Закачка в нефтяной пласт воды – наиболее популярный метод разработки нефтяных месторождений. Этот метод позволяет поддерживать высокие текущие дебиты нефтяных скважин, и в итоге достичь высокого процента отбора извлекаемых запасов нефти.

Основной целью закачки воды в пласт является эффективное вытеснение нефти к добывающим скважинам и увеличение экономической эффективности разработки месторождения благодаря повышению коэффициента извлечения нефти из залежи.

Популярность этого метода разработки нефтяных залежей объясняется:

• Общедоступностью воды
• Относительной простотой осуществления процесса нагнетания вследствие наличия гидравлического напора столба жидкости в скважине
• Способностью воды распространяться по нефтенасыщенным пластам
• Высокой нефтеотдачей при вытеснении нефти

Заводнение обеспечивает высокий коэффициент извлечения нефти благодаря двум факторам:

• Поддержание пластового давления на эффективном для разработки месторождения уровне
• Физическое замещение нефти водой в порах пласта-коллектора

Разновидности метода заводнения включают закачку растворителей, суспензий, различных реагентов. В некоторых случаях воду загущают добавлением в нее полимеров, мицелярных растворов. Но все эти методы уже относятся к, так называемым, методам увеличения нефтеотдачи (МУН) или третичным методам разработки нефтяных месторождений.

В каких случаях имеет смысл применять метод заводнения и организовывать на месторождении систему поддержания пластового давления (ППД)?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним, какие естественные режимы работы залежей существуют. И рассмотрим целесообразность организации заводнения в тех или иных геологических условиях.

Водонапорный режим

Как это работает:

• Аквифер (водоносный горизонт) поддерживает пластовое давление
• Отборы жидкости равны объемам притока воды из аквифера
• Нефть вытесняется вертикально благодаря хорошему подпору воды. При этом происходит равномерный подъем водонефтяного контакта (ВНК)

Возможные проблемы:

• Неоднородность пласта может ограничить возможности аквифера по вытеснению нефти в некоторых зонах залежи

Коэффициент нефтеотдачи:

Высокий при умелом управлении разработкой залежи (60-70%)

Высоконапорный, мощный аквифер может обеспечить достаточно энергии для вытеснения нефти

Слабый аквифер требует поддержки пластового давления закачкой воды. В этом случае:

• Возможна организация законтурного (приконтурного) заводнения
• В некоторых случаях возможно площадное заводнение

Режим растворенного газа

Как это работает

• Нефть с большим количеством растворенного газа находится под большим давлением
• Если пластовое давление выше давления насыщения, расширение горной породы и насыщающих ее флюидов дает энергию для вытеснения нефти
• Если пластовое давление ниже давления насыщения, тогда вытеснение нефти происходит за счет выделения и расширения газа

Возможные проблемы

• При пластовом давлении ниже давления насыщения проблемой становится очень высокая подвижность газа
• Газ выходит, минуя нефть
• Высокое содержание газа в продукции скважины
• Резкое понижение пластового давления

Коэффициент нефтеотдачи

Очень низкий (10-30%)

Имеет ли смысл организация заводнения?

Хороший кандидат для организации заводнения

Заводнение лучше проводить при пластовом давлении близком давлению насыщения, так чтобы выделение газа из нефти было ниже критического уровня

Гравитационный режим

Как это работает

• Процесс добычи происходит за счет гравитации и разности плотностей насыщающих породу флюидов
• Для реализации режима пласт должен быть мощным с высокой вертикальной проницаемостью, либо простирание пласта должно быть с большим наклоном

Возможные проблемы

• Медленный процесс миграции нефти определяет низкие темпы отбора
• Газ должен перемещаться в вернюю часть залежи для компенсации стекающей нефти
• Залежь может содержать тяжелую нефть

Коэффициент нефтеотдачи

Очень высокий (50-70%)

Имеет ли смысл организация заводнения?

Может оказаться хорошим кандидатом под заводнение принимая во внимание низкие темпы отборов на естественном режиме

Режим газовой шапки

Как это работает

• Присутствует большой объем сжатого газа, который под действием гравитации образует так называемую газовую шапку
• Расширяющийся газ вытесняет нефть

Возможные проблемы

• Нефть, проникающая в газовую шапку, образует невосполнимые потери для добычи
• Образование конусов газа и высокое соотношение газ/нефть ограничивают возможности добычи нефти

Коэффициент нефтеотдачи

Имеет ли смысл организация заводнения?

Не подходящий кандидат под заводнение

Оценка эффективности метода заводнения

Экономическая эффективность метода заводнения зависит от прироста коэффициента нефтеотдачи.

Затраты на закачку воды, строительство нагнетательных скважин, и специальных сооружений по подготовке воды должны быть меньше, чем доход от реализации дополнительно добытой нефти.

Законтурное заводнение. Скважины располагают в законтурной водоносной части пласта (рис. 7.1). применение законтурной системы разработки возможно тогда, когда водонефтяной контакт при достижимых перепадах давления может перемещаться. Воздействие на пласт в этом случае осуществляется через систему нагнетательных скважин, расположенных за внешним контуром нефтеносности. Линия нагнетания располагается примерно в 300-800 м от контура нефтеносности для создания более равномерного воздействия на него, предупреждения образования языков обводнения и локальных

Таблица 7.1 Критерий применяемости заводнения

Показатели	Благоприятное свойство	Неблагоприятное свойство
	Не ограничена
Толщина пласта, м	3-25 и более
Проницаемость, мкм 2	Более 0,1-0,15	Менее 0,025
Тип коллектора	Крупнопоровый, порово-каверновый	Трещинный
Смачиваемость пород	Гидрофильность	Гидрофобность
Пластовое давление	Гидростатическое	Аномально высокое и низкое
Нефтенасыщенность, %
Температура, ° С
Вязкость нефти, м Пас
Система заводнения	Боковая, рядная, площадная	Законтурная, осевая
Плотность сетки,		Более 65-80
Давление нагнетания, МПа		Выше горного на забое
Режим нагнетания	изменение направления потоков	Стабильный
Пластовое давление в зоне отбора	Равно давлению насыщения газом или 20-25%	Сильное разгозтрование нефти в пласте

Законтурное заводнение целесообразно: при хорошей гидродинамической связи нефтеносного пласта с областью размещения нагнетательных скважин;

Рис. 7.1. Принципиальная схема закономерного заводнения: 1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины

при сравнительно малых размерах залежи нефти, когда отношение площади залежи к периметру контура нефтеносности составляет 1,5-1,75 км. При больших значениях создаваемое давление в законтурной части практически не оказывает влияние на пластовое давление в центре залежи, в результате там наблюдается быстрое падение пластового давления;

при однородном пласте с хорошими коллекторскими свойствами как по толщине пласта, так и по площади.

Законтурное заводнение имеет и недостатки. К их числу можно отнести следующие:

повышенный расход энергии (дополнительные затраты мощностей насосных установок) на извлечение нефти, так как нагнетаемой воде приходится преодолевать фильтрационное сопротивление зоны пласта между контуром нефтеносности и линией нагнетательных скважин;

замедленное воздействие на залежь из-за удаленности линии

нагнетания;

повышенный расход воды вследствие ее оттока во внешнюю

область пласта за пределы линии нагнетания;

Приконтурное заводнение.

Ускорения воздействия на залежь можно достигнуть размещением нагнетательных скважин в непосредственной близости от контура нефтеносности или даже между внешним и внутренним контурами нефтеносности.

Приконтурное заводнение применяется:

при ухудшенной гидродинамической связи пласта с внешней

областью;

для интенсификации процесса эксплуатации, так как

фильтрационные сопротивления между линиями нагнетания и отбора

уменьшаются за счет их сближения.

Однако вероятность образования языков обводнения и прорыва воды к отдельным скважинам эксплуатационных рядов увеличивается. С этим связаны возможные потери нефти вследствие образования зон не охваченных воздействием между нагнетательными скважинами. Нефть из этих зон может быть вытеснена только при тщательном регулировании процесса разработки, включая бурение дополнительных скважин.

С энергетической точки зрения приконтурное заводнение более экономично, хотя при хорошей гидропроводности внешней области потери нагнетаемой воды неизбежны.

Внутриконтурное заводнение.

Применяют в основном при разработке нефтяных залежей с очень большими площадными размерами. Внутриконтурное заводнение не отрицает законтурное заводнение, а в необходимых случаях внутриконтурное заводнение сочетается законтурным.

Расчленение нефтеносной площади на несколько площадей (обычно шириной 4-5 км, а при слабопроницаемых коллекторах -3-3,5 км) путем внутриконтурного заводнения позволяет ввести всю нефтеносную площадь в эффективную разработку одновременно.

