В нефтяной промышленности заводнение или закачка воды — это когда вода закачивается в нефтяной пласт для поддержания давления (также известное как замена пустотности) или для перемещения нефти к скважинам и, таким образом, увеличения добычи. Скважины для закачки воды могут располагаться на суше и на море для увеличения нефтеотдачи из существующего пласта.
Обычно из пласта можно извлечь только 30% нефти, но закачка воды увеличивает нефтеотдачу (известную как коэффициент нефтеотдачи) и поддерживает дебит пласта в течение более длительного периода.
Заводнение началось случайно в Питхоуле, штат Пенсильвания, в 1865 году. Заводнение стало обычным явлением в Пенсильвании в 1880-х годах. [1]
Большинство источников объемной воды могут быть использованы для закачки. Следующие источники воды используются для извлечения нефти:
Производимая вода часто используется в качестве закачиваемой жидкости. Это снижает вероятность повреждения пласта несовместимыми жидкостями, хотя риск образования накипи или коррозии в закачиваемых линиях или трубах остается. Кроме того, добываемая вода, загрязненная углеводородами и твердыми частицами, должна быть утилизирована каким-то образом, а сброс в море или реку потребует сначала очистки водного потока. Однако обработка, необходимая для придания добываемой воде пригодности для повторной закачки, может быть столь же дорогостоящей.
Поскольку объемы добываемой воды никогда не бывают достаточными для замены всех объемов добычи (нефти и газа, а также воды), необходимо обеспечить дополнительную «подпиточную» воду. Смешение вод из разных источников усугубляет риск образования накипи.
Морская вода может быть наиболее удобным источником для оффшорных производственных объектов, и ее можно закачивать на берег для использования на наземных месторождениях. Где это возможно, водозабор размещается на достаточной глубине, чтобы снизить концентрацию водорослей; однако, как правило, требуется фильтрация, деоксигенация, обработка биоцидом.
Вода водоносного горизонта из водоносных образований, отличных от нефтяного резервуара, но в той же структуре, имеет преимущество чистоты и химической совместимости, где это возможно. Однако это не будет разрешено, если водоносный горизонт является источником питьевой воды, как, например, в Саудовской Аравии.
Перед закачкой речную воду необходимо фильтровать и обрабатывать биоцидом.
Фильтры очищают воду и удаляют примеси, такие как осадки, ракушки , песок, водоросли и другие биологические вещества. Типичная фильтрация составляет до 2 микрометров , но зависит от требований водохранилища. После фильтрации оставшееся вещество в фильтрате достаточно мелкое, чтобы избежать закупорки пор водохранилища. Песчаные фильтры являются широко используемой технологией фильтрации. Песчаный фильтр имеет слои с различными размерами песчаных гранул. Вода протекает через первый, самый грубый, слой песка вниз к самому мелкому. Для очистки фильтра процесс инвертируется. После фильтрации вода продолжает поступать в башню деоксигенации. Песчаные фильтры громоздкие, тяжелые, имеют некоторое количество просыпающихся 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 надлежащей очистки воды имеет решающее значение; особенно в случае с речной и морской водой, качество заборной воды может значительно различаться (цветение водорослей весной, штормы и течения, поднимающие осадки с морского дна), что может существенно повлиять на работу водоочистных сооружений. Это может привести к ухудшению качества воды, биологическому засорению резервуара и снижению добычи нефти. [2]
Кислород необходимо удалить из воды, поскольку он способствует коррозии и росту определенных бактерий . Рост бактерий в резервуаре может привести к образованию сероводорода , источника проблем с добычей, и может заблокировать поры в породе.
Башня дезоксигенации приводит впрыскиваемую воду в контакт с газовым потоком (газ легко доступен на нефтяном месторождении). Отфильтрованная вода стекает по башне дезоксигенации, разбрызгивается на ряде поддонов или насадок, в результате чего растворенный воздух переносится в газовый поток.
Альтернативным или дополнительным методом, который также используется в качестве резервного варианта для башен дезоксигенации, является добавление агента, поглощающего кислород , например, бисульфита натрия и бисульфита аммония.
