Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы обеспечения радиационной безопасности при добыче и подготовке нефти 9
1.1 Анализ радиационной обстановки на объектах нефтегазового комплекса 9
1.2 Причины образования радиоактивных отложений 13
1.3 Физико-химические характеристики и радионуклидный состав отложений с ПРН 19
1.4 Осадки с ПРН, образующиеся в нефтепромысловом оборудовании на нефтяных месторождениях Татарстана 22
1.5 Выводы 32
2 Радиационная обстановка на производственных объектах и на территории деятельности ОАО «Татнефть» 33
2.1 Результаты радиометрического обследования объектов подготовки нефти 33
2.2 Оценка количества донных осадков с ПРН и анализ их распределения на территории объектов подготовки нефти 39
2.3 Результаты исследований содержания природных радионуклидов в грунтах и поверхностных водах 43
2.4 Выводы 46
3 Изучение процессов, приводящих к отложению осадков с ПРН в г процессе разработки Ромашкинского нефтяного месторождения, и Т~ разработка методики по прогнозированию отложения радиобарита на внутрискважинном оборудовании 48
3.1 Анализ процесса разработки девонских отложений Ромашкинского месторождения 49
3.2 Анализ влияния технологических изменений в системе сбора добываемой продукции на отложение радиобарита 53
3.3 Изучение изменения содержания нуклидов радия в пластовых и попутно добываемых водах эксплуатационных объектов девона при разработке Ромашкинского месторождения 63
3.4 Изучение изменения содержания природных радионуклидов в процессе подготовки нефти от входа товарного парка до выхода с очистных сооружений 72
3.5 Разработка методов прогнозирования и выявления причин отложения радиобарита 74
3.6 Разработка требований по предотвращению и снижению интенсивности образования осадков с ПРН на нефтедобывающем оборудовании при составлении проектных документов 84
3.7 Выводы 92
4 Изучение путей распространения радионуклидов в окружающей среде при разработке нефтяных месторождений 94
4.1 Экспериментальное изучение процессов выделения и накопления радона и аэрозолей в технологических процессах добычи и подготовки нефти 95
4.2 Моделирование процесса переноса радиоактивных аэрозолей в атмосфере 112
4.3 Поступление радионуклидов за счет процессов выщелачивания из осадков, с повышенным содержанием ПРН 118
4.4 Выводы 126
Основные выводы и рекомендации 128
Литература 130
- Анализ радиационной обстановки на объектах нефтегазового комплекса
- Результаты радиометрического обследования объектов подготовки нефти
- Анализ процесса разработки девонских отложений Ромашкинского месторождения
- Экспериментальное изучение процессов выделения и накопления радона и аэрозолей в технологических процессах добычи и подготовки нефти
Введение к работе
Охрана окружающей среды и создание благоприятных условий жизнедеятельности являются глобальными проблемами современности, решение которых является приоритетной задачей мирового масштаба. Среди прочих особое место занимает проблема обеспечения радиационной безопасности при разработке нефтяных месторождений.
Известно, что технологические процессы добычи и подготовки нефти оказывают негативное воздействие на окружающую среду и приводят к ее загрязнению разнообразными химическими соединениями. В последние 20 лет остро встала проблема отложения солей с повышенным содержанием природных радионуклидов на нефтепромысловом оборудовании [1-3, 17-23].
Острота данной проблемы для нефтедобывающих регионов Татарстана обусловлена тем, что большая часть осадков, содержащих природные радионуклиды (ПРН) в повышенных концентрациях, находится на объектах подготовки нефти центральных площадей Ромашкинского месторождения, расположенных в наиболее густонаселенных районах юго-востока республики.
Детальное изучение физико-химических основ возникновения радиоактивности в скважинах проводилось, в основном, в рамках геофизических исследований [4-6, 54, 60]. Вопросы обеспечения радиационной безопасности при разработке нефтяных месторождений и предотвращения -поступления ч радионуклидов в окружающую среду, обусловленные отложениями осадков с повышенным содержанием ПРН, практически не изучались.