Для полноценного разрезания нефтеносной площади нагнетательные скважины располагают рядами. При закачке в них воды по линиям рядов нагнетательных скважин образуется зона повышенного давления, которая препятствует перетокам нефти из одной площади в другую. По мере закачки очаги воды, сформировавшиеся вокруг каждой нагнетательной скважины увеличиваются в размерах и, наконец, сливаются, образуя единый фронт воды, продвижение которого можно регулировать так же, как и при законтурном заводнении. С целью ускорения образования единого фронта воды по линии ряда нагнетательных скважин, освоение скважин под нагнетание в ряду осуществляют «через одну». В промежутках проектные водонагнетательные скважины вводят в эксплуатацию как нефтедобывающие, осуществляя в них форсированный отбор. По мере появления в «промежуточных» скважинах закачиваемой воды, они переводятся под нагнетание воды.

Рис. 7.2. Схемы внутриконтурного заводнения. 1 - нагнетательные скважины; 2- добывающие скважины а) с разрезанием залежи; б) осевое

Добывающие скважины располагают рядами параллельно рядам водонагнетательных скважин. Расстояние между рядами нефтедобывающих скважин и между скважинами в ряду выбирают, основываясь на гидродинамических расчетах, с учетом особенностей геологического строения и физической характеристики коллекторов на данной разрабатываемой площади.

Большое преимущество системы внутриконтурного заводнения - возможность начинать разработку с любой площади и, в частности, вводить в разработку в первую очередь площади с лучшими геолого-эксплуатационными характеристиками, наибольшей плотностью запасов с высокими дебитами скважин.

В практике применяют следующие виды внутриконтурного заводнения. Осевое, когда нагнетательные скважины разрезают залежь по оси складки (рис. 7.2-6). Применяется для спокойных пологозалегающих антиклинальных складок. В этом случае представляется возможность вместо нескольких линий нагнетания иметь одну. Очаговое, когда воздействию заводнения подвергаются отдельные участки залежи (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема очагового заводнения в сочетании с законтурным. 1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины

Очаговое заводнение целесообразно на средних и поздних стадиях эксплуатации залежи, когда решаются вопросы довыработки запасов нефти из неохваченных основным процессом разработки пропластков, целиков и тупиковых зон. Как правило, при очаговом заводнении используют под нагнетание добывающие скважины, расположенные рационально по отношению к окружающим добывающим скважинам и в зоне пласта с повышенной проницаемостью. Однако для очагового заводнения возможно бурение специальных скважин для увеличения охвата воздействием большего объема нефтенасыщенной части пласта или его слабопроницаемых зон.

Блоковые системы разработки находят применение на месторождениях вытянутой формы с расположениием рядов водонагнетательных скважин чаще в поперечном направлении. Принципиальное отличие блоковых систем состоит в том, что блоковые системы предполагают отказ от законтурного заводнения (рис. 7.4). как видно из схемы, ряды водонагнетательных скважин разрезают единую залежь на отдельные участки (блоки) разработки. Блоковые системы предполагают расположение нагнетательных скважин в направлении перпендикулярном к линии простирания складки.

Преимущество блоковых систем заключается в следующем:

Отказ от расположения водонагнетательных скважин в законтурной зоне исключает риск бурения скважин в слабоизученной на стадии разведки месторождения части пласта.

Более полно используется проявление естественных сил гидродинамической области законтурной части пласта.

• 3. Существенно сокращается площадь, подлежащая обустройству объектами ППД.
• 4. Упрощается обслуживание системы ППД (скважины, КНС и т. д.).
• 5. Компактное, близкое расположение добывающих и нагнетательных скважин позволяет оперативно решать вопросы регулирования разработки перераспределением закачки воды по рядам и скважинам и отбора жидкости в добывающих скважинах.

Площадное заводнение.

Наиболее интенсивная система воздействия на пласт, обеспечивающая самые высокие темпы разработки месторождений. Применяют при разработке пластов с очень низкой проницаемостью.

При этой системе добывающие и нагнетательные скважины размещаются по правильным схемам четырех-, пяти-, семи- и девятиточечным системам.

Так, в четырехточечной системе (рис. 7.5) соотношение между добывающими и нагнетательными скважинами 2:1, при пятиточечной системе -1:1, при семиточечной системе -1:2, при девятиточечной системе - 1:3. Таким образом, наиболее интенсивными среди рассмотренных являются семи- и девятиточечные системы.

Большое влияние на эффективность площадного заводнения оказывает однородность пласта и величина запасов нефти, приходящаяся на одну скважину, а также глубина залегания объекта разработки.

Рис. 7.4. Принципиальная схема разработки пласта при использовании блоковых систем. 1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины

Рис. 7.5. Основные схемы площадного заводнения. а - четырехточечная; б - пятиточечная; в- семиточечная; г - девятиточечная; 1 - добывающие скважины; 2 - нагнетательные скважины.

В условиях неоднородного пласта как по разрезу, так и по площади происходят преждевременные прорывы воды к добывающим скважинам по более проницаемой части пласта, что сильно снижает добычу нефти за безводный период и повышает водонефтяной фактор, поэтому площадное заводнение желательно применять при разработке более однородных пластов на последних стадиях разработки месторождений.

Избирательная система заводнения является разновидностью площадного заводнения и применяется на залежах нефти со значительной неоднородностью.

При системе избирательного заводнения разработка залежи осуществляется в следующем порядке. Залежь разбуривают по равномерной треугольной и четырехугольной сетке, и затем все скважины вводят в эксплуатацию как добывающие. Конструкция скважин подбирается таким образом, чтобы любая из них отвечала требованиям, предъявляемым к добывающим и нагнетательным скважинам. Площадь залежи нефти обустраивают объектами сбора нефти и газа и объектами ППД так, чтобы можно было освоить любую скважину не только как добывающую, но и как нагнетательную.

Детальным изучением разреза в скважинах по данным каротажа, проведением в скважинах гидропрослушивания из числа добывающих выбирают скважины под нагнетание воды. Такими скважинами должны быть скважины, в которых нефтепродуктивный разрез вскрывается наиболее полно. Прослеживается гидродинамическая связь выбранной скважины с соседними.

Рис. 7.6. Схема барьерного заводнения

Барьерное заводнение.

При разработке газонефтяных месторождений с большим объемом газовой шапки может ставиться задача одновременного отбора нефти из нефтяной оторочки и газа из газовой шапки.

В связи с тем, что регулирование отбора нефти и газа, а также пластового давления при раздельном отборе нефти и газа, не приводящим к взаимным перетокам нефти в газоносную часть пласта, а газа в нефтеносную часть, весьма затруднено, прибегают к разрезанию единой нефтегазовой залежи на отдельные участки самостоятельной разработки. Водонагнетательные скважины при этом располагают в зоне газонефтяного контакта, а закачку воды и отборы нефти и газа регулируют таким образом, чтобы происходило вытеснение нефти и газа водой при исключении взаимных перетоков нефти в газовую часть залежи, а газа в нефтяную часть. Этот метод позволяет вести одновременную добычу нефти из нефтенасыщенной части и газа из газовой шапки. Метод применяется редко, так как создать надежный барьер между нефтью и газом крайне сложно.

История развития заводнения n 1846 год – пробурена первая нефтяная(разведочная) скважина, Биби Айбатское месторождение вблизи Баку n 1864 год – пробурена первая эксплуатационная скважина в долине реки Кудако на Кубани (рождение нефтяной промышленности России.) n 1880 год – первое упоминание о возможности вытеснения нефти водой в пластовых условиях. n 1940 50 е годы – широкое распространение заводнения на нефтяных месторождениях по всему миру, появление ряда новых систем заводнения. n 1946 год – первое применение законтурного заводнения в СССР на Туймазинском месторождении. n 1954 год – внедрение внутриконтурного заводнения на девонской залежи Ромашкинского месторождения. n 1957 год – применение очагового заводнения на участке Леонидовского нефтяного месторождения

Основные коэф-ы характеризующие заводнение § Коэффициент дренирования залежей § Коэффициент охвата пластов заводнением § Коэффициент вытеснения нефти водой из пористой среды Коэффициент дренирования залежей определяет долю их общего нефтенасыщенного объема, в котором обеспечена фильтрация жидкостей данной системой скважин (V дрен), и выражается отношением: Коэффициент охвата пластов заводнением определяет долю объема дренируемого нефтенасыщенного пласта, охваченного (занятого) водой и выражается отношением Коэффициент вытеснения нефти водой из пористой среды определяет степень замещения нефти водой в пористой среде и выражается отношением

Факторы эффективности заводнения На показатели эффективности заводнения влияют следующие факторы: 1) на коэффициент дренирования залежей – n Расчлененность, прерывистость (монолитность), сбросы пластов. n Условия залегания нефти, газа и воды в пластах. n Размещение добывающих и нагнетательных скважин относительно границ выклинивания пластов. n Состояние призабойных зон пластов, как следствие качества вскрытия и изменения при эксплуатации. 2) на коэффициент охвата пластов заводнением – n Макронеоднородность пластов (слоистость, зональная изменчивость свойств). n Трещиноватость, кавернозность (тип коллектора). n Соотношение вязкостей нефти и вытесняющего рабочего агента. 3) на коэффициент вытеснения нефти водой – n Микронеоднородность пористой среды по размеру пор и каналов (средняя проницаемость). n Смачиваемость поверхности пор, степень гидрофильности и гидрофобности среды. n Межфазное натяжение между нефтью и вытесняющей водой.

