СИСТЕМА ОБУСТРОЙСТВА МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ И ПРИРОДНОГО БИТУМА
SYSTEM FOR DEVELOPMENT OF HEAVY OIL AND NATURAL BITUMEN DEPOSIT

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к системам нефтепромыслового обустройства при разработке месторождений тяжелой нефти и природного битума.
Известна герметизированная высоконапорная система сбора и транспортирования нефти, газа и воды для больших площадей месторождения (см. учебник Лутошкина Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. - М.: Недра, 1979. - С. 22-24), включающая эксплуатационные скважины, выкидные линии, автоматизированную групповую замерную установку «Спутник», сборный коллектор для нефти, газа и воды, дожимную насосную станцию, сборный коллектор частично дегазированной нефти, установку подготовки нефти, герметизированные попеременно работающие товарные резервуары, центробежные насосы, автоматизированную установку по измерению качества и количества товарной нефти «Рубин-2 м», автоматически открывающиеся и закрывающиеся краны, коллектор товарной нефти, товарные резервуары, магистральный нефтепровод, установку подготовки воды, водовод, кустовую насосную станцию, водовод высокого давления, нагнетательную скважину, газопровод, эжектор, газоперерабатывающий завод, контур нефтеносности.
Недостатками данной системы являются, во-первых, низкая эффективность разработки нефтяного месторождения путем закачки воды в продуктивный пласт в случае добычи тяжелой нефти и природного битума; во-вторых, отсутствие подачи деэмульгатора в продукцию скважин в системе нефтесбора; в-третьих, отсутствие подачи ингибитора коррозии в очищенную воду, направляемую в систему поддержания пластового давления (ППД).
Наиболее близкой по технической сущности является система обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума (см. патент на изобретение RU 2503806, МПК Е21В 43/20, F17D 1/16, опубл. в бюл. №1 от 10.01.2014), включающая источник пресной воды, добывающие скважины, блок дозирования деэмульгатора, дожимную насосную станцию, установку подготовки нефти, очистные сооружения, кустовую насосную станцию, блок дозирования ингибитора коррозии, нагнетательные скважины, парогенератор, паронагнетательные скважины.
Недостатком известной системы является то, что в технологическом процессе очистки попутно добываемой воды для выработки пара не используются специальные способы очистки от сероводорода, а при отстое и фильтрации невозможно отделить более 90% сероводорода, так как такая очистка может осуществляться в одну или несколько ступеней в зависимости от применяемых технологий очистки (могут быть разными для разных ступеней), например технологии удаления сероводорода с применением аэрации, технологии осаждения сероводорода в виде сульфидов железа при добавлении реагентов (соединений железа) или т.п. Наличие сероводорода в высокой концентрации (более 10% остатка в воде) приводит к быстрому выходу из строя технологического оборудования, особенно печей - парогенераторов.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются увеличение срока службы оборудования, повышение эффективности очистки без высоких затрат за счет дополнительной глубокой очистки попутно добываемой воды от сероводорода отдувкой дешевыми дымовыми газами парогенератора.
Технические задачи решаются системой обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума, включающей источник пресной воды с трубопроводом пресной воды, добывающие скважины, соединенные через трубопровод продукции скважин и дожимную насосную станцию с установкой подготовки нефти, оснащенной трубопроводом товарной нефти и трубопроводом попутно добываемой воды, сообщенным с блоком водоподготовки, который через трубопровод рассола, кустовую насосную станцию и водовод, оснащенный блоком дозирования ингибитора коррозии, сообщен с нагнетательными скважинами, при этом добывающие скважины сообщены трубопроводом затрубного газа с трубопроводом топливного газа, а трубопровод продукции скважин оснащен блоком дозирования деэмульгатора и групповой замерной установкой, установленной после блока дозирования деэмульгатора, блок водоподготовки снабжен трубопроводом уловленной нефти для ее возврата на установку подготовки нефти, оснащенную дополнительно системой нагрева продукции с трубопроводом топливного газа и трубопроводом попутного нефтяного газа, при этом блок водоподготовки соединен с трубопроводом пресной воды для ее глубокой очистки с целью обеспечения парогенератора необходимым объемом воды при объемах добычи нефти не более 10% от проектного максимального объема добычи нефти, а также через трубопровод глубокоочищенной воды с парогенератором, который для нагрева воды соединен с трубопроводом топливного газа, а через паропровод сообщен с паронагнетательными скважинами.
Новым является то, что установка подготовки нефти сообщена с блоком водоподготовки через блок очистки от сероводорода, выполненным с возможностью отдувки попутно добываемой воды отводимыми от парогенератора дымовыми газами, подаваемыми в блок очистки от сероводорода по трубопроводу отвода дымовых газов от парогенератора, при этом блок очистки от сероводорода снабжен трубопроводом отвода на обезвреживание дымовых газов, содержащих извлеченный из воды сероводород.
На чертеже представлена схема, иллюстрирующая систему обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума.
Система состоит из добывающих скважин 1, соединенных через трубопровод продукции скважин 2 с установкой подготовки нефти 3, которая связана с трубопроводом товарной нефти 4 (тяжелой нефти и природного битума). Трубопровод продукции скважин 2 оснащен блоком дозирования деэмульгатора 14. Трубопровод попутно добываемой воды 5 и трубопровод очищенной попутно добываемой воды 6 соединяют установку подготовки нефти 3 через блок очистки от сероводорода 7 с блоком водоподготовки 8, который в свою очередь соединен через трубопровод рассола 9 с кустовой насосной станцией 10 и водовод 11 с нагнетательными скважинами 12, при этом водовод 11 оснащен блоком дозирования ингибитора коррозии 13. Блок водоподготовки 8 сообщен через трубопровод уловленной нефти 15 с установкой подготовки нефти 3 и через трубопровод пресной воды 16 с источником пресной воды 17, а также через трубопровод глубоко очищенной воды 18 с парогенератором 19, который в свою очередь связан через паропровод 20 с паронагнетательными скважинами 21. Установка подготовки нефти 3 оснащена трубопроводом попутного нефтяного газа 22, а трубопровод топливного газа 23 сообщен по одной линии с установкой подготовки нефти 3, а по другой линии - с парогенератором 19. Парогенератор 19 соединен трубопроводом отвода дымовых газов 24 с блоком очистки от сероводорода 7, содержащегося в попутно добываемой воде. Блок очистки от сероводорода 7 оснащен трубопроводом отвода на обезвреживание дымовых газов 25, содержащих извлеченный из воды сероводород. На трубопроводе продукции скважин 2 между добывающими скважинами 1 и установкой подготовки нефти 3 установлена дожимная насосная станция 26. Добывающие скважины 1 также связаны с трубопроводом топливного газа 23 через трубопровод затрубного газа 27, а после добывающих скважин 1 на трубопроводе продукции скважин 2 также установлена групповая замерная установка 28.
Система работает следующим образом.
Продукция I добывающих скважин 1 по трубопроводу продукции скважин 2 поступает на установку подготовки нефти 3, где осуществляется подготовка нефти (тяжелой нефти и природного битума) до товарной кондиции. В районе добывающих скважин 1 в продукцию скважин I подается деэмульгатор II с помощью блока дозирования деэмульгатора 14, которым оснащен трубопровод продукции скважин 2. Подготовленная на установке подготовки нефти 3 товарная нефть (тяжелая нефть и природный битум) III отводится по трубопроводу товарной нефти 4 (тяжелой нефти и природного битума) потребителю. Попутно добываемая вода IV, отделившаяся на установке подготовки нефти 3, по трубопроводу попутно добываемой воды 5 поступает в блок очистки от сероводорода 7. В блок очистки от сероводорода 7 по трубопроводу отвода дымовых газов 24 от парогенератора 19 подаются дымовые газы V для отдувки сероводорода, содержащегося в попутно добываемой воде IV.