В связи с этим в данной работе особое внимание уделено динамике и закономерностям изменения содержания природных радионуклидов в окружающей геологической среде при разработке нефтяных месторождений, причинам образования осадков с ПРН на технологическом оборудовании, оценке радиационной обстановки при нефтедобыче. Рассмотрен ряд вопросов, связанных с предотвращением неконтролируемого поступления ПРН в окружающую среду при добыче и подготовке нефти.
Целью диссертационной работы является разработка мероприятий по обеспечению радиационной безопасности при разработке нефтяных месторождений на основе оценки радиационной обстановки.
Основные задачи исследований.
Комплексное изучение и анализ радиационной обстановки на объектах добычи и подготовки нефти.
Выявление закономерностей формирования радиационной обстановки на разных стадиях разработки Ромашкинского нефтяного месторождения и особенностей изменения содержания радионуклидов в попутно добываемой воде в процессе разработки нефтяного месторождения.
Разработка методики прогноза образования радиоактивных осадков при добыче нефти.
Исследование механизма миграции и перераспределения природных радионуклидов в окружающей среде при разработке нефтяных месторождений.
Разработка мероприятий по обеспечению радиационной безопасности при добыче и подготовке нефти.
Методы решения поставленных задач. Анализ и обобщение результатов теоретических, лабораторных исследований и промысловых работ с применением статистических методов обработки данных.
Научная новизна. 1. Установлены закономерности изменения общей и удельной активности изотопа радия 226 в попутно добываемой воде в процессе разработки Ромашкинского месторождения. Общая активность имеет экстремум на начальных стадиях разработки месторождения в период извлечения первого порового объема жидкости из продуктивных девонских отложений, при этом величина удельной активности радия в попутно добываемых водах экспоненциально снижается с 50 до 10 Бк/л на завершающих стадиях разработки при извлечении двух поровых объемов закачиваемой воды для поддержания пластового давления.
Получены зависимости растворимости радиобарита и концентрации ионов бария от изменения минерализации попутно добываемой девонской воды при разработке Ромашкинского месторождения. Установлено, что содержание ионов бария прямо пропорционально минерализации девонской воды в диапазоне 25-280 г/л при концентрации сульфат-ионов до 0,038 г/л.
Выявлены механизм и динамика распространения природных радионуклидов из осадков с повышенным содержанием ПРН, образующихся при разработке и эксплуатации нефтяных объектов. Доминирующую роль в поступлении радионуклидов в окружающую среду играют процессы: механического переноса осадков с ПРН; выщелачивания радионуклидов из осадков и распространения их с водой; - выделения радона из осадков и перенос радионуклидов в виде аэрозолей, причем, установлено, что повышение температуры осадков до 70С увеличивает интенсивность образования радиоактивных аэрозолей в два раза.
Основные защищаемые положения.
Результаты экспериментальных и промысловых исследований по определению содержания радия в попутно добываемых водах в процессе разработки Ромашкинского нефтяного месторождения.
Методика прогнозирования отложения радиобарита на внутрискважинном оборудовании.
Результаты оценки воздействия осадков с повышенным содержанием ПРН, образующихся при нефтедобыче, на окружающую среду.
Практическая значимость работы. 1. Изучена радиационная обстановка на территории юго-востока Республики Татарстан. Создана база данных участвующего в технологическом цикле оборудования, содержащего природные радионуклиды в повышенных концентрациях.
Проведена оценка динамики и объемов выноса на поверхность с попутно добываемой водой нуклидов радия для использования в планировании мероприятий по контролю за радиационным воздействием на окружающую среду при разработке нефтяных месторождений.
Разработаны предложения по предотвращению и снижению интенсивности образования осадков с ПРН на нефтедобывающем оборудовании для внесения дополнений в действующие документы, используемые при проектировании разработки нефтяных месторождений.