Системы разработки месторождения с использованием заводнения n Системы разработки залежей классифицируют в зависимости от размещения скважин и вида энергии, используемой для перемещения нефти n Размещение скважин: равномерное, неравномерное. n Системы разработки с размещением скважин по равномер ной сетке различают: по форме сетки; по плотности сетки; по темпу ввода скважин в работу; по порядку ввода скважин в работу относительно друга и структурных элементов залежи. n Плотность сетки скважин отношение площади нефтеносности к числу добывающих скважин. n По темпу ввода скважин в работу можно выделить одновременную (еще называют «сплошная») и замедленную системы разработки залежей (сгущающаяся и ползучая). n По виду используемой энергии: естественная, искуственная.

Виды заводения Законтурное Применяется на небольших (до 5 км) залежах Закачка воды осуществляется в ряд нагнетательных скважин, расположенных за внешним контуром нефтеносности (100 1000 м). Приконтурное Применяется на небольших залежах при существенно сниженной проницаемости пласта в законтурной области или при затруднении связи законтурной воды с нефтенасыщенной частью пласта (например, при выпадении окислившихся тяжелых фракций нефти в области ВНК). Закачка воды осуществляется непосредственно в область водонефтяного контакта. Внутриконтурное Применяется на крупных залежах для исключения экранирования и консервации центральной части залежи. Разделяется на блоковое (рядное), площадное, избирательное, очаговое.

Схема законтурного заводнения Схема достаточно эффективена при небольшой ширине залежей (до 5- 6 км), малой относительной вязкости пластовой нефти, высокой проницаемости коллектора (0, 4- 0, 5 мкм 2 и более), сравнительно однородном строении продуктивного пласта, хорошей сообщаемости залежи с законтурной областью.

Законтурное заводнение n При законтурном заводнении, воду закачивают в ряд нагнетательных скважин, расположенных за внешним контуром нефтеносности на расстоянии 100- 1000 м. Его применяют на объектах с малорасчлененными по толщине продуктивными пластами, обладающими сравнительно высокой гидропроводностью, при небольшой ширине залежей (до 4- 5 км, а при наиболее благоприятном строении пластов и более). Примером может служить Туймазинское месторождение (Башкирия), где начали впервые применять заводнение в СССР (1948 г.). Широкого распространения оно не получило. n При числе рядов добывающих скважин больше пяти центральная часть месторождения слабо подвергается воздействию законтурным заводнением, пластовое давление здесь падает, и эта часть разрабатывается при режиме растворенного газа, а затем после образования ранее не существовавшей (вторичной) газовой шапки – пи газонапорном.

Схема приконтурного заводнения При этом виде заводнения нагнетательные скважины располагают на некотором удалении от внешнего контура нефтеносности в пределах водонефтяной зоны залежи. Применяется в основном при той же характеристике залежей, что и законтурное заводнение, но при значительной ширине водонефтяной зоны, а также при плохой гидродинамической связи залежи с законтурной зоной.

Схема блокового заводнения При блоковом заводнении нефтяную залежь разрезают рядами нагнетательных скважин на полосы (блоки), в пределах которых размещают ряды добывающих скважин такого же направления.

Рядное и блоковое заводнение n Рядная система разработки применяется на крупных нефтяных месторождениях платформенного типа с широкими водонефтяными зонами. Широкие водонефтяные зоны отрезают от основной части залежи и разрабатывают их по самостоятельным системам. На средних и небольших по размеру залежах применяют поперечное разрезание их рядами нагнетательных скважин на блоки (блоковое заводнение). Ширина площадей и блоков выбирается с учетом соотношения вязкостей и прерывистости пластов (литологического замещения) в пределах до 3- 4 км, внутри размещают нечетное число рядов добывающих скважин. n Практически применяют одно, трех, пятирядную схемы расположения скважин, представляющие собой соответственно чередование одного ряда добывающих скважин и ряда нагнетательных скважин, трех рядов добывающих и ряда нагнетательных скважин, пяти рядов добывающих и ряда нагнетательных скважин. Более пяти рядов добывающих скважин обычно не применяют по той же причине, что и при законтурном заводнении

Схемы сводового заводнения Разновидность сводового заводнения выбирают в зависимости от формы и размера залежи и относительного размера ВНЗ.

Сводовое заводнение n При сводовом заводнении ряд нагнетательных скважин размещают на своде структуры или вблизи него. Если размеры за лежи превышают оптимальные, это заводнение сочетают с за контурным. Сводовое заводнение подразделяют на: n а) осевое (нагнетательные скважины размещают по оси структуры - кумский горизонт Новодмитриевского месторождения в Краснодар ском крае, пласты группы А Усть Балыкского месторождения в Западной Сибири); n б) кольцевое (кольцевой ряд нагнетательных скважин с радиусом, приблизительно равным 0, 4 радиуса залежи, разрезает залежь на центральную и кольцевую пло щади - Миннибаевская площадь Ромашкинского месторожде ния); n в) центральное заводнение как разновидность кольцевого (вдоль окружности радиусом 200- 300 м размещают 4- 6 нагнетательных скважин, а внутри имеется одна или несколько добывающих скважин).

Схемы площадного заводнения Разновидность внутриконтурного заводнения, при котором в условиях общей равномерной сетки скважин нагнетательные и добывающие скважины чередуются в строгой закономерности, установленной проектным документом на разработку.

Площадное заводнение n Характеризуется рассредоточенной закачкой рабочего агента в залежь по всей площади ее нефтеносности. Площадные системы заводнения по числу скважинно точек каж догоэлемента залежи с расположенной в его центре одной добывающей скважиной могут быть четырех, пяти семи и девя титочечной и линейной системами n Линейная система -это однорядная система блокового заводнения, причем скважины размещают не друг против друга, а в шахматном порядке. Отношение нагнетательных и добывающих скважин составляет 1: 1; F=2 a 2; S=a 2; n Пятиточечная система. Элемент системы представляет собой квадрат, в углах которого находятся добывающие скважины, а в центре – нагнетательная. Для этой системы отношение нагнетательных и добывающих скважин составляет 1: 1, =1. n Семиточечная система. Элемент системы представляет собой шестиугольник с добывающими скважинами в вершине и нагнетательной в центре. Добывающие скважины расположены в углах шестиугольника, а нагнетательная – в центре. Параметры =1/2, т. е. на одну нагнетательную скважину приходится две добывающие. n Девятиточечная система. Соотношение нагнетательных скважин и добывающих составляет 1: 3, так что =1/3. Самая интенсивная из рассмотренных систем с площадным расположением скважин пятиточечная, наименее интенсивная девятиточечная.

Хар-ки систем площадного заводнения n 1 – прямолинейная система: m=1: 1; F=2 a^2; S=a^2; n 2 – пятиточечная система: m=1: 1; F=2 a^2; S=a^2; n 3 – девятиточечная система: m=1: 3; F=4 a^2; S=a^2; n 4 – обращенная девятиточ я система: m=3: 1; F=1, 33 a^2; S=a^2; n 5 – квадратно семиточечная система: m=1: 2; F=3 a^2; S=a^2; И др. * m – отношение нагнетателных скважин к добывающим F – площадь на одну нагнетательную S – площадь на одну скважину в общем

Анизотропия пласта. n Анизотропия, или направленная проницаемость, может значительно улучшить коэффициент охвата На рисунке показано, какое влияние оказывает выбор системы заводнения на коэффициент охвата при различных соотношениях проницаемостей по осям X и Y. n Для демонстрации этого эффекта приведена таблица. Тип системы Еа на момент Время до прорыва Еа при ВНФ=10 Закачка в единицах прорыва ПППН при ВНФ=10 5 -ти точ. 52, 5 625 88 2, 0 Лин-ая рядная 67, 5 804 98 1, 4

Материальный баланс n Материальный баланс – простая концепция, подчиняющаяся закону сохранения масс, согласно которому привнесенная масса равна извлеченной плюс то, что накопилось или осталось (в пласте, например). n Vизвлечённый = ΔVпервоначальный + Vпривнесённый – наиболее общий вид ур я мат. баланса = + для давления выше давления насыщения для давления ниже давления насыщения для линейного заводнения пластов при начальной насыщенности подвижной воды

Некоторые обозначения для ур-й n B – коэффициент объемного расширения n Bobp – коэффициент объемного расширения нефти ниже давления насыщения n Boi – коэффициент объемного расширения нефти начальный n Box – коэффициент объемного расширения нефти в опред ый момент времени n Bw – коэффициент объемного расширения воды n Bt – коэффициент объемного расширения нефти по времени n Bti – коэффициент объемного расширения нефти по времени, начальный n Bg – коэффициент объемного расширения газа n Bgi – коэффициент объемного расширения газа начальный n C – сжимаемость n Ct – общая сжимаемость n Ce – эффективная сжимаемость n N – геологические запасы нефти n Nр – накопленная добыча n Rp – накопленное газосодержание n Rsoi – начальное содержание растворенного газа в нефти n We – приток воды из за контура n Winj – дебит нагнетательной скважины n Wp – накопленная закачка n ΔP – изменение давления от начального пластового (атм) n Vo, Vw, Vf объёмы нефти, воды, пор

Компенсация отбора жидкости. Коэффициент компенсации n Компенсация отбора жидкости – это комплекс мероприятий направленный на поддержание пластовой энергии за счет замещения извлеченного объема углеводородов таким же объемом воды. Если накопленная компенсация обора жидкости закачкой воды по объекту (участку) меньше 100 %, то для покрытия дефицита закачки воды нормы закачки устанавливают технологическим режимом работы нагнетательных скважин больше нормы текущих отборов жидкости на 30 50 % и более, исходя из производительности применяемого для закачки воды оборудования и приемистости действующих нагнетательных скважин. n Для оценки степени компенсации отборов жидкостей из пласта закачкой вводится понятие коэффициента компенсации. n Для определения компенсации отбора жидкости в % нужно объем закачки поделить на объем отбора жидкости в пластовых условиях и умножить на 100. (не умножая на 100 получим коэффициент компенсации).

Компенсация отбора жидкости Для определения компенсации отбора жидкости в % нужно объем закачки поделить на объем отбора жидкости в пластовых условиях и умножить на 100. (не умножая на 100 получим коэффициент компенсации). График изменения компенсации отбора жидкости

Наиболее широко распространенным методом воздействия на продуктивный пласт с целью поддержания пластового давления и увеличения конечного нефтеизвлечения является метод закачки воды в пласт (в производственной литературе этот метод называют заводнением). В России более 80% залежей нефти разрабатываются с использованием заводнения.

Закачка воды осуществляется через специальные нагнетательные скважины. Расположение и сетка нагнетательных скважин определяются в технологической схеме разработки месторождения. Закачку воды в продуктивный пласт целесообразно начинать с самого начала разработки нефтяного месторождения.

В этом случае имеется возможность не допустить снижение пластового давления из-за отбора жидкости из продуктивного пласта, поддерживать его на первоначальном уровне, сохранять высокие дебиты нефти по скважинам, интенсифицировать разработку месторождения и обеспечить получение высоких коэффициентов нефтеизвлечения. Как отмечалось, заводнение подразделяется на законтурное, приконтурное и внутриконтурное.

При законтурном заводнении (рис.24) закачка воды в пласт осуществляется через нагнетательные скважины, пробуренные за внешним контуром нефтеносности по периметру залежи. Расстояние между нагнетательными скважинами определяется в технологической схеме разработки данного месторождения. Линия нагнетательных скважин распределяется примерно в 400–800 м от внешнего контура нефтеносности с целью создания равномерного воздействия на залежь, предупреждения образования преждевременных языков обводнения и прорывов воды к эксплуатационным скважинам.

Законтурное заводнение обычно применяется на небольших по размерам и запасам нефтяных месторождениях, в залежах с хорошими коллекторскими свойствами, как по толщине пласта, так и по площади. При таких условиях законтурное заводнение обеспечивает более полную выработку запасов, вытесняя нефть к стягивающим рядам добывающих скважин. К недостаткам законтурного заводнения можно отнести повышенный расход закачиваемой воды из-за частичного ухода за пределы линии нагнетания; замедленное реагирование на залежь из-за удаленности линии нагнетания от добывающих скважин и т.д.

Рис. 24 Законтурное заводнение

Более эффективное воздействие на залежь нефти достигается, когда нагнетательные скважины размещаются (бурятся) внутри контура нефтеносности, в водонефтяной зоне пласта, в более проницаемых участках залежи. Такое заводнение называют приконтурным заводнением.

Приконтурное заводнение применяется:

– на небольших по размерам залежах;

– при недостаточной гидродинамической связи продуктивного пласта с внешней областью;

– с целью интенсификации процесса добычи нефти

Более эффективной системой воздействия на залежи нефти, позволяющей быстрее наращивать добычу нефти, сокращать сроки выработки запасов и повышать конечное нефтеизвлечение, является внутриконтурное заводнение (рис.25).

При внутриконтурном заводнении нагнетательные скважины располагаются (бурятся) внутри контура нефтеносности. Выбор схемы расположения и сетки нагнетательных скважин определяется конкретными геологическими условиями, физико-химическими свойствами нефти т.д.

Рис. 25 Внутриконтурное заводнение

В последние годы для интенсификации разработки нефтяных месторождений распространенным методом стал метод искусственного «разрезания» залежи на отдельные площади или блоки за счет закачки воды в ряды нагнетательных скважин, расположенных вдоль намеченных линий разрезания внутри естественного контура нефтеносности. При этом создаются близкие к эксплуатационным скважинам искусственные контуры питания, а каждая площадь разрабатывается самостоятельно В начальный период при внутриконтурном заводнении воду нагнетают в нефтяную залежь. Далее в процессе нагнетания воды в залежи вдоль линии нагнетательных скважин образуется водяной вал, разделяющий залежь на части. Для более быстрого освоения процесса внутриконтурного заводнения закачку воды ведут не во все нагнетательные скважины разрезающего ряда, а через одну скважину, а промежуточные скважины ряда эксплуатируются временно как нефтяные с форсированным отбором нефти.

По мере обводнения эти скважины осваиваются и переводятся в нагнетательные. Впервые в нашей стране внутриконтурное заводнение было осуществлено на крупнейшем нефтяном месторождении в Татарстане – на Ромашкинском месторождении, которое было разрезано рядами нагнетательных скважин на 26 обособленных эксплуатационных площадей.

Внутриконтурное заводнение дает возможность увеличивать темпы отбора нефти и сокращать сроки разработки крупных нефтяных месторождений. В некоторых случаях для интенсификации разработки нефтяного месторождения используют комбинированное воздействие, т.е. законтурное (приконтурное) заводнение с внутриконтурным центральным заводнением.

В настоящее время применяется несколько систем внутриконтурного заводнения, которые отличаются друг от друга расположением нагнетательных скважин, последовательностью ввода их в эксплуатацию, темпами закачки воды в пласт, а также отборами нефти из нефтедобывающих скважин.

При внутриконтурном заводнении применяют и очаговое заводнение. Очаговое заводнение применяется в тех случаях, когда на отдельных участках залежи нет влияния от заводнения, вследствие чего на этом участке падает пластовое давление и, соответственно, падают дебиты нефти в добывающих скважинах. При очаговом заводнении выбирают в центре участка нефтедобывающую скважину, переводят ее в нагнетательную и начинают закачку воды, в результате чего обеспечивается воздействие закачиваемой водой на окружающие нефтедобывающие скважины.

Применяется также избирательная система внутриконтурного заводнения. Наиболее интенсивной системой воздействия на пласт считается площадное заводнение. Добывающие и нагнетательные скважины при этой системе размещаются правильными геометрическими блоками в виде пяти-, семи- или девятиточечных сеток, в которых нагнетательные и добывающие скважины чередуются. С целью интенсификации добычи нефти и увеличения конечного нефтеизвлечения в продуктивный пласт нагнетают газ или воздух, а также осуществляют попеременную закачку воды и газа в пласт.

Усовершенствованной системой воздействия на залежь нефти со сложным строением является попеременное нагнетание воды и газа в пласт. В конце 1971 года на основе анализа разработки Журавлевско–Степановского месторождения Оренбургской области был обоснован и прошел промышленное испытание метод попеременного нагнетания в нефтяную залежь воды и газа с целью повышения эффективности процесса вытеснения и повышения конечного нефтеизвлечения. Сущность этого метода заключается в следующем. Газ, при нагнетании его в продуктивный пласт, внедряется, прежде всего, в высокопроницаемые пропластки, снижает в них фазовую проницаемость для воды, вследствие чего при последующем нагнетании воды в продуктивный пласт выравнивается фронт вытес-

нения и тем самым повышается охват пласта воздействием. Нагнетаемая вслед за газом вода проталкивает его за счет меньшей вязкости в малопроницаемые плотные пропластки, откуда вытеснение нефти будет происходить в результате поршневого и увлекающего вытеснения газа. Метод попеременной закачки воды и газа в пласт является вариантом импульсного воздействия на пласт, так как в этом случае создаются более благоприятные условия для проявления капиллярных сил вследствие двукратного увеличения поверхностного натяжения воды на границе с нефтью. Частичное растворение газа в нефти, уменьшая ее вязкость, также способствует повышению эффективности процесса вытеснения нефти водой. В условиях трещиноватого пласта эти процессы будут идти эффективнее, так как растворимость газа и гравитационное перераспределение вытесняющего агента в нефти усиливаются: растворимость – вследствие увеличения поверхности контакта, а гравитационное перераспределение – за счет свободы потоков в открытых трещинах. Гравитационное перераспределение по мощности пласта нефти и нагнетаемого газа создает условие, препятствующее опережающему обводнению пласта по подошве в залежах с высокой вязкостью нефти. Кроме того, утилизация попутного газа на ранней стадии разработки, ввиду отсутствия потребителей, решает одну из важных задач охраны окружающей среды и недр. Опытно-промышленные работы по данному методу были проведены на Журавлевско–Степановском месторождении Оренбурга в 1971–1974 годы (авторы В.И. Кудинов, И.А. Поворов) и дали хорошие результаты. По данным исследовательских и опытно-промышленных работ конечное нефтеизвлечение при попеременной закачке воды и газа в пласт увеличивается на 8–10%. Дальнейшее промышленное внедрение этого метода сдерживается отсутствием малогабаритных на высокое давление и производительность компрессоров.

Основная цель регулирования процесса разработки нефтяной залежи - обеспечение равномерного перемещения ВНК или ГНК от контуров водоносности или газоносности. Именно равномерностью отработки запасов нефти дости­гается общая технологическая безопасность работы всех сооружений в цепоч­ке "добыча - сбор - подготовка - транспортировка".

Равномерность поступления нефти в скважину обеспечивается неизменной толщиной эксплуатируемого пласта-коллектора, однородностью его строения, что проявляется в стабильности его фильтрационно-емкостных свойств. При таком условно стационарном режиме скорость фильтрации движущейся к скважине жидкости при постоянном расходе возрастает. Таким образом, при пере­мещении единицы объема жидкости по направлению к скважине будут непре­рывно возрастать затраты энергии (перепад давлений) на единицу длины пути (градиент давления). В этих условиях знание распределения энергетического потенциала залежи, которое отражается с помощью карт изобар, является пер­востепенным, поскольку позволяет составить проект рационального размеще­ния одиночных или кустовых буровых площадок. Однако получение достовер­ной информации по энергетическому потенциалу залежи возможно лишь при высокой степени ее геологической изученности, что достигается стадийным подходом к освоению месторождения.

В связи с этим принципиально важным является вопрос выбора схемы разработки залежи и, в частности, схем кустования скважин. Известно, что, чем крупнее кустовые площадки, тем дороже бурение скважины, поскольку необ­ходимы большие отходы скважин от забоев. Современные технологии бурения позволяют достигать отходов в 2-4 км и более по вертикали. В то же время стоимость коридоров коммуникаций (автодорог, отсыпки площадок, линий элек­тропередачи, нефтесборов, водоводов, УПСВ) сокращается, что приводит к сни­жению капитальных вложений и повышению степени экологической безопас­ности всего промысла в целом. В первую очередь снижаются показатели землеемкости, техногенные нагрузки на все элементы экосистем, экологичес­кие риски за счет сокращения размеров коммуникаций и особенно организа­ции системы сбора пластовых вод на кустовых площадках.

Обустройство устьев одиночных эксплуатационных нефтяных скважин. При обустройстве устьев скважин в зависимости от способа эксплуатации дол­жны предусматриваться:

приустьевая площадка;

1) площадка под инвентарные приемные мостки;

2) площадка под ремонтный агрегат;

3) якоря для крепления оттяжек ремонтного агрегата;

4) фундамент под станок-качалку;

5) станция управления электрического центробежного насоса (ЭЦН) или станком-качалкой;

6) наземное оборудование для эксплуатации скважин гидропоршневыми насосами;

7) трансформаторные подстанции;

8) обвалование территории устьев скважин;

10) канализационная емкость-сборник с инвентарными поддонами.

При необходимости на площадке устьев скважин предусматриваются:

1) узлы для запуска очистных устройств выкидных трубопроводов;

2)устройство для закачки реагентов-деэмульгаторов, ингибиторов и др.

Обустройство кустов скважин. Куст скважин представляет собой специ­альную площадку естественного или искусственного участка территории месторождения с расположенными на ней устьями скважин, удаленных от другого куста или одиночной скважины на расстояние не менее 50 м, а также техноло­гическим оборудованием и эксплуатационными сооружениями, инженерными коммуникациями, оборудованием для подземного ремонта скважин, бытовы­ми и служебными помещениями. Строительство укрупненных кустов скважин накладывает ряд ограничений на способы добычи нефти, в частности на раз­мещение ШГН.

Суммарный дебит одного куста скважин при его проектировании должен приниматься не выше 4000 м 3 /сут. (по нефти), а газовый фактор - не более 200 м 3 /м 3 . В зависимости от способа эксплуатации скважин на кусте скважин следует предусматривать следующие технологические сооружения:

1) приустьевые площадки нефтяных и нагнетательных скважин;

2) замерные установки;

3) технологические трубопроводы;

4) блоки для подачи реагентов-деэмульгаторов, ингибиторов и др.;

5) газораспределительные блоки (гребенки);

6) площадки под ремонтный агрегат;

7) якоря для крепления оттяжек ремонтного агрегата;

8) фундаменты под станки-качалки;

9) станции управления ЭЦН и ШГН;

10) трансформаторные подстанции;

11) площадки под инвентарные приемные мостки;

12) емкость-сборник;

13) блок закачки воды в нагнетательные скважины и блоки водораспределительной гребенки.

В работе рассмотрены два варианта организации кустовой системы добычи нефти. В первом представлен проект из трех кустов скважин по 19 шт. при общем количестве 57 с традиционной величиной отхода от забоев скважин. На кустовой площадке отсутствует УПСВ, а система ППД выполнена из стеклопластиковых материалов, препятствующих развитию коррозии.

Второй вариант проекта предусматривает сооружение одной укрупненной кустовой площадки с тем же количеством скважин, но максимальным отходом забоя скважин на 2 км. В составе сооружений кустовой площадки имеется УПСВ, рассчитанная на переработку 171 м 3 с локальной закачкой воды в пласт. Общая стоимость УПСВ составляет 950 тыс. руб., а стоимость водовода длиной 7,5 км в первом варианте - 13220 тыс. руб.

Результаты расчета свидетельствуют о том, что кроме выигрыша в капитальных вложениях (8 % стоимости затрат) сокращается на 45 % протяженность коммуникаций, а в составе коридоров отсутствуют агрессивные пластовые флюиды, что является гарантией экологической безопасности промысла. Во втором варианте отсутствует перекачка пластовых вод от кустовых площадок к пунктам сепарации нефти и обратно, что дает экономию электроэнергии око­ло 520 тыс. кВт ч/год.

Приведенные данные убедительно свидетельствуют о целесообразности укрупнения кустовых площадок при выборе схемы эксплуатации залежей, что приводит к экологически предпочтительным вариантам добычи нефти.

При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит по специальным насосно-компрессорным трубам (НКТ), которые спускаются в скважины перед началом эксплуатации. Их диаметр под­бирается в зависимости от величины дебита скважины. Одним из факторов, осложняющих процесс эксплуатации скважин, являются отложения парафина на стенках труб, устьевой аппаратуры и выкидных линий.

Строительство скважин с большими отходами ограничивает применение штанговых глубинных насосов (ШГН), а также способствует развитию осложнений, связанных с истиранием труб, что может привести к частым авариям, особенно в местах соединения НКТ.

Во избежание истирания труб применяют специальные муфты повышен­ной прочности, которые устанавливают в местах искривления ствола скважи­ны, а при выборе насосного оборудования предпочтение отдается ЭЦН и гидроприводным насосным системам в условиях закрытой системы сбора нефти i газа. Одновременно такие технологии (гидронасосные системы) дают воз­можность подачи ингибиторов для предотвращения коррозии и парафинообразования и позволяют совместить технологию подготовки рабочей жидкости: технологией подготовки нефти, что снижает затраты на строительство сило-1ьд линий и уменьшает вероятность экологического риска.

Дальнейшая система сооружений подготовки нефти, сброса и закачки вод производится в зависимости от распределения запасов по площади залежи и разрезу на отдельных месторождениях, темпов добычи и степени обводненности и газонасыщенности нефти, величин давлений на устье скважин, расположения количества кустов скважин, инженерно-геологических условий строительства сооружений, экологических ограничений.

Объекты сбора и транспортировки продукции скважин должны обеспечивать:

а) герметизированный сбор и транспортировку продукции скважин до центральных сборных пунктов, бескомпрессорную транспортировку газа первой ступени сепарации до центральных сборных пунктов, ГПЗ, на соб­ственные нужды и другим потребителям;

б) замер продукции отдельных скважин и кустов;

в) отделение газа от нефти;

г) учет суммарной добычи продукции всех скважин;

д) использование концевых участков нефтесборных трубопроводов при под­ходе их к ЦПС и сепараторов для предварительной подготовки к разделению продукции скважин;

е) предварительное обезвоживание нефти, осуществляемое по качеству сбрасываемой пластовой воды;

ж) подогрев продукции скважин при невозможности ее сбора и транспортирования при обычных температурах.

Традиционно на большинстве месторождений сложились следующие сис­темы сбора, подготовки и транспортировки нефти (рис. 4.4, по Саламатовой. 2004). Газожидкостная смесь из нефтедобывающих скважин поступает на груп­повую замерную установку (ГЗУ), где в автоматическом режиме производится периодическое измерение в замерном сепараторе дебитов жидкости и газа каждой скважины.

Замерные установки. В качестве замерных наиболее часто применяются установки типа "Спутник", "Биус" и других модификаций. Количество установок и их размещение должны определяться технико-экономическим расче­том. На площадках замерных установок при необходимости должны предус­матриваться блоки закачки реагента-деэмульгатора и ингибитора коррозии.

После ГЗУ, которая монтируется на каждом кусте или отдельной скважине, смесь по нефтесборным нефтепроводам попадает на сборный пункт (СП) или на дожимную насосную станцию (ДНС) для последующей подготовки. Здесь может быть два варианта сбора: раздельный сбор обводненной и условно-безводной нефти, в связи с чем от каждой ГЗУ прокладывают два коллектора, имеющих протяженность до нескольких километров.

Сборные пункты, на которые поступает нефть, подразделяются на централь­ные (ЦПС), ДНС и комплексные сборные пункты (КСП).

На ЦПС сырая нефть, поступающая с ГЗУ, проходит полный цикл обработ­ки, который включает двух- или трехступенчатое разгазирование с помощью сепараторов и доведение нефти по упругости насыщенных паров до необходимых кондиций. Кроме этого производится обезвоживание и обессоливание не­фти до товарных кондиций. Газ, полученный после сепарации нефти, очища­ется от капельной жидкости и подается на утилизацию, переработку или другие цели. Газ первой и второй ступени транспортируется под собственным давле­нием, а газ концевой ступени для использования необходимо компримировать.

Попутно добываемые воды отделяются от сырой нефти на установке подготовки нефти (УПН), входящей в состав ЦПС. На УПН в специальном резер­вуаре предварительного сброса происходит отстаивание нефти, подогрев не­фтяной эмульсии в трубчатых печах, отделение нефти от воды и обессоливание. После этого нефть поступает в резервуар товарной нефти с последующей от­качкой в магистральный нефтепровод. В случае недостижения кондиций в то­варной нефти по содержанию воды и солей она автоматически поступает из специальных герметизированных отстойников в сепаратор-делитель, из кото­рого направляется вновь на УПН.

Установки подготовки нефти (УПН). УПН являются составной частью единого технологического комплекса сооружений по сбору и подготовке продукции скважин и, как правило, располагаются на ЦПС. Технологический ком­плекс сооружений по подготовке нефти должен обеспечивать:

Глубокое обезвоживание нефти;

Обессоливание;

Снижение упругости паров товарной нефти;

Прием некондиционной нефти и подачу ее на повторную подготовку;

Повторное использование реагента и тепла дренажных вод путем возврата их в начало процесса.

Технологическая схема процесса подготовки нефти должна обеспечивать:

Полную герметизацию процесса подготовки нефти;

Требуемое качество товарной нефти;

Гибкость и маневренность работы установки;

Возможность освобождения аппаратуры и трубопроводов при ремонтах и аварийных остановках;

Использование тепла продукции скважин.

Резервуарные парки. Для УПН следует предусматривать запасы сырья (продукция скважин; продукция, поступающая от ДНС или УПС) и товарной (под­готовленной) нефти:

Для сырья - суточный объем, поступающий на УПН;

Для товарной нефти - объем суточной производительности УПН по товар­ной нефти при трубопроводном транспорте;

Для приема пластовых и сточных вод;

Для аварийных сбросов.

В качестве резервуарных емкостей чаще используются стандартные сталь­ные резервуары различных объемов типа РВС.

Для сброса парафиновых отложений от зачистки (пропарки) резервуаров предусматриваются земляные амбары-накопители. Суммарная емкость амбаров-накопителей должна определяться из расчета сбора и хранения парафино­вых отложений в течение года. Внутренние поверхности металлических ре­зервуаров и устройств должны иметь противокоррозийное покрытие.

Установки подготовки газа (УПГ). В зависимости от направления использования нефтяного газа и условий его транспортировки до потребителей сле­дует применять следующие способы его подготовки:

Осушку газа от влаги абсорбционным способом;

Извлечение тяжелых углеводородов с осушкой газа от влаги способом низкотемпературной конденсации (НТК).

При бескомпрессорной транспортировке смеси газов первой и концевых ступеней сепарации технологическая схема их подготовки должна предусматривать:

При транспортировке газа в двухфазном состоянии и в условиях, приводящих к образованию кристаллогидратов, - компримирование газов конце­вых ступеней сепарации до давления первой ступени сепарации и совместную осушку газов первой и концевых ступеней сепарации от влаги абсорбцион­ным способом;

При транспортировке газа в однофазном состоянии - компримирование га­зов концевых ступеней сепарации до давления первой ступени сепарации, его осушку от влаги или извлечение из газа первой ступени или смеси газов первой и концевых ступеней сепарации тяжелых углеводородов способом НТК с впрыском гликоля.

Выделившийся при подготовке газа углеводородный конденсат направляет­ся или в товарную нефть, если это не приводит к увеличению давления насыщенных паров нефти сверх нормативного, или в нефть перед первой ступенью сепарации.

Дожимные насосные станции (ДНС). В тех случаях, когда расстояние от кустов скважин до ЦПС велико, а устьевого давления скважины недостаточно для транспортирования флюидов, сооружают ДНС. Основная их задача - дать дополнительную энергию жидкости для транспортировки на ЦПС.

Технологический комплекс сооружений ДНС должен обеспечивать:

Первую ступень сепарации нефти с предварительным отбором газа;

Предварительное обезвоживание нефти (при необходимости);

Нагрев продукции скважин (при необходимости);

Транспортирование газонасыщенной нефти на ЦПС;

Бескомпрессорную транспортировку нефтяного газа I ступени на ЦПС, ГПЗ и др.;

Очистку пластовой воды в герметизированных аппаратах при давлении первой ступени сепарации при естественной температуре поступающего на ДНС сырья;

Транспортирование при наличии предварительного сброса подготовленной пластовой воды в систему поддержания пластовых давлений (ППД);

Получение из аппаратов-отделителей воды с качеством, обеспечивающим закачку ее в продуктивные пласты без дополнительной подготовки;

Учет нефти, газа и подготовленной пластовой воды;

Закачку химреагентов (ингибиторов, реагентов-деэмульгаторов).

В состав ДНС входят следующие основные технологические и вспомогательные сооружения:

Блок предварительного отбора газа;

Блок сепарации нефти;

Блок насосной (с буферной емкостью);

Блок предварительного обезвоживания и очистки пластовой воды;

Блок аварийных емкостей;

Блок замера нефти;

Блок замера газа;

Блок замера воды;

Блок компрессорной воздуха для питания приборов контроля и автоматики;

Блок нагрева продукции скважин (при необходимости);

Блок реагентного хозяйства для закачки реагента перед первой ступенью сепарации;

Блок закачки ингибиторов в газопроводы и нефтепроводы;

Емкость дренажная подземная.

