Подготовка жидких отходов производства к захоронению в поглощающий горизонт (Газпром)

  Главная       Учебники - Газпром      СТО Газпром 18-2005

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  ..

 

 

Подготовка жидких отходов производства к захоронению в поглощающий горизонт (Газпром)

  1. Общие условия:

    Способ подготовки жидких отходов производства выбирают с учетом природно-географических условий и экономической выгоды.

    Степень очистки закачиваемой в поглощающий горизонт жидкости при условии ее удовлетворительной совместимости с пластовой водой и породой определяется коллекторскими свойствами поглощающего горизонта. Степень очистки должна обеспечивать устойчивую приемистость нагнетательных скважин при установленных параметрах закачки. Показатели загрязнения определяются для каждого полигона научно-исследовательскими организациями ОАО “Газпром”.

    Необходимая степень очистки жидких отходов производства определяется лабораторными способами и с помощью опытных закачек в скважину. Предварительную оценку делают на основе данных эксплуатации СПЗЖ с аналогичными условиями.

    При выборе технологии подготовки жидких отходов производства для захоронения следует исходить из того, что в настоящее время наиболее экономически выгодным и экологически безопасным методом захоронения жидких отходов на СПЗЖ является совместная закачка в поглощающий горизонт всех видов сточных вод (включая бытовые). Основным способом их подготовки является отстаивание, время которого определяют экспериментальным путем. Если этот срок превышает трое суток, то применяют более эффективные методы их очистки.

  2. Очистка попутных вод, производственных сточных вод и дождевых стоков сводится к удалению или снижению до допустимого содержания нефтяных компонентов и механических примесей, включая окислы железа.

  3. Выбор метода подготовки жидких отходов производства начинают с проведения опытных работ по совместимости жидкостей каждого источника жидких отходов производства между собой, с пресной водой, с пластовой водой и породами поглощающего горизонта.

    Жидкие отходы производства считаются совместимыми с пластовыми водами и породами поглощающего горизонта, если снижение проницаемости при закачке отходов не превышает 20 %.

    После подтвержденной совместимости на лабораторном уровне проводят опытные закачки жидких отходов производства в нагнетательную скважину и при устойчивых режимах закачки устанавливают нормативные содержания примесей в жидких отходах производства для данного полигона, которые не должны превышать:

    • по механическим примесям – 300 мг/дм3;

    • по нефтепродуктам:

      а) диспергированным – 150 мг/дм3; б) растворенным – не ограничено;

    • по окисному железу – 3 мг/дм3;

    • по сероводороду – 15 мг/дм3;

    • по диэтиленгликолю – 4 г/дм3;

    • по метанолу – 40 г/дм3;

    • по растворенному кислороду – 5 мг/дм3;

    • рН – не ниже 6,8.

      При установленной несовместимости пластовой воды с пресной для закачки в поглощающий горизонт готовят только попутные воды и производственные стоки.

  4. Подготовка бытовых сточных вод для захоронения в поглощающем горизонте заключается в проведении следующих операций:

    • осаждение шлама;

    • обработка коагуляторами (предпочтительно органические катионного типа, а также сульфаты железа, алюминия или меди);

    • дезинфекция (хлорирование, бактерициды, известкование) в соответствии с технологиями [42, 43].

      При закачке жидких отходов производства в пласт с водой, имеющей минерализацию более 100 г/дм3, дезинфекцию бытовых сточных вод можно не проводить (в соответствии с рекомендациями [44]).

      В случае несовместимости пресных вод с пластовыми водами или с породами поглощающего горизонта бытовые сточные воды подвергают глубокой очистке (биологической) и размещают на поверхности или сбрасывают в поверхностные водные объекты.

  1. Специализированный полигон для захоронения жидких отходов

    1. Общие требования

      СПЗЖ включает комплекс надземных и подземных сооружений, предназначенных для сбора, подготовки, перекачки к нагнетательным скважинам и закачки жидких отходов производства в поглощающий горизонт.