Разработана и реализована система мероприятий по обеспечению радиационной безопасности на производственных объектах ОАО «Татнефть». Основные результаты исследований внедрены в производство в виде руководящих документов: РД 153-39.0-591-08 «Технологический регламент на радиационно-безопасную технологию стабилизации нефтесодержащего сырья», РД 153-39.0-592-08 «Технологический регламент извлечения углеводородов из донных осадков с повышенным содержанием ПРН, размещенных на территории объектов подготовки нефти», РД 153-39.0-593-08 «Технологический регламент по обеспечению радиационной безопасности при ремонте и демонтаже оборудования, сборе и реализации металлолома», РД 153-39.0-594-08 «Общий регламент по обеспечению радиационной безопасности на объектах подготовки нефти ОАО «Татнефть».
Результаты исследований использованы также при разработке нормативных документов ОАО «Татнефть», «Экологической программы ОАО «Татнефть» на 2000-2015 годы» и «Политики ОАО «Татнефть» в области промышленной безопасности, охраны труда и окружающей среды» (2008 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Техника и технология добычи нефти на современном этапе» (г.Альметьевск, 1998 г.), на научно-практической конференции, посвященной 70-летию башкирской нефти «Роль региональной отраслевой науки в развитии нефтедобывающей отрасли» (г.Уфа, 2002 г.), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию
ТатНИІШнефть ОАО «Татнефть» (г.Бугульма, 2006 г.), на 3-й научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (г.Казань, 2008 г.), на научно-практическом семинаре «Перспективные направления работы в технике и технологии добычи нефти» (р.п. Джалиль, 2009 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 9 публикациях, в т.ч. в 2 статьях из списка научных журналов, рекомендованных ВАК РФ.
Научное руководство при выполнении диссертационной работы осуществлял доктор технических наук P.P. Ибатуллин, которому автор признателен за ценные замечания и консультации. Автор выражает искреннюю благодарность за практическую помощь и поддержку при выполнении работы сотрудникам лаборатории радиационной безопасности ТатНИПИнефть, а также кандидату физико-математических наук, доценту КГУ О.Р. Бадрутдинову.
1 Современное состояние проблемы обеспечения радиационной безопасности при добыче и подготовке нефти
Анализ радиационной обстановки на объектах нефтегазового комплекса
В настоящее время проблемы выноса природных радионуклидов из пластов и образования осадков с их повышенным содержанием на технологическом оборудовании при добыче и подготовке нефти, стоит практически перед всеми нефтегазодобывающими компаниями, как в России, так и за рубежом [1,2, 119].
Первые сообщения о природных радиоактивных материалах, связанных с добычей газа, появились в начале 20-го века [3].
В пределах бывшего Советского Союза отложения радиоактивных осадков на оборудовании скважин были обнаружены в начале 50-х годов 20-го века на месторождениях Апшерона [4], позже подобные отложения зарегистрированы на многих месторождениях Урало-Поволжья, Северного Кавказа, Мангышлака и т.д. [5-8, 117, 118].
Отложение радиоактивных осадков на технологическом оборудовании происходит на нефтяных и газовых месторождений США, Северного моря, Венесуэлы, Китая и ряде других нефтедобывающих регионов мира [9-18, 119].
В Татарстане отложения солей с повышенным содержанием природных радионуклидов на оборудовании добывающих скважин ряда площадей Ромашкинского и Бавлинского месторождений впервые были зарегистрированы в середине 60-х годов прошлого столетия [88]. Изучение причин их образования и отложения на технологическом оборудовании при добыче и подготовке нефти для условий нефтяных месторождений Татарстана были начаты в ТатНИПИнефть в 1969 году [124].
До начала 90-х годов 20-го века детальное изучение процессов выноса природных радионуклидов из пласта и образования осадков с их повышенным содержанием проводилось, в основном, в связи с разработкой радиометрических методов выделения заводненных пластов. Проблемам обеспечения радиационной безопасности работников и предотвращения загрязнения окружающей среды практически не уделялось внимание.
Это обуславливалось тем, что среди специалистов предприятий топливно-энергетического комплекса, преобладало представление о безопасности природных радионуклидов в силу исторически сложившегося постоянного их контакта с людьми, существенно меньшем радиационном воздействии по сравнению с искусственными радионуклидами, источниками которых являются ядерные энергетические установки и ядерное оружие.