Другой вариант — использовать мембранные контакторы. Мембранные контакторы приводят воду в контакт с потоком инертного газа, например азота, для удаления растворенного кислорода. Мембранные контакторы имеют преимущество в том, что они легче и компактнее, что позволяет создавать системы меньшего размера.
Высоконапорные, высокопоточные насосы для впрыска воды размещаются рядом с башней деоксигенации и насосами повышения давления. Они заполняют основание резервуара отфильтрованной водой, чтобы протолкнуть нефть к скважинам, как поршень . Результат впрыска не быстрый, для этого нужно время.
Конфигурация элементов установки, описанных выше, и их рабочие условия описаны в этом разделе. Этими примерами являются бывшая установка Amoco North West Hutton и установка Buzzard в Северном море.
Система впрыска воды имела два варианта конструкции [3]
Два насоса для подъема морской воды сбрасывали воду с производительностью 1590 м3 / ч и давлением 30,5 фунтов на кв. дюйм (2,1 бар изб.) в фильтры для морской воды. Они включали шесть двухсредных (гранатовых и антрацитовых) фильтрующих слоев. Нормальный поток был направлен вниз. Поток обратной промывки воды и воздуха был направлен вверх, а промывочная вода сбрасывалась за борт. [3] Обратная промывка была инициирована высоким перепадом давления на фильтрующем слое.
Отфильтрованная вода направлялась в верхнюю часть деаэратора. Это был вертикальный сосуд высотой 12,6 м и диаметром 4,0 м, внутренние части представляли собой насадочный слой. Воздух удалялся из воды восходящим потоком топливного газа, газ/воздух направлялся из верхней части сосуда в факел. Поглотитель кислорода вводился в сосуд деаэратора для удаления любого остаточного кислорода. Деаэрированная вода откачивалась из основания сосуда насосами деаэратора и передавалась в коллектор холодной воды, работающий под давлением 90 фунтов на кв. дюйм (6,2 бар изб.).
Технологические и коммунальные охладители снабжались из коллектора холодной воды, теплая вода из охладителей направлялась в дегазационный барабан, где удалялся любой воздух или газ. Из дегазационного барабана вода поступала в инжекционные фильтры. [3]
Вода фильтруется в фильтрах для впрыска воды, один рабочий и один резервный/обратная промывка. Из фильтров вода направляется в насосы для впрыска воды.
Три насоса для впрыска воды имели производительность 221 м 3 /час каждый с перепадом напора 2068,5 метров (209 бар). Насосы выгружали воду в коллектор 3000 фунтов на кв. дюйм и устья скважин. Один насос для впрыска воды (221 м 3 /час, перепад напора 1379 м (139 бар)) всасывал воду из нагнетания насосов для впрыска воды и выгружал ее в коллектор 5000 фунтов на кв. дюйм (345 бар) и устья скважин.
Было восемь скважин для нагнетания воды, каждая скважина имела производительность 15 000 баррелей воды в сутки (99,4 м 3 /час). [3]
Альтернативная конфигурация и технология используются на месторождении Buzzard в Северном море . [4] Насосы подъема морской воды подают 4000 м 3 /час при давлении 12 бар изб. в блок грубой фильтрации морской воды. После фильтрации вода используется для охлаждения охлаждающей среды в пластинчатых теплообменниках охлаждающей среды. 2322,7 м 3 /час морской воды теперь при давлении 6 бар изб. и температуре 20°C направляется в фильтры тонкой очистки, а затем в мембрану для удаления сульфата, 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 вакуумным блоком деаэратора. Внутренние части деаэратора включают три насадочных слоя. Деаэрированная вода забирается из основания деаэратора насосами перекачки, которые подают 1632 м 3 /ч при 3,6 бар изб. в уравнительный барабан дегазатора. [4] Из уравнительного барабана вода подается в насосы для нагнетания воды, которые подают воду с производительностью до 250 000 баррелей воды в день в 11 скважин для нагнетания воды. [5]
Пластовая вода также закачивается в пласт в объеме до 350 000 баррелей воды в день. [6]
В таблице показано количество скважин для нагнетания воды на некоторых морских установках, в основном в Северном море. [7]