Оптимизация процессов очистки попутной воды, содержащей жидкость обратного оттока после гидроразрыва пласта

При разработке газовых месторождений с низкопроницаемыми коллекторами смешивание жидкости обратного тока после гидроразрыва пласта (ГРП) с попутно добываемой водой приводит к значительному усложнению качественного состава воды, резкому росту показателей химического потребления кислорода (ХПК) и содержания взвешенных веществ, а также к перегрузке существующих систем водоочистки. В данной статье, посвященной решению специфических эксплуатационных задач конкретного газового месторождения, представлено экономически эффективное и надежное решение по очистке воды. Это решение, разработанное на основе комбинации методов окислительного разрушения геля, химической оптимизации и модификации технологического процесса, гарантирует, что очищенные сточные воды будут неизменно соответствовать нормативным требованиям для обратной закачки в пласт.

I. Проблемные аспекты эксплуатации месторождения: Влияние жидкости обратного тока ГРП на системы очистки попутно добываемой воды

На рассматриваемом газовом месторождении используется система гидроразрыва пласта на основе гуаровой камеди. В период интенсивного ввода в эксплуатацию новых скважин значительные объемы жидкости обратного тока ГРП смешивались с попутно добываемой водой, что привело к возникновению трех основных проблем:

Ухудшение качества воды: Уровень ХПК достигал пиковых значений, превышающих 3000 мг/л; содержание взвешенных веществ (ВВ) превышало 200 мг/л, а содержание нефтепродуктов существенно возрастало;

Неэффективность очистки: Существующая технологическая схема очистки («удаление нефтепродуктов + воздушная флотация + фильтрация») оказалась практически полностью неэффективной в отношении высокомолекулярной гуаровой камеди, что привело к срыву процессов флокуляции и седиментации;

Эксплуатационные трудности: Дозировка химических реагентов увеличилась вдвое, частота обратной промывки фильтров значительно возросла, а показатель соответствия очищенной воды нормам сброса снизился до 97%.

Пробы воды, использованные для проведения испытаний, были классифицированы по трем типам:

Стандартная попутно добываемая вода (Станция №10): Стабильное качество воды, относительно легко поддающаяся очистке;

Чистая жидкость обратного тока ГРП (Скважина DS-462): Высокий уровень ХПК, высокая вязкость, трудность биохимического разложения;

Смешанная попутно добываемая вода (Станция №16): Содержит примеси жидкости обратного тока ГРП; является репрезентативным образцом воды со сложным качественным составом, типичным для данного месторождения.

II. Верификация исходного технологического процесса: Неспособность справляться со сложным составом сточных вод

Сравнительные испытания очистки с использованием исходных химических реагентов, применяемых на объекте (коагулянт + флокулянт):

Стандартные пластовые воды: Результаты очистки были отличными и соответствовали нормативам для обратной закачки в пласт.

Жидкость обратного тока после ГРП: Фазовое разделение практически отсутствовало, флокуляция не наблюдалась, и очищенная вода не соответствовала нормативам ни по одному из параметров.

Смешанные пластовые воды: Образующиеся хлопья были мелкими и оставались во взвешенном состоянии; содержание нефти и уровень взвешенных веществ (ВВ) оставались выше допустимых пределов.

Вывод: В технологический процесс необходимо включить стадию окислительного разрушения геля для предварительной деградации высокомолекулярных органических соединений, с последующим проведением флокуляции и седиментации.

III. Оптимизация процесса: Окислительное разрушение геля + Точное дозирование реагентов — Комплексное одностадийное решение

1. Выбор оптимального окислителя: Гипохлорит натрия — наиболее подходящий вариант для применения на объекте

Сравнение четырех окислителей (при эквивалентной стоимости):

Реагент Фентона: Обеспечил наивысшую степень снижения химического потребления кислорода (ХПК), однако потребовал строгого соблюдения протоколов обращения и повлек за собой высокие эксплуатационные расходы.

Гипохлорит натрия: Продемонстрировал высокую эффективность, был легкодоступен, экономически выгоден и безопасен в обращении; в конечном итоге был выбран в качестве предпочтительного окислителя.