Однако, по данным Научного комитета по действию атомной радиации ООН (НКДАР), на долю природных радионуклидов приходится около 70% коллективной дозы облучения всего населения Земли.
В связи с этим очевидно, что актуальность и значимость исследований по данной проблеме определяется тем, что отложения осадков с повышенным содержанием ПРН на технологическом оборудовании создают потенциальную угрозу облучения работников сверх допустимых уровней при его обслуживании, загрязнения окружающей среды на территории деятельности нефтедобывающих предприятий [19-21, 32, 120].
В настоящее время в отечественных и зарубежных научных публикациях практически отсутствуют сведения о количестве и активностях радионуклидов, содержащихся в отложениях с ПРН, на объектах и территориях, где расположены предприятия нефтегазового комплекса и, следовательно, отсутствуют достоверные результаты оценки радиационного воздействия на людей и окружающую среду.
Согласно исследованиям Американского Нефтяного Института, средние уровни значений внешнего гамма-излучения на поверхности нефтяного оборудования составляют от 0,02 до 0,42 мкЗв/ч над фоном, в отдельных случаях мощность дозы достигает 53,9 мкЗв/ч (штат Мичиган) [22]. В работе [23] приведены результаты радиометрического обследования технологического оборудования объектов нефтедобычи, проведенного Арагонской национальной лабораторией, максимальные значения доз гамма-излучения достигают на сепараторах до 44,91 мкЗв/ч, на резервуарах — 37,86 мкЗв/ч, на теплообменниках - 34,90 мкЗв/ч, на трубопроводах — 29,91 мкЗв/ч.
Средние оценочные значения суммарной дозы внешнего облучения рабочих по очистке оборудования «сухими» методами составило 0,04 мЗв, чистильщиков емкостного оборудования — 0,05 мЗв [24]. Внутреннее облучение за счет ингаляции радона и дочерних продуктов распада не рассматривалось, вследствие обязательного использования работниками средств защиты дыхания.
Компания Exxon Co. Intl. при проведении ремонта оборудования, загрязненного ПРН, установила максимально допускаемую дозу всего тела 2 мЗв за пятидневный ремонт. Это принято при допуске, что доза рабочего за остальной год не превысит 90% норматива МКРЗ (20 мЗв/год). Максимальное значение мощности дозы гамма-излучения, зафиксированное на поверхности оборудования платформы, составляет 20,00 мкЗв/ч [25].
В работе [26] показано, что персонал австралийской нефтяной промышленности получает среднюю дозу облучения меньше 1 мЗв в год.
Исследованиями, проведенными более чем на 30 нефтяных месторождениях Украины, установлено, что средние уровни гамма-излучения, измеряемые на поверхности оборудования, колеблются в пределах 0,60-1,50 мкЗв/ч, а максимальные значения достигают 60,00 мкЗв/ч [27].
На нефтяных месторождениях Северного Кавказа также сложилась сложная радиоэкологическая обстановка [28-30]. На стенках трубопроводов и технологического оборудования наблюдается осаждение большого количества радиоактивных солей. Сброс пластовых вод на поля испарения и фильтрации способствовали образованию участков радиоактивного загрязнения местности. Мощность дозы гамма-излучения составляет от 1,00 до 10,00 мкЗв/ч. Значения МЭД достигают 30,00 мкЗв/ч на поверхности производственных отходов в местах очистки труб и технологического оборудования. Для оценки радиационной безопасности в ОАО «Роснефть-Ставропольнефтегаз» в течение 1993-1997 гг. проводился индивидуальный дозиметрический контроль работников основных структурных подразделений. Результаты индивидуального дозиметрического контроля показывают, что более чем у 90 % работников годовая доза не превышает 10 % допустимой. Максимальная годовая доза облучения у работников составила 2,3 мЗв. Малые дозы облучения работников объясняются ограниченным временем нахождения их непосредственно у источников ионизирующего излучения и небольшой мощностью доз гамма-излучения, составляющей в среднем 5,00 мкЗв/ч [31].
