Большинство современных систем очистки сточных пластовых вод (СПВ), которые функционально и территориально совмещаются с установкой подготовки промысловой продукции, можно классифицировать следующим образом:
Схема 1. Подготовка СПВ на основе использования вертикальных стальных резервуаров-отстойников (РВО).
Схема 2. Подготовка СПВ отстаиванием в РВО и фильтрованием в напорных фильтрах.
Схема 3. Подготовка СПВ в напорных отстойниках (НО).
Схема 4. Подготовка СПВ отстаиванием в НО и фильтрованием в напорных фильтрах.
Схема 5. Открытая очистка СПВ.
Схема 6. Подготовка СПВ отстаиванием в нефтеловушках и прудах с последующим напорным фильтрованием.
Кроме указанных технологий очистки СПВ, на установках подготовки нефти, воды и газа применяются различные специальные технологии, среди которых необходимо выделить две:
Технология 1, предназначенная для подготовки смешанных пластовых вод, поступающих из различных продуктивных горизонтов, например девонского и угленосного:
|
|
|
Технология 2 , предназначенная для подготовки и очистки промысловой продукции с высоким содержанием механических примесей и высокоплотных компонентов типа сульфида железа.
Рис. 25 Схема подготовки СПВ при помощи вертикальных отстойников:
1-СПВ от УКПН и товарного парка; 2-промежуточная емкость; 3,6-насосы; 4-резервуары отстойники; 5-премная камера очищенной воды; 7-очищенная СПВ на КНС; 8-СПВ от технологических резервуаров
Схема 1 нашла достаточно широкое распространение на промыслах страны. В классическом виде она реализована, например, на Каменноложской УКПН с производительностью по СПВ до 6000 м3 /сут (рис. 25 ). использовано три водоочистных вертикальных стальных резервуара единичной вместимостью 5000 м3 , обвязанных по параллельной схеме и работающих в статическом режиме отстаивания. По данным Е. А. Миронова, эта схема обеспечивает высокую степень очистки СПВ (табл. 1.6).
Характеристика Каменноложской УКПН по очистке сточных вод
Таблица 1.6
|
Показатели Каменноложской УКПН |
Место измерения на водоочистных резервуарах |
|
|
Вход |
выход |
|
|
Температура потока, 0 С |
12 – 42 |
6 – 33 |
|
Содержание примесей , мл/л : Углеводородных Механических |
77 – 967 53 – 155 |
16 – 36 12 – 44 |
|
|
|
Схема с вертикальными резервуарами-отстойниками имеет многочисленные вариации по технологической обвязке и материальной начинки водоочистных резервуаров. Например, на объектах объединения Татнефть в качестве резервуаров-отстойников часто используют жидкостные гидрофобные резервуары, в которых очищаемая вода проходит через слой нефти.
Рис. 26 Схема подготовки СПВ при помощи вертикальных отстойников и напорных фильтров:
1-ввод неочищенных СПВ; 2-первая группа отстойников; 3-подача коагулянта; 4-вторая группа отстойников; 5,8,11-насосы, 6-напорный песчаный фильтр; 7-резервуар для очищенных СПВ; 9-подача очищенных СПВ в нагнетательные скважины; 10-циркуляционная линия для регенерации фильтра
Схема 2 позволяет обеспечить проектную очистку в условиях ограниченного объема водоочистных резервуаров. Технология, реализованная по этой схеме, в частности на УПН НГДУ Горскнефть, предусматривает использование всего 2600 м3 резервуарной емкости при производительности по очищаемой сточной воде до 5000 м3 /сут. (рис. 26 ) удельный расход резервуарной емкости в данном случае составляет около 0,5 м3 на 1 м3 /сут. производительности, т.е. в 5 раз меньше, чем на объекте напорного фильтрования.
Параметры подготовки СПВ
Производительность, м3/сут 2500 – 5000
1 группа резервуаров-отстойников:
тип РВС – 700
число 2
периодичность удаления осадков, мес. 2
2 группа резервуаров-отстойников:
тип РВС – 300
число 4
периодичность удаления осадков, мес. 2
Расход коагулянта, мг/л 30 – 40
Группа напорных фильтров:
тип вертикальные , кварцевые
число 7
диаметр, м 2
высота фильтрующего слоя, м 0,9
скорость фильтрации при производительности 5000 м3 /сут, м/ч 10
продолжительность цикла, ч 4 – 6
перепад давления при отключении фильтра, Мпа 0,06 – 0,07
температура очищенной воды, 0С 35 – 50
Доля очищающей воды от объема очистки, % 10
Схема предусматривает очистку СПВ под определенным избыточным давлением, обычно в горизонтальных буллитах объемом до 200 м3. Технологическая цепочка включает в себя дополнительный элемент-дегазатор, т.к. поступающая с установки подготовки нефти неочищенная СПВ при указанном давлении содержит некоторое количество растворенного газа. Дегазатор в комплексе с регулятором давления устанавливается непосредственно за напорным отстойником на линии очищенной СПВ. Уловленная в отстойнике нефть возвращается на УПН, а осадок периодически удаляется в шламосборник.
Техническая характеристика и показатели очистки СПВ на ТХУ Покровского месторождения, где реализована подобная схема , следующие:
|
Производительность, м3/сут |
< 7000 |
|
Остаточное избыточное давление на входе в напорные отстойники, Мпа |
0,15 – 0,20 |
|
Вместимость единичная, м3 : |
|
|
Напорных отстойников |
200 |
|
Дегазаторов |
50 |
|
Периодичность удаления осадков, сут |
5 – 7 |
|
Длительность отстаивания, ч |
1,6 |
|
Содержание нефтепродуктов в СПВ, мг/л: |
|
|
До очистки |
< 70 |
|
После очистки |
< 20 |
|
Содержание механических примесей в СПВ, мг/л: |
|
|
До очистки |
< 55 |
|
После очистки |
< 29 |
Схема , как правило, «примыкает» к термохимическим установкам подготовки нефти, но предусматривает более глубокую очистку по сравнению со схемой .
Параметры системы очистки сточных пластовых вод, поступающих от одной из термохимических установок НГДУ Лениногорскнефть, следующие:
|
Напорные отстойники: |
|
|
Число |
2 |
|
Обвязка |
Последовательная |
|
Вместимость единичной емкости, м3 |
100 |
|
Тип |
Горизонтальный |
|
Длительность отстоя при расходе 1600 м3/сут, мин |
22 |
|
Фильтры: |
|
|
Число |
4 |
|
Обвязка |
Параллельная |
|
Диаметр, м |
1,6 |
|
Тип |
Вертикальный |
|
Фильтрующий материал |
Песок |
|
Толщина нижнего слоя (d =1,5 – 2 мм), см |
30 |
|
Толщина верхнего слоя ( d = 0,5 – 1,2 мм), см |
100 |
|
Скорость фильтрации при 1600 м3/ч, м/ч |
8,4 |
|
Периодичность промывки, ч |
7 – 14 |
|
Интенсивность промывки, л/(с м2) |
15 |
|
Длительность промывки, мин |
15 –25 |
|
Периодичность замены песка, мес |
7 – 8 |
Показатели процесса очистки приведены в таб. 1.7
Надо отметить, что подготовленная таким образом СПВ закачивалась в нагнетательные скважины с проницаемостью от 0,17 до 0,80 мкм2 . В скважинах с проницаемостью более 0,25 мкм2 снижение проницаемости не значительно.
Показатели процесса очистки сточных вод, поступающих от термохимических установок
Таблица 1.7
|
показатели |
Место измерения |
||
|
До НО |
После НО |
После фильтров |
|
|
Температура среды, 0С |
42 – 54 |
40 – 50 |
38 – 46 |
|
Содержание примесей, мг/л: |
|
|
|
|
Углеводородных |
46 |
35 |
20 |
|
механических |
48 |
42 |
25 |
Необходимость использования специальных технологий и схем очистки СПВ возрастает в связи с возвратом к отбору пластовой продукции из верхних горизонтов. Строительство параллельных установок для подготовки продукции двух и более горизонтов на одной площади, как правило, неэффективно. Совмещенные технологии используются на месторождениях Волго – Уральского региона. Параметры системы очистки СПВ, поступающей с одной из ТХУ НГДУ Бугурусланнефть, приведены ниже.
|
Производительность, м3/сут |
3000 |
|
Характеристика смешиваемых вод Основ. элементы системы Очистки |
Содержащие FeS и содержащие H2S Ливнесброс, нефтеловушка, пруд-отстойник, водоочистные резервуары (ВР) |
|
Характеристика ВР: |
|
|
Число |
3 |
|
Обвязка |
последовательная |
|
Единичный объем, м3 |
1000 |
|
Тип |
вертикальный |
Показатели процесса очистки смешанных СПВ
|
показатели |
Место изменения |
||||
|
Вход СПВ |
После нефтело-вушки |
После пруда-от- стойника |
После водоочистных резервуаров ВР |
||
|
Без реаген-тов |
С реагента-ми |
||||
|
Содержание, мг/л: |
|
|
|
|
|
|
нефтепродуктов |
50 |
43 |
40 |
19 |
10 |
|
Механических примесей |
50 |
38 |
32 |
19 |
12 |
|
H2S |
28 |
26,5 |
26,1 |
21 |
18 |
|
Водородный показатель рН |
5,8 |
5,8 |
5,8 |
7,2 |
5,1 |
Надо сказать, что технология очистки смеси железосодержащих и сероводородсодержащих вод в качестве специфического элемента включает в себя процесс отработки химреагентами: известью (СаО) в количестве 75 мг/л и глиноземом (Al2O3) – 50 мг/л. Ввод химреагентов осуществляется через напорный смеситель непосредственно перед ВР. Другая особенность очистки смешанных (H2S, Fe) вод – развитая, система удаления осадков, так как при смешении исходных вод и особенно при их обработке известью и глиноземом образуется нерастворимое сернистое железо.
