Аннотация

Эксплуатацию фонда скважин Сарбайско-Мочалеевского месторождения можно отнести к осложненной образованием солей в системе сбора и подготовки продукции скважин. Основная причина осадкообразования заключается в потере стабильности смеси вод при смешении разносортной продукции скважин. Приводятся результаты физического и компьютерного моделирования смешивания вод, а также описываются возможности прогнозных методов предупреждения солеотложения.

Ключевые слова: солеотложение, смешение вод, стабильность.

Abstract

Well operation at Sarbaysko-Mochaleyevskoye field can be characterized as complicated due to salts precipitation in wellbore fluid gathering and processing system. The main reason of precipitation formation is loss of water mixture stability when dissimilar wellbore fluids are mixed. The results of physical and computerized modeling of water mixing process are given and the possibilities of predictive methods of salt precipitation prevention are described.

Keywords: salt precipitation, water mixture, stability

Введение

На Сарбайско-Мочалеевском месторождении в результате смешения девонской и угленосной продукции в нефтегазосборном трубопроводе от АГЗУ-139 и АГЗУ-163 образуются твердые отложения солей и взвесь гипса и сульфида железа. Также на Мочалеевской УПСВ на трубопроводах технологической обвязки и змеевиках обнаружены отложения карбонатных и сульфатных солей. За последние 10 лет на Сарбайско-Мочалеевском месторождении введено 11 скважин, эксплуатирующих пласты девона. В перспективе планируется ввод еще четырех скважин на девонские залежи. Таким образом, проблемы солеобразования на рассматриваемом месторождении связаны с изменением состава/сорта попутно добываемых вод. За последние 10 лет произошло увеличение содержания девонской продукции в составе сточной воды на Мочалеевской УПСВ с 3 до 26 %, соответственно, доля угленосной воды снизилась с 97 % до 74 %.

Актуальность, научная значимость

Проблема солеобразования зарождается на стадии добычи при смешении разной продукции скважин; развивается на стадии подготовки на УПСВ. Показано, что в данном случае происходит совместный сбор разносортной продукции скважин, в результате которого образуются смеси различного состава. На первый план в данном случае выходят вопросы стабильности полученных смесей вод с точки зрения выпадения осадка. Так, в 2011 г. смеси вод характеризовались как стабильные, а в 2021 г. как нестабильные. Это свидетельствует также о том, что ранее при соотношении вод угленосных и девонских скважин 97:3 % смешиваемые воды были совместимы, а при текущем соотношении вод 74:26 % смешиваемые воды характеризуются уже как несовместимые. При этом тенденция к увеличению содержания вод девонской системы в перспективный период будет сохраняться. При отсутствии каких-либо превентивных мер в такой ситуации солеобразование будет усиливаться, осложняя систему сбора и подготовки.

Постановка задачи

Институт ООО «СамараНИПИнефть» в течение многих лет занимается сопровождением процессов нефтедобычи с вероятным солеобразованием. Прогноз солеотложения проводится с помощью запатентованного программного обеспечения с учетом типа воды и знания гидрогеологии региона. Характер прогноза может носить как предупреждающий характер, так и оценивающий характер, связанный с фактическим обнаружением осадка. При этом возможно выявить степень несовместимости вод разносортной продукции и провести качественную количественную оценку солеотложения.

Теоретическая часть

До инициирования смешивания осадкобразование определяется стабильностью вод. После смешивания осадкобразование определяется совместимостью и стабильностью смесей вод.

Получены результаты физического и компьютерного моделирования смешивания вод девонской и угленосной продукции на Сарбайско-Мочалеевском месторождении для ряда смесей при различных соотношениях вод 20:80, 30:70, 40:60 %, соответственно.

Физическое моделирование смешивания проведено в АО «Самаранефтегаз». Результат смешивания оценивался визуально и количественно определением массовой концентрации взвешенных частиц (КВЧ) и шестикомпонентных составов смесей и исходных вод.

Компьютерное моделирование смешивания проведено в АО «СамараНИПИнефть» на основе данных о шестикомпонентных составах смесей и исходных вод, содержании железа и сероводорода, водородного показателя. Результат смешивания оценивался качественно и количественно определением абсолютных значений пересыщения и локальных значений по образованию осадка за заданный период времени.

Практическая значимость, предложения и результаты внедрений, результаты экспериментальных исследований

При физическом моделировании смешивания смесей девонской и угленосной продукции в соотношениях заданного состава произошло моментальное видимое образование черной взвеси в объеме воды (рис.1).

