Способ удаления радия из пластового флюида и предотвращения образования солей радия на стенках скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам предотвращения образования твердых отложений минеральных солей, содержащих радиобарит, на оборудовании для добычи углеводородов. Фильтр с сорбирующими агентами устанавливают в нефтегазовой скважине в нижней части колонны насосно-компрессорных труб возле башмака колонны, при этом установку фильтра производят после первых появлений воды в продукции скважины или при резком увеличении гамма-излучения на устьевом оборудовании. Повышается эффективность удаления радия из пластового флюида, предотвращается образование отложений солей радия на стенках скважины, насосно-компрессорных трубах и другом внутрискважинном оборудовании, снижается продолжительность негативного воздействия гамма-излучения на обслуживающий персонал. 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к способам предотвращения образования твердых отложений минеральных солей, содержащих радиобарит, на оборудовании для добычи углеводородов.

Известен способ удаления отложений сульфатов щелочноземельных металлов с поверхности подземных скважин, включающий контактирование отложений с водным раствором, имеющим рН 11-14 и содержащим хелатообразующий агент, в качестве которого используют полиаминополикарбоновую кислоту с концентрацией 0,1-1,0 М или соль этой кислоты и синергист с концентрацией 0,1-1,0 М, с пропусканием через раствор звуковой энергии с частотой 1,5-6,5 кГц (патент РФ 2 110 489 МПК C02F 5/00, 02.06.1993).

Этот способ имеет ряд недостатков:

• скважину необходимо заполнять щелочным раствором с кислотами, что негативно сказывается на техническом состоянии колонны, приводит к ее разрушению. Кроме этого, способ негативно отражается на продуктивных пластах, так как создается репрессия на пласт, оттесняя углеводороды от скважины;

• выпадение осадков, скапливающихся на забое скважины, обусловливает необходимость промывки скважины;

• высокая стоимость используемых реагентов.

Известен способ извлечения солей редких щелочно-земельных металлов, в частности стронция и бария, согласно которому пластовую воду фильтруют для очистки от механических примесей, добавляют сульфат стронция (SrSO₄), перемешивают при нагревании до 50-70°С и повторно фильтруют для получения сульфата бария (BaSO₄), далее добавляют гипсовую воду (CaSO₄*2H₂O), перемешивают и фильтруют с получением сульфата стронция (SrSO₄) (патент РФ 2206517 МПК C02F 1/58; C02F 101:10; C02F 103:06).

Данный способ имеет следующие недостатки:

• низкая растворимость осадителя приводит к его выпадению в осадок;

• при высоких концентрациях ионов бария в попутно добываемой воде данный способ не эффективен;

• закачка обработанной воды в недра может привести к образованию осадков непосредственно в пласте и его кольматацию, вследствие чего ухудшится его проницаемость.

Известен способ предотвращения образования отложений минеральных солей и сульфида железа при добыче нефти путем обработки попутно добываемой воды водным раствором тринатриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты с добавкой и закачивания обработанной воды в пласт, где в качестве добавки вводят малеиновую кислоту при соотношении компонентов 1:1, при этом расход реагентов составляет 0,0004 - 0,0008 мас. % (патент РФ 2165008, МПК Е21В 37/06; Е21В 37/00).

Данный способ имеет следующие недостатки:

• высокие материальные затраты, обусловленные применением дорогостоящих реагентов;

• при закачке обработанной воды в недра происходит адсорбция реагентов в пласте-коллекторе;

• при добыче углеводородного сырья в скважину может поступать пластовая вода из других горизонтов, в которой реагенты будут полностью отсутствовать, следовательно, оборудование добывающих скважин окажется полностью незащищенным от отложений минеральных солей.

Таким образом, известный способ недостаточно эффективен для предотвращения образования отложений минеральных солей, содержащих радиобарит.

Закачка обработанной воды в недра может привести к образованию осадков непосредственно в пласте и его кольматацию, вследствие чего ухудшится его проницаемость.

Существует способ предотвращения образования отложений 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, при этом 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:Cва*96,066/137,33*CSO₄, где 1-доля указанной попутно добываемой и/или сточной воды; Сва*96,066/137,33*CSO₄ - доля указанной подземной воды; Сва - концентрация ионов бария в указанной попутно добываемой и/или сточной воде; 96,066 - ионный вес сульфат-ионов, г; 137,33 - атомный вес бария, г; CSO₄ -концентрация сульфат-ионов в указанной подземной воде (патент РФ 2259471, МПК Е21В 37/06).

