УДК 622.692.4

На правах рукописи

Баямирова Рысколь Умаровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ

Обводненных нефтеконденсатных смесей с высоким содержанием сероводорода

(на примере Карачаганакского месторождения)

Специальность 25.00.17 Ц Разработка и эксплуатация нефтяных
и газовых месторождений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2008

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии

Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Карамышев Виктор Григорьевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Антипин Юрий Викторович

- кандидат технических наук

Пиядин Михаил Николаевич

Ведущее предприятие - ООО Научно-производственное

объединение Нефтегазтехнология

Защита диссертации состоится 26 сентября 2008 г. в 1130 на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов по адресу: 450055, г. Уфа, проспект Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП ИПТЭР

Автореферат разослан 25 августа 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Л.П. Худякова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

В связи с вовлечением стран, возникших на постсоветском пространстве, в общемировые интеграционные процессы, привлечением в их экономику иностранных капиталов развитие новых производств и совершенствование старых, в т.ч. в области эксплуатации, освоения и разработки месторождений должно производиться на основании анализа имеющегося опыта в отечественной и зарубежной практике.

В условиях обостряющегося экологического кризиса исследования принимают определенную направленность (надежность и экологическая чистота) и актуальность. В первую очередь это касается производств, несущих опасность загрязнения окружающей среды. К ним относятся системы сбора, подготовки и транспорта продукции нефтегазоконденсатных месторождений с повышенным содержанием кислых газов и сернистых соединений.

Казахстан является одним из крупнейших мировых нефтедобывающих регионов. Среди разведанных и эксплуатирующихся месторождений наиболее крупные - Тенгиз, Жанажол, Карачаганак, Узень, Жетыбай, Каламкас, Кумколь и ряд других. Добываемые нефти по своим физико-химическим свойствам, содержанию асфальтенов, смол и парафинов весьма разнообразны. Многие из них содержат значительное количество углекислого газа, серы и ее соединений. Казахстан имеет богатый опыт освоения, обустройства и эксплуатации таких месторождений и наблюдения за сопутствующим им воздействием на окружающую среду. Он может быть обобщен и использован в дальнейшем развитии отрасли.

Состав продукции всех месторождений уникален и является определяющим элементом при выборе технологических схем ее сбора и подготовки. Методы повышения глубины подготовки, экономичности и надежности достаточно изучены, но в силу меняющихся требований и имеющихся достижений, работы по обустройству всегда носят творческий характер, а принимаемые технологические решения становятся совершеннее.

Экономические показатели технических и технологических решений по обустройству могут быть оптимизированы за счет укрупнения кустовых площадок, совмещения технологических процессов в аппаратах, сокращения протяженности коммуникаций и совместного транспорта нефти и газа под высоким давлением до УПН. Экологическая и промышленная надежность технических решений по обустройству месторождений с высоким содержанием углекислых газов определяется степенью концентрации процессов на площадке УПН, достигаемой автономностью и герметичностью.

Исследования, направленные на разработку научных принципов совершенствования технологии сбора и подготовки нефти и попутного газа с высоким содержанием сероводорода, являются актуальными для нефтяной промышленности Республики Казахстан и нефтедобывающих регионов Российской Федерации - Республик Башкортостан, Татарстан и ряда других.

Значительный вклад в развитие данной отрасли в целом и в отдельные ее разделы внесли как российские (советские) так и зарубежные ученые - химики, физики, технологи. Среди них Тронов В.П., Мирзаджанзаде А.Х., Гужов А.И., Константинов Н.Н., Мавлютова М.З., Позднышев Г.Н.,
Мамаев В.А., Емков А.А., Мансуров Р.И., Бриль Д.М., Baker O., Cheves J.A., Hewitt J.F., Hoogendoorn G.J. и многие другие.

Целью диссертационной работы является:

Совершенствование технологии подготовки продукции нефтегазоконденсатных месторождений с повышенным содержанием сероводорода на основе изучения физико-химических свойств компонентов продукции. Повышение надежности и экологической безопасности технологического процесса.

Задачи исследований, поставленных в диссертационной работе:

1. Систематизировать методы и технологические схемы подготовки продукции скважин с высоким содержанием сероводорода. Оценить надежность технологической схемы, соответствие ее мировому уровню и современным требованиям экологической безопасности.

2. Исследовать физико-химический состав компонентов продукции Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения и влияние его на выбор методов и технологической схемы подготовки.

3. Оценить влияние изменения количественного соотношения нефти, конденсата и пластовой воды в процессе разработки месторождения на надежность технологической схемы указать пути ее совершенствования.

4. Оценить влияние возможных нештатных ситуаций на экосистему водного бассейна.

5. Разработать методы и технические средства, совершенствующие технологический процесс, повышающие его эффективность и надежность.

Поставленные в диссертационной работе задачи решены на базе теоретических исследований и экспериментальных данных, полученных преимущественно в результате лабораторных исследований с применением при обработке результатов современных методов математической статистики и вычислительной техники.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Выявлены физико-химические свойства нефти, конденсата, попутной воды Карачаганакского НГКМ. Установлена зависимость свойств их смесей от количественного соотношения компонентов.

2. Научно и экспериментально обоснована технологическая схема обезвоживания и обессоливания и методы повышения ее надежности при изменении соотношения компонентов в продукции скважин по мере разработки месторождения.

3. Разработана математическая модель для определения глубины проникновения нефти в грунт и достижения грунтовых вод, учитывающая физико-механические свойства грунта и физико-химические характеристики взаимодействия жидкости с его зернами в зависимости от времени контакта с нефтью.

