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注水神器可解决边际油田困局

注水神器可解决边际油田困局

NOV公司另辟蹊径,开发出可部署在海床上的水处理设备。Seabox模块具有极高的灵活性与可靠性,可提高采收率,降低投资成本,完美解决边际油田开发成本高的困局。

作者丨二丫

在油田开发初期,工程师们需苦心研究地层特性,以确保适当的油藏与注水管理。注水是最常用的二次采油方法,也是提高采收率(EOR)的一种手段。但注水通常会引起作业者的担忧,因为优质的水是优化采油的必要条件。注入劣质水,例如未经处理的海水,会对地层产生不利影响,包括储层堵塞、结垢、腐蚀以及储层酸化等。在平台上安装水处理设备可解决作业者的缺水之痛,并能避免上述负面影响,但水处理设备的设计受到平台承重与空间的限制。

二次采油的有效性会因以下原因而变得复杂:1)注入水与地层水之间的相容性;2)可用注水井的数量有限,限制了驱油效率;3)注入水到达油藏的位置。此外,越来越多的边际新发现迫使油气行业重新思考现有技术,以改善二次开采技术,提高边际油田的开发利润。

海底水处理

为了解决水质问题,国民油井华高公司(NOV)开发出Seabox技术,将水处理转移到海床,就可摆脱平台的种种束缚。由于不依赖于配套的平台设施,海底系统使水处理更加有效并降低了成本。该系统固有的灵活性使作业者可以大显身手,无论何时何地,都能够执行水处理作业。

该模块由三大部分组成:1)底座;2)静止室;3)处理装置,如图1。每个组件在系统中各司其职。该模块占地面积为13×13×8m,由纤维增强复合材料(FRP)构成,可抵抗腐蚀。它每天能够处理四万桶未经处理的海水,但在某些应用中可以增加到每天六万桶。水处理装置中存在寿命较短的组件,需要每四年进行一次维护,包括系统电源与控制模块,以及对水处理至关重要的电极。底座是模块的基础结构。静止室是一个沉淀池,用于氯浸泡与固体沉降。

注水神器可解决边际油田困局

图1 静止室的横截面可观察到蜂窝结构,延长停留时间可实现有效的氯浸泡与固相沉降。

处理过程

在水处理装置的入口处,未经处理的海水直接流过电解氯化反应池。当反应池的正负极与海水反应时,会产生次氯酸钠,如图3所示。这是一种常用水消毒法。海水停留在静止室内,水处理模块可提供足够的时长,确保对未经处理的海水执行最佳的消毒与抗菌。静止室内的停留时间为1至2小时,具体取决于通过静止室的流道。静止室及其内部蜂窝状结构的次要用途是沉淀固体。

注水神器可解决边际油田困局

图2 海底模块拥有两个处理过程,都位于装置内部,可产生次氯酸钠与羟基自由基。

海水从静止室返回到处理装置,当消毒后的海水进入生成羟基自由基的反应池时,在那里,它会进行第二道处理过程。该系统利用掺杂硼的金刚石电极生成羟基自由基,羟基自由基具有极高的活性,可用于进一步分解有机物质,或杀死细菌,分解死去的有机物。通过这些处理过程,海底模块在注水点附近提供高质量的水,以提高驱油效率,或作为预处理,为基质驱油、低矿化度或低硫水应用持续调整水质。

提高采收率

水驱作为二次采油方法用于世界各地,通常是提高油气采收率的首选方案。一般来说,水处理设施占地面积大,需要大量的前期投资,而且还需要持续投入额外的运营成本。海底水处理方案与平台设施分离,并可根据油藏的需求逐步进行水处理,更加灵活,而不是将整个提高采收率方案建立在几口探井的基础上。

Seabox模块可部署在50米至3000米的水深范围内,可以集成到任何对采油有积极影响的应用中。对于未开发区块以及老油田,水质要求与集成设施是不同的,需要提供独立的方案以提高驱油效率。

在迫切需求注水的油田中,该模块可与现有的平台处理设备相结合,以确保注入的水质比现有方法的水质更好。控制现有平台处理设备的供水口,将水注入Seabox模块的消毒与固体清除系统进行处理。无需过多调整平台设施,就可以优化现有设备处理后的水质。该模块还可安装在平台设施的底部,以增加水处理能力。

提高经济效益

随着边际油田的数量不断增加,必须设计新技术,使边际油田的开发在经济上更具可行性。改善边际井的一种方法是回接,这可以延长现有采油设施的使用寿命。对于开发新油田而言,回接技术变的愈发重要,海底处理模块是一种经济高效的解决方案,适用于需要注水的回接应用。

在此应用中,模块唯一需要与平台连接的是通信与电源。无需利用高压长管道将水泵入井中,也无需注入化学药剂。得益于该模块与平台基础设施分离,因此它可部署至离平台更远的位置,使二次采油更加灵活。它还降低了水中的固相含量,并为储层提供消毒后的水。

NOV公司还在开发一种针对低盐度和/或低硫酸水的整套海底解决方案。通过将整个水处理过程移至海底,注水方案可完全独立于平台设计与平台限制。

现场测试

2018年2月,在水深220米的挪威Stavanger海岸安装了首个全尺寸装置,如图3所示。通过540米长的管道将水泵至平台,处理后又排放到海里。安装该设备的两个主要目标是在三个月的测试中获取作业经验,并验证模块的处理能力。根据石油行业的实际情况制定了测试程序,并由第三方进行采样与分析。目的是验证消毒与固相清除能力的理论计算。海底水处理模块平均清除了60%的固相颗粒,这还仅是依靠沉降。

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图3 在Stavanger海岸准备进行安装的全尺寸测试模块

普通异养细菌与硫酸盐还原菌的测量结果已经低于可检测限度,这表明通过电化学产生的次氯酸钠,加上足够的停留时间,以及生成的羟基自由基,完全杀死了水中的细菌。在整个测试期间,水处理模块表现出优异的稳定性与一致性,无论处理何种水质的海水,都具有稳定的固相去除与消毒能力。

2018年8月,该公司将一套全尺寸设备安装于北海油田,以进行现场测试。该模块已成为北海作业者评估项目的一部分,目的是研究该模块是否有能力延长油田生产寿命,并提高开发边际油田的可行性。该模块于9月份在水深75米处投入使用。计划于2019年第二季度完成该测试。根据API 17N标准,Seabox模块现已被评定为技术就绪级别(TRL) 6。

价值

Seabox海底水处理技术为作业者提供了优化油藏管理的能力。该模块不受平台空间的限制,利用无限的海底面积,可显著减少平台基础设施的占地面积,并且作业者将获得更大的灵活性,以整合适用于特定油藏的水处理方案。该模块通过减少平台维护以及海上作业人员数量,来降低水处理相关的运营成本,并且可以实现向无人平台的转变。

海底水处理过程没有添加化学品。次氯酸钠与羟基自由基都是基于电化学反应产生的,其中化学反应过程可溶解于海水中,不会对环境造成影响。该模块的功率低于10kW,比具有相同处理能力的类似水处理地面设备少约50倍。该模块固有的灵活性使油田开发的前期投资更少。它避免了调整现有设施而产生的不必要开支。

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