Закачка воды (добыча нефти)

В нефтяной промышленности заводнение или закачка воды – это закачка воды в нефтяной пласт для поддержания давления (также известная как замещение пустот) или для подачи нефти к скважинам и тем самым увеличения добычи. Водонагнетательные скважины могут располагаться на суше и на море для увеличения нефтеотдачи из существующего пласта.

Обычно можно извлечь только 30% нефти из пласта, но закачка воды увеличивает нефтеотдачу (известную как коэффициент нефтеотдачи) и поддерживает дебит пласта в течение более длительного периода.

Заводнение началось случайно в Питхоле, штат Пенсильвания, в 1865 году. Заводнение стало обычным явлением в Пенсильвании в 1880-х годах. ^[1]

Источники инъекционной воды

Большинство источников объемной воды можно использовать для инъекций. Для добычи нефти используются следующие источники воды:

Пластовую воду часто используют в качестве закачиваемой жидкости. Это снижает вероятность повреждения пласта из-за несовместимых жидкостей, хотя риск образования отложений или коррозии в нагнетательных линиях или насосно-компрессорных трубах остается. Кроме того, добываемую воду, загрязненную углеводородами и твердыми веществами, необходимо каким-либо образом утилизировать, а сброс в море или реку потребует предварительной очистки водного потока. Однако обработка, необходимая для придания попутной воде пригодности для повторной закачки, может быть столь же дорогостоящей.

Поскольку объемы добываемой воды никогда не достаточны для возмещения всех объемов добычи (нефти и газа, помимо воды), необходимо обеспечить дополнительную «подпиточную» воду. Смешивание воды из разных источников усугубляет риск образования накипи.

Морская вода может быть наиболее удобным источником для морских производственных объектов, и ее можно перекачивать на берег для использования на наземных месторождениях. По возможности водозабор размещают на достаточной глубине, чтобы снизить концентрацию водорослей; однако обычно требуется фильтрация, дезоксигенация и обработка биоцидом.

Вода водоносного горизонта из водоносных пластов, отличных от нефтяного пласта, но той же структуры, имеет преимущество чистоты и химической совместимости, если таковая имеется. Однако это не будет разрешено, если водоносный горизонт является источником питьевой воды, как, например, в Саудовской Аравии.

Речная вода перед закачкой потребует фильтрации и обработки биоцидом.

Фильтры

Фильтры очищают воду и удаляют примеси, такие как отложения, ракушки , песок, водоросли и другие биологические вещества. Типичная фильтрация составляет до 2 микрометров , но зависит от требований резервуара. После фильтрации оставшееся вещество в фильтрате достаточно мелкое, чтобы избежать закупорки пор резервуара. Песочные фильтры – широко используемая технология фильтрации.Песочный фильтр имеет слои с гранулами песка разного размера. Вода течет через первый, самый крупный слой песка до самого мелкого. Для очистки фильтра процесс выполняется в обратном порядке. После фильтрации вода поступает в башню деоксигенации.Песочные фильтры громоздки, тяжелы, имеют некоторое количество частиц песка и требуют химикатов для улучшения качества воды.Более сложный подход заключается в использовании автоматических самоочищающихся сетчатых фильтров с обратной промывкой (сканирование всасыванием).

Важность правильной очистки воды имеет решающее значение; Качество забираемой воды, особенно речной и морской воды, может значительно различаться (цветение водорослей весной, штормы и течения, поднимающие отложения с морского дна), что может оказать существенное влияние на работу водоочистных сооружений.Это может привести к ухудшению качества воды, биозасорению водоема и снижению добычи нефти. ^[2]

Деоксигенация

Кислород необходимо удалить из воды, поскольку он способствует коррозии и росту определенных бактерий . Рост бактерий в пласте может привести к образованию сероводорода , являющегося источником производственных проблем, и может закупорить поры в породе.

В колонне деоксигенации вода для закачки контактирует с потоком газа (газ легко доступен на нефтяном месторождении). Отфильтрованная вода стекает по башне деоксигенации, разбрызгиваясь на ряд тарелок или насадок, вызывая перенос растворенного воздуха в газовый поток.