Недостатки данного способа:

• применение способа при отсутствии водоносного горизонта с высокосульфатными водами не представляется возможным;

закачка высокосульфатной воды в пласт с жесткими водами может существенно ухудшить параметры пласта-коллектора, вплоть до полной кольматации, а так же привести к образованию осадков в скважинах и трубах;

• необходимость производить постоянную закачку обработанной воды в пласт, так как при прекращении закачки весь осевший радий будет снова растворен в пластовой воде из-за изменения ее состава;

• прорыв пластовых вод к добывающим скважинам вызывает более интенсивное их загрязнение радиобаритами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу, является способ очистки от радионуклидов воды высокого уровня активности, включающий фильтрацию воды через комбинированную гранулированную загрузку из неорганических сорбентов, в качестве которых используют катионообменные сорбенты фосфат циркония и/или фосфат титана в водородной и солевой формах, а объемное соотношение водородной и солевой форм катионообменных сорбентов в комбинированной загрузке составляет 1:2-2:1 (патент РФ 2090944, МПК G21F 9/12).

Недостатками прототипа являются:

• для данного способа водоочистки используются дорогостоящие реагенты и компоненты;

данный способ пригоден только для применения на АЭС, поскольку требует сложного оборудования и больших колонн;

• неорганические сорбенты очень чувствительны к изменению рН среды, которые необходимо контролировать, из-за этого этот способ не подходит для очистки пластовых вод.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности удаления радия из пластового флюида и предотвращении образования отложений солей радия на стенках скважины, насосно-компрессорных трубах (НКТ) и другом внутрискважинном оборудовании, снижении продолжительности негативного воздействия гамма-излучения на обслуживающий персонал.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем фильтрацию воды через комбинированную гранулированную загрузку из неорганических сорбентов, согласно изобретению, фильтр с сорбирующими агентами, в виде сыпучей загрузки из карбонатов, сульфатов, гидроксидов железа, солей бария или свинца, устанавливают в нефтегазовой скважине в нижней части колонны насосно-компрессорных труб возле башмака колонны, при этом установку фильтра производят после первых появлений воды в продукции скважины или при резком увеличении гамма-излучения на устьевом оборудовании.

Установка фильтра в скважине уменьшает загрязнение внутрискважинного оборудования и насосно-компрессорных труб, исключает постоянное воздействие облучения на персонал обслуживающий скважину, а также позволяет обеспечить его применение при различных способах эксплуатации скважины, как механическом, так и фонтанном за счет упрощенной конструкции фильтра, которую можно помещать в НКТ.

Способ осуществляют следующими последовательными действиями в порядке изложения:

- эксплуатируют скважину, в процессе которой ее продукция со временем начинает обводняться;

- останавливают скважину после появления воды в ее продукции;

- вызывают на скважину бригаду для проведения ремонтно-изоляционных

работ;

- извлекают внутрискважинное оборудование,

- извлекают в конце ремонтно-изоляционных работ насосно-компрессорные трубы;

- проверяют перед сборкой фильтра его фильтрационные свойства, путем пропускания через него технической жидкости;

- подсоединяют фильтр к насосно-компрессорным трубам, либо к установке электроцентробежных насосов;

- проверяют надежность крепления фильтра;

- осуществляют спуск внутрискважинного оборудования вместе с фильтром;

- осуществляют пуск скважины в работу;

- извлекают все насосно-компрессорные трубы вместе с внутрискважинным оборудованием при последующих ремонтных работах, либо перед геофизическими исследованиями скважин, с обязательным измерением значений гамма-излучения во время работ;

извлекают подсоединенный фильтр с использованием средств индивидуальной защиты, либо с применением средств автоматизации извлечения труб;

- помещают фильтр, поднятый на земную поверхность, в контейнер для хранения радиоактивных материалов со свинцовыми стенками, который может использоваться многократно, после утилизации радиоактивных отходов.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема расположения устройства фильтра в фонтанной скважине.

Пояснения к фигуре 1:

1 - устройство фильтра;

2 - насосно-компрессорные трубы;

3 - обсадные трубы.

На фиг. 2 изображена схема расположения устройства фильтра в скважине, эксплуатирующейся механизированным способом (штанговым глубинным насосом).

