Результат интеллектуальной деятельности: Система обустройства месторождения тяжёлой нефти и природного битума

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к системам нефтепромыслового обустройства при разработке месторождений тяжелой нефти и природного битума.

Известна герметизированная высоко напорная система сбора и транспортирования нефти, газа и воды для больших площадей месторождения (см. учебник: Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1979. - С. 22-24), включающая эксплуатационные скважины, выкидные линии, автоматизированную групповую замерную установку «Спутник», сборный коллектор для нефти, газа и воды, дожимную насосную станцию, сборный коллектор частично дегазированной нефти, установку подготовки нефти, герметизированные попеременно работающие товарные резервуары, центробежные насосы, автоматизированную установку по измерению качества и количества товарной нефти «Рубин-2 м», автоматически открывающиеся и закрывающиеся краны, коллектор товарной нефти, товарные резервуары, магистральный нефтепровод, установку подготовки воды, водовод, кустовую насосную станцию, водовод высокого давления, нагнетательную скважину, газопровод, эжектор, газоперерабатывающий завод, контур нефтеносности.

Недостатками данной системы являются: во-первых, низкая эффективность разработки нефтяного месторождения путем закачки воды в продуктивный пласт в случае добычи тяжелой нефти и природного битума; во-вторых, отсутствие подачи деэмульгатора в продукцию скважин в системе нефтесбора; в-третьих, отсутствие подачи ингибитора коррозии в очищенную воду, направляемую в систему поддержания пластового давления (ППД).

Известны системы очистки сточных вод от содержащихся в ней соединений серы, например, описанные в патентах РФ №2568484 «Способ очистки воды» и №2632457 «Способ очистки воды, в том числе нефтесодержащей, от соединений серы». Системы содержат набор химических реакторов и очистное оборудование, позволяют удалять сульфиды и гидросульфиды серы из очищенной на очистных сооружениях воды, но при этом в результате химической обработки очищенной воды образуется твердый продукт реакции окисления, который выводится из технологического цикла, обезвоживается и направляется на дальнейшую переработку, что влечет за собой дополнительные затраты, связанные с его транспортировкой и переработкой.

Наиболее близкой по технической сущности является система обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума (патент RU №2503806, МПК Е21В 43/20, F17D 1/16, опубл. 10.01.2014 в бюл. №1), включающая источник пресной воды, добывающие скважины, блок дозирования деэмульгатора, групповую замерную установку, дожимную насосную станцию, установку подготовки нефти, очистные сооружения, блок во-доподготовки, кустовую насосную станцию, блок дозирования ингибитора коррозии, нагнетательные скважины, парогенератор, паронагнетательные скважины, систему трубопроводов.

Недостатком известной системы является то, что в технологическом процессе системы обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума в очищенной воде для выработки пара после очистных сооружений присутствуют остаточные сульфиды и гидросульфиды, которые являются сильными окислителями и приводят к коррозионному разрушению топочных элементов парогенератора, поэтому их присутствие не допускается техническими требованиями к очищенной воде, поступающей в парогенератор для выработки пара с последующей закачкой его в паронагнетательные скважины.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются повышение эффективности работы системы обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума за счет увеличения срока эксплуатации оборудования, повышения качества глубоко-очищенной воды в результате полного удаления остаточных сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде, поступающей в парогенератор, а также экологичность и простота процесса и расширение технологических возможностей.

Технические задачи решаются системой обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума, включающей добывающие скважины, соединенные через трубопровод продукции скважин с блоком дозирования деэмульгатора, групповой замерной установкой, дожимной насосной станцией и установкой подготовки нефти, которая оснащена системой нагрева продукции скважин через трубопровод топливного газа, оснащена трубопроводом товарной нефти, трубопроводом попутного нефтяного газа и трубопроводом попутно добываемой воды, который сообщен с очистными сооружениями и через второй трубопровод очищенной воды сообщен с кустовой насосной станцией и блоком дозирования ингибитора коррозии в водовод, сообщенный с нагнетательными скважинами, а через трубопровод очищенной воды очистные сооружения сообщены с блоком водоподготовки, который соединен через трубопровод стоков с кустовой насосной станцией, а через трубопровод глубокоочищенной воды - с парогенератором, который соединен с трубопроводом топливного газа, а через паропровод сообщен с паронагнетательными скважинами, также очистные сооружения снабжены трубопроводом уловленной нефти для ее возврата на установку подготовки нефти, блок водоподготовки соединен через трубопровод пресной воды с источником пресной воды.

