Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка экологически безопасной технологии электрокоагуляционной деминерализации нефтяных сточных пластовых вод

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Разработка экологически безопасной технологии электрокоагуляционной деминерализации нефтяных сточных пластовых вод"

На правах рукописи

у

Ганоцкая Елена Дмитриевна

РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННОЙ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ СТОЧНЫХ ПЛАСТОВЫХ ВОД (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ДЫШ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ)

Специальность: 03.02.08 - Экология (технические науки)

(в нефтегазовой отрасли)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 МАР 2015

005560433

Краснодар-2015

005560433

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном

бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Буков Николай Николаевич

Официальные оппоненты: Боковикова Татьяна Николаевна

доктор технических наук, профессор кафедры химии, метрологии и стандартизации ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар Ларина Оксана Геннадьевна кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии переработки нефти и промышленной экологии института нефти и газа ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», г. Ставрополь

Ведущая организация: ООО «РН-Краснодарнефтегаз», г. Краснодар

Защита состоится «24» апреля 2015 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.100.08 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2 ауд. Г-248

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (www.kubstu.ru).

Автореферат разослан «20» февраля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Производственная деятельность нефтедобывающих предприятий оказывает значительное воздействие на природные комплексы и компоненты экосистем, что приводит к изменениям природной среды и формированию так называемых природно-техногенных экосистем. Исследования различных экологических аспектов в процессе оценки воздействия таких систем на окружающую среду и регулирования последствий такого воздействия позволяют расширить и углубить представления о нефтепромысловом техногенезе, а также его влиянии на трансформацию компонентов окружающей природной среды. С учетом приоритетного развития Краснодарского края как рекреационного региона, вопрос о его загрязнении (в том числе в результате деятельности нефтедобывающих предприятий) стоит особенно остро. Прогрессирующий рост накапливаемых ежегодно опасных нефтяных загрязнений при отсутствии мероприятий по их утилизