Совершенствование технологии подготовки обводненных нефтеконденсатных смесей с высоким содержанием сероводорода: на примере Карачаганакского месторождения

В связи с вовлечением стран, возникших на постсоветском пространстве, в общемировые интеграционные процессы и привлечением в их экономику иностранных капиталов развитие новых производств и совершенствование старых, в т. ч. в области эксплуатации, освоения и разработки месторождений должно производиться на основании анализа имеющегося опыта в отечественной и зарубежной практике.

В условиях обостряющегося экологического кризиса исследования принимают определенную направленность (надежность и экологическая чистота) и актуальность. В первую очередь это касается производств, несущих опасность загрязнения окружающей среды. К ним относятся системы сбора, подготовки и транспорта продукции нефтегазоконденсатных месторождений с повышенным содержанием кислых газов, серы и сернистых соединений.

Казахстан является одним из крупнейших мировых нефтедобывающих регионов. Среди разведанных и эксплуатирующихся месторождений наиболее крупные — Тенгиз, Жанажол, Карачаганак, Узень, Жетыбай, Каламкас, Кумколь и ряд других. Добываемые нефти по своим физико-химических свойствам, содержанию асфальтенов, смол и парафинов весьма разнообразны. Многие из них содержат значительное количество углекислого газа, серы и ее соединений. Казахстан имеет богатый опыт освоения, обустройства и эксплуатации таких месторождений и наблюдения за сопутствующим им воздействием на окружающую среду. Он может быть обобщен и использован в дальнейшем развитии отрасли.

Состав продукции всех месторождений уникален и является определяющим элементом при выборе технологических схем ее сбора и подготовки. Методы повышения глубины подготовки, экономичности и надежности достаточно изучены, но в силу меняющихся требований и имеющихся достижений, работы по обустройству всегда носят творческий характер, а принимаемые технологические решения становятся совершеннее.

Экономические показатели технических и технологических решений по обустройству могут быть оптимизированы за счет совмещения технологических процессов в аппаратах, сокращения протяженности коммуникаций и совместного транспорта нефти и газа под высоким давлением до УПН и т. д.

Экологическая и промышленная надежность технических решений по обустройству месторождений с высоким содержанием сероводорода определяется степенью концентрации процессов на площадке УПН, достигаемой автономностью, герметичностью и соблюдением режима загрузки.

Исследования, направленные на разработку научных принципов совершенствования технологии сбора и подготовки нефти и попутного газа с высоким содержанием сероводорода, являются актуальными для нефтяной промышленности Республики Казахстан и нефтедобывающих регионов Российской Федерации -.Республик Башкортостан, Татарстан и ряда других.

Значительный вклад в развитие данной отрасли в целом и в отдельные ее разделы внесли как российские (советские) так и зарубежные ученые — химики, физики, технологи. Среди них Тронов В. П., Мирзаджанзаде А. Х., Гужов А. И., Константинов Н. Н., Мавлютова М. З, Позднышев Г. Н., Мамаев В. А., Емков А. А., Мансуров Р. И., Бриль Д. М., Baker О., Cheves J.A., Hewitt J.F., Hoogen-doorn G, J. и многие другие.

Целью диссертационной работы является:

Совершенствование технологии подготовки продукции нефтегазокон-денсатных месторождений с повышенным содержанием сероводорода на основе изучения физико-химических свойств компонентов продукции. Повышение надежности и экологической безопасности технологического процесса.

Задачи исследований, поставленных в диссертационной работе:

1. Исследовать физико-химический состав компонентов продукции Ка-рачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения и влияние его на выбор методов и технологической схемы подготовки.

2. Систематизировать методы и технологические схемы подготовки продукции скважин с высоким содержанием сероводорода. Оценить надежность технологической схемы, соответствие ее мировому уровню и современным требованиям экологической безопасности.

3. Оценить влияние изменения количественного соотношения нефти, конденсата и пластовой воды в процессе разработки месторождения на надежность технологической схемы, указать пути ее совершенствования.

4. Оценить влияние очистки вод, участвующих в штатном технологиче— ском процессе, и возможных нештатных ситуаций на экосистему водного бассейна.

