апк3а. Анализ эффективности применения технологии полимерного
 Скачать 2.12 Mb.
|
|
1.6 Достоинства и недостатки применения полимерного заводнения На основе вышесказанного, можно отметить достоинства и недостатки применения полимерного заводнения. Достоинства метода полимерного заводнения: - снижает обводненость флюида; - увеличивает коэффициент охвата; - частичное удаление связанной воды из порового пространства. Недостатки метода полимерного заводнения: - в связи с резким ростом вязкости в ПЗП, снижается приемистотсь нагнетательной скважины; - ограниченность применения по температуре (более 90 о С), проницаемости и минерализации; 27 - небольшой эффект от закачки полимера в пласты с большим содержанием солей, а так же в однородный пласт с маловязкой нефтью. Таким образом, выбор полимера и/или защиты полимера является важным звеном в процессе ПЗ. Для более эффективного применения необходимо снизить риск наступления деструкции, а также проанализировать геолого-физические условия применения. Наиболее главные параметры, которым должны удовлетворять полимеры: пластовая температура, проницаемость пласта и минерализация закачиваемой воды. Устойчивость полимера к повышенной пластовой температур продлевает эффект заводнения и тем самым повышается нефтеотдачу. 28 2. Анализ технологического процесса полимерного заводнения. Для эффективного применения полимерного заводнения, сначала идет подбор объекта воздействия и подбор самого полимера с возможными добавочными реагентами, таких как ПАВ, щелочь и т.д. Затем идет экономическое обоснования эффективности, для этого моделируют процесс воздействия на пласт. Дальше наступает этап проектирования и выбора оборудования, так же прорабатывают варианты транспортировки и хранения полимера. Когда уже идут работы по закачиванию полимерного раствора, важно следить за правильностью закачки, отбирать пробы и производить мониторинг процессов.[8] 2.1 Технология производства полимера Полимеры — вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Хоть в наше время существует множество разных полимеров, но чаще всего используют ПАА при полимерном заводнение. Полиакриламид – полимер, состоящий из акриламида (-CH2CHCONH2-) и его производных (рисунок 4). Радикальная полимеризация является основным методом синтеза полимеров на основе АА. Данный тип полимеризации представляет собой процесс, при котором свободные радикалы являются активными центрами роста макромолекул. Рисунок 4 – Элементарное звено макромолекулы полиакриламида В качестве сырья для синтеза полиакриламидных полимеров используется пропилен, получаемый из сырой нефти.[9] Основным мономером в процессе полимеризации является акриламид. Его получают из акрилонитрила, который в свою очередь является производным пропилена. В 29 результате окислительной реакции из пропилена также может получаться акриловая кислота. На рисунке 5 показаны различные стадии процесса получения акриламида и акриловой кислоты из нефти. Следует учитывать, что себестоимость продукции зависит от стоимости пропилена и соответственно от цены на нефть.[9] Рисунок 5 – схема получения акриламида и акриловой кислоты Существуют разные технологии производства полиакриламидов, но полученные в процессе полимеры имеют разные характеристики, а также разное количество содержания жесткого и мягкого геля. Различают несколько процессов производства: сополимеризация, согидролиз и постгидролиз. Сополимеризация – процесс совместной полимеризации акриламида и акриловой кислоты (рисунок 6). В результате получаются полимеры с узким распределением по анионности, с максимальной молекулярной массой около 20 миллионов Дальтон и с очень хорошей растворимостью. Рисунок 6 – реакция сополимеризации Согидролиз – процесс, при котором акриламид подвергается гомополимеризации в присутствии основания, т.е. происходит гидролиз (рисунок 7). Получаемые в результате полимеры имеют широкий диапазон анионности, максимальную молекулярную массу 18 миллионов Дальтон, хорошую растворимость и очень крутое распределение по анионности. 