Альтернативный или дополнительный метод, также используемый в качестве резерва для колонн дезоксигенации, заключается в добавлении агента, поглощающего кислород, такого как бисульфит натрия и бисульфит аммония.

Другой вариант – использовать мембранные контакторы. Мембранные контакторы приводят воду в контакт с потоком инертного газа, например азота, для удаления растворенного кислорода. Преимущество мембранных контакторов заключается в меньшем весе и компактности, что позволяет создавать системы меньшего размера.

Насосы для закачки воды

Насосы высокого давления и высокого расхода воды расположены рядом с башней деоксигенации и подкачивающими насосами. Они заполняют дно резервуара отфильтрованной водой, чтобы подтолкнуть нефть к скважинам, как поршень . Результат от инъекции не быстрый, нужно время.

Установки закачки воды

В этом разделе изложены конфигурация описанных выше элементов установки и условия их работы. Этими примерами являются бывшая установка Amoco North West Hutton и установка Buzzard в Северном море.

Норт-Уэст-Хаттон

Система впрыска воды имела два конструктивных варианта. ^[3]

Вариант A – Закачка 100 000 баррелей воды в день (BWPD) (662 м3). ³/час), впрыскивающие насосы, работающие параллельно с давлением нагнетания 3000 фунтов на квадратный дюйм (207 бар)
Вариант B – 60 000/65 000 баррелей в день (397/431 м ³/час), насосы последовательно/параллельно, давление нагнетания 3000 фунтов на квадратный дюйм (207 бар) и 30 000/35 000 баррелей в сутки (198/232 м3). ³/час) с давлением нагнетания 5000 фунтов на квадратный дюйм (345 бар)

Два дежурных насоса для подъема забортной воды сбрасывали воду на высоте 1590 м. ³/час и 30,5 фунтов на квадратный дюйм (2,1 бар изб.) для фильтров морской воды. Они включали шесть фильтрующих слоев с двойной средой (гранат и антрацит). Нормальный поток был нисходящим. Обратный поток воды и воздуха направлялся вверх, а промывочная вода сбрасывалась за борт. ^[3] Обратная промывка инициировалась высоким перепадом давления на слое фильтра.

Отфильтрованная вода направлялась в верхнюю часть деаэратора. Это был вертикальный сосуд высотой 12,6 м и диаметром 4,0 м, внутренние части которого представляли собой насадочный слой. Воздух удалялся из воды восходящим потоком топливного газа, газ/воздух направлялся из верхней части судна на факел. В деаэраторный резервуар вводили поглотитель кислорода для удаления остаточного кислорода. Деаэрированная вода отбиралась из нижней части резервуара деаэраторными насосами и перекачивалась в коллектор холодной воды, работающий под давлением 90 фунтов на квадратный дюйм (6,2 бар изб.).

Питание технологических и коммунальных охладителей осуществлялось из коллектора холодной воды, теплая вода из охладителей направлялась в дегазационный барабан, где удалялся воздух и газ. Из дегазационного барабана вода поступала на нагнетательные фильтры. ^[3]

Вода фильтровалась в фильтрах нагнетания воды, один рабочий и один резервный/обратная промывка. Из фильтров вода подавалась к водонагнетательным насосам.

Три водонагнетательных насоса имели производительность по 221 м3 каждая. ³/час при дифференциальном напоре 2068,5 метров (209 бар). Насосы перекачивают воду в коллектор давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм и в устья скважин. Одинарный повысительный насос для закачки воды (221 м ³/час, дифференциальный напор 1379 м (139 бар)) всасывается из нагнетательных насосов и сбрасывается в коллектор с давлением 5000 фунтов на квадратный дюйм (345 бар) и устьевые устья скважин.

