Закачиваемых в пласт при заводнении

Приток жидкостей и газа к забоям эксплуатационных скважин вызывается разностью между пластовым и забойным давлениями. Источниками пластовой энергии для поддержания этой разности давлений являются энергия напора пластовых вод, энергия свободного или выделившегося из нефти при понижении давления растворенного газа.

Наиболее эффективным режимом работы нефтяных залежей является водонапорный режим, при котором используется энергия напора краевых пластовых вод. При водонапорном режиме поступающая в нефтяной пласт вода замещает отбираемый объем нефти и газа. Естественная пластовая энергия не всегда обеспечивает полноту отбора нефти и необходимые темпы разработки нефтяного месторождения. Для повышения степени увеличения нефти из пласта и достижения необходимых темпов разработки применяются методы поддержания пластового давления нагнетанием в залежь воды.

Для нагнетания в нефтяные пласты используются воды открытых источников рек, озер, прудов, морей или подземных источников – артезианские, пластовые воды.

Пресные воды. К ним относятся воды рек, озер, подземных источников, характеризующиеся общим содержанием растворенных солей до 1000 мг/л. Основными ионами являются: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-. Речные воды имеют реакцию, близкую к нейтральной (рН = 6,5 – 8,5) и содержат некоторое количество взвешенных частиц, количество которых изменяется в зависимости от времени года (больше всего во время половодья, меньше всего – зимой). Подземные пресные воды имеют в своем составе различные соли. Степень минерализации их может изменяться от 100 – 200 мг до нескольких грамм на 1 л. В пресных артезианских водах преобладают ионы Ca²⁺, HCO₃^-. Количество растворенного О₂ в подземных водах несколько меньше, чем в водах рек и озер, нередко подземные воды содержат значительное количество растворенного СО₂.

Морские воды. Соленость этих вод находится на уровне 35 г/л, соленость внутренних морей может быть значительно ниже. Основными компонентами являются ионы Na⁺, Cl^-, SO₄^2-. Морская вода обычно имеет слабощелочную среду, рН = 8,1 – 8,4.

Сточные воды нефтяных месторождений. Представляют собой смесь пластовой воды, добываемой вместе с нефтью, с пресной водой, добавляемой в нефть в процессе обезвоживания и ливневыми водами. Содержание пластовой воды доходит до 82 – 84 %. В основном пластовые воды относятся к водам хлоркальциевого типа и характеризуются большой концентрацией растворенных солей (Na⁺, Ca²⁺, Cl^-). Сточные воды нефтяных месторождений характеризуются высоким содержанием механических примесей, содержание нефти в отдельных случаях доходит до 3000 – 5000 мг/л, взвешенных твердых частиц до 2000 – 3000 мг/л. Нефть находится в виде отдельного слоя, плавающего на поверхности в виде эмульсии, частично связана со взвешенными частицами, обволакивая их (песчинки, глинистые частицы, мелкодисперсные продукты коррозии, сернистое железо).

Требования к качеству воды, закачиваемой в нефтяные пласты. Процесс поддержания пластового давления путем заводнения предусматривает закачку огромных количеств воды через призабойные зоны скважин в пористые пласты. Для проведения данного процесса необходимо, чтобы огромные количества воды фильтровались в пористой среде, не создавая больших фильтрационных сопротивлений. Основные причины, вследствие которых может возрастать фильтрационное сопротивление при закачке воды через нагнетательную скважину в пласт это:

- отложение механических примесей на фильтрационной поверхности;

- уменьшение проницаемости пористой среды под влиянием взаимодействия частиц породы с нагнетаемой водой, состав которой отличается от состава пластовой воды, ранее насыщавшей породу;

- образование нерастворимых соединений при смешивании нагнетаемой и пластовой вод.

Поэтому основным требованием к нагнетаемой в пласт воде является требование хорошо фильтроваться в пористой среде и вода не должна обладать коррозионными свойствами.

Подготовка природных и сточных вод нефтяных месторождений к нагнетанию в пласт. Природные воды рек и озер, используемые для заводнения нефтяных пластов, перед нагнетанием в пласт очищают от механических примесей и соединений железа. Для очистки воды от тонкодисперсных взвешенных частиц ее обрабатывают химическими реагентами, добавление которых к воде способствует укрупнению частиц взвеси, образованию хлопьев и быстрому их осаждению. Эти реагенты называются коагулянтами, наиболее распространены Al₂(SO₄)₃·10 H₂O, FeCl₃, FeSO₄.

При растворении Al₂(SO₄)₃ происходит гидролиз соли:

Al₂(SO₄)₃ 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

Al³⁺ + 3H₂O Al(OH)₃ + 3H⁺.

В щелочной среде гидролиз соли идет до конца с образованием осадка Al(OH)₃, который, оседая, связывает взвешенные твердые частицы, содержащиеся в воде. Для создания щелочной среды в воду добавляют известковое молоко, получаемое путем гашения извести:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

Создание щелочной среды способствует также очистке воды от содержания железа, происходит гидролиз солей железа и осаждение их в виде Fe(OH)₃.

Для интенсификации процессов очистки воды используют синтетические водорастворимые высокомолекулярные соединения, способствующие образованию хлопьев осадка – флоккулянты, например, полиакриламид.

Молекулы полиакриламида представляют собой свернутые в спирали углеводородные цепочки размером 350–400 нм. Эти макромолекулы сорбируются механическими примесями. При совместной обработке воды сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃ и полиакриламидом возрастает скорость осаждения хлопьев в 2–3 раза и существенно снижается необходимая доза коагулянта.

Очистку пресных вод, предназначенных для заводнения нефтяных пластов, осуществляют на водоочистных станциях. Глубина и характер очистки сточных вод нефтяных месторождений определяется лишь требованиями фильтрации этой воды из скважины в пласт без создания больших фильтрационных сопротивлений. Используемые на практике методы очистки пластовых сточных вод от нефти предусматривают:

- выделение основной массы нефти в нефтеловушках;

- обработку воды коагулянтом для разрушения нефтяных эмульсий и связывания хлопьями коагулянта нефтяных и минеральных частиц;

- выделение образующегося осадка в отстойниках;

- фильтрование через песок или другой зернистый материал.

Составы пластовых вод и содержащиеся в них загрязнения настолько разнообразны, что не существует общих рекомендаций по выбору оптимального коагулянта и его дозировки.

Сточные воды нефтяных месторождений, даже очищенные от взвеси и нефти, обладают коррозирующими действиями, так как содержат большое количество растворенных солей. Для защиты от коррозии трубопроводов, по которым прокачивают сточные воды, необходимо использовать коррозионностойкие покрытия.