30 Рисунок 6 – реакция согидролиза Процесс постгидролиза заключается в том, что гомополимер акриламида, находящийся в состоянии геля подвергается гидролизу с использованием основания, а затем высушивается (рисунок 8). В результате может получиться полимер с молекулярной массой около 22 миллионов Дальтон, характеризующийся, однако, очень большим диапазоном анионности и проблемами с растворимостью в присутствии двухвалентных катионов. Рисунок 8 – реакция постгидролиза Анионность является одной из важных характеристик полимеров. При повышенной анионности, в карбонатных породах в процессе гидролиза полимера возможно его осаждение солями магния и кальция. Из-за этого в процессе ПЗ будет наблюдатся закупорка пор. Поэтому для большей эффективности процесса в пластах с повышенной температурой, выбирают процесс образования полимера с низкой аннионостью, в результате чего будет увеличиваться вязкость раствора. На рисунке 9 представлена зависимость анионной активности от различных технологий получения полимера. Как видно из графика, процесс сополимеризации обладает наименьшей анионной активностью и при этом дает наибольшее число молекул полимера. Так же хотелось бы отметить, что процесс постгидролиза имеет наибольшую анионную активность, что в свою очередь будет отрицательно сказываться на процессе ПЗ. 31 Рисунок 9 – График зависимости полидисперсности от технологии полимеризации В процессе производства полиакриламида существует вероятность образования мягкий или жестких нерастворимых частиц геля. Отличительной чертой мягких частиц от жесткий является то, что под действием усилия сдвига в процессе закачивания, мягкие частицы гелия могут деформироваться и дробится, а жесткие не деформируются и могут вызывать закупоривание пор на вскрытой поверхности песчаного пласта в коллекторе. Как было ранее отмечено, что при разных технологиях производства образуются полимеры с разными молекулярными массами. Молекулярная масса полимера играет немаловажную роль в процессе ПЗ. Чем выше молекулярная масса, тем больше может быть проблем с растворимостью и фильтрующей способностью реагента, что негативно скажется на начальном этапе ПЗ, а именно на смешении полимера с водой. Так, полимеры, получаемые в результате использования технологии сополимеризации, содержат очень малое количество мягких гелей и почти не содержат жестких гелей, тогда как полимеры, получаемые путем постгидролиза, отличаются наибольшим количеством содержания частиц жесткого геля. Чем больше молекулярная масса, тем больше образуется жесткого геля. Количество нерастворимых веществ, образующихся в процессе изготовления полимеров, зависит от следующих факторов: 32 Качество мономеров и химических реагентов, используемых в процессе производства; Производственное оборудование; Технологические процессы; Молекулярная масса конечного продукта; Контроля за температурой процесса. Подводя итоги по вышесказанному, можно составить сравнительную характеристику технологию производства полимера (таблица 3). Из данной таблицы видно, что наиболее оптимальной технологией производства полимера является процесс сополимеризации. Таблица 3 – Технология производства полимера Технология производства Сополимеризация Согидролиз Постгидролиз Молекулярная масса, млн г/моль 20 18 22 Растворимость Очень хорошая Хорошая Плохая Распределение анионности Узкое Широкое Очень широкое Нерастворимые частицы гелия Мягкие частицы Мягкие и жесткие частицы Жесткие частицы Говоря про производство полимеров невозможно упустить тот факт, что полимеры подвергаются различным деструкциям, в результате чего необходимо добалять различные стабилизаторы. Например, добавление сульфонированных мономеров (AMPS/ATBS) способно повысить термическую устойчивость полимера. 2-акриламидо-2-метилпропан сульфокислота C7H13NO4S – мономер, используемый для изменения свойств анионных полимеров. Высокую степень гидрофильности и анионный характер придает сульфонатная группа (RSO2O−M+и RSO2OR1, где R, R1 — органический радикал, M+ - катион). Также данный стабилизатор позволяет полимерам лучше поглощать воду и придает улучшенные транспортные характеристики. В случаях, когда минеральные соли осаждают полимер, что 33 негативно сказывается на процессе ПЗ, добавление в полимерный раствор даже небольшого количества стабилизатора способно препятствовать осаждению двухвалентных катионов. В результате снижается количество осадков минеральных солей (кальций Ca2+, магний Mg2+, железо Fe2+ и Fe3+, алюминий Al3+, цинк Zn2+ и барий Ba2+). 