Рис 1. Содержание девонской воды в смеси вод 20 (а), 30 (б), 40 (в) %

Установлено, что при смешении вод в соотношении: 30 % девонской – 70 % угленосной происходит образование осадка в максимальном количестве 102 мг/л. При содержании 20 и 40 % воды девонской системы образовалось, соответственно, 94,5 и 88,7 мг/л взвешенных частиц.

При компьютерном моделировании смешивания смесей девонской и угленосной продукции в соотношениях заданного состава показаны возможности образования трех видов солей: сульфид железа, гипс, кальцит. Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Компьютерное моделирование совместимости при смешивании

Девонская /угленосная вода	FeS	CaSO4	CaCO3	Время для CaSO4 и CaCO3
20/80 %	40,22	50,9	0,4	53 мин
30/70 %	46,13	51,3	0,3	26 мин
40/60 %	44,91	42,9	0,7	18 мин

Основной вклад в осадкообразование при смешении разносортной продукции на Сарбайско-Мочалеевском месторождении вносит сульфид железа и гипс. Образование кальцита происходит в незначительных количествах.

При этом гипсообразование происходит во времени и при определении КВЧ в течение часа после смешения удается детектировать только ту часть гипса, что образовалась за это время.

В тоже время абсолютные значения по вероятному образованию гипса выше, порядок значений различается в 10 раз.

Весь осадок гипса из данных смесей выпадает за 12 ч, а основное количество осадка образуется в период 1-3 часов после смешения.

Для данных смесей определена продолжительность скрытого периода кристаллизации, который составляет от 15 до 45 мин. Результаты расчёта вероятного гипсообразования приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Компьютерное моделирование совместимости по гипсу при смешивании

Девонская /угленосная вода	CaSO4, абсолютные значения	CaSO4, выпадение за 1 ч	CaSO4, выпадение за 3 ч
20/80 %	395,4	91,4	359,8
30/70 %	503,3	321,3	496
40/60 %	507,7	359,8	502,1

Также проведена оценка стабильности исходных вод до смешения. Показано, что исходные девонская и угленосная воды стабильны с точки зрения выпадения гипса, однако могут за 3 дня стояния при закрытых условиях выделять незначительное количество кальцита, образование которого можно связать с разгазированием воды проанализированных проб. Результаты расчёта стабильности приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Компьютерное моделирование стабильности смесей и исходных вод при смешивании

Девонская /угленосная вода	FeS	CaSO4	CaCO3
20/80 %	40,22	Нет осадка	45,7
30/70 %	46,13	Нет осадка	78,2
40/60 %	44,91	1189,9	21,2
0/100 %	Нет осадка	Нет осадка	5,5
100/0 %	Нет осадка	Нет осадка	7,1

Выводы (заключение)

Прогноз совместимости дает хорошую сходимость с результатами по определению концентраций взвешенных частиц.

Количественная оценка выпадения осадка за определенный период времени позволит вносить в технологические процессы и режимы работы  скважин и установок сбора определенные корректировки и изменения (организация смешения разносортной продукции скважин на УПСВ для предотвращения выпадения в системе сбора, определение обоснованного расчетом времени выдерживания смешенного на УПСВ потока девонских и угленосных скважин в отстойных аппаратах с целью образования и осаждения максимального количества гипса и кальцита, разделение процессов сбора, подготовки и дальнейшего использования разносортной продукции скважин), направленные на минимизацию отрицательного влияния солеотложения на производственный процесс.

Прогноз совместимости позволяет повысить технологическую эффективность большинства операций нефтедобычи, где возможно солеобразование, позволяя принять предупреждающие меры или обоснованные решения по реинжинирингу.

В случае Сарбайско-Мочалеевского месторождения прогноз совместимости вод выполнен уже после фактического обнаружения осадка. В случае заблаговременного прогноза совместимости, когда состав смеси вод был еще стабильным, проведение предупреждающего прогноза могло бы указать на необходимость ингибиторной защиты при достижении заданного соотношения вод, при котором смеси теряют стабильность. Но и в текущей ситуации знания о типе образующихся солей и их количествах позволят применить обоснованные меры для выхода на нормальный технологический режим работы Мочалеевской УПСВ и осуществить дальнейшее инфраструктурное планирование, связанное с возможностями внедрения разделении потоков в системе сбора и подготовки продукции скважин.