических свойств, при­ менение же ионогенных деэмульгаторов и, в частности, НЧК не только v оказывает влияние на фцзико-химическую характеристику сточ­ ных вод, но и в значительной мере усложняет процесс очистки их от нефти и взвешенных частиц.

Пластовые воды большинства наших месторождений относятся к хлоркальциевому типу, которые при контакте с НК4, содержа­ щем до 8°о сульфат-аммония, образуют гипс, выпадающий в виде осадка:

СаС12 -L- (NH4)2 • S04 4- 2Н20 = CaS04 • 2Н20 + 2NH4C1

+

Впластовых водах содержатся, как правило, хлористое железо

ихлористый магний, которые при контакте с аммиаком, имеющемся

всоставе НКЧ, также образуют осадок:

В сточных водах кроме указанных солей, способных к выпаде­ нию, могут содержаться механические примеси и эмульгированная нефть. Допустимая величина содержания этих примесей зависит от коллекторских свойств заводняемого пласта, размеров частиц при­ месей и других факторов. Сточные воды, используемые для завод­ нения, обычно не отвечают предъявляемым к ним требованиям, поэтому их приходится подвергать очистке в специальных очист­ ных сооружениях.

Глубина и характер очистки сточной воды существенно отли­ чаются от очистки пресных поверхностных вод и определяются

28G

в настоящее время лишь требованиями беспрепятственной фильт­ рации этой воды через продуктивную зону пласта. Процесс фильт­ рации любой жидкости через пористые породы во многом зависит от степени гомогенности этой жидкости и содержания в пей посто­ ронних примесей. В минерализованных сточных водах посторон­ ними примесями, как отмечалось выше, могут быть нефть и взве­ шенные частицы различного происхождения. Основной задачей яв­ ляется установление для каждого конкретного месторождения норм качества сточной воды, т. е. минимального содержания в ней нефти и взвешенных частиц. Научно обоснованных и общепринятых норм качества сточной воды пока еще не выработано. Однако на осно­ вании наблюдений за приемистостью нагнетательных скважин по месторождениям, например Татарии и Башкирии, рекомендуется учитывать следующие условия, определяющие технологическую схему очистки сточных вод:

1) для закачки сточной воды в крупнозернистые песчаники и трещиноватые коллекторы необходимо улавливать из воды лишь плавающую нефть и взвешенные частицы;

2) для закачки сточной воды в скважины с плотносцементированиыми и слаботрещиноватыми коллекторами, находящимися в неф­

находящиеся в водяной зоне, необходимо удалить полностью эмуль­ гированную нефть и взвешенные частицы;

4) для закачки в плотносцементированные и слаботрещинова­ тые коллекторы, находящиеся в водяной или нефтяной зонах, очи­ стку сточных вод, содержащих закисное железо или сероводород, необходимо осуществлять в закрытой системе, предотвращающей контакт этой воды с кислородом воздуха.

Таким образом, при закачке сточных вод, имеющих в своем составе эмульгированную нефть, могут встретиться два случая: пер­ вый — когда содержание нефти практически не будет оказывать влияния на приемистость скважин и второй — когда сточные воды необходимо тщательно очищать от нефти с тем, чтобы сохранить хорошую приемистость нагнетательных скважин. Если сточные воды, содержащие эмульгированную нефть, нагнетаются в законтурную часть нефтеносного пласта, который полностью насыщен минера­ лизованной водой, то приемистость таких скважин в большой сте­ пени будет зависеть от количества содержащейся нефти в этой воде. Если же указанные воды подлежат закачке во виутриконтурные нагнетательные скважины, то эмульгированная нефть, содержащаяся в сточных водах, не будет оказывать заметного влияния на прие­ мистость этих скважин.

Такое положение объясняется тем, что при движении воды с неф­ тью по нефтенасыщенным породам нефть, содержащаяся в сточной воде, при контакте с нефтью породы растворяется и движется сов­ местно с водой, не скапливаясь в призабойной зоне скважины.

287

В первом случае нефть, содержащаяся в сточной воде, контакти­ руя с породой пласта, насыщенного минерализованной водой, бу­ дет фильтроваться и скапливаться в призабойной зоне скважины, существенно влияя на ее приемистость.

Опытами было установлено, что для Ромашкинского месторож­ дения сточные воды с содержанием нефти в них до 50 мг/л можно успешно нагнетать в скважины разрезающего ряда, а в сточных водах, нагнетаемых в законтурные скважины, содержание нефти не должно превышать 0,02 -s- 0,03 мг/л. Таким образом, установле­ ние максимально допустимого содержания твердых примесей и неф­ тепродуктов в сточных водах является главным фактором, опреде­ ляющим технологическую схему очистки этих вод, сложность во­ доочистных сооружений и их стоимость.