На Соколовогорском промысле ОАО «Саратовнефтегаз» выявлено наличие радиоактивного шлама внутри резервуаров-сепараторов, дающего на внешней поверхности корпуса уровни гамма-излучения до 5,00 мкЗв/ч [33].
На нефтяных месторождениях Оренбургской области также отмечено осложнение радиационной обстановки за счет загрязнения природными радионуклидами оборудования, в частности на Зайкинском месторождении зафиксированы значения в сотни мкЗв/час [34].
Результаты радиометрического обследования объектов подготовки нефти
С целью оценки радиационной обстановки на территории юго-востока Республики Татарстан, возможной радиационной нагрузки на обслуживающий персонал, окружающую среду и определения накопившегося количества осадков с повышенным содержанием ПРН было проведено детальное радиометрическое обследование технологического оборудования и территории производственных объектов нефтегазодобывающих управлений.
В ходе радиометрического обследования проводились следующие виды измерений: - измерение МЭД гамма-излучения на поверхности грунта (на высоте 0,10 м) на территории объектов подготовки нефти; - измерение МЭД гамма-излучения на поверхности технологического оборудования (на расстоянии 0,10 м); - измерение МЭД гамма-излучения в городах, населенных пунктах и дорогах расположенных вблизи от производственных объектов; - определение удельной активности радионуклидов в грунте и донных осадках; - измерение объемной активности радона и альфа-активных аэрозолей в атмосфере, как на территории ОПН, так и по их периметру. Все измерения проводились в соответствии с аттестованными методиками и приборами, прошедшими Государственную метрологическую поверку в установленные сроки. Радиометрическое обследование (гамма-съемка) проводилось в два этапа: - поисковая съемка — для выявления повышенных значений МЭД гамма-излучения на территории объектов подготовки нефти; - детальная гамма-съемка и картирование - для определения границ мест временного размещения донных осадков с повышенным содержанием ПРН. Гамма-съемка территории на начальном этапе проводилась сеткой 20x20 м, а при обнаружении участков с интенсивностью гамма-излучения выше фоновой локализация и определение границ проводились сеткой 2x2 м. Общая обследованная территория производственных объектов ОАО «Татнефть» составляет несколько десятков гектаров. Радиационно-аномальными считались участки территории, на которых величина превышения МЭД гамма-излучения над средним значением естественного радиационного фона составляла 0,20 мкЗв/ч и более.
Под радиационным фоном принято понимать ионизирующее излучение природных источников космического и земного происхождения, а также искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека [80, 81]. Значение радиационного фона в каждой точке измерения зависит от ряда факторов — интенсивности космического излучения, времени года и т.д.
Для различных типов пород числовые величины фона гамма-излучения различны. Вследствие длительного применения фосфатных удобрений за счет сельскохозяйственной деятельности в почве может увеличиваться количество радионуклидов ряда урана и тория на 0,25-1 % их естественной активности [82]. Следует отметить, что средние уровни МЭД гамма-излучения на открытой местности в различных регионах варьируют в достаточно широких пределах.
При измерениях радиационного фона необходимо учитывать, что повышение фона до 0,20-0,25 мкЗв/ч может быть вызвано не только радиоактивным загрязнением окружающей среды, но и рядом вышеназванных причин. Данное обстоятельство следует учитывать при оценке радиационной ситуации. Планирование каких-либо мероприятий следует осуществлять только после проведения определения содержания ПРН в окружающей среде.
В целом, геологический субстрат на территории Татарстана создает достаточно низкий, экологически благоприятный радиационный фон [83].
Значения мощности эквивалентной дозы внешнего гамма-излучения на открытой местности (радиационного фона) измерялись согласно методике, приведенной в [84].
При радиометрическом обследовании значение радиационного фона было принято равным 0,10 мкЗв/ч, это значение рассчитано на основе многократных измерений МЭД гамма-излучения на открытой местности без радиационного загрязнения, а так же согласно письму ФГУ ЦСЭН РТ № 03-05/1221 от 12.03.2004 г.
