Повышение нефтедобычи с помощью закачки воды в пласт. Водозамещение увеличивает коэффициент извлечения нефти и поддерживает дебит скважин. История метода.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Метод увеличения добычи нефти
Method to increase oil production
В нефтяной промышленности заводнение или нагнетание воды заключается во введении воды в нефтяной пласт для поддержания пластового давления (также известного как компенсация объёма) или для вытеснения нефти к скважинам, тем самым увеличивая добычу. Скважины для нагнетания воды могут располагаться как на суше, так и в море, для увеличения нефтеотдачи существующего пласта. Обычно из пласта можно извлечь только около 30% нефти, но заводнение повышает коэффициент нефтеотдачи и поддерживает дебит пласта на протяжении более длительного периода времени. Заводнение началось случайно в Питхоле, штат Пенсильвания, в 1865 году. Заводнение стало широко применяться в Пенсильвании в 1880-х годах.
In the oil industry, waterflooding or water injection is where water is injected into the oil reservoir, to maintain the pressure (also known as voidage replacement), or to drive oil towards the wells, and thereby increase production. Water injection wells may be located on and offshore, to increase oil recovery from an existing reservoir. Normally only 30% of the oil in a reservoir can be extracted, but water injection increases the recovery (known as the recovery factor) and maintains the production rate of a reservoir over a longer period. Waterflooding began accidentally in Pithole, Pennsylvania by 1865. Waterflooding became common in Pennsylvania in the 1880s.
Источники воды для инъекций
Большинство источников воды могут быть использованы для закачки. Для повышения нефтеотдачи используются следующие источники воды:
Most sources of bulk water can be used for injection. The following sources of water are used for recovery of oil:
Вода, добываемая вместе с нефтью, часто используется в качестве закачиваемой жидкости. Это снижает вероятность повреждения пласта из-за несовместимости жидкостей, хотя риск отложения солей или коррозии в нагнетательных трубопроводах или обсадных колоннах сохраняется. Кроме того, попутная вода, загрязненная углеводородами и твердыми частицами, требует утилизации, а сброс в море или реку потребует предварительной очистки. Однако, подготовка попутной воды для повторной закачки может быть столь же затратной. Поскольку объемы добываемой воды никогда не бывают достаточными для компенсации общих объемов добычи (нефть, газ и вода), необходимо дополнительное пополнение воды. Смешивание воды из разных источников увеличивает риск образования отложений. Морская вода может быть наиболее удобным источником для морских платформ и может перекачиваться на берег для использования на наземных месторождениях. По возможности, водозабор располагается на достаточной глубине для снижения концентрации водорослей, однако обычно требуется фильтрация, деоксигенация и обработка биоцидом. Вода из водоносных горизонтов, отличных от нефтяного пласта, но в пределах одной и той же структуры, обладает преимуществами в виде чистоты и химической совместимости, при ее доступности. Однако, это не допускается, если водоносный горизонт является источником питьевой воды, например, в Саудовской Аравии. Речная вода требует фильтрации и обработки биоцидом перед закачкой.
Produced water is often used as an injection fluid. This reduces the potential of causing formation damage due to incompatible fluids, although the risk of scaling or corrosion in injection flowlines or tubing remains. Also, the produced water, being contaminated with hydrocarbons and solids, must be disposed of in some manner, and disposal to sea or river will require clean up treatment of the water stream first. However, the processing required to render produced water fit for reinjection may be equally costly. As the volumes of water being produced are never sufficient to replace all the production volumes (oil and gas, in addition to water), additional "make up" water must be provided. Mixing waters from different sources exacerbates the risk of scaling. Seawater may be the most convenient source for offshore production facilities, and it may be pumped inshore for use in land fields. Where possible, the water intake is placed at sufficient depth to reduce the concentration of algae; however, filtering, deoxygenation, treatment with a biocide is generally required. Aquifer water from water bearing formations other than the oil reservoir, but in the same structure, has the advantage of purity and chemical compatibility where available. However this will not be allowed if the aquifer is a source of potable water as, for instance, in Saudi Arabia. River water will require filtration and treatment with a biocide before injection.
Фильтры
Фильтры очищают воду и удаляют примеси, такие как осадок, ракушки, песок, водоросли и другие биологические материалы. Типичная фильтрация составляет 2 микрометра, но зависит от требований к резервуару. После фильтрации оставшееся вещество в фильтрате достаточно мелко, чтобы не забивать поры резервуара. Песочные фильтры – широко используемая технология фильтрации. Песочный фильтр состоит из слоев с песочными гранулами различного размера. Вода протекает через первый, наиболее крупный слой песка и далее к самому мелкому. Для очистки фильтра процесс меняется на обратный. После фильтрации вода поступает в деаэрационную колонну. Песочные фильтры громоздки, тяжелы, могут вымывать частицы песка и требуют химических веществ для улучшения качества воды. Более совершенный подход – использование автоматических самоочищающихся фильтров с обратной промывкой (с системой всасывающего сканирования). Правильная очистка воды имеет решающее значение, особенно при использовании речной и морской воды, поскольку качество воды может значительно меняться (например, цветение водорослей весной, штормы и течения, поднимающие осадок со дна моря), что может существенно повлиять на работу водоочистных сооружений. Это может привести к ухудшению качества воды, биологическому зарастанию резервуара и снижению нефтедобычи.