2.2Технология подготовки воды Вода является важным агентов в процессе заводнения пластов, поэтому качество воды играет важную роль. Так как пластовая вода, отделяемая от нефти в процессе ее сбора и подготовки, сильно минерализованная, то ее нельзя сливать в реки и водоемы. Поэтому пластовые воды использую при закачивание в продуктивные или поглощающие пласты. Однако не только в процессе заводнения используют пластовые воды, помимо них еще используют ливневые воды, которые попали в промышленную канализацию, а так же пресные воды после процесса обессоливания нефти. В общем все эти воды называют сточными и используют в соотношение: пластовые 85-88%, пресные 10-12% и ливневые 2-3%. В промышлености происходит циркуляция водоснабжения сточными водами. Сначала сточные воды поступают через нагнетательную скважину в пласт. После чего добывающая скважина вместе с нефтью добывает воду, откуда вода, проходя через систему сбора и подготовки нефти и газа с блоком водоподготовки, поступает в систему ППД. [10] В процессе заводнения происходит износ нефтепромыслового оборудования и трубопроводов из-за содержания в сточных водах растворенных газов, таких как кислород, сероводород, углекислый газ, которые увеличивают их коррозионную активность. Так же это приводит ко вторичному загрязнению сточных вод продуктами коррозии. А содержание в сточных водах закисного железа может привести к образованию осадков и углекислого газа при его окислении. Пред закачкой в продуктивный или поглощающий пласт сточных вод, их необходимо очистить, так как возможно снижение приемистости 34 продуктивного или поглощающего пласта связи с наличием в сточных водах капелек нефти и механических примесей. В таблице 4 представлены нормы качества сточных вод, закачиваемых в продуктивный пласт[11]. Таблица 4 – Нормы качества сточной воды для закачки в продуктивные пласты Вид коллектора Допустимое содержание в воде, мг/л Нефти Механических примесей Железа Пористо- трещиноватый и трещиноватый 25 30 2 Слаботрещиноват ый 15 10 1 Гранулярный 1 2 0,5 Подготовка воды для закачки включает в себя: Коагулирование; Декарбонизацию (подщелачивание); Обезжелезивание; Хлорирование; Фильтрацию; Ингибирование. Коагулирование – процесс, при котором мельчайшие взвешенные частицы укрупняются, образуя хлопьевидные частицы, и выпадают в осадок. Для это, в воду добавляются коагуляторы, такие как сульфат алюминия, хлорид железа, железный купорос и т.д. Фильтрацию проводят с целью очистки воды от взвешенных частиц. Содержание в воде бикарбонатов магния и кальция приводят, при попадании в пласт, к затруднению фильтрации за счет осаждения. Для удаления этих компонентов проводят декарбонизацию. Декарбонизация – процесс, который заключается в смягчение воды, за счет ее подщелачивании гашеной 35 известью. В результате этого процесса доводят рH воды до 7-8, а также происходит коагуляция примесей. Обезжелезивание – процесс удаления солей железа из воды. Этот процесс производится для того, чтобы избежать загрязнение призабойной зоны пласта железистыми осадками. Данный процесс можно осуществлять с помощью аэрации или известкования. Сущность аэрации состоит в том, что воду обогащают кислородом, образуя из солей железа гидрат окиси железа , который выпадает в осадок в виде хлопьев. Однако, используя данный меток мы не можем удалить все соли железа, а так же повышается коррозионная активность воды и для проведения процесса нужно сложное оборудование. Хлорирование – обработка воды хлором для удаление микроорганизмов и бактерий. Иногда для удаления сульфатфосстанавливающие бактерии (СВБ) применяют реагенты-бактерициды. Наиболее эффективным реагентом является формалин.[12] Ингибирование – процесс добавления в воду ингибиторов , которые замедляют коррозионные процессы. Ингибиторы бывают сероводородной, кислородной и углекислотной кислоты. Для заводнения использую установки по подготовки сточных вод открытого и закрытого вида.[11] Сначала рассмотрим установку открытого типа, которая представлена на рисунке 10. После установки подготовки нефти сточные поды поступают в песколовку 1, где происходит осаждение крупных механических примесей. Далее сточные воду самотеком поступают в нефтеловушку 3, в которой за счет малой скорости движения (менее 0,03 м/с) капли нефти диаметром более 0,5 мм всплывают на поверхность. Тем самым происходит отделение нефти от воды, а так же механических примесей II. Отделившуюся нефти, с помощью нефтесборных труб и насоса 2, направляют на установку подготовки нефти для повторной обработки. Однако на данном этапе в сточной воде еще находится большое содержание механических примесей и немного нефти, и для их отделения сточные воды направляют в пруды-отстойники 4, где они могут 36 отстаиваться от нескольких часов до двух суток. Так же в воду могут добавляться химические вещества, такие как известь, аммиак, сернокислый алюминий и т.