5. Разработать методы и технические средства, совершенствующие технологический процесс, повышающие его эффективность и надежность.

Решение поставленных задач осуществлено на базе теоретических исследований и экспериментальных данных, полученных преимущественно в результате лабораторных исследований с применением при обработке результатов современных методов математической статистики и вычислительной техники.

В результате выполнения данной диссертационной работы установлено:

1. Разработанная технологическая схема подготовки продукции Карача-ганакского НГКМ отвечает лучшим мировым аналогам, учтены все нормативные требования к качеству товарной продукции степени очистки и т. д., действующие на момент принятия решения. На ранней стадии эксплуатации месторождения технологический процесс осуществляется с ресурсом, который истощается по мере изменения соотношения нефти, конденсата и воды в добываемой продукции.

2. В качестве возможных путей совершенствования и повышения надежности технологической схемы могут быть названы следующие: применение новой техники и технологических приемов, сокращающих эмульгирование продуктовуглубление подготовки и степени очистки путем использования новых реагентоввыполнение мероприятий, отвечающих современным требованиям мониторинга окружающей среды. Дана методика расчета экономической эффективности выполнения мероприятий по повышению экологической безопасности.

3. В результате исследования физико-химических свойств нефти, конденсата и пластовой воды установлено:

— карачаганакская нефть обладает низкими эмульгирующими и пленкообразующими свойствами, а добавление конденсата незначительно ухудшает эти показатели;

— эмульсии пластовой воды с нефтью, конденсатом и их смесями обладают низкой агрегативной устойчивостью;

— все исследуемые реагенты, применяемые в добыче и сборе нефти (кроме Север-1), не оказывают существенного влияния на устойчивость эмульсий;

— эмульсии нефти конденсата и воды являются относительно неустойчивыми и разрушаются с применением простого нагрева до 60 °C, однако, по мере старения эмульсий их устойчивость увеличивается. Ввод деэмульгатора, следует рассредоточить по технологической схеме в направлении уменьшения времени старения эмульсии;

4. Для обеспечения кондиции по обессоливанию нефти с некоторым технологическим запасом качества необходимо применять двухступенчатое обес-соливание. Наибольшая глубина обессоливания достигается при циркуляции на каждой ступени 15% собственной водытемпература процесса должна быть не ниже 70.75 °Снеобходимая полнота разделения эмульсии требует применения интенсифицирующих факторов — электрическое поле, добавка к промывочной воде ингибитора солеотложения.

5. Пластовые воды, обнаруживаемые в настоящее время на некоторых скважинах Карачаганакского месторождения, склонны к повышенному соле-отложению, с целью предотвращения которого предлагается вводить ингибиторы карбонатных и сульфатных солей типа Калиокс-2936, SP-203, Корексит 7647 одновременно с комплексным ингибитором коррозии и гидратообразова-ния (КИГИК) и рассредоточить по технологической схеме. С целью предотвращения солеотложений на глубинно-насосном оборудовании начать ввод ингибитора с забоя скважин.

6. Предложена система предварительного сброса пластовой воды на промыслах с использованием гидроциклона, обеспечивающая высокое качество разделения газа, воды и механических примесей и газанадежность работы центробежных насосовсохранение легких, наиболее ценных углеводородных компонентов нефтивысокую степень очистки нефти от воды, воды от нефтепродуктов и предотвращающая загрязнение окружающей среды.

7. Принятая на месторождении схема очистки сточных вод отвечает требованиям надежности и экологической безопасности. Однако наблюдается загрязнение подземных вод, причиной которого могут быть нештатные ситуации, такие как разрывы трубопроводов, утечки нефти в системе подготовки, затопление открытых гидротехнических сооружений. Разработана математическая модель для определения глубины проникновения нефти в грунт и достижения грунтовых вод, учитывающая физико-механические свойства грунта и физико-химические характеристики взаимодействия жидкости с его зернами в зависимости от времени контакта с нефтью, предложены способ и устройство для защиты дамб гидротехнических сооружений от затопления поверхностными водами и их прорыва.

Степень достоверности результатов проведенных исследований.

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций следует из проведенного автором комплекса теоретических, экспериментальных и промысловых исследований. Достоверность полученных автором результатов подтверждается соответствием теоретических выкладок фактическим промысловым данным и результатам экспериментальных исследований.

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

— заседаниях Ученого совета и семинарах в Государственном университете и Институте химии и природных солей АН Республики Казахстан;

— Международном симпозиуме, посвященном 100-летию со дня рождения академика К. И. Сатпаева, г. Алматы, 1998 г.;

— Второй Казахстанско-Российской научно-практической конференции «Математическое моделирование научно-технологических и экологических проблем в нефтегазовой промышленности» г. Алматы, 1998;

— Региональной научной конференции, посвященной 60-летию Павлодарской области, г. Павлодар, 1998 г.;

— заседаниях секции Ученого совета Института проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР).

Диссертационная работа выполнялась в Институте проблем транспорта энергоресурсов «ИПТЭР».

Структура и объем работы.

Диссертационная работа общим объемом 129 страниц машинописного текста состоит из введения, 4 глав, заключения (основных выводов и рекомендаций) 39 таблиц, 16 иллюстраций.

Список литературы

включает 89 наименований.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Разработанные технологические схемы подготовки нефти и конденсата Карачаганакского НГКМ отвечают лучшим мировым аналогам, как в части обеспечения технологического процесса, так и соответствия современным требованиям экологической безопасности, а схемы очистки сточных вод превосходят их. На ранней стадии эксплуатации месторождения технологический процесс осуществляется с ресурсом, который истощается по мере изменения соотношения нефти, конденсата и воды в добываемой продукции.

2. В результате исследования физико-химических свойств нефти, конденсата и пластовой воды установлено:

— карачаганакская нефть обладает низкими эмульгирующими и пленкообразующими свойствами, а добавление конденсата незначительно ухудшает эти показатели;

— эмульсии нефти конденсата и воды являются относительно неустойчивыми и разрушаются с применением простого нагрева до 60 °C;

— все исследуемые реагенты, применяемые в добыче и сборе нефти (кроме Север-1), не оказывают существенного влияния на устойчивость эмульсий;

— для обеспечения кондиции по обессоливанию нефти с некоторым технологическим запасом качества необходимо применять двухступенчатое обес-соливание. Наибольшая глубина обессоливания достигается при циркуляции на каждой ступени 15% собственной водытемпература процесса должна быть не ниже 70.75 °Снеобходимая полнота разделения эмульсии требует применения интенсифицирующих факторов — электрическое поле, добавка к промывочной воде ингибитора солеотложения.

3. Установлено, что с ростом обводненности продукции скважин в процессе ее движения от забоя по технологической цепочке образуются эмульсии, стойкость которых возрастает по мере старения и при добавке конденсата. Предложены система предварительного сброса пластовой воды на промыслах с использованием гидроциклона, обеспечивающая высокое качество разделения нефти, воды, механических примесей и газа и метод предотвращения образования стойких эмульсий в насосах.

4. Пластовые воды, обнаруживаемые на некоторых скважинах Карачага-накского месторождения уже на ранней стадии его разработки, склонны к повышенному солеотложению, с целью предотвращения которого предлагается вводить ингибиторы карбонатных и сульфатных солей типа Калиокс-2936, SP-203, Корексит 7647 одновременно с комплексным ингибитором коррозии и гидратообразования (КИГИК) на забой скважин и деэмульгаторами по технологической схеме.

5. Принятая на месторождении схема очистки сточных вод отвечает требованиям надежности и экологической безопасности. Однако наблюдается загрязнение подземных вод, причиной которого могут быть нештатные ситуации, такие как разрывы трубопроводов, утечки нефти в системе подготовки, затопление открытых гидротехнических сооружений. Разработана математическая модель для определения глубины проникновения нефти в грунт и достижения грунтовых вод, учитывающая физико-механические свойства грунта и физико-химические характеристики взаимодействия жидкости с его зернами в зависимости от времени их контакта. Предложен метод флотационной очистки сточных вод. Предложены способ и устройство для защиты дамб гидротехнических сооружений от затопления поверхностными водами и их прорыва.