Известно, что в водных растворах существует равновесие:
При этом произведение концентраций ионов гидроксония (гидратированных ионов водорода или протонов) и гидроксид-ионов, или ионное произведение воды, для определенных условий есть величина постоянная:
-14
2
2
При температуре 25°С величина Кв равна примерно 10 моль/л. Соответственно при нейтральной реакции среды, т.е. при равенстве концентраций ионов гидроксония и гидроксид-ионов взятый с обратным знаком десятичный логарифм концентрации, например ионов водорода, или иначе водородный показатель (рН), равен 7,0. Вызванное каким-либо фактором изменение концентрации одних ионов (например, повышение) приводит к соответствующему пропорциональному изменению концентрации других ионов (их снижению).
В пластовой воде протекают также другие равновесные процессы, обусловленные присутствием в ней сероводорода (в том числе в форме гидросульфидов и сульфидов щелочных и в меньшей степени щелочноземельных металлов) и диоксида углерода (в том числе в форме гидрокарбонатов и карбонатов щелочных металлов):
Пластовая вода, получаемая при добыче тяжелой нефти и природного битума, в основном характеризуется значениями рН больше 7 единиц, и не наблюдается понижение рН меньше 6 единиц. В этих условиях сероводород и диоксид углерода присутствуют в пластовой воде в основном в формах гидросульфидов и гидрокарбонатов металлов, т.е. реакции (3) и (4) смещены в целом к средней части и частично вправо за счет связывания ионов водорода ионами гидроксила, в конечном счете содержащимися примерно в том же количестве или в некотором избытке по отношению к ионам водорода.
В процессе отдувки при контакте отдувочных газов с загрязненной водой происходит переход части растворенного в воде и находящегося в молекулярной форме сероводорода (а также углекислого газа) в газовую фазу, стремящийся к достижению равновесных концентраций сероводорода (и углекислого газа) в жидкой и газовой фазах. В жидкости за счет удаления сероводорода и углекислого газа происходит смещение реакций (3) и (4) влево, на что расходуются ионы водорода. В соответствии с уравнением (2) это приводит к увеличению концентрации ионов гидроксила и увеличению величины рН, что способствует смещению реакций (3) и (4) вправо и замедлению процесса отдувки сероводорода.
Экспериментально в лабораторных условиях при отдувке инертным газом пластовой воды Ашальчинского месторождения ПАО «Татнефть» при температуре 85°С величина рН воды возросла с 7,80 до 11,84, что привело в итоге к чрезмерному увеличению объема отдувочного газа по отношению к объему очищаемой воды (2750 к 1), притом что не удалось полностью очистить воду от сероводорода.
Использование для отдувки пластовой воды от сероводорода дымовых газов с высокой концентрацией диоксида углерода позволяет постоянно смещать в процессе отдувки равновесие реакции (4) вправо, обогащая систему ионами водорода, что соответственно позволяет сместить равновесие реакции (3) влево в сторону образования сероводорода в молекулярной форме, легко переходящего в газовую фазу и удаляемого из системы с отработавшими дымовыми газами отдувки. Экспериментально в процессе барботажа пробы пластовой воды при температуре 40°С дымовыми газами была достигнута необходимая степень удаления сероводорода из воды (более 90%) при соотношении объема отдувочного газа к объему воды 50 к 1 с изменением рН воды от 7,71 до 7,67 единиц, т.е. практически без изменения рН среды. Следует отметить малую эффективность проведенного процесса барботажа, т.к. он осуществляется фактически в режиме реактора идеального перемешивания - отсутствует противоток.
Отдувка в промысловых условиях при обустройстве месторождения тяжелой нефти и природного битума осуществляется преимущественно в противотоке очищаемой воды и дымовых газов, что способствует более эффективному удалению сероводорода как с точки зрения повышения степени очистки воды, так и уменьшения соотношения требуемого объема дымовых газов к объему очищаемой воды.
Из блока очистки от сероводорода 7 отработавшие дымовые газы VI, содержащие сероводород, направляются по трубопроводу отвода на обезвреживание дымовых газов 25, содержащих извлеченный из воды сероводород, на обезвреживание сероводорода, например путем сжигания в печи или на факеле, химической нейтрализации на узле нейтрализации сероводорода и т.д. (на схеме не указаны, на способы обезвреживания сероводорода авторы не претендуют), с последующим выбросом их в атмосферу, а очищенная попутно добываемая вода VII по трубопроводу очищенной попутно добываемой воды 6 направляется в блок водоподготовки 8, где осуществляется ее предварительная очистка от нефти и механических примесей, а также глубокая очистка от нефти, механических примесей, остаточного сероводорода, кислорода и солей жесткости. Уловленная нефть VIII с блока водоподготовки 8 по трубопроводу уловленной нефти 15 возвращается на установку подготовки нефти 3.
