СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОБАРИТ Российский патент 2005 года по МПК E21B37/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам предотвращения образования твердых отложений минеральных солей, содержащих радиобарит на оборудовании для добычи, переработки и транспортировки сырых нефтей, а также к способам очистки нефтепромысловых сточных вод, содержащих ионы бария и изотопы радия.

Пластовые воды пашийского горизонта Ромашкинского месторождения характеризуются высокой минерализацией и содержанием ряда микрокомпонентов, в том числе ионов бария. Максимальное содержание ионов бария составляет 139·10^-3 г/л. Радиоактивность пластовых вод этого горизонта обусловлена присутствием изотопов радия и продуктов их распада. Ионы бария и изотопы радия характеризуются одинаковыми химическими свойствами, поэтому при увеличении содержания сульфат-ионов в водной системе изотопы радия соосаждаются с ионами бария в виде практически нерастворимых сульфатов радия и бария - радиобарита.

В пластовых водах вышележащих горизонтов ионы бария и изотопы радия отсутствуют или содержатся в незначительном количестве.

В пласте коллекторе барийсодержащие минералы также отсутствуют.

При разработке месторождения с применением в системе поддержания пластового давления (ППД) пресной воды происходит постепенное понижение минерализации и уменьшение содержания ионов бария и изотопов радия в попутно добываемой воде, потому что в пресных водах, применяемых в системе ППД, ионы бария и изотопы радия отсутствуют. При применении сточных вод в системе ППД происходит понижение содержания ионов бария и изотопов радия до концентрации их в сточной воде.

Однако, проведенные в 2001-2003 г.г. на нескольких площадях Ромашкинского месторождения исследования химического и радиохимического состава попутно добываемых и сточных вод показали увеличение содержания ионов бария от 150·10^-3 до 500·10^-3 г/л. Такое аномальное увеличение содержания ионов бария в попутно добываемых и сточных водах может быть связано с применением в технологических процессах растворов, содержащих ионы бария или барит.

Применение в системе ППД сточных вод с аномально высоким содержанием ионов бария приводит к интенсивному осаждению ионов бария и изотопов радия и образованию твердых отложений в виде радиобарита в нефтепромысловом оборудовании, что снижает дебит скважины, межремонтный период и в целом эффективность добычи. Кроме того, ухудшается на промыслах радиационная и экологическая обстановка.

Известен способ извлечения солей стронция и бария из пластовых вод [Пат. РФ №2206517 С1, кл. 7 С 02 F 1/58// (С 02 F 1/58,101:10), 103:06, опубл. 20.05.2003. Бюл. №17]. По этому способу для осаждения из пластовой воды ионов бария используются сернокислый стронций (SrSO₄), который характеризуется низкой растворимостью (114·10^-3 г/л). Эффективность способа ограничена низкой растворимостью осадителя. Поэтому при аномально высоких концентрациях ионов бария в попутно добываемой воде способ не эффективен.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, включающий обработку попутно добываемой и/или сточной воды, содержащей ионы бария и изотопы радия, водным раствором солей и закачку обработанной воды в пласт [Пат. РФ №2165008 С1, МПК Е 21 В 37/06, 37/00, опубл. 10.04.2001. Бюл.№10]. Водный раствор соли содержит 0,1-1,0 М полиаминополикарбоксилатной кислоты или ее калиевые соли и 0,1-1,0 М аниона оксалата, преимущественно, в сочетании с калием.

Известный способ требует больших материальных затрат, т.к.. применяются дорогостоящие реагенты. При закачке обработанной воды в пласт происходит адсорбция реагентов в пласте-коллекторе. Поэтому в попутно добываемой воде, поступающей с добываемой продукцией в скважину, реагенты могут большей частью или полностью отсутствовать. Следовательно, оборудование добывающих скважин окажется слабо защищенным или полностью незащищенным от отложений минеральных солей. Таким образом, известный способ недостаточно эффективен при использовании для предотвращения образования отложений минеральных солей, содержащих радиобарит.

Задачей предлагаемого технического решения является понижение материальных затрат, повышение эффективности предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит.

Поставленная задача достигается способом предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, включающим обработку попутно добываемой и/или сточной воды, содержащей ионы бария и изотопы радия, водным раствором солей и закачку обработанной воды в пласт.

Новым является то, что в качестве указанного раствора применяют высокосульфатную подземную воду вышележащего горизонта с удалением выпавшего осадка, а соотношение объемов указанных попутно добываемой и/или сточной воды и подземной воды рассчитывают по формуле:

где: 1 - доля указанной попутно добываемой и/или сточной воды

- доля указанной подземной воды

- концентрация ионов бария в указанной попутно добываемой и/или сточной воде

96,066 - ионный вес сульфат - ионов, г

137,33 - атомный вес бария, г

- концентрация сульфат-ионов в указанной подземной воде.