Новым является то, что трубопровод глубокоочищенной воды между блоком водоподготовки и парогенератором оснащен блоком дозирования перекиси водорода, оборудованным насосом-дозатором перекиси водорода, расходомером и анализатором растворенных сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде в трубопроводе глубокоочищенной воды на участке между блоком водоподготовки и блоком дозирования перекиси водорода, обеспечивающим возможность автоматического регулирования дозировки перекиси водорода в глубоко очищенную воду в зависимости от концентрации сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде, определяемой анализатором растворенных сульфидов и гидросульфидов, и расхода глубокоочищенной воды, определяемого расходомером, а также оснащен накопительными емкостями и насосом подачи глубокоочищенной воды после обработки перекисью водорода по трубопроводу глубокоочищенной воды в парогенератор.

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая систему обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума.

Система (фиг. 1) состоит из добывающих скважин 1, соединенных через трубопровод продукции скважин 2 с установкой подготовки нефти 3, которая связана с трубопроводом товарной тяжелой нефти и природного битума 4. Трубопровод продукции скважин 2 оснащен блоком дозирования деэмульгатора 5. Трубопровод попутно добываемой воды 6 соединяет установку подготовки нефти 3 с очистными сооружениями 7. Очистные сооружения 7 соединены трубопроводом очищенной воды 8 с блоком водоподготовки 9, при этом очистные сооружения 7 через трубопровод уловленной нефти 10 также сообщены с установкой подготовки нефти 3. Также очистные сооружения 7 соединены вторым трубопроводом очищенной воды 11 с кустовой насосной станцией 12. Блок водоподготовки 9, в свою очередь, соединен через трубопровод стоков 13 с кустовой насосной станцией 12 и водоводом 14 с нагнетательными скважинами 15, при этом водовод 14 оснащен блоком дозирования ингибитора коррозии 16. Кроме того, блок водоподготовки 9 соединен через трубопровод пресной воды 17 с источником пресной воды 18, а также через трубопровод глубокоочищенной воды 19 с парогенератором 20, который, в свою очередь, связан через паропровод 21 с паронагнетательными скважинами 22. Трубопровод глубокоочищенной воды 19 оснащен блоком дозирования перекиси водорода 23 (фиг.2) с насосом-дозатором перекиси водорода 24, расходомером 25, анализатором растворенных сульфидов и гидросульфидов 26, накопительными емкостями 27, 28 и насосом 29 подачи глубокоочищенной воды после обработки перекисью водорода по трубопроводу глубокоочищенной воды 19 в парогенератор 20. Установка подготовки нефти 3 (фиг. 1) оснащена трубопроводом попутного нефтяного газа 30, а трубопровод топливного газа 31 сообщен по одной линии с установкой подготовки нефти 3, а по другой линии - с парогенератором 20. На трубопроводе продукции скважин 2 между добывающими скважинами 1 и установкой подготовки нефти 3 установлена дожимная насосная станция 32. Добывающие скважины 1 также связаны с трубопроводом топливного газа 31 через трубопровод затрубного газа 33, а после добывающих скважин 1 на трубопроводе продукции скважин 2 также установлена групповая замерная установка 34. Система работает следующим образом.

Продукция I добывающих скважин 1 по трубопроводу продукции скважин 2 поступает на установку подготовки нефти 3, где осуществляется подготовка тяжелой нефти и природного битума до товарной кондиции. В продукцию I добывающих скважин 1 подается деэмульгатор II с помощью блока дозирования деэмульгатора 5, которым оснащен трубопровод продукции скважин 2. Подготовленная на установке подготовки нефти 3 товарная тяжелая нефть и природный битум III отводится по трубопроводу товарной тяжелой нефти и природного битума 4 потребителю. Попутно добываемая вода IV, отделившаяся на установке подготовки нефти 3, по трубопроводу попутно добываемой воды 6 поступает на очистные сооружения 7, где осуществляется ее очистка. Уловленная нефть V из очистных сооружений 7 по трубопроводу уловленной нефти 10 возвращается на установку подготовки нефти 3.