На ДНС должны предусматриваться аварийные горизонтальные технологические емкости, рассчитанные на рабочее давление сепарации. Суммарный объем емкостей должен обеспечивать прием максимального объема жидкости, поступающей на ДНС в течение двух часов. ДНС проектируются блочными, отоматизированными, заводского изготовления, как правило, без постоянного обслуживающего персонала.

Сооружение ДНС оправдано еще тем, что промышленность не выпускает насосного оборудования, позволяющего перекачивать смеси с большим содержанием газов (сказывается лимитирующее влияние кавитационных процессов). Поэтому на ДНС перед насосом производится частичное отделение газа с по­мощью сепарации первой ступени. Отделившийся газ в результате снижения кипения подается для утилизации чаще всего на факел сжигания либо для использования на местные нужды. Нефть и вода с растворенным оставшимся газом поступают в сепараторы второй ступени - ЦПС и УПН.

Факельная система для аварийного сжигания газа ДНС. В факельную систему направляется нефтяной газ, который не может быть принят сооружениями по подготовке к транспортировке ввиду их остановки на ремонт или при аварийной ситуации, а также газ от продувки оборудования и трубопроводов

Диаметр и высота факела определяются расчетным путем с учетом допустимой концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха, а также до­пустимых тепловых воздействий на человека и объекты. Высота трубы долж­на быть не менее 10 м (для газов, содержащих сероводород, - не менее 35 м Скорость газа в устье факельного ствола должна приниматься с учетом исклю­чения возможности отрыва пламени, но не более 80 м/с.

Факел должен быть оборудован автоматическим дистанционным зажигани­ем и самостоятельным подводом топливного газа к запальному устройству.

Для улавливания конденсата и влаги перед факельной трубой должна находиться емкость (конденсатосборник), которую предусматривается опорожнять по мере заполнения на прием насосов ДНС.

Центральные пункты сбора (ЦПС) являются универсальным технологи­ческим объектом, на котором добываемый флюид разделяется на целевые ком­поненты - товарную нефть, газ и сточную воду. Последняя очищается до уров­ня, соответствующего необходимым требованиям, и вводится в систему ППД или без очистки - в специальные поглощающие скважины для утилизации сточ­ных вод.

Технологический комплекс по подготовке продукции скважин на ЦПС дол­жен обеспечивать следующие процессы:

а) прием и предварительное разделение поступающей продукции скважин:

б) прием и учет продукции, поступающей от ближайших скважин;

в) подготовку нефти;

г) подготовку и утилизацию пластовых и производственно-сточных, в том числе и ливневых, вод;

д) прием и учет товарной нефти;

е) прием и подготовку газа к транспортировке;

ж) подачу товарной нефти на сооружения магистральной транспортировки.

Сбор разлившейся жидкости и атмосферных осадков должен проводиться в специальную емкость. Наружные площадки для установки технологического оборудования сооружаются с бетонным покрытием и должны быть на 15 см выше планировочной отметки земли, а их уклоны для обеспечения отвода дождевых вод - не менее 0,003°. При возможном разливе горючих жидкостей пло­щадки следует ограждать бетонным бортом высотой не менее 15 см.

Площадки печей и блоков нагрева нефти и нефтепродуктов следует ограж­дать сплошной стеной, земляным валом или бордюрным камнем высотой не менее 0,5 м.

Уровень шума и вибрации оборудования, устанавливаемого в помещениях и на открытых площадках, не должен превышать предельно допустимые санитарные нормы. При вынужденном применении высокошумных агрегатов сле­дует предусматривать:

а) установку глушителей шума;

б) дистанционное управление;

в) звукоизолированные кабины наблюдения.

В последнее время на месторождениях, особенно мелких, активно внедря­ются комплексные сборные пункты (КСП) или их различные модификации, называемые автономными установками (АУ).

КСП представляют собой технологический узел, на котором, в отличие от ДНС, производится не только первая ступень сепарации, но и обезвоживание и обессоливание нефти до товарной кондиции. Технологический узел также содержит установки по очистке попутно добываемой воды и подаче ее на ППД. Для этих целей в состав КСП входят У ПН и очистные сооружения. Таким об­разом, нефть, поступающая с КСП на ЦПС, не нуждается в деэмульсации и после ее окончательного разгазирования сдается потребителю.

АУ включают наземное скважинное оборудование (устьевое оборудование, станция управления для подачи электроэнергии силовым насосам от дизельной электростанции) и технологический блок для разделения газожидкостной смеси, а также подготовки рабочей жидкости для закачки ее на ППД.

Данная технология запатентована в Российской Федерации под № 209547 "Освоение и эксплуатация малых нефтяных месторождений и автономная установка для его реализации" . Это техническое решение характеризуется следующими особенностями:

Добыча нефти производится гидропоршневыми насосами;

Технологический блок закачиваемой жидкости одновременно используется для подготовки нефти;

Источником электроэнергии является стационарная электростанция с дизель-генератором ДГА-800, работающая на ПНГ;

Для бурения первоочередных скважин применяют передвижную мобильную дизельную электростанцию 5А36, используемую в дальнейшем как резерв­ный источник.

Достоинство данной технологии заключается в том, что источником получения электроэнергии является ПНГ низкого давления и любого состава. Энер­гия подается по воздушным линиям к понижающим подстанциям и далее на;иловые установки (насосы), оборудование транспортировки нефти и жидко­сти для ППД, работы ЦПС, водоснабжения, бытовых нужд и других целей.

Кроме этого ПНГ после осушения в газосепараторах используется в каче­стве топлива в печах для нагрева нефти и котельных, работающих как на газе, так и на мазуте. Котельные необходимы для нагрева воды, которая использует­ся в качестве теплоносителя для поддержания требуемой температуры нефти в резервуарах и жилых поселках.

Наличие резервного парка емкостей, в том числе и аварийных, - непременный атрибут всех технологических схем сбора, транспортировки и подготовки нефти. Резервуары являются достаточно мощным источником загрязне­ния атмосферы за счет испарения УВ, несмотря на герметичное исполнение.

Трубопроводы нефти и газа. В систему сбора и транспортировки продукции нефтяных скважин входят:

1) выкидные трубопроводы, обеспечивающие сбор продукции скважин до ГЗУ;

2) нефтегазосборные трубопроводы (коллекторы), обеспечивающие сбор продукции скважин от замерных установок до пунктов первой ступени сепарации нефти, ДНС или ЦПС;

3) нефтепроводы (коллекторы) для транспортирования газонасыщенной или разгазированной обводненной или безводной нефти от пунктов сбора нефти и ДНС до ЦПС;

4) нефтепроводы для транспортирования товарной нефти от ЦПС до сооружений магистрального транспорта нефти;

5) газопроводы для транспортирования нефтяного газа от установок сепарации нефти до установок подготовки газа, КС, ЦПС, ГПЗ и собствен­ных нужд промпредприятий;

6) газопроводы для транспортирования газа от ЦПС до сооружений магистрального транспорта газа.

Для защиты трубопроводов от внутренней коррозии при транспортирова­нии газожидкостных смесей следует предусматривать:

Формирование структуры потока, предотвращающей расслоение фаз и выделение жидкости;

Ввод ингибиторов коррозии;

Внутреннее защитное покрытие труб.

Для защиты трубопроводов от почвенной коррозии предусматривают изоляционное покрытие и электрохимическую защиту.

Для сбора конденсата на газопроводах, транспортирующих влажный нефтя­ной газ, сооружаются конденсатосборники, которые размещаются в наиболее низких местах рельефа местности по трассе газопровода.

Узлы ввода реагента. Узлы ввода реагента на объектах и сооружениях сбо­ра и транспортировки нефти и газа включают:

Блок для дозирования и подачи деэмульгаторов;

Блок для дозирования и подачи ингибиторов;

Блок для подачи химреагентов;

Склад для хранения химреагентов.

Установки предварительного сброса пластовых вод (УПС). Объекты предварительного разделения продукции скважин рассматриваются как составная часть единого технологического комплекса сооружений по сбору, транс­портировке, подготовке нефти, газа и воды. Технологическая схема процесса должна обеспечивать:

Подготовку нефтяной эмульсии к расслоению перед поступлением в "отстойные" аппараты;

Сепарацию газа от жидкости с предварительным отбором газа;

Предварительное обезвоживание нефти до содержания в ней воды не более 5-10 % (масс).

Для подготовки нефтяной эмульсии к расслоению производится подача реагента-деэмульгатора на концевых участках нефтегазосбора (перед первой сту­пенью сепарации нефти).

Процесс предварительного обезвоживания нефти предусмотрен при обводненности поступающей продукции не менее 15-20 % и осуществляется, как правило, без ее дополнительного нагрева с применением деэмульгаторов, вы­сокоэффективных при умеренных и низких температурах.