Пояснения к фигуре 2:

1 - устройство фильтра;

2 - насосно-компрессорные трубы;

3 - обсадные трубы;

4 - устройство насоса скважинного;

На фиг. 3 изображена схема расположения устройства фильтра в блоке электроцентробежного насоса.

Пояснения к фигуре 3:

1 - устройство фильтра;

1а - сетка на входном отверстии газосепаратора;

1б - вал;

1в - входное отверстие в устройство фильтра;

1г - корпус фильтра;

1д - горизонтальные металлические сетки фильтра;

1е - сорбирующий агент;

1ж - выходное отверстие ведущее к блоку насоса;

2 - насосно-компрессорные трубы;

3 - обсадные трубы;

5 - устройство электроцентробежного насоса;

5а - термоманометрическая система;

5б - погружной электродвигатель;

5в - протектор;

5 г - газосепаратор или входной модуль с встроенным устройством фильтра;

5д - электроцентробежный насос;

Пример использования предлагаемого способа.

На месторождении, на котором осуществляется добыча углеводородов, выявляют высокие концентрации радия в пластовой воде. С течением времени добыча пластовой продукции увеличивается, из-за прорыва пластовой воды. Пластовая вода при подъеме в скважину увеличивает свою щелочность и снижает свою температуру, обуславливая осаждение радия на стенках обсадных труб, НКТ, внутрискважинного оборудования. Концентрация осаждаемого радия может достигать значительных величин. При проведении радиоэкологических исследований оборудования нефтепромыслов и прилегающих территорий, мощности экспозиционных доз гамма-излучения могут достигать 3000-5600 мкР/ч. Такие дозы превышают допустимые нормативы, предусмотренные санитарными правилами и нормами (СанПиН 2.6.1.2523-09; СанПиН 2.6.6.1169-02) и оказывают негативное влияние не только на обслуживающий персонал, но и на окружающую среду. Это приводит к необходимости замены всего загрязненного оборудования и либо его дезактивации, либо хранении в закрытых помещениях, и приводит к значительным финансовым и материальным затратам.

Для снижения затрат и рисков для здоровья обслуживающего персонала внутрискважинный фильтр устанавливают при первых появлениях воды в скважине. На проблемную скважину вызывают бригаду подземного ремонта, монтирующую устройство фильтра в НКТ. После этого конструкцию опускают в скважину и пускают ее в эксплуатацию. В процессе эксплуатации скважины, через фильтр проходит смесь нефти и воды.

Сорбирующий агент представляет собой сыпучую загрузку из карбонатов, сульфатов, гидроксидов железа, солей бария или свинца, которая является химическим барьером для радия, на котором осаждается значительная его часть.

При прохождении через фильтр часть радия осаждается на нем, снижая при этом его концентрацию в воде, и следовательно, снижает количество радия, осаждающегося на оборудовании. При этом необходимо контролировать концентрацию радия в выходящей воде. При превышении предельно допустимой концентрации (около 20 мкР/ч) необходимо остановить скважину и произвести процедуру замены фильтра.

Таким образом, использование предлагаемого способа удаления радия из пластового флюида и предотвращения образования солей радия на стенках скважины, обеспечивает осаждение большей части радия на фильтре, который расположен в скважине, и исключает загрязнение радием внутрискважинное оборудование.

Кроме этого, оборудование на земной поверхности не приобретает высоких значений гамма-излучения превышающих предельно допустимые нормы и концентрации. Фильтр, расположенный в трубах НКТ, легко заменяют на новый, легко утилизируют и эксплуатируют, при этом только его извлечение из скважины требует особых защитных мероприятий, что значительно сокращает продолжительность гамма-излучения на обслуживающий персонал.

Оборудование, которое осталось не зараженным радием, не требует утилизации и может быть использовано повторно на других скважинах. Это значительно снижает финансовые и материальные затраты по утилизации зараженного радием оборудования, как радиоактивных отходов.

Способ удаления радия из пластового флюида и предотвращения образования солей радия на стенках скважины, включающий фильтрацию воды через комбинированную гранулированную загрузку из неорганических сорбентов, отличающийся тем, что фильтр с сорбирующими агентами, в виде сыпучей загрузки из карбонатов, сульфатов, гидроксидов железа, солей бария или свинца, устанавливают в нефтегазовой скважине в нижней части колонны насосно-компрессорных труб возле башмака колонны, при этом установку фильтра производят после первых появлений воды в продукции скважины или при резком увеличении гамма-излучения на устьевом оборудовании.