CC BY
88
УДК 54;504064.3:574:628(045)
Л. К. Кузнецов (д.т.н.,проф.)1, А. А. Габитов (студ.)3, А. И. Габитов (д.т.н.,проф.)2, Л. З. Рольник (д.х.н.,проф.)3
Заводнение нефтяных месторождений и оценка природных вод как одного из основных сырьевых источников технологии заводнения
Уфимский государственный нефтяной технический университет 1 кафедра водоснабжения и водоотведения 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел. (347) 2282211 2кафедра строительных конструкций 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел. (347) 2282200, е-та1!:а1а17@и1апе1.ги 3кафедра общей и аналитической химии 450062, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1; тел. (347) 2420836, 2431632
L. K. Kuznetsov, A. A. Gabitov, A. I. Gabitov, L. Z. Rolnik
Fiooding oil deposits and an estimation of natural waters as one of the basic raw sources of flooding technology
Ufa State Petroleum Technological University 195, Mendeleyeva str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347)2282211, 2282200, e-mail: [email protected]
Рассмотрены особенности развития технологий повышения нефтеотдачи нефтяных месторождений путем закачки воды в продуктивные горизонты. Приведена оценка качества различных вод, включая природные, и основных показателей качества воды, определяющих степень эффективности технологии заводнения.
Ключевые слова: бикарбонаты; буровые сточные воды; взвешенные вещества; воды гидро-карбонатнонатриевого и хлоркальциевого типов; железо; заводнение нефтяных горизонтов; кислород; нефтепродукты; повышение нефтеотдачи; поверхностные воды; подземные воды; сероводород.
Historical aspects of development of technology of increase of petroreturn of oil deposits by water injection in productive horizons are considered. The estimation of quality of various waters, including natural, and the basic indicators of quality of the water defining degree of efficiency of flooding technology is resulted.
Key words: bicarbonates; chisel sewage; the weighed substances; hydronatriumcarbonate and calcium-chloride waters; iron; flooding oil horizons; surface water; underground water; hydrogen sulphide; oil products; petroreturn increase.
Необходимость повышения нефтеотдачи действующих и разработка новых месторождений определялась постоянно возрастающим спросом на нефть как на основной сырьевой ресурс нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
В частности, если в 1891 — 1917 гг. добыча нефти увеличилась с 0.01 до 8—10 млн т/г., то в период с 1917 по 1959 гг. — до 100— 120 млн т/г. с увеличением к 1965 г. до 240— 250 млн т/г. или в два с лишним раза по сравнению с 1958 г. 1'2.
В связи с отмеченным, помимо разработки новых и расширения действующих месторождений, в конце 1950— начале 1960 гг. наблю-
Дата поступления 29.11.10
дается тенденция увеличения добычи нефти путем интенсификации работы действующих нефтепромыслов за счет применения различных физических и физико-химических методов.
Применение интенсивных методов повышения нефтеотдачи месторождений было связано с определенными недостатками разработки нефтяных месторождений при естественных режимах, в частности, при режимах растворенного газа и вторичной газовой шапки, стали понятны нефтяникам в 1930-е гг., и поэтому к концу 1940-х гг. разработка подавляющего большинства месторождений, особенно содержащих маловязкие нефти, стала осуществляться с использованием заводнения.
К концу 1950 г. на нефтепромыслах Советского Союза для заводнения использовалось приблизительно 400 тыс. м3/сут воды, а к 1955 г. — до 850 тыс.м3/сут 2.
В 1959 г. методом искусственного воздействия на пласты путем закачки воды в продуктивные горизонты было добыто 62% нефти с перспективой добычи этим методом к 1965 г. до 85% общего ее количества 2. С этого времени успешно и широко применяются методы заводнения нефтяных месторождений с использованием природных и сточных вод нефтепромыслов.
Фактически в середине 1980-х гг. для поддержания пластового давления в пласты закачивалось около 2 млрд м3 воды, в том числе свыше 750 млн м3 пресной, а с помощью заводнения добывалось свыше 86% всей нефти 3' 4. Прогнозировалось, что к 1991—1996 гг. расход пресной воды для заводнения нефтяных пластов может достигнуть 2—3 млрд м 3'4.