      Система обустройства СПЗЖ должна обеспечивать:

      • возможность проведения гидрогеологических (замеры уровней, отбор глубинных проб и т.п.) и геофизических исследований в скважинах;

      • возможность проведения планово-предупредительных и ремонтно-восстановительных работ;

      • проведение работ с учетом требований техники безопасности.

        Состав и конструкция сооружений должны соответствовать природно-климатическим условиям района расположения полигона.

    2. Сборные емкости

      Оборудуют системой контроля за уровнем жидкости и автоматического отключения налива при достижении установленного уровня (объема). Предусматривают устройства для удаления шлама из емкостей (например, люки в их нижней части) и всплывающих на поверхность нефтепродуктов с последующим их захоронением или утилизацией. Количество емкостей определяют исходя из объемов образующихся жидких отходов производства и продолжительности их отстоя.

      Емкости должны располагаться на огороженных бетонированных площадках со специальными запрещающими знаками. В районах с отсутствием ММП они заглубляются в землю для защиты от замерзания пресных вод, в районах с ММП их устанавливают в теплых помещениях. Конструкция резервуаров должна исключать попадание загрязняющих веществ в почву и грунтовые воды. При высокой коррозионной агрессивности жидких отходов производства емкости должны иметь антикоррозионную защиту. К емкостям обеспечивается круглосуточный доступ транспорта.

      Половина из числа накопительных емкостей снабжается пробоотборниками (кранами) для отбора жидкости в двух точках (у поверхности и в средней части).

    3. Скважины


       

      1. Нагнетательные скважины должны иметь бетонированные площадки для передвижной буровой установки, насосного агрегата, двух емкостей объемом от 25 до 35 м3 и вагончика (один на 2–3 скважины) для ремонтной бригады. Наблюдательные скважины оборудуют кольцевыми бетонированными площадками и стационарными лестничными площадками. Нагнетательные скважины оснащают приспособлениями для замеров давления и температуры, к ним должен быть обеспечен круглосуточный доступ автотранспорта.

      2. Контрольные скважины должны иметь кольцеобразные приустьевые бетонированные площадки и устьевое оборудование с надежной и удобной запорной арматурой.

      3. Газовые скважины, подающие газ для газлифта в нагнетательные скважины, должны быть снабжены стационарным газопроводным отводом с газовым счетчиком, образцовым манометром (гнездо), запорно-регулирующим устройством на каждую нагнетательную скважину и факельной установкой, необходимой для сжигания газа, выделяющегося при газлифте.

      4. Нагнетательные скважины должны иметь антикоррозионную защиту.


 

    1. Узлы управления


       

      Узлы управления нагнетательными скважинами устанавливают отдельно от устьевого оборудования (в наземных закрытых помещениях), они имеют запорно-регулирующие устройства и контрольно-измерительные приборы (образцовые манометры, жидкостные счетчики, термометры и т.п.).

    2. Насосные агрегаты


       

      Должны иметь устройства, регистрирующие давление на напорных линиях, продолжительность работы и объемы закачиваемых жидкостей. Они должны автоматически отключаться при заполнении сборных емкостей и при превышениях (понижениях) режимного давления в напорных линиях.

      Количество насосных агрегатов и технические параметры определяют исходя из объемов жидких отходов производства и технологических условий эксплуатации полигона. На каждые два-три насоса необходимо иметь один резервный. В условиях коррозионной активности закачиваемых жидких отходов производства резервный насос устанавливают на каждую нагнетательную скважину.

    3. Трубопроводная сеть


       

      Трубопроводы для подачи жидких отходов производства к нагнетательным скважинам прокладывают в зависимости от климатических условий под землей или над поверхностью с соответствующим утеплителем. Диаметр определяют исходя из максимально возможных объемов жидких отходов производства и величины гидравлических потерь при закачке с коэффициентом запаса 1,5.

    4. Контрольно-измерительное оборудование и приборы


 

Контрольно-измерительное оборудование и приборы включают:

  • образцовые (технические) манометры до 100 кгс/см2;

  • счетчики объемов закачиваемых жидких отходов производства;

  • счетчики объемов газа;

  • таймеры;

  • термометры;

  • запорно-регулирующие устройства: а) для жидкости;

    б) для газа;

  • пробоотборники (краны) для отбора жидких отходов производства из накопительных емкостей.