На первоначальном этапе разработки месторождения тяжелой нефти и природного битума, а именно при объемах добычи не более 10% от проектного максимального объема добычи нефти вследствие недостаточного объема попутно добываемой воды IV для обеспечения ею парогенератора 20, а также вследствие высоких капитальных затрат на глубокую очистку попутно добываемой воды IV на блоке водоподготовки 9, очищенная вода VI по трубопроводу очищенной воды 11 направляется на кустовую насосную станцию 12 и далее по водоводу 14 вместе со сточной водой VII закачивается в нагнетательные скважины 15 системы поддержания пластового давления близлежащих месторождений обычной нефти, а для выработки водяного пара VIII используется пресная вода ГХ из поверхностных источников. Для этого пресная вода ГХ по трубопроводу пресной воды 17 из источника пресной воды 18 направляется на блок водоподготовки 9, где осуществляется ее глубокая очистка, после чего глубоко очищенная вода X по трубопроводу глубокоочищенной воды 19 поступает в парогенератор 20, а стоки XI направляются по трубопроводу стоков 13 на кустовую насосную станцию 12 и далее утилизируются в системе поддержания пластового давления близлежащих месторождений обычной нефти. После кустовой насосной станции 12 в сточную воду VII в водоводе 14 подается ингибитор коррозии XII с помощью блока дозирования ингибитора коррозии 16. Выработанный в парогенераторе 20 водяной пар VIII по паропроводу 21 направляется в паронагнетательные скважины 22 для закачки в продуктивный пласт месторождения тяжелой нефти и природного битума.

При объемах добычи тяжелой нефти и природного битума более 10% от проектного максимального объема добычи нефти будут образовываться значительные объемы попутно добываемой воды IV, поэтому в дальнейшем целесообразно ее использовать для выработки водяного пара VIII, закачиваемого в продуктивный пласт. Для этого очищенная вода VI из очистных сооружений 7 направляется по трубопроводу очищенной воды 8 в блок водоподготовки 9, где осуществляется ее глубокая очистка, после чего глубоко-очищенная вода X по трубопроводу глубокоочищенной воды 19 поступает в парогенератор 20, а стоки XI по трубопроводу стоков 13 - на кустовую насосную станцию 12 и далее утилизируются в системе поддержания пластового давления близлежащих месторождений обычной нефти, при этом второй трубопровод очищенной воды 11 отключен, и очищенная вода VI с очистных сооружений 7 не поступает на кустовую насосную станцию 12.

В качестве очистного оборудования на очистных сооружениях 7 применяются, как правило, резервуары-отстойники (согласно промысловым данным). В качестве оборудования глубокой очистки воды в блоке водоподготовки 9 применяют, например, установки, включающие последовательно стадии ультрафильтрации для удаления из воды остаточных загрязняющих веществ в виде нефти и взвешенных частиц, сорбции для удаления из воды растворенных нефтепродуктов, обратного осмоса для полного или частичного обессоливания и умягчения воды. Согласно промысловым данным в глубокоочищенной воде X после очистных сооружений 7 и блока водоподготовки 9 присутствуют остаточные сульфиды и гидросульфиды с концентрацией до 15 мг/дм³, которые приводят к коррозионному разрушению топочных элементов парогенератора. Для окисления остаточных сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде X в водовод глубокоочищенной воды 19 после блока водоподготовки 9 подают перекись водорода XIII с помощью блока дозирования перекиси водорода 23.

Уравнение реакции окисления гидросульфидов перекисью водорода (в качестве примера) следующее:

В результате образуется водорастворимая сульфатная соль, не представляющая вреда топочным элементам парогенератора.