Результаты сравнения различных технологий очистки СПВ, для одинаковых условий, приведены в табл. 1.8
Сравнительные показатели технологий очистки СПВ
Таблица 1.8
|
Показатели очистки |
фильтрование |
Отстаивание в гидрофобных РВС |
Пруды-отстойники |
|
Содержание нефти, мг/л: |
|
|
|
|
Диапазон |
4 – 43 |
5 – 71 |
19 – 81 |
|
Среднее |
12,5 |
30,3 |
45,3 |
|
Относительное загрязнение |
1 |
2,4 |
3,6 |
При проектировании и эксплуатации систем очистки СПВ, входящих в состав УПН, необходимо учитывать влияние смежных объектов: технологических (нефтяных) резервуаров, средств утилизации, в том числе коммерческой, углеводородных и иных примесей.
Очистка сточных пластовых вод на нагнетательных скважинах
Очистка СПВ непосредственно на нагнетательных скважинах осуществляется чаще всего с целью восстановления их приемистости. На режиме самоизлива из полости нагнетательной скважины и из загрязненной призабойной зоны пласта выносятся СПВ. Механические примеси и углеводородные компоненты отделяются обычно с использованием трех схем.
По первой схеме загрязненная вода отбирается непосредственно из нагнетательной скважины, очищается на передвижной установке и снова закачивается в пласт. Состав передвижной водоочистной установки входят буферная емкость, фильтры и высоконапорный насос с дизельным приводом. Производительность установки – 30 – 40 м3/ч
По второй схеме у каждой нагнетательной скважины сооружаются резервуары-накопители или накопители СПВ суммарным объемом около 250 м3 с водонепроницаемыми днищем и стенками. Промывная вода из накопителей вывозится автоцистернами на базовые установки подготовки СПВ и УПНиВ.
По третье схеме загрязненные СПВ по давлением самоизлива подаются на очистные сооружения на УПНиВ. При этом на учасках от водораспределительного пункта (ВРП) до КНС и от КНС до УПНиВ сооружаются специальные водоводы либо используются вторые нитки рабочих водоводов. На КНС и ВРП
устанавливаются переключающие устройства. Исследования ТатНИПИнефти и Гипровостокнефти показали, что в первые 20 – 50 мин. Самоизлива, т.е. в период опорожнения полости скважины, в СПВ содержится фоновое количество примесей. Далее степень загрязнения резко возрастает до 10 г/л, а затем постепенно снижается. Продолжительность отбора загрязненных СПВ лимитируется дебитом самоизлива, от которого зависит скорость выноса механических примесей. В таблице 1.9 приведены данные о динамике самоизлива нагнетательных скважин Ромашкинского (скв. 2040) и Мухановского (скв. 11, 602) месторождений.
Динамика самоизлива нагнетательных скважин Мухановского и Ромашкинского месторождений.
Таблица 1.9
|
Время самоизлива, ч. |
Скважина 11 |
Скважина 602 |
Скважина 2040 |
|||
|
Дебит, м3/ч |
Накопленный дебит, М3/ч |
Дебит, м3/ч |
Накопленный дебит, М3/ч |
Дебит, м3/ч |
Накопленный дебит, М3/ч |
|
|
0,17 |
33 |
5,5 |
48,3 |
7,3 |
45 |
7,9 |
|
0,33 |
29 |
10 |
36 |
13,3 |
44,1 |
15 |
|
0,50 |
25 |
15,1 |
33 |
18,8 |
42,8 |
22,5 |
|
1 |
22 |
28 |
29,7 |
33,7 |
36 |
41,8 |
|
2 |
18 |
43,5 |
26,4 |
61,1 |
21,6 |
69,6 |
|
3 |
16 |
60 |
23,7 |
85,9 |
– |
– |
|
6 |
14 |
102,5 |
20,2 |
149,3 |
– |
– |
|
10 |
12 |
150,8 |
14,7 |
170,8 |
– |
– |
|
33 |
9 |
373,6 |
8,8 |
453,1 |
– |
– |
|
160 |
4 |
1114 |
0,7 |
819 |
– |
– |
Минимальная скорость выноса для этих скважин достигается при дебите самоизлива около 20 м3/ч. Следовательно , продолжительность отбора в скв. 11 и 2040 составляет 1 – 2 ч, а в скважине 602 – около 6 часов.