Попадание эмульгированной нефти в сточные воды объясняется следующими причинами:

низкой эффективностью работы отстойников, не снабженных коалесцирующими или перемешивающими приспособлениями, уско­

нефть), в результате чего запаздывает закрытие исполнительного механизма, установленного на канализационной линии отстойника, и нефть уносится вместе со сточной водой за пределы отстойника; постепенным накоплением в отстойнике эмульсионного слоя между водяной подушкой и чистой нефтью, который приходится время от времени сбрасывать в канализацию с тем, чтобы восста­

новить нормальный режим работы отстойника.

В настоящее время, например, на месторождениях Татарии для повышения к. п. д. работы отстойников стали широко применять специальные коллекторы-смесители длиной 300—500 м, уклады­ ваемые под землей перед отстойниками; при этом нагретая в тепло­ обменниках эмульсия сначала направляется в коллектор-смеситель, в котором поддерживается турбулентный режим движения, затем поступает в отстойники, где происходит интенсивное ее разделение на нефть и воду.

§ 2. КАНАЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД

Сравнительно широкое применение в недалеком прошлом само­ течной системы сбора нефти на площадях месторождений обусло­ вило строительство сложной канализационной системы для сбора и утилизации сточных вод.

На некоторых нефтяных площадях южных районов очень рас­ пространена общепромысловая канализация сточных вод, в кото­ рой собираются и ливневые воды. Для этих целей построена целая сеть канав и лотков, по которым сточная вода со всей территории промысла поступает в регулирующие емкости и очистные соору­ жения.

288

Общепромысловая канализация, несмотря на простоту ее со­ оружения и эксплуатации, имеет ряд существенных недостатков: 1) требуется сооружение разветвленной сети сточных канав; 2) нужны благоприятные рельефные условия, позволяющие создать са­ мотек для сточной воды; 3) густая сеть сточных канав затрудняет движение транспорта по промыслам; 4) замазучивается террито­ рия; 5) для районов с суровыми климатическими условиями устрой­ ство открытых каналов и лотков не обеспечивает стока вод в зим­ нее время года.

При современных герметизированных методах сбора нефти про­ цессы отстаивания и сброса воды на групповых замерных установ­ ках исключены и нефть вместе с водой поступает на центральную установку подготовки нефти, где и производится их разделение.

§ 3. УЛАВЛИВАНИЕ НЕФТИ И ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД, ОЧИСТКА ИХ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Выше говорилось о том, что сточные воды, содержащие меха­ нические примеси и эмульгированную нефть, подлежат очистке на специальных очистных сооружениях, прежде чем нагнетать их в скважины. Выбор способа очистки сточных вод обусловлен требо­ ваниями, предъявляемыми к их качеству, однако чаще всего при­ меняется механическая очистка сточных вод в нефтеловушках, пру­ дах-отстойниках и фильтрах. Перечисленные очистные сооружения для сточных вод были приведены на рис. 77 (поз. 20 и др.).

Нефть, подготовленная на этой установке до товарной кондиции, поступает в товарные резервуары, а вода после предваритель­ ного перемешивания с сырой нефтью и отдав ей свое тепло, напра­ вляется в открытые очистные сооружения — сначала в нефтело­ вушку 20 (см. рис. 77), затем в пруды-отстойники 22. После прудовотстойников вода забирается насосом 23 и прогоняется через филь­ тры 24 в емкости очищенной воды 26. Из этих емкостей сточная вода поступает на прием насосов 28 и подается через кустовые на­ сосные станции в нагнетательные скважины.

Расчет нефтеловушек основывается на скорости всплывания (0,01 -f- 0,008 см/сек) частиц нефти размером 80—100 мк. При уменьшении расчетного размера частиц нефти объем сооружения для отстаивания значительно возрастает. Было установлено, что при указанных выше условиях нефтеловушки способны улавливать до 97 -г- 98% находящейся в сточной воде нефти, или в среднем 300 мг/л остаточного содержания нефти в очищенной воде. Поэтому для доочистки сточной воды от частичек нефти размером менее ука­ занных выше приходится сооружать после нефтеловушек пруды-от­ стойники (см. рис. 77), в которых удается довести остаточное со­ держание нефти до 30 мг/л. В прудах можно улавливать частицы нефти размером 30 -г- 40 мк. По американским данным, эффектив­

Пруды-отстойники также не обеспечивают необходимого разде­ ления эмульсионной нефти. Тонкая очистка сточных вод от нефти осуществляется на песчаных фильтрах, при помощи которых со­

условиях приближенный расчет размеров нефтеловушки осуществ­ ляется следующим образом.

Исходной величиной для расчета является скорость всплывания задерживаемых ловушкой нефтяных частиц. Скорости всплывания нефтяных частиц в воде плотностью рв = 1 показаны на рис. 106. При другой плотности воды в данные, полученные по этому гра­ фику, вносится поправка; тогда скорость всплывания нефтяных частиц определится по формуле

ш1 = “’*Т = й Г - (ХЛ)

290