Функция: Расщепление длинноцепочечных структур гуаровой камеди, что приводит к снижению вязкости и уровня ХПК, а также обеспечивает условия для последующей флокуляции, позволяющей эффективно «захватывать и осаждать» взвешенные частицы.

2. Оптимальная рецептура химических реагентов (для типичных смешанных пластовых вод)

Окислитель (гипохлорит натрия): 700 мг/л

Регулятор pH (NaOH): 400 мг/л

Коагулянт: 450 мг/л

Органический флокулянт: 0,6 мг/л

3. Ключевые рабочие параметры

Время реакции окисления: 2 часа

Перемешивание и агитация: Обеспечение тщательного контакта между химическими реагентами и жидкостью для эффективного разрушения геля.

Нейтрализация: Корректировка уровня pH до нейтрального диапазона перед переходом к стадиям флокуляции и седиментации.

IV. Результаты очистки: стабильное соответствие стандартам и требованиям к обратной закачке

Очистка смешанных попутных вод со Станции № 16 с использованием оптимизированного технологического процесса позволила получить следующие параметры очищенных стоков:

Взвешенные вещества (SS): 4,67 мг/л (Норматив: ≤ 15 мг/л)

Содержание нефтепродуктов: 3,81 мг/л (Норматив: ≤ 30 мг/л)

Показатели мутности, ХПК (химического потребления кислорода) и скорости коррозии также соответствовали действующим стандартам.

Независимо от доли жидкости обратной фильтрации (флоубека) от гидроразрыва пласта, присутствующей в смеси, очищенные стоки стабильно соответствовали стандартам качества воды, необходимым для обратной закачки в газовое месторождение.

V. Инженерное решение: Двойная адаптивность — для модернизации существующих установок и для новых проектов

Решение 1: Модернизация существующей установки водоподготовки (Рекомендуется; низкий объем инвестиций)

Точка модификации: Введение гипохлорита натрия в резервуар для удаления нефти.

Преимущества: Эффективное использование существующего времени гидравлического удержания (> 2 часов); отсутствие необходимости в существенных изменениях технологической схемы.

Новое оборудование: Блок дозирования реагентов (на раме), насосы-дозаторы, мешалки.

Эффективность: В значительной степени обеспечивает соблюдение требований к очистке для сложных типов попутно добываемой воды.

Решение 2: Создание новой технологической схемы водоподготовки

Новое оборудование: Реактор окисления (блочно-модульного исполнения).

Технологическая схема: Удаление нефти и седиментация → Окислительное разрушение геля (2 часа) → Коагуляция и напорная флотация → Фильтрация → Обратная закачка (с соблюдением нормативов).

Преимущества: Высокая адаптивность и мобильность; способность эффективно работать при увеличении объемов добычи на газовых месторождениях, а также при колебаниях качества воды.

VI. Технические особенности и коммерческая ценность

Целенаправленное разрушение геля: Адресное решение проблем загрязнения, вызванных обратными потоками жидкостей гидроразрыва пласта (ГРП) на основе гуара.

Экономичность и эффективность: Точный контроль дозирования реагентов, низкие эксплуатационные расходы, простота внедрения в промысловых условиях.

Минимальное вмешательство в работу системы: Модернизация существующих установок требует лишь организации точек ввода реагентов, что обеспечивает минимальное время простоя.

Высокая универсальность: Применимо для сценариев добычи с высокой обводненностью, характерных для месторождений плотных газов, сланцевого газа, метана угольных пластов и аналогичных ресурсов.

Заключение

Благодаря применению технологического процесса, сочетающего окисление гипохлоритом натрия для разрушения геля с оптимизированными процессами флокуляции и седиментации, удается эффективно решить сложную задачу очистки попутной воды, загрязненной жидкостями обратного оттока после гидроразрыва пласта (ГРП), обеспечивая при этом стабильное соответствие очищенных стоков нормативным требованиям для обратной закачки. Данный процесс подходит как для модернизации существующих очистных сооружений, так и для реализации новых строительных проектов; он отличается низкими капитальными затратами, быстрым достижением результатов и стабильностью эксплуатации, что делает его предпочтительным решением для повышения качества и эффективности водоочистки на газовых месторождениях с низкой проницаемостью пластов.