    1. Контролируемые параметры

      1. Для исключения возможного смятия эксплуатационной колонны и заколонного цемента проводят контроль за силовым напряжением, образующимся на колонне и цемент-

        Рзаб.  Рпл.тек.

        image

        ном камне у дыр перфорации, используя технологический параметр

        Рпл.тек.

        , который не

        должен превышать значения, принятого при обосновании режима закачки промстоков в нагнетательную скважину.

      2. Проводят регистрацию следующих параметров:

  • время работы насоса на каждую нагнетательную скважину;

  • давление нагнетания на насосе и на устье нагнетательной скважины;

  • объем закачанной жидкости на период работы насоса;

  • плотность закачиваемой жидкости и ее температуру.

      1. В комплекс лабораторных исследований, помимо определения физических свойств и химического состава закачиваемой жидкости, в обязательном порядке следует включить определение содержания в ней шлама, вес которого определяют в условиях глубокого

        просушивания (~800 оС) и прокаливания (~1500 оС). Определения делают периодически один раз в квартал.

      2. Количество захораниваемых жидких отходов производства регистрируют по каждой скважине. Ежесуточно по СПЗЖ регистрируют количество закачанных попутных вод, производственных сточных вод, дождевых стоков и бытовых сточных вод.

      3. При газлифтном способе восстановления приемистости нагнетательных скважин замеряют:

  • давление подаваемого газа;

  • дебит газа;

  • продолжительность закачки газа;

  • объем извлеченной жидкости и ее химический состав;

  • объем извлеченного шлама;

  • фракционный состав шлама в соответствии с таблицей 11.1.


 

Таблица 11.1 – Гранулометрический состав твердых частиц, выносимых на поверхность и закачиваемых в поглощающий горизонт


 

image

  1. Расчет гидравлических потерь в нагнетательной скважине

    1. Расчетным путем гидравлические потери определяются следующим образом:

      1. Определяют скорость потока в трубах V, м/с, по формуле:


         

        image (16)

        где Q – дебит закачки жидкости, см3/с,

        F – площадь сечения межтрубного (кольцевого) пространства, м2. F находят по таблице 12.1.

        image

        Таблица 12.1 – Площадь сечения межтрубного (кольцевого) пространства


         

      2. По таблице 12.2 находят коэффициент трения для НКТ.


 

image

Таблица 12.2 – Коэффициент трения труб


 

2

 

Гидравлические потери h, м, (или Ртр, кгс/см ) рассчитывают по формулам:


 

image

где  – коэффициент трения труб, доли ед; H – длина НКТ, м;

V – скорость потока, м/с;

d – внутренний диаметр НКТ, м;

g – ускорение силы тяжести (9,81 м/с2)


 

(17)

image

и

image

(18)


 

где  – плотность закачиваемой жидкости, г/см3.

    1. Наиболее оперативно и точно гидравлические потери в нагнетательных скважинах можно определять прямым путем по способу, описанному в [36]:

      1. Устанавливают образцовые манометры на устье НКТ и устье межтрубного пространства.

        Закачку жидкости в скважину можно проводить двумя способами: первый способ – закачка в НКТ и второй – в межтрубное пространство.

        При закачке по первому способу закрывают приток жидкости в межтрубное простран-

        2

         

        ство. Гидравлические потери в НКТ РНКТ, кгс/см , определяют по разности показаний мано-

        метров, используя формулу


         

        РНКТ = РНКТ – Рзатр, (19)

        где Р


         

        НКТ

        • показание манометра, установленного на устье НКТ, кгс/см2.


           

          Р

           

          затр

        • показание манометра, установленного на устье межтрубного пространства, кгс/см2.

          2

           

          При закачке по второму способу закрывают приток жидкости в НКТ. Гидравлические потери в межтрубном пространстве Рзатр, кгс/см , определяют по разности показаний манометров, используя формулу

          Рзатр = Рзатр – РНКТ. (20)


           

      2. Забойное давление Р

заб

 

, кгс/см2, на глубине H, м, рассчитывают по формуле


 

image

image

(21)


 

Гидравлические потери в трубопроводе определяют по разности показаний образцовых манометров на его входе и выходе.