Для регулирования дозировки подачи перекиси водорода XIII в водовод глубокоочищенной воды 19 блок дозирования перекиси водорода 23 (фиг. 2) оснащен насосом-дозатором перекиси водорода 24, расходомером 25, анализатором растворенных сульфидов и гидросульфидов 26, установленными на участке водовода глубокоочищенной воды 19 между блоком водоподготовки 9 и блоком дозирования перекиси водорода 23, а также накопительными емкостями 27, 28 и насосом 29 подачи глубокоочищенной воды X после обработки ее перекисью водорода по трубопроводу глубокоочищенной воды 19 в парогенератор 20.

Регулирование дозировки перекиси водорода XIII в глубокоочищенную воду X производится автоматически в зависимости от двух параметров:

- концентрации сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде X, определяемой анализатором растворенных сульфидов и гидросульфидов 26;

- определяемого расходомером 25 расхода глубокоочищенной воды X, поступающей в две накопительные емкости 27, 28.

Информация о концентрации сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде X и расходе глубокоочищенной воды X по каналам передачи информации XIV поступает в контроллер блока дозирования перекиси водорода 23, на основании которой задается расход насоса-дозатора перекиси водорода 24 и, соответственно, дозировка перекиси водорода XIII в глубоко очищенную воду X.

Формула для расчета дозировки раствора перекиси водорода XIII в глубокоочищенную воду X следующая:

где Д - дозировка перекиси водорода в глубоко очищенную воду, л/ч;

0,00431667 - эмпирический коэффициент для пересчета, л/г;

37 - концентрация перекиси водорода в товарном растворе (%);

Q - расход глубокоочищенной воды, поступающей в накопительные емкости, м³/ч;

С - концентрация сульфидов и гидро сульфидов в глубокоочищенной воде, мг/дм³.

В накопительных емкостях 27, 28, суммарный объем которых определяется производительностью оборудования блока водоподготовки 9, под действием перекиси водорода происходит окисление сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде X до сульфатов. После обработки глубокоочищенной воды X перекисью водорода сульфиды и гидросульфиды в ней практически полностью отсутствуют (согласно промысловым данным).

Далее глубоко очищенная вода X после обработки перекисью водорода насосом 29 подается по трубопроводу глубокоочищенной воды 19 в парогенератор 20. При необходимости для обеспечения парогенератора 20 необходимым объемом воды на блок водоподготовки 9 (фиг. 1) по трубопроводу пресной воды 17 из источника пресной воды 18 дополнительно поступает пресная вода IX. Отделившийся на установке подготовки нефти 3 попутный нефтяной газ XV по трубопроводу попутного нефтяного газа 30 отводится на факел (на схеме не указан) или иную утилизацию. Нагрев продукции I скважин на установке подготовки нефти 3 и выработка водяного пара VIII в парогенераторе 20 производится за счет сжигания топливного газа XVI, подводимого к системе по трубопроводу топливного газа 31. При этом в смеси с ним сжигается и затрубный газ XVII, поступающий в трубопровод топливного газа 31 из затрубного пространства добывающих скважин 1 по трубопроводу затрубного газа 33. Смешение затрубного газа XVII с топливным газом XVI осуществляется после газораспределительного пункта (на схеме не указан). Для замера количества добытой продукции I добывающих скважин 1 на трубопроводе продукции скважин 2 установлена групповая замерная установка 34. При больших расстояниях от добывающих скважин 1 до установки подготовки нефти 3 с целью снижения давления на устьях добывающих скважин 1 на трубопроводе продукции скважин 2 также установлена дожимная насосная станция 32.

Использование предлагаемой системы обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума позволит исключить остановку работы системы и проведение ремонтов топочных элементов парогенератора из-за коррозионного разрушения и, тем самым, увеличить срок эксплуатации оборудования за счет полного удаления остаточных сульфидов и гидросульфидов в глубокоочищенной воде, поступающей в парогенератор, а также повысить экологичность процесса подготовки глубокоочищенной воды за счет полного отсутствия отходов, требующих нейтрализации или утилизации, и расширить технологические возможности за счет простоты применяемого дополнительного оборудования.