Установлено, что отложения осадков с повышенным содержанием ПРН приурочено к технологическим емкостям (резервуарам) системы подготовки нефти. При этом их отложения локализованы в местах, где существуют застойные зоны, в основном - на дне резервуаров.
Результаты радиометрического обследования объектов подготовки нефти показывают, что мощность эффективной дозы гамма-излучения на поверхности оборудования изменяется в широких пределах и достигает 20 мкЗв/ч. Однако при этом более чем в 90 % случаев ее значение на поверхности оборудования не превышает 2,5 мкЗв/ч (рисунок 2). Среднее значение МЭД на поверхности оборудования за 1999-2009 гг. в целом по всем объектам подготовки нефти ОАО «Татнефть» изменяется от 0,51 до 0,59 мкЗв/ч, т.е. более чем в 4 раза меньше значения допустимой среднегодовой мощности дозы гамма-излучения на рабочем месте при облучении природными источниками - 2,5 мкЗв/ч, установленного нормами радиационной безопасности.
Анализ процесса разработки девонских отложений Ромашкинского месторождения
Для истории разработки Ромашкинского месторождения характерны, в общих чертах, четыре этапа, которые напрямую связаны с темпами добычи нефти и составом добываемой продукции на соответствующих стадиях [87, 114]: 1) первая — освоение эксплуатационного объекта характеризуется малой обводненностью продукции и непрерывным увеличением уровня добычи нефти и жидкости благодаря разбуриванию и освоению системы поддержания пластового давления по залежи; 2) вторая — выход месторождения на максимальную постоянную добычу характеризуется интенсификацией добычи жидкости и нарастанием обводненности продукции, опреснением попутно добываемых вод за счет развития системы заводнения; 3) третья — существенное снижение добычи нефти и рост обводненности продукции до предельного значения, стабилизация химического состава попутно добываемых и закачиваемых вод. 4) четвертая — наблюдаются сравнительно медленное, постепенное падение добычи нефти и высокая обводненность продукции скважин. Первая стадия (ориентировочно 1952-1970 гг.) характеризуется высокими темпами ввода добывающих скважин в эксплуатацию, сооружением системы поддержания пластового давления (ППД), освоением нагнетательных скважин под закачку воды. Преобладающим способом добычи нефти в этот период является фонтанный. В 1965 году при добыче нефти по девону в пределах 50 млн. тонн обводненность продукции составляла 15-17%. Отсюда видно, что темп добычи воды резко возрос. Максимальная добыча нефти по девону Ромашкинского месторождения в размере 81,5 млн.т. была достигнута в 1970 г. и удерживалась на этом уровне 6 лет. При этом средняя обводненность продукции составила более 30 % [87]. Если на начальной стадии разработки в продукции скважин присутствовала высокоминерализованная пластовая вода (плотность 1,18-1,19 г/см ), то с внедрением внутриконтурных, избирательных и очаговых систем заводнения за счет закачки в эксплуатационный объект пресной воды наблюдается опреснение попутно добываемых вод в два раза и более. Смешивание пластовых и пресных вод уже в то время привело к отложению минеральных солей, в том числе и радиобарита, на внутрискважинном нефтепромысловом оборудовании (НКТ, ЭЦН, ШГН) [88, 89]. Во второй половине 60-х годов отложения радиоактивных солей были обнаружены на оборудовании добывающих скважин ряда площадей Ромашкинского месторождения и на Бавлинском месторождении. По состоянию на 01.01.1971г. из 2078 обследованных скважин более 20 % загрязнено отложениями радиоактивных солей [88]. В 1970-1972 гг. были проведены исследования по изучению причин отложения радиоактивных солей на оборудовании скважин в условиях Ромашкинского месторождения [60, 61]. В ходе этих исследований изучено содержание природных радионуклидов в пластовых водах, в нефти и образцах горных пород. На основе полученных данных была предложена гипотеза о причинах, приводящих к образованию радиоактивных осадков. Предполагалось, что причиной отложения солей является несовместимость пластовых и закачиваемых вод, смешивание несовместимых пластовых вод девона и пластовых вод верхних горизонтов за счет негерметичности колонны и заколонных перетоков и т.п. Подтверждение данной гипотезы было получено в результате промысловых исследований и подкреплено фактическим материалом [71]. Правомерность данной гипотезы подтверждается и более поздними исследованиями зарубежных ученых [13, 15]. На второй стадии разработки в процессе добычи вместе с нефтью на поверхность извлекаются большие объемы смеси пластовой и закачиваемой для поддержания пластового давления воды. С быстрым ростом объема добычи нефти и обводненности продукции скважин связаны и высокие темпы отложения минеральных солей. Пластовые воды девонских нефтяных залежей Ромашкинского месторождения характеризуются высокой минерализацией и относятся к хлоркальциевому типу. В солевом составе преобладают хлориды натрия, калия, кальция. Содержание сульфат- и бикарбонат ионов незначительное. При сопоставлении солевого состава пластовых вод девона с данными по растворимости установлено, что пластовые воды наиболее близки к насыщению ионами сульфата бария. При изменении термодинамических условий они переходят в практически нерастворимый углекислый кальций и сульфат бария (радиобарит).