При закачке в межтрубное пространство гидравлические потери снижаются во много (до десятков) раз, поэтому при необходимости закачки жидких отходов производства свыше 500 м3/сут следует рассмотреть возможность использования для нагнетательных скважин 127-мм или 168-мм обсадные колонны и проводить закачку в межтрубное пространство. Они позволяют проводить закачку с более высоким устьевым давлением при минимальных потерях энергии.

  1. Контроль за состоянием нагнетательных скважин


     

    1. В условиях СПЗЖ постоянно возрастающая репрессия на поглощающий горизонт (как, например, это показано на рисунке 13.1) может привести к смятию эксплуатационной колонны и разрушению заколонного цемента на большую высоту от нижних дыр перфорации.

    2. Для избежания разрушительных последствий закачки на заключительном этапе разработки газовой залежи следует поддерживать такой режим закачки, чтобы забойное давление не превышало пластового на величину давления смятия эксплуатационной колонны и разрушения цемента. Последнее определяется экспериментальным путем в лабораторных условиях.

    3. Физическое состояние колонны определяется периодическими геофизическими исследованиями и по содержанию продуктов коррозии при промывках скажины, а давление закачки регулируется величиной объемов закачиваемых жидких отходов.


       

      image


       

      image


       

      Рисунок 13.1 – Изменение боковой нагрузки на эксплуатационную колонну и цементный камень

  2. Мероприятия по восстановлению и консервации контрольных гидрогеологических (пьезометрических) скважин

    1. Прошаблонировать скважину и определить ее текущий забой.

    2. Промерить температуру по стволу.

    3. Удалить из ствола скважины посторонние предметы, если они обнаружены выше дыр перфорации.

    4. Определить уровень жидкости и глубину раздела “конденсат–вода” (в районах распространения многолетнемерзлых пород).

    5. Газлифтом (компрессор, напорный газ) выдавить сначала конденсат, а затем воду, при этом отобрать пробу конденсата, а затем воды для физико-химических анализов.

    6. Отобрать глубинную пробу воды для определения газосодержания и химсостава, а также показателей, характерных для закачиваемых промстоков.

    7. Откачку воды из скважины проводить по правилам гидродинамических исследований (замерять дебиты, уровни, время).

    8. При выносе терригенного материала (песок, глина и т.п.) отобрать пробы его на всех исследуемых режимах с определением его удельного содержания в откачиваемой воде и занести в таблицу 11.1.

    9. После откачки провести прослеживание восстановления давления (уровня) в скважине до статического глубинным манометром или уровнемером.

    10. Отобрать глубинную пробу воды у дыр перфорации для определения химсостава и газосодержания.

    11. Если статический уровень в скважине на пластовой воде устанавливается в зоне отрицательных температур, то необходимо рассчитать количество конденсата, которое следует закачать в скважину, и зафиксировать новый статический уровень.

    12. Если согласно предварительным расчетам в области гидродинамического влияния исследуемого пьезометра находится скважина, вскрывающая тот же горизонт, то одновременно следует провести исследования методом гидропрослушивания.

    13. Откачанный конденсат сжечь или отправить на переработку.

    14. Откачанную пластовую воду отстоять 2–3 дня в накопительной емкости и отправить на ближайший полигон для закачки в пласт.

14.15. Результаты всех исследований занести в паспорта скважин. На устья скважин установить запоры, исключающие доступ к ним посторонних лиц.

    1. После проведения восстановительных работ в те скважины, в которых имеется опасность замерзания жидкости, залить нетоксичную незамерзающую жидкость (например, газоконденсат).

    2. Расчет условий консервации скважин приведен в приложении А.

  1. Расчет подземного растекания жидких отходов производства

    1. Специфика геолого-гидрогеологических условий для СПЗЖ, имеющих гидравлическую связь с разрабатываемой залежью и несоизмеримо большую по сравнению с интервалом перфорации мощность поглощающего пласта, накладывает свои особенности на расчетный аппарат их главнейших параметров, и в первую очередь – для расчета области подземного растекания промстоков.