Filters clean the water and remove impurities, such as sediments, shells, sand, algae and other biological matter. Typical filtration is to 2 micrometres, but depends on reservoir requirements. After filtration the remaining matter in the filtrate is fine enough to avoid blockage of the pores of the reservoir. Sand filters are a commonly used filtration technology. The sand filter has beds with various sizes of sand granules. The water flows through the first, coarsest, layer of sand down to the finest. To clean the filter the process is inverted. After the water is filtered it continues to the de oxygenation tower. Sand filters are bulky, heavy, have some spill over of sand particles and require chemicals to enhance water quality. A more sophisticated approach is to use automatic self cleaning backflushable screen filters (suction scanning). The importance of proper water treatment is crucial; especially with river , and seawater, intake water quality can vary significantly (algae blooming in spring, storms and current stirring up sediments from the seafloor) which may have significant impact on the performance of the water treatment facilities. This may result in poor water quality, bioclogging of the reservoir and reduction of oil production.
Дезоксигенация
Кислород необходимо удалять из воды, поскольку он способствует коррозии и росту определенных бактерий. Рост бактерий в резервуаре может приводить к образованию сероводорода, вызывающего производственные проблемы, и закупоривать поры в породе. Башня деоксигенации обеспечивает контакт воды, предназначенной для закачки, с потоком газа (газ легкодоступен на нефтяном месторождении). Фильтрованная вода стекает вниз по башне деоксигенации, разбрызгиваясь на ряд поддонов или насадки, что способствует переходу растворенного воздуха в газовый поток. Альтернативным или дополнительным методом, а также резервным решением для башен деоксигенации, является добавление кислородопоглотителя, такого как бисульфит натрия и бисульфит аммония. Еще один вариант – использование мембранных контакторов. Мембранные контакторы обеспечивают контакт воды с потоком инертного газа, например азота, для удаления растворенного кислорода. Мембранные контакторы обладают преимуществом меньшего веса и компактности, что позволяет создавать системы меньшего размера.
Oxygen must be removed from the water because it promotes corrosion and growth of certain bacteria. Bacterial growth in the reservoir can produce hydrogen sulfide, a source of production problems, and may block the pores in the rock. A deoxygenation tower brings the injection water into contact with a gas stream (gas is readily available in the oilfield). The filtered water flows down the de oxygenation tower, splashing onto a series of trays or packing causing dissolved air to be transferred to the gas stream. An alternative or supplementary method, also used as a backup to deoxygenation towers, is to add an oxygen scavenging agent such as sodium bisulfite and ammonium bisulphite. Another option is to use membrane contactors. Membrane contactors bring the water into contact with an inert gas stream, such as nitrogen, to strip out dissolved oxygen. Membrane contactors have the advantage of being lower weight and compact enabling smaller system designs.
Насосы для впрыска воды
Насосы для нагнетания воды высокого давления и высокого расхода располагаются вблизи деаэрационной колонны и повышающих насосов. Они заполняют основание резервуара фильтрованной водой, чтобы выталкивать нефть к скважинам подобно поршню. Эффект от нагнетания не мгновенный, для этого требуется время.
The high pressure, high flow water injection pumps are placed near to the de oxygenation tower and boosting pumps. They fill the base of the reservoir with the filtered water to push the oil towards the wells like a piston. The result of the injection is not quick, it needs time.
Установки для впрыска воды
Конфигурация элементов установки, описанных выше, и их режимы работы изложены в этом разделе. В качестве примеров приводятся бывшая установка Amoco North West Hutton и установка Buzzard в Северном море.
The configuration of the plant elements described above and their operating conditions are outlined in this section. These examples are the former Amoco North West Hutton installation and the Buzzard installation in the North Sea.
Скважины для впрыска воды
В таблице показано количество скважин для нагнетания воды на ряде морских платформ, преимущественно в Северном море.
The table shows the number of water injection wells on a selection of offshore installations mainly in the North Sea. InstallationLocationNo. of water injection wells InstallationLocationNo. of water injection wellsBrent CNorth Sea9Namorado ISouth America3Claymore ANorth Sea10Namorado IISouth America11Cormorant ANorth Sea18Cherne ISouth America5Statfjord ANorth Sea6EiderNorth Sea7MurchisonNorth Sea10NelsonNorth Sea9MagnusNorth Sea5TiffanyNorth Sea7Brae ANorth Sea14N W HuttonNorth Sea8
Местоположение платформы | Количество скважин для нагнетания воды
---|---
Brent C | Северное море | 9
Namorado I | Южная Америка | 3
Claymore A | Северное море | 10
Namorado II | Южная Америка | 11
Cormorant A | Северное море | 18
Cherne I | Южная Америка | 5
Statfjord A | Северное море | 6
Eider | Северное море | 7
Murchison | Северное море | 10
Nelson | Северное море | 9
Magnus | Северное море | 5
Tiffany | Северное море | 7
Brae A | Северное море | 14
N W Hutton | Северное море | 8
The table shows the number of water injection wells on a selection of offshore installations mainly in the North Sea. InstallationLocationNo. of water injection wells InstallationLocationNo. of water injection wellsBrent CNorth Sea9Namorado ISouth America3Claymore ANorth Sea10Namorado IISouth America11Cormorant ANorth Sea18Cherne ISouth America5Statfjord ANorth Sea6EiderNorth Sea7MurchisonNorth Sea10NelsonNorth Sea9MagnusNorth Sea5TiffanyNorth Sea7Brae ANorth Sea14N W HuttonNorth Sea8