Наиболее простым, экономичным и экологически безопасным методом является заводнение нефтяных горизонтов непосредственно природными и очищенными сточными водами без дополнительного применения каких-либо химических реагентов, наносящих в итоге экологический ущерб окружающей среде.
Поскольку нефть как углеводородное сырье является активной субстанцией, компоненты которой при определенных условиях способны вступать в химические реакции с теми или иными компонентами воды, к качеству последней предъявляются соответствующие требования. Эти требования в зависимости от уровня знаний того или иного исторического периода имели конкретные количественные значения и с течением времени постоянно совершенствовались.
Среди вод нефтяных месторождений России и стран ближнего зарубежья наиболее широко представлены воды гидрокарбонатнонат-риевого и хлоркальциевого типов. Гидрокар-бонатнонатриевые воды содержат в основном ионы Ка+, С1-, Б042-, НС03- и С032- и незначительное количество Са2+. Хлоркальциевые воды содержат значительное количество ионов Ка+ и С1-, в меньшем количестве ионы Са2+, присутствуют ионы Mg2+ и незначительно С032. Хлоркальциевые воды некоторых месторождений содержат значительное количество железа. Плотность хлокальциевых вод находится в широких пределах и может достигать 1200 кг/м3, плотность гидрокарбонатнонатриевых редко превышает 1070 кг/м 3-5.
Для заводнения нефтяных пластов предпочтительны пресные воды открытых водных объектов как легкодоступные и не требующие сложной специальной подготовки перед закачкой в нефтяные пласты 3.
Наиболее распространенными, максимально доступными как технологическое сырье, являются поверхностные, в частности, речные, а также подземные воды. Содержание взвешенных веществ в речных водах изменяется от нескольких единиц до нескольких десятков тысяч миллиграммов на литр. Наибольшая концентрация взвешенных веществ характерна для рек юга России и Средней Азии, минимальная — для северных рек. Содержание солей в речных водах достигает 1500 мг/л и выше; минимальное содержание солей характерно для северных рек с поверхностным питанием, максимальное — для южных рек с питанием из подземных водоисточников. Содержание органических веществ в речных водах достигает 180 мг/л и более. Подземные воды имеют минимальное содержание взвешенных веществ, содержат незначительное содержание органических веществ, растворенные газы Н2Б, С02, СН4; если подземные воды гидравлически связаны с поверхностными, то они имеют повышенную окисляемость. Подземные воды часто имеют значительную жесткость, повышенное содержание железа, марганца, фтора, причем имеется прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации 6.
На нефтепромыслах накапливаются значительные объемы так называемых буровых сточных вод, образующихся в процессе бурения скважин. Химический состав и физико-химические свойства этих вод весьма разнообразны: они содержат буровые растворы, нефть, горюче-смазочные материалы, реагенты, ПАВ, утяжелители, буровой шлам. Механические примеси в этом случае включают диспергированную глину, породу и утяжелители, содержание которых находится обычно в пределах 100—1600 мг/л; бихроматная окисляемость таких вод 95—5200 мг 02/л, общая минерализация 1000—47700 мг/л, содержание нефтепродуктов 8—210 мг/л, органических веществ 53— 3052 3.
Наиболее серьезную проблему при эксплуатации нефтяных месторождений представляет сероводород. Пластовые воды большинства месторождений нефтяных районов России, в частности, Западной Сибири (Усть-Балыкское), Башкортостана (Туймазинское,
Арланское), Самарской области (Мухановс-кое) не содержат сероводорода; а месторождения Оренбургской области, в частности, Заг-лядинское, содержат сероводород в количестве 150—220, иногда до 420 мг/л 7. Сероводород появляется на поздних стадиях эксплуатации нефтяных месторождений в связи с жизнедеятельностью бактерий, использующих для этого окисленные нефтепродукты и энергию восстановления сульфитов в сульфиды 3. Наличие в закачиваемой в пласт воде растворенного кислорода также способствует окислению присутствующего в пластовой воде сероводорода и кольматации пор породы.