Предварительное обезвоживание нефти осуществляется в аппаратах для совместной подготовки нефти и воды. Сброс пластовых вод с аппаратов предварительного обезвоживания нефти производится под остаточным давлением, обеспечивающим подачу их на прием насосных станций системы заводнения.

Компрессорные станции (КС). Компрессорные станции могут быть самостоятельными объектами обустройства месторождений или входить в комп­лекс технологических сооружений ЦПС и предназначены для транспортиров­ки нефтяного газа на ГПЗ и другим потребителям, для компримирования газа в составе сооружений по подготовке газа к транспортировке и в системе газлифтной добычи нефти. Поступающий на прием компрессоров газ должен быть очищен от механических примесей (пыли, окалины, окислов железа и др.) и от капельной жидкости (нефти, воды, углеводородного конденсата) в соответствии с требованиями, предъявляемыми ТУ на оборудование.

Для удаления газа из внутренней полости поршневого компрессора на приемном газопроводе каждой ступени сжатия компрессора между отключающей задвижкой и цилиндром должна быть предусмотрена свеча сброса газа с уста­новкой на ней запорной арматуры. Свеча должна размещаться в местах, обес­печивающих безопасные условия рассеивания газа. При этом не допускается сброс газа в зону аэродинамической тени здания КС. Высота свечи должна определяться по результатам расчетов рассеивания газа, но не менее 5 м от поверхности земли.

Факельная система ЦПС. Факельная система ЦПС предусматривается для следующих видов сброса горючих газов и паров:

Постоянных - от установок регенерации сорбентов, стабилизации (выветривания) углеводородных конденсатов и др.;

Периодических - при освобождении установок или отдельных аппаратов перед их пропаркой, продувкой, ремонтом, а также при аварийном отключении и пусконаладочных работах;

Аварийных - при сбросе от предохранительных клапанов или других устройств аварийного сброса.

В состав факельной системы, как правило, должны входить:

Общий факельный коллектор;

Газопроводы от отдельных сооружений и объектов ЦПС до общего факельного коллектора;

Сепараторы;

Конденсатосборники;

Факельный ствол.

Высота и место установки факельных стволов должны выбираться в зависимости от топографии площадки, расположения окружающих сельскохозяй­ственных земель и жилых поселков, интенсивности преобладающего направ­ления ветров, требований противопожарных норм и результатов расчетов по теплонапряжению у основания факела и рассеиванию в атмосфере вредных веществ, содержащихся в продуктах сгорания.

Минимальная высота факельных стволов принимается равной 20 м, если сбросы не содержат сероводорода. При наличии в сбросных газах сероводорода высота факела должна быть не менее 30 м. Для сжигания газа с содержанием сероводорода более 6 % масс, должна предусматриваться специальная фа­кельная система.

Факельные стволы должны быть оборудованы:

а) системой дистанционного зажигания факела;

б) горелками постоянного горения (дежурная горелка);

в) лабиринтным уплотнителем (газостатическим затвором) при диаметре факела 100 мм и более.

Сооружения при газлифтной добыче нефти. Схема газлифтной добычи (компрессорный или бескомпрессорный газлифт, режим газлифта - непрерывный, периодический) организуется с учетом требований к сырью, объемам за­качки газа и давлению нагнетания, ввода фонда скважин по годам и других технологических требований.

Сброс газа из оборудования и газопроводов должен осуществляться через отводные линии на свечу. Высота свечи для сброса газа должна быть не менее 5 м.

Газопроводы по территории куста скважин следует прокладывать подземно на глубину не менее 0,8 м. При наземном способе газопроводы должны прокладываться в защитных футлярах из стальных труб, обеспечивающих безо­пасное обслуживание фонтанной арматуры.

Для месторождений, в продукции скважин которых присутствуют сероводород и другие вредные примеси, применение газа, содержащего эти примеси, для газлифта не допускается.

Требования к генеральному плану. Схема генерального плана месторождения разрабатывается на базе данных технологической схемы (проекта) разработки нефтяного месторождения и составляется на картах землепользователей, как правило, в масштабе 1:25000 с учетом требований земельного, водного и других законодательств в два этапа:

Предварительный - в составе обосновывающих материалов к акту выбора площадок и трасс;

Окончательный - после утверждения акта выбора площадок и трасс в установленном порядке с учетом замечаний всех землепользователей.

Схема генерального плана должна предусматривать размещение на терри­тории месторождения устьев нефтяных, газовых, нагнетательных и других одиночных скважин, кустов скважин, ГЗУ, ДНС, СУ, УПС, КНС, ВРП, КС, подстанций и других объектов, а также инженерных коммуникаций (автодорог, нефте- и газопроводов, водоводов, линий электропередачи, связи, телемехани­ки, катодной защиты и др.), обеспечивающих технологические и производствен­ные процессы сбора и транспортировки продукции нефтяных скважин с уче­том существующих в данном районе транспортных связей, мощностей ЦПС, УПН, НПЗ, направления внешней транспортировки нефти, газа и воды, источ­ников снабжения электроэнергией, теплом, водой, воздухом и др.

При разработке схемы генерального плана необходимо учитывать:

Форму организации эксплуатации месторождений;

Возможность расширения и реконструкции технологических систем;

Проведение технических мероприятий по интенсификации производственных процессов добычи, сбора, транспортировки нефти и газа.

Планировочные решения генерального плана разрабатываются с учетом технологического зонирования установок, блоков, зданий и сооружений.

Размещение производственных и вспомогательных зданий и сооружений в зонах необходимо производить по их функциональному и технологическому назначению, с учетом взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности.

Размеры площадок под строительство предприятий, объектов, зданий и сооружений определяются исходя из условия размещения технологических со­оружений, сооружений подсобно-вспомогательного назначения и инженерных коммуникаций с учетом требований противопожарных и санитарных норм.

При размещении предприятий, объектов, зданий и сооружений нефтедобы­чи на прибрежных участках рек и других водоемов планировочные отметки площадок для их строительства следует принимать не менее чем на 0,5 м выше расчетного наивысшего горизонта вод с учетом подпора и уклона водотока с вероятностью его превышения:

Для сооружений, в которых производственный процесс непосредственно связан с извлечением нефти из недр (устья нефтяных и газовых скважин, замерные установки), - один раз в 25 лет;

Для ЦПС, ДНС, газокомпрессорных станций, сепарационных установок, УПН, УПС, КНС и электроподстанций - один раз в 50 лет.

В результате анализа современных подходов к эксплуатации нефтепромыс­лов можно отметить следующее.

Природоохранные мероприятия и элементы ОВОС присутствуют в нормативных документах по освоению месторождений. Однако действующая нор­мативная база не отражает изменений природоохранного законодательства, новых тенденций в экологическом менеджменте, экономике, управлении ре­сурсами и социальных изменений.

Проектные проработки недостаточно используют опыт экологизации при обустройстве месторождений нефти передовых компаний России и инновации зарубежных фирм.

Как правило, при сложившейся практике взаимодействия участников разработки месторождений на различных стадиях природоохранные проблемы решаются по мере их возникновения. Современные же принципы освоения природных ресурсов кроме комплексного подхода предполагают превентив­ное выявление и решение такого рода проблем.

Природоохранные проблемы, возникающие на всех стадиях освоения месторождений, имеют достаточно большой "стаж". Почти 50-летний опыт эксп­луатации многих месторождений позволяет считать их типовыми, но не неиз­бежными. Во многом такое положение объяснимо закономерностью - чем в более труднодоступном и удаленном месте расположено месторождение, тем менее жесткие экологические ограничения к нему предъявляются и тем больше вероятность нанесения экологически значимых ущербов.

Решение большинства экологических проблем, требующих значительных капиталовложений (ликвидация скважин, амбаров-накопителей, рекультивация земель и др.), должно проводиться своевременно, а не отодвигаться на неопределенный срок.

Состав сооружений и методы эксплуатации нефтепромыслов являются источниками воздействия на ОПС независимо от конструктивных особенностей сооружений и объемов добываемой нефти, поэтому с природоохранных пози­ций необходима принципиально новая концепция проектных работ.

При проектировании и реализации освоения месторождений отсутствует практика проведения детальных консультаций со всеми заинтересованными организациями и отдельными лицами, что приводит к формированию многих социально-экологических проблем на поздних стадиях нефтедобычи. Своевременное решение этих проблем экономически и экологически более оправ­данно.

В процессе экологического сопровождения хозяйственной деятельности сла­бое внимание уделяется созданию баз экологической информации, включаю­щих по возможности данные о всех видах воздействий на ОПС в процессе освоения месторождения.