При обработке попутно добываемой и/или сточной воды, содержащей ионы бария и изотопы радия, по предлагаемому способу подземной водой вышележащего горизонта, с повышенным содержанием сульфат-ионов при определенном соотношении объемов, происходит полное осаждение ионов бария и соосаждение изотопов радия. Затем закачивают обработанную воду, не содержащую ионы бария, изотопы радия, в пласт. При смешивании с пластовой водой происходит снижение минерализации и уменьшение содержания ионов бария и изотопов радия. Применение предлагаемого способа позволяет повысить эффективность предотвращения отложения минеральных солей, включающих радиобарит, на оборудовании для добычи, переработки и транспортировки сырой нефти, образующиеся в результате взаимодействия сульфат-ионов с ионами бария и изотопами радия, снизить материальные затраты, улучшить радиационную и экологическую обстановку на промыслах.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом позволил установить соответствие критерию "новизна", так как в результате проведения исследования по патентной документации и научно-технической литературе не было выявлено аналогичной совокупности существенных признаков. Из доступных источников патентной и научно-технической литературы не выявлены заявленные признаки, выполняющие аналогичную задачу. Следовательно, предлагаемый способ отвечает критерию "изобретательский уровень".

Сравнительные эксперименты проводили со сточной и/или попутно добываемой водой, содержащей ионы бария от 150,3·10^-3 до 500,0·10^-3 г/л и подземной водой сакмарского горизонта, содержащей сульфат-ионы от 2,0 до 4,1 г/л.

При смешивании сточной воды с подземной водой вышележащего горизонта происходит следующая реакция:

BaCl₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaCl

Для осаждения 137,33 г ионов бария и соосаждения изотопа радия - 226 по уравнению реакции необходимо 96,066 г сульфат-ионов.

Наименьший объем подземной воды потребуется при содержании ионов бария 150,3·10^-3 г/л в сточной воде и максимальном содержании сульфат-ионов, равном 4,1 г/л, в подземной воде вышележащего горизонта. Для осаждения 150,3·10^-3 г ионов бария потребуется сульфат-ионов:

При содержании в подземной воде вышележащего горизонта сульфат-ионов - 4 г/л объем подземной воды, необходимый для полного осаждения ионов бария и соосаждения изотопов радия, содержащихся в 1 л сточной воды составит:

Следовательно, соотношение объемов сточной воды составит 1:0,0256. Наибольший объем подземной воды потребуется при высоком содержании ионов бария, например 500·10^-3 г/л в сточной воде и минимальном содержании сульфат-ионов (2 г/л) в подземной воде вышележащего горизонта.

Для полного осаждения 500*10^-3 г ионов бария потребуется сульфат-ионов:

При содержании 2 г/л сульфат-ионов в подземной воде вышележащего горизонта объем подземной воды, необходимый для полного осаждения ионов бария, содержащихся в 1 л воды, составит:

Соотношение объемов сточной и подземной воды вышележащего горизонта рассчитывается по формуле:

где: 1 - доля указанной попутно добываемой и/или сточной воды

- доля указанной подземной воды

- концентрация ионов бария в указанной попутно добываемой и/или сточной воде

96,066 - ионный вес сульфат-ионов, г;

137,33 - атомный вес бария, г;

- концентрация сульфат-ионов в указанной подземной воде.

Проведенные эксперименты показали, что удаление из попутно добываемой и/или сточной воды ионов бария и изотопов радия путем их осаждения подземной водой вышележащего горизонта с повышенным содержанием сульфат-ионов, при соотношении объемов сточной и подземной воды от 1:0,0256 и до 1:0,1750, обеспечит высокий эффект предотвращения образования твердых отложений минеральных солей, содержащих радиобарит, в скважинном и нефтепромысловом оборудовании.

Эффективность известного способа (прототипа) в предотвращении отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, оценивают на модели смешанной воды, состоящей из сточной и подземной воды в соотношении 1:0,0256, при котором происходит полное осаждение ионов бария сточной воды сульфат-ионами, содержащимися в подземной воде. Химический состав сточной и подземной воды приведен в таблице.

Пример. Проба 1. В колбу наливают 100 мл сточной воды, 0,0008 мас.% смеси 1:1 реагента дифоната и малеиновой кислоты, затем перемешивают и добавляют 2,5 мл подземной воды, колбу закрывают, тщательно перемешивают.

Проба 2. В колбу наливают 100 мл сточной воды и 2,5 мл подземной воды, колбу закрывают и перемешивают. Через сутки обе пробы фильтруют. В фильтре определяют содержание ионов бария. Эффективность реагента определяют по формуле:

где Э - эффективность предотвращения, %;

С_х - содержание ионов бария в смешанной воде (проба 1) в присутствии реагента (по прототипу), мг/л;

С₀ - содержание ионов бария в пробе, не содержащей ингибитор (проба 2), мг/л;

С_н, - содержание ионов бария в сточной (исходной) воде, мг/л.