На первоначальном этапе разработки месторождения тяжелой нефти и природного битума, а именно при объемах добычи не более 10% от проектного максимального объема добычи нефти вследствие недостаточного объема попутно добываемой воды IV для обеспечения ею парогенератора 19, а также вследствие высоких капитальных затрат на глубокую очистку попутно добываемой воды IV на блоке водоподготовки 8, целесообразно попутно добываемую воду IV очищать на блоке водоподготовки 8 только от нефти и механических примесей в буферной емкости (на схеме не показана), после чего очищенную от нефти и механических примесей попутно добываемую воду VII по трубопроводу рассола 9 направлять на кустовую насосную станцию 10 и далее по водоводу 11 закачивать в нагнетательные скважины 12 системы ППД близлежащих месторождений обычной нефти, а для выработки водяного пара X целесообразно использовать пресную воду IX из поверхностных источников. Для этого пресная вода IX по трубопроводу пресной воды 16 из источника пресной воды 17 направляется на блок водоподготовки 8, где осуществляется ее глубокая очистка, после чего глубокоочищенная вода XI по трубопроводу глубоко-очищенной воды 18 поступает в парогенератор 19, а рассол XII направляется по трубопроводу рассола 9 на кустовую насосную станцию 10 и далее утилизируется в системе ППД близлежащих месторождений обычной нефти. После кустовой насосной станции 10 в сточную воду XIII в водоводе 11 подается ингибитор коррозии XIV с помощью блока дозирования ингибитора коррозии 13. Выработанный в парогенераторе 19 водяной пар X по паропроводу 20 направляется в паронагнетательные скважины 21 для закачки в продуктивный пласт месторождения тяжелой нефти и природного битума.
При объемах добычи нефти (тяжелой нефти и природного битума) более 10% от проектного максимального объема добычи нефти будут образовываться значительные объемы попутно добываемой воды IV, поэтому в дальнейшем целесообразно ее использовать для выработки водяного пара X, закачиваемого в продуктивный пласт. Для этого на блоке водоподготовки 8 осуществляют глубокую очистку очищенной попутно добываемой воды VII от нефти, механических примесей и солей жесткости. Затем после блока водоподготовки 8 глубокоочищенная вода XI по трубопроводу глубокоочищенной воды 18 поступает в парогенератор 19. При необходимости для обеспечения парогенератора 19 необходимым объемом воды на блок водоподготовки 7 по трубопроводу пресной воды 16 из источника пресной воды 17 поступает пресная вода IX. Отделившийся на установке подготовки нефти 3 попутный нефтяной газ XV по трубопроводу попутного нефтяного газа 22 отводится на факел (на схеме не указан) или иную утилизацию. Нагрев продукции I скважин на установке подготовки нефти 3 и выработка водяного пара X в парогенераторе 19 производится за счет сжигания топливного газа XVI, подводимого к системе по трубопроводу топливного газа 23. При этом в смеси с ним сжигается и затрубный газ XVII, поступающий в трубопровод топливного газа 23 из затрубного пространства добывающих скважин 1 по трубопроводу затрубного газа 27. Смешение затрубного газа XVII с топливным газом XVI осуществляется после газораспределительного пункта (на схеме не указан). Для замера количества добытой продукции I добывающих скважин 1 на трубопроводе продукции скважин 2 установлена групповая замерная установка 26. При больших расстояниях от добывающих скважин 1 до установки подготовки нефти 3 с целью снижения давления на устьях добывающих скважин 1 на трубопроводе продукции скважин 2 также установлена дожимная насосная станция 28.
Использование предлагаемой системы обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума позволит увеличить срок службы оборудования, повысить эффективность очистки без высоких затрат за счет дополнительной глубокой очистки попутно добываемой воды от сероводорода отдувкой дешевыми дымовыми газами парогенератора.