Было восемь водонагнетательных скважин, мощность каждой скважины составляла 15 000 баррелей в сутки (99,4 м3). ³/час). ^[3]

Канюк

Альтернативная конфигурация и технология используются на месторождении Buzzard в Северном море . ^[4] Насосы для подъема морской воды доставляют воду на глубину 4000 м. ³/час при 12 бар (изб.) к блоку грубой фильтрации морской воды. После фильтрации вода используется для охлаждения охлаждающей среды в пластинчатых теплообменниках охлаждающей среды. 2322,7 м ³Морская вода в час при давлении 6 бар изб. и температуре 20°C направляется на фильтры тонкой очистки, а затем на мембрану для удаления сульфатов, где обратный осмос . используется для удаления ионов сульфата из воды ^[4]

Десульфатированная вода поступает в верхнюю часть деаэраторной колонны, которая работает при частичном вакууме (0,3 бар), поддерживаемом вакуумной установкой деаэратора. Внутренние устройства деаэратора состоят из трех насадочных слоев. Деаэрированная вода забирается из основания деаэратора перекачивающими насосами, которые подают 1632 м3. ³/час при 3,6 бар изб. в уравнительный барабан деаэратора. ^[4] Из уравнительного барабана вода подается к водонагнетательным насосам, которые доставляют воду с производительностью до 250 000 баррелей воды в сутки в 11 водонагнетательных скважин. ^[5]

Пластовая вода также закачивается в пласт в объеме до 350 000 баррелей воды в сутки. ^[6]

Водонагнетательные скважины

В таблице показано количество водонагнетательных скважин на некоторых морских объектах, главным образом в Северном море. ^[7]

Установка	Расположение	Количество водонагнетательных скважин	Установка	Расположение	Количество водонагнетательных скважин
Брент С	Северное море	9	парень я	Южная Америка	3
Клеймор А	Северное море	10	Парень II	Южная Америка	11
Баклан А	Северное море	18	Cherne I	Южная Америка	5
Статфьорд А	Северное море	6	Гага	Северное море	7
Мерчисон	Северное море	10	Нельсон	Северное море	9
Магнус	Северное море	5	Тиффани	Северное море	7
Брей А	Северное море	14	Северо-Западный Хаттон	Северное море	8

Источники и примечания

«Новые миллиарды в нефти» Popular Mechanics , март 1933 г., т. е. статья об изобретении закачки воды для добычи нефти.
Закачка воды
Прогнозные расчеты производительности заводнения

^ Абдус Саттер, Гулам М. Икбал и Джеймс Л. Бухвальтер, Практические усовершенствования разработки резервуаров (Талса, Оклахома: Pennwell, 2008) 492.
^ Бавей, П.; Вандевивер, П.; Хойл, БЛ; ДеЛео, ПК; де Лозада, DS (2006). «Воздействие на окружающую среду и механизмы биологического засорения насыщенных почв и материалов водоносных горизонтов» ( PDF ) . Критические обзоры в области экологических наук и технологий . 28 (2): 123–191. дои : 10.1080/10643389891254197 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д P&ID компании North West Hutton, датированные 1997 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Блок-схемы инженерных сетей Buzzard, датированные 2003 годом.
^ «Нефтегазовое месторождение Канюк в Великобритании начало добычу» . Нефтегазовый журнал . 8 января 2007 г.
^ «Баззард становится крупнейшим в Великобритании разработкой нефтяных месторождений за последнее время» . Оффшор . 1 декабря 2006 г.
↑ Рекламная брошюра Мэтью Холла по оффшорной инженерии, апрель 1991 г.

[1] Абдус Саттер, Гулам М. Икбал и Джеймс Л. Бухвальтер, Практические усовершенствования разработки резервуаров (Талса, Оклахома: Pennwell, 2008) 492.

[2] Бавей, П.; Вандевивер, П.; Хойл, БЛ; ДеЛео, ПК; де Лозада, DS (2006). «Воздействие на окружающую среду и механизмы биологического засорения насыщенных почв и материалов водоносных горизонтов» ( PDF ) . Критические обзоры в области экологических наук и технологий . 28 (2): 123–191. дои : 10.1080/10643389891254197 .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д P&ID компании North West Hutton, датированные 1997 г.

[:1-4] Jump up to: ^а ^б ^с Блок-схемы инженерных сетей Buzzard, датированные 2003 годом.

[5] «Нефтегазовое месторождение Канюк в Великобритании начало добычу» . Нефтегазовый журнал . 8 января 2007 г.

[6] «Баззард становится крупнейшим в Великобритании разработкой нефтяных месторождений за последнее время» . Оффшор . 1 декабря 2006 г.

[7] Рекламная брошюра Мэтью Холла по оффшорной инженерии, апрель 1991 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]