По результатам химического анализа рассчитана эффективность реагентов известного способа:

Эффективность максимальной дозировки реагентов (по прототипу) в предотвращении отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, составила 1,9%.

Высокая эффективность заявленного способа проявилась в полном осаждении ионов бария (150,3·10^-3 г/л), содержащихся в сточной воде, сульфат-ионами (4,1 г/л), содержащимися в подземной воде (проба 2).

Пример конкретного выполнения. На очистное сооружение в резервуар (РВС) поступает попутно добываемая и/или сточная вода. Отбирают пробы сточной воды и подземной воды вышележащего горизонта, определяют химический, радиохимический состав отобранных проб. В сточной воде, поступающей на очистное сооружение, содержание ионов бария составляет 165,0·10^-3 г/л. В подземной воде, применяемой для осаждения ионов барии и изотопов радия, содержание сульфат-ионов - 2,8 г/л. Соотношение объемов сточной и подземной воды составит:

Для полного осаждения ионов бария из одного литра сточной воды потребуется добавить подземной воды сакмарского горизонта нижней перми в количестве 0,0412 л.

В резервуар сточной воды очистной установки подается высокосульфатная подземная вода; выпавший осадок удаляется вместе с механическими примесями, затем осадок для утилизации отправляют на специализированное предприятие. Очищенную воду закачивают в пласт.

Для выполнения способа не требуется применения специального оборудования и изменения технологического регламента. Способ предотвращения отложения радиобарита осуществляется с использованием имеющегося оборудования и по ранее утвержденному технологическому регламенту. На всех этапах по утвержденному технологическому регламенту эксплуатации очистных сооружений осуществляется строгий контроль за уровнем радиации.

Эффективность предложенного способа заключается в повышении эффективности предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, в нефтепромысловом оборудовании из закачиваемой в пласт, для поддержания пластового

Таблица
Химический и радиохимический состав сточной и подземной воды.Наименованиеd г/лрНХимический состав, г/лИзотопы радия, Бк/лClSO₄НСО₃СаMgΣK+NaΣRВаRa²²⁶Ra²²⁸Сточная вода1,07906,064,94200,02470,12208,24911,775429,3581104,4713150,3*10^-32,911,0Подземная вода сакмарского горизонта нижней перми1,00607,31,34004,09720,14640,66130,27971,61238,1369отсут.отсут.отсут.Обработанная вода1,07806,163,35440,02400,12268,05971,738128,6655101,9643отсут.отсут.отсут.

давления, попутно добываемой и/или сточной воды. Способ является высокоэффективным, осуществляется без материальных затрат на реагенты и на дополнительное оборудование. Кроме того, применение подземной воды вышележащего горизонта частично удовлетворит спрос на воду, применяемую в системе ППД.

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам предотвращения образования твердых отложений минеральных солей, содержащих радиобарит, на оборудовании для добычи, переработки и транспортировки сырых нефтей, а также к способам очистки нефтепромысловых сточных вод, содержащих ионы бария и изотопы радия. Техническим результатом является понижение материальных затрат, повышение эффективности предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит. В способе предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, включающем обработку попутно добываемой и/или сточной воды, содержащей ионы бария и изотопы радия, водным раствором солей и закачку обработанной воды в пласт, в качестве указанного раствора применяют высокосульфатную подземную воду вышележащего горизонта с удалением выпавшего осадка, а соотношение объемов указанных попутно добываемой и/или сточной воды и подземной воды рассчитывают по формуле: 1:С_Ва·96,066/137,33·, где: 1 - доля указанной попутно добываемой и/или сточной воды; С_Ва·96,066/137,33· - доля указанной подземной воды; С_Ва - концентрация ионов бария в указанной попутно добываемой и/или сточной воде; 96,066 - ионный вес сульфат-ионов, г; 137,33 - атомный вес бария, г; - концентрация сульфат-ионов в указанной подземной воде. 1 табл.

Способ предотвращения отложения минеральных солей, содержащих радиобарит, включающий обработку попутно добываемой и/или сточной воды, содержащий ионы бария и изотопы радия, водным раствором солей и закачку обработанной воды в пласт, отличающийся тем, что в качестве указанного раствора применяют высокосульфатную подземную воду вышележащего горизонта с удалением выпавшего осадка, а соотношение объемов указанных попутно добываемой и/или сточной воды и подземной воды рассчитывают по формуле

где 1 - доля указанной попутно добываемой и/или сточной воды;

- доля указанной подземной воды;

С_Ва - концентрация ионов бария в указанной попутно добываемой и/или сточной воде;

96,066 - ионный вес сульфат-ионов, г;

137,33 - атомный вес бария, г;

- концентрация сульфат-ионов в указанной подземной воде.