    2. Методика базируется на гидродинамическом постулате, что в сообщающихся сосудах при наличии перепада напоров создается движение жидкости, направленное в сторону этого падения, и поэтому резервуар подземного растекания жидких отходов производства ограничивается геометрической поверхностью, в каждой точке которой соблюдаются условия равенства действующих и противодействующих сил, как это показано на рисунке 15.1.

      Обозначения к расчету подземного растекания жидких отходов производства смотри в разделе 3.1.

      Формула расчета текущей эффективной мощности поглощающего горизонта h выглядит следующим образом:

      эф

       

      , м,

      h = С

      image

      image

      { [( НДП НДП + (I

      I )] + С · С · h

      }, (22)

      эф 1

      ННДП

      НПВД

      НДП

      ГВК

      1 2 ГВК

      1

       

      где C

      • коэффициент, учитывающий содержание в поглощающем интервале проницаемых

        прослоев, доли ед.;

        С

         

        2

         

        – коэффициент, учитывающий часть порового объема газонасыщенного коллектора,

        занимаемого вторгающейся водой, доли ед.

        1

         

        Коэффициенты С

        2

         

        и С определяются геофизическими методами.

        Из формулы следует, что понижение дыр перфорации увеличивает рабочую эффективную мощность горизонта поглощения, а радиус подземного растекания жидких отходов производства при этом относительно уменьшается. При необходимости уменьшить скорость и дальность растекания жидких отходов производства необходимо вскрыть дополнительные мощности поглощающего горизонта.

        image

        Расчет радиуса ареала подземного растекания жидких отходов производства Ra выполняют по формуле

        image

        (23)


         

        в

         

        Величины К


         

        и К

         

        ох.пр.

        определяют экспериментальным путем по методике [45].

        Для терригенных коллекторов К


         

        ох.пр.

         0,55.


         


         

        image


         

        image image image image


         

        image


         

        image image image image


         

        image image image image


         

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        image

        СТО Газпром 18-2005

         

        37

         

        Рисунок 15.1 – Принципиальная схема развития депрессионной воронки и подземного растекания жидких отходов производства

        ж

         

        Согласно документу [38] при расчетах следует использовать коэффициент надежности (b), который для терригенных коллекторов принимается равным 1,5 (полуторакратное увеличение V ), а для карбонатных – 3,0.

        Способ расчета Rа поясняет таблица 15.1 (исходные данные) и рисунок 15.2 для Урен-

        в

         

        гойского полигона (участок УКПТ), для которого К = 0,8, а К


         

        = 0,55.

         

        ох.пр.

    3. В условиях отсутствия гидравлической связи между поглощающим горизонтом и залежью УВ в поглощающем горизонте при закачке происходит повышение давления (Р, кгс/см2), которое определяют по формуле

      image (24)

      где Q – приемистость, м3/сут;

      Х – пьезопроводность, м2/сут; t – время эксплуатации, сут;

      r

       

      0

       

      – радиус скважины или приведенный радиус нагнетательного узла, м.

      image

      R

       

      a

       

      рассчитывают по формуле


       

      (25)


       

      h

       

      эф

       

      определяют по геофизическим данным.

    4. В условиях гидравлической связи поглощающего горизонта с залежью УВ и при

      малой эффективной мощности его (не более 30 м) расчет подземного растекания жидких отходов производства проводят по формуле (23). Радиус максимально возможного растекания на заданных режимах закачки ограничен величиной гидравлического влияния нагнетательных скважин, которое определяют по данным гидропрослушивания скважин (см. 6.3).

      Р – не определяют.

      Примеры прогнозных расчетов для различных граничных условий, деформации границы раздела в случае неравенства плотностей жидких промышленных отходов и пластовых вод, дисперсии границы раздела приведены в работе [37].

  2. Утилизация шлама

    1. Перед утилизацией проводят предварительную очистку шлама от нефтепродуктов с помощью химических или биологических препаратов.