Наличие сероводорода негативно влияет на весь комплекс технологических процессов, связанных с добычей нефти. В частности, резко стимулируются анодный и катодный процессы коррозионного разрушения металлов, появляется так называемая водородная хрупкость металла; продукты коррозии (сульфиды железа) образуют с металлами гальванопару и ускоряют процесс их разрушения; внутри пласта выпадает осадок сульфидов кальция, магния, железа, что резко снижает проницаемость пласта, продуктивность и проницаемость добывающих и нагнетательных скважин 3.
Что касается взвешенных веществ (механических и некоторых других примесей) в технологической воде нефтепромыслов, в частности, в природной воде, то в зависимости от их концентрации происходит в большей или меньшей степени снижение проницаемости нефтяных горизонтов, образование и отложение осадков в технологическом оборудовании.
Закачиваемая в нефтеносные пласты вода должна содержать в минимальном количестве бикарбонаты, которые способствуют образованию и отложению в воде осадка карбоната кальция. Аналогичные процессы протекают при наличии в закачиваемой воде растворенного кислорода, который окисляя, в частности, железо (II), содержащееся в пластовой воде, способствует кольматации породы 8. Наличие нефти и нефтепродуктов в закачиваемой в продуктивные пласты воде также способствует кольматации пор нефтевмещающих пород и снижению их нефтеотдачи. Отмеченные негативные процессы, связанные с наличием в воде определенных компонентов и значительно снижающие эффективность эксплуатации нефтяных месторождений, должны быть сведены к минимуму в технологии заводнения нефтяных пластов.
В природных водах сероводород органического происхождения является продуктом распада органических соединений, неорганического — продуктом растворения природных минеральных соединений (серного колчедана, гипса и т. п.). В подземных водах концентрация сероводорода достигает нескольких десятков миллиграммов на литр, в поверхностных водах — незначительна. Кислород попадает в воду в результате ее контакта с воздухом, в поверхностных водах его концентрация достаточно велика, в подземных он практически не содержится 6.
Железо в подземных водах встречается обычно в виде двухвалентных солей, в поверхностных — в форме органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей, его концентрация не превышает нескольких десятков миллиграммов на литр 6.
Очевидно, качество природных вод и, в частности, вод нефтяных месторождений разнообразно, в том числе по таким определяющим в технологии заводнения показателям, как взвешенные вещества, сероводород, кислород, бикарбонаты, железо. Поэтому для заводнения нефтяных месторождений необходимы специальные методы водоподготовки.
Литература
1. Рахманкулов Д. Л., Долматов Л. В., Ольков П. Л., Аглиуллин А. X. Товароведение нефтяных продуктов. Т. I.- М.: Интер, 2005.- 256 с.
2. Абрамов В. В. Технический уровень проектирования систем водоснабжения для заводнения нефтяных пластов. // В сб. «Проектирование, строительство и эксплуатация систем водоснабжения для заводнения нефтяных пластов».-М.: ЦБТИ Минстроя РСФСР, 1961.- с.27.
3. Панов Г. Е., Петряшин Л. Ф., Лысяный Г. Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.- М.: Недра, 1986.- 244 с.
4. Кесельман Г. С., Махмудбеков Э. А. Защита окружающей среды при добыче, транспорте и хранении нефти и газа.- М.: Недра, 1981.- 256 с.
5. Бурдынь Т. А., Закс Ю. Б. Химия нефти, газа и пластовых вод.- М.: Недра, 1978.- 277 с.
6. Николадзе Г. И. Технология очистки природных вод:- М.: Высшая школа, 1987.- 479 с.
7. Байков Н. М., Позднышев Г. Н., Мансуров Р. И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды.- М.: Недра, 1981.- 261 с.
8. Желтов Ю. П. Разработка нефтяных месторождений.— М.: Недра, 1988.- 365 с.