д. Это делается для ускорения процесса осаждения взвешенных частиц. На данной стадии очистке в сточной воде содержание нефти составляет 30—40 мг/л, а механических примесей — 20— 30 мг/л. Этой стадии очистки достаточно для закачки сточных ввод в поглощающий пласт, для этого вода поступает, через камеры 5 и 6, на прием насоса 7, который осуществляется закачку ее в поглощающий пласт. Чтобы подготовить воду к закачивание в нагнетательные скважины, ее после прудов-отстойников через камеру 6, с помощью насоса 8 , направляют на переменно работающие фильтры 9 и 10. В данных фильтрах вода с помощью фильтрующих материалов, таких как кварцевый песок, графит, керамзитовый песок и т.д., до очищается от нефти и механических примесей. После фильтра содержание нефти и механических примесей составляет 2—10 мг/л. Из фильтров вода поступает в емкость 11, откуда насосом высокого давления 14 закачивается в нагнетательную скважину. Однако спустя 12-16 часов работы фильтр загрязняется и происходит переключение на другой фильтр. Чтобы очистить фильтр, через него из емкости 11 с помощью насоса 13 пропускают очищенную воду, тем самым производят промывку фильтра. Длительность промывки составляет 15 - 18 мин. Вода с промываемой грязью сбрасывается в илонакопитель 12. 37 11 12 8 7 6 5 4 3 2 1 III II II I V 14 13 9 10 Рисунок 10 – Технологическая схема установки по подготовке сточных вод открытого типа: I – сточные воды; II – механические примеси; III – нефть; IV – очищенная вода для поглощающих пластов; V – очищенная вода.1 – песколовка; 2, 7, 8, 13, 14 – насосы; 3 – нефтеловушка; 4 – пруды-отстойники; 5, 6 – камеры; 9, 10 – фильтры; 11 – емкость; 12 – илонакопитель. Перейдем к установке закрытого (рисунок 11) типа, которую используют для исключения контакта воды с кислородом, чтобы не допустить окислительной реакции.[11] Сначала происходит смешивание водонефтяной эмульсии I, поступающей с промысла, с горячей пластовой водой VII, которая поступает из отстойников или подогревателей-деэмульгаторов, во втором случае в воде будет содержаться реагент-деэмульгатор. После чего смешенная жидкость проходит каплеобразователь 1 и поступает в резервуар-отстойник с гидрофильным фильтром 2, в котором происходит предворительный сброс воды. За счет сифонного устройства происходит поддержание заданного слоя воды под слоем нефти. В результате смешивания эмульсии с горячей водой и турбулентного перемешивания в каплеобразователе, происходит смена эмульсии с обратной на прямую. А в резервуаре-отстойнике происходит отделение нефти от воды, в результате прохождения эмульсии через жидкостный гидрофильный слой. Обезвоженная нефть II выводится с верхней 38 части резервуара-отстойника 2. После чего сточные воды перемещаются в резервуар-отстойник 3 такого же типа, тока уже с гидрофобным жидкостным фильтром. Через лучевой перфорированный распределитель сточная вода проходит жидкостный гидрофобный фильтр (слой нефти), в результате чего вода опускается вниз, освобождаясь от нефти. Освободившаяся нефть V направляется на установку подготовки нефти. Так же на границе нефть-вода может образовываться неразрушаемая эмульсия IV, которую тоже направляют на установку подготовки нефти. После отделения нефти от воды, вода отстаивается и направляется в емкость 4, после чего насосом 5 закачивается в поглощающие или нагнетательные скважины. нефть нефть вода вода 2 II I 1 4 5 3 VII V VI IV III Рисунок 11 – Технологическая схема установки по подготовке сточных вод закрытого типа, основанная на принципе отстоя: I – водонефтяная эмульсия; II – обезвоженная нефть; III – сточная вода; IV – неразрушаемая эмульсия; V – уловленная нефть; VI – очищенная вода; VII – горячая пластовая вода. 1 – каплеобразователь; 2 – гидрофильный фильтр; 3 – гидрофобный жидкостный фильтр; 4 – емкость; 5 – насос. Требования к воде для закачки в пласт в процессе заводнения сформулированы в ОСТ 39-225-810 «Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству» [13]: 1. Водородный показатель (pH); 2. Фильтрационная характеристика; 3. Совместимость с пластовой водой и породой; 4. Размер частиц механических примесей и эмульгированной нефти; |