      Из химических препаратов для этих целей можно использовать специальные сорбенты типа “ТГ” и его модификаций. Способ использования этого сорбента описан в [46].


       

      СТО Газпром 18-2005

       

      39

       

      Таблица 15.1 – Расчет подземного растекания жидких отходов (на 01.01.2004 г.)


       

      image


       

      image


       

      СТО Газпром 18-2005

       

      40

       

      Рисуной 15.2. – Уренгойское НГКМ. УКПГ-2. Полигон захоронения жидких отходов производства

    2. Загрязненный шлам складируют в кучи и смывают с помощью струи подогретого 0,1–0,5 % раствора специального реагента на сетчатый материал. По мере отмывки шлама нефтенасыщенный раствор при стекании фильтруется через сорбент, а очищенный накапливается в сборном приямке, из которого вновь направляется на отмывку.

      Степень очистки шлама от загрязнения контролируют определением содержания нефтепродуктов в промывочной жидкости.

    3. Биологический способ очистки нефтесодержащего шлама заключается в обработке его бактериальным препаратом типа “Деворойл” [47] или реагентами “Биореструктор”, “Вилентис”, “Маг” и др., применение которых согласовано с МПР России и ОАО “Газпром”. Шлам после обработки следует использовать при сооружении площадок на скважи-

      нах, промышленных площадках и т.п.


       

  3. Восстановление приемистости нагнетательных скважин

    1. Газлифтный метод


       

      1. В условиях СПЗЖ способ газлифта выполняет две функции:

          • выносит материал, кольматирующий призабойную зону нагнетательной скважины;

          • удаляет из воды призабойной зоны пузырьки газа, снижающие эффективную пористость коллектора.

      2. Метод газлифта основан на снижении градиента давления жидкости в стволе скважины с помощью газа, имеющего значительно меньшую плотность. Принципиальная схема его воздействия на пласт показана на рисунке 17.1. Оптимальный режим газлифта находят путем установки клапана в лифтовых трубах на такой глубине, чтобы образуемая депрессия на пласт позволяла выносить с забоя минеральные частицы, не разрушая коллектора призабойной зоны.

Способ расчета устьевого давления, по которому определяется оптимальная глубина установки клапана, приводится в приложении Б.

Примерная схема обвязки нагнетательных скважин для стационарного газлифта показана на рисунке 17.2. Контроль за качеством восстановления приемистости скважины определяют по кривым КВД до и после проведения ремонтных работ или по величине приращения приемистости при одинаковых условиях закачки.


 

image


 


 

СТО Газпром 18-2005

 

42

 

Рисунок 17.2 – Типовая схема обустройства полигона закачки жидких отходов производства


 

image


 

Рисунок 17.1 – Газлифт

    1. Микробиологический способ


       

      1. Технологии очистки призабойной зоны скважины, основанные на микробиологических процессах, отличаются малой инвестиционной потребностью, высокой эффективностью и экологической безопасностью. Эффективность биотехнологий обусловливается тем, что микробные метаболиты образуются в основном непосредственно в контакте с углеводородами в пористой среде, что увеличивает эффективность их воздействия.

      2. Основные условия применения микробиологических технологий зафиксированы в таблице 17.1.


 

Таблица 17.1 – Параметры применения микробиологических технологий


 


 

image


 

Технологически процесс обработки призабойной зоны нагнетательной скважины осуществляется по схеме, показанной на рисунке 17.3.

По окончании нагнетания расчетного объема биомассы для его продавливания в пласт закачивают жидкие отходы производства объемом 10–20 м3.

Объем закачки биомассы рассчитывают таким образом, чтобы биопрепарат мог охватить необходимую зону улучшения ФЕС.

Последующий низконапорный газлифт вынесет продукты деструкции нефтепродуктов и шлам, усилит очистку призабойной зоны нагнетательной скважины


 

image


 


 

1 – емкость с раствором биомассы (Деворойл) 2 – компрессор

  1. – насос

  2. – аэратор

  3. – распределительная гребенка 6 – нагнетательные скважины

Рисунок 17.3 – Схема использования биотехнологии


 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  ..