Основные защищаемые положения следующие:

1. Результаты исследования технологического и экологического уровня подготовки продукции нефтегазоконденсатных месторождений с повышенным содержанием серы в Республике Казахстан.

2. Результаты исследования физико-химических свойств продукции Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения.

3. Метод предотвращения образования стойких эмульсий в насосах и мероприятия по предотвращению солеобразования.

4. Система предварительного сброса пластовой воды на промыслах с использованием гидроциклона, обеспечивающая высокое качество разделения нефти, воды, механических примесей и газа.

5. Математическая модель для определения глубины проникновения нефти в грунт при вероятных аварийных ситуациях и достижения грунтовых вод, учитывающая физико-механические свойства грунта и физико-химические характеристики взаимодействия жидкости.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Результаты исследований физико-химических свойств компонентов продукции Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения использованы при разработке технологической схемы ее подготовки.

2. Предложена система предварительного сброса пластовой воды на промыслах с использованием гидроциклона, обеспечивающая высокое качество разделения нефти, воды, механических примесей и газа.

3. Предложены метод предотвращения образования стойких эмульсий в насосах и мероприятия по предотвращению солеобразования.

4. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать время проникновения нефти до уровня грунтовых вод.

5. Предложены метод флотационной очистки сточных вод и способ для защиты территории от затопления и установка для его осуществления.

Степень достоверности результатов проведенных исследований

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций следует из проведенного автором комплекса теоретических, экспериментальных и промысловых исследований. Достоверность полученных автором результатов подтверждается соответствием теоретических выкладок с фактическими промысловыми данными и результатами экспериментальных исследований.

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

- заседаниях Ученого совета и семинарах в Государственном университете Института химии и природных солей АН Республики Казахстан;

- Международном симпозиуме, посвященном 100-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева, г. Алматы, 1998 г.;

- Второй Казахстанско-Российской научно-практической конференции Математическое моделирование научно-технологических и экологических проблем в нефтегазовой промышленности г. Алматы, 1998;

- Региональной научной конференции, посвященной 60-летию Павлодарской области, г. Павлодар, 1998 г.;

- заседаниях секции Ученого совета Института проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР).

Структура и объем работы

Диссертационная работа общим объемом 128 страницы машинописного текста состоит из введения, 4 глав, заключения (основных выводов и рекомендаций) 39 таблиц, 16 иллюстраций. Список литературы включает
89 наименований.

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 14 научных трудах, в том числе в одном патенте Республики Казахстан.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цель работы и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость результатов исследования. Исследования проведены на примере уникального Карачаганакского месторождения.

В первой главе приводятся общие сведения по Карачаганакскому нефтегазоконденсатному месторождению.

По величине запасов газа, конденсата и нефти месторождение является уникальным, по сложности геологического строения резервуара - очень сложным.

На месторождении условно выделено три крупных эксплуатационных объекта: I и II газоконденсатные (пермь, карбон), III - нефтяной (карбон).

Разделение газоконденсатных объектов вызвано тем, что они имеют затрудненную гидродинамическую связь. Эксплуатационный объект III разделен на два подобъекта III-А и III-Б из-за наличия между ними глинистого карбонатного пласта.

Второй и третий эксплуатационные объекты представляют сложную гидродинамическую систему с неясной степенью вертикальной и площадной совместимости.

Особенностью залежи на уровне водонефтяного контакта является отсутствие соприкосновения между нефтью и водой. Однако, на отдельных скважинах отмечалось появление пластовой воды уже на ранних стадиях эксплуатации.

Исходя из представлений о Карачаганакской залежи как о состоящей из трех укрупненных объектов, эксплуатация газоконденсатных и нефтяного объектов осуществлена самостоятельными сетками. При этом некоторые скважины совместно эксплуатировали I и II объекты, а основная часть глубоких скважин дренировала II и III объекты. Для первого объекта была создана самостоятельная сетка эксплуатационных и нагнетательных скважин, состоящая из центрально расположенных нагнетательных и эксплуатационных по обе стороны от нагнетательных скважин.

Для II объекта (карбон) внедрена 7-точечная равномерная (шестигранная) сетка размещения скважин с центральной нагнетательной и эксплуатационными скважинами в вершинах шестиугольника.

До начала закачки нагнетательные скважины работали в качестве эксплуатационных. В дальнейшем произведено уплотнение сеток эксплуатационных и нагнетательных скважин.

По III объекту уплотнение сетки осуществляется за счет бурения самостоятельных скважин на нефть.

Разработка нефтяной оторочки могла осуществляться в режиме истощения и с поддержанием пластового давления путем закачки газа. Поскольку давление насыщения близко к начальному пластовому давлению, уже в начальной стадии разработки начато выделение газа из нефти. В скважинах на III объекте с малыми мощностями и низкими дебитами производится дострел II объекта, что обеспечивает естественный газлифт и повышает эффективность использования скважин.

По всей части месторождения скважины группируются по четырем газовым промыслам, на каждом из которых осуществляется сооружение установки комплексной подготовки газа (УКПГ 1-4). Скважины, эксплуатирующие разные объекты, подключены через шлейфы к единым для каждой УКПГ блокам входных ниток (БВН). Вся продукция III эксплуатационного объекта и часть продукции, добываемой скважинами, эксплуатирующими совместно II и III объекты, по системе трубопроводов поступает с БВН на нефтеперерабатывающий завод.

В главе даются физико-химические свойства продукции скважин - конденсата, нефти, смесей нефти и конденсата. В продукции скважин отмечается повышенное (9 Ц10 % мольн.) содержание кислых газов. На основании анализа геологического строения месторождения и информации о физико-химических свойствах нефти были определены скважины, пробы продукции из которых были взяты в качестве представительных.