В период второй и третьей стадий проблема отложений радиобарита и других минеральных солей на внутрискважинном оборудовании была успешно решена путем обработки призабойной зоны пласта ингибиторами, организацией контроля за химическим составом закачиваемых вод и ремонтом скважин [71]. При этом были организованы раздельные системы сбора добываемой продукции карбонатных и девонских отложений, также были построены раздельные системы ППД для сточных вод соответствующих объектов разработки. В то же время было произведено резкое сокращение закачки пресной воды и увеличение закачки сточных вод [90], что привело к снижению количества скважин, осложненных отложениями радиобарита. На поздней стадии разработки при снижении уровня добычи нефти среднее содержание воды в добываемой продукции скважин характеризуется высокими значениями и составляет 94-97 %. Минерализация воды по площадям Ромашкинского месторождения изменяется в широких пределах. По рассматриваемым центральным площадям попутно добываемые воды по своему составу и физико-химическим свойствам изменяются в диапазоне: плотность 1,016 - 1,117 г/см, общая минерализация 25,256 — 165,939 г/л. Содержание хлоридов изменяется в пределах от 15,330 - 102,970 г/л, сульфатов от следов до 0,193 г/л. Диапазон изменения содержания осадкообразующих элементов составляет: для кальция 1,908 — 13,118 г/л, для магния 0,405 - 2,425 г/л, калия с натрием 7,161 - 47,232 г/л. Показатель водородосодержания (рН) среды лежит в пределах 6,45 - 6,80.
Отложение солей с ПРН в нефтепромысловом и технологическом оборудовании систем добычи, сбора и подготовки добываемой продукции в процессе эксплуатации объекта разработки во многом является следствием отсутствия детальных исследований на совместимость насыщающих продуктивный пласт флюидов и закачиваемых сточных вод для повышения пластового давления, этому также способствует закачка жидкостей для обработки призабойной зоны пласта и других технологических операций (ГРП, ингибирование, МУН и др.), которых насчитывается уже несколько десятков с использованием сотен реагентов. Например, только при гидроразрыве пласта (ГРП) с глубоко проникающим в пласт агентом используются полимерные растворы на водной основе, различные другие растворы химреагентов на водной основе, противовспенивающие растворы, активаторы и т.д. [91]. При этом следует учитывать, что список реагентов, используемых только при ГРП, включает в себя несколько десятков разновидностей.
Экспериментальное изучение процессов выделения и накопления радона и аэрозолей в технологических процессах добычи и подготовки нефти
Это объясняется влиянием процессов выщелачивания изотопов радия при фильтрации пластовой природной воды по пласту, что не вызывает изменения геохимических параметров пласта. Изменение геохимических параметров пласта начинается после прорыва закачиваемой пресной воды в пласт.
Для определения зависимости изменения концентрации радия в попутно добываемых водах были проведены сбор и обработка исходных данных, создана база радиохимических данных. Для определения изменения удельной активности радия в попутно добываемых водах девонских отложений Ромашкинского месторождения отбирались пробы добываемой продукции с устья добывающих скважин опытных участков, смесь продукции на ДНС, сточная вода на установках предварительного сброса воды и на входе товарных парков, очистных сооружений. К рассмотрению были привлечены результаты анализов проб, отобранных в разное время. Поскольку характер изменения удельной активности радия в попутно добываемых водах на всех площадях одинаковый, более детально этот процесс рассмотрен на примере Восточно-Сулеевской площади Ромашкинского месторождения. В промышленную разработку Восточно-Сулеевская площадь вступила в 1956 году. Первая стадия разработки продолжалась по 1960 год. Как следует из анализа результатов, полученных в результате сбора промысловых данных, на этой стадии разработки значимого отложения солей с повышенным содержанием ПРН на технологическом оборудовании не происходило. И хотя попутно добываемая вода в этот период характеризовалась максимальными значениями удельной активности радия, в связи с минимальной обводненностью продукции, общее количество радия, выносимого с добываемой жидкостью, было незначительным. Вторая стадия, стадия максимальных уровней добычи нефти, длилась 15 лет (с 1961 по 1975 годы). Обводненность продукции нарастала высокими темпами и к концу периода достигла 57%. Произошел переход на механизированный способ добычи нефти. Данный период характеризуется снижением удельной активности радия в попутно добываемых водах. Однако, общая активность радия, извлекаемого с жидкостью на поверхность, резко возросла и достигла максимальных значений. На этой стадии разработки произошел прорыв закачиваемых пресных вод в скважины, что привело к отложению радиобарита на скважинном оборудовании. Этот факт регистрировался при гамма-каротаже скважин. С 1976 года площадь вступила в третью стадию разработки, длившуюся пять лет, и характеризовавшуюся ежегодным снижением добычи нефти. Удельная активность радия в попутно добываемых водах плавно снижалась, общая активность извлекаемого радия прошла через максимум и также начала снижаться. Применение третичных методов увеличения нефтеотдачи пластов на объектах Восточно-Сулеевской площади было начато с 1972 года закачкой оторочек серной кислоты. При этом содержание сульфат ионов в закачиваемой воде увеличилось кратно, что увеличило количество скважин, осложнившихся отложениями солей с природными радионуклидами [127]. Четвертая завершающая стадия разработки площади началась в 1981 году. Для этого этапа характерна высокая обводненность продукции. На начальном этапе данной стадии разработки также происходило плавное снижение удельной активности вод с последующей стабилизацией на уровне в среднем 5 Бк/л [126]. На рисунке 9 приведена динамика изменения удельной активности радия в попутно добываемых водах и обводненности добываемой жидкости. Видно, что большая часть высокоактивных попутно добываемых вод извлекается на начальных стадиях разработки. В дальнейшем происходит падение удельной активности радия в воде.
На рисунке 10 построена зависимость удельной активности радия в попутно добываемой воде от обводненности добываемой продукции в процессе разработки Восточно-Сулеевской площади. По данной зависимости видно, что резкое падение удельной активности наблюдается с величин обводненности больше 30 %. При этом величина удельной активности радия в попутно добываемых водах снижается с 50 до 10 Бк/л на завершающих стадиях разработки при извлечении двух поровых объемов закачиваемой воды для поддержания пластового давления (рисунок 13).
Зависимость удельной активности радия в попутно добываемых водах от величины обводненности в процессе разработки Восточно-Сулеевской площади Ромашкинского месторождения
В процессе разработки Ромашкинского месторождения произошло снижение минерализации попутно добываемых вод. По обобщенным данным снижение минерализации вод залежей Д0 и Д! сопровождалось уменьшением концентрации ионов хлора, натрия и увеличением содержания сульфат-ионов. На рисунке 11 показано изменение величины минерализации попутно добываемой воды во времени. В целом характер изменения минерализации вод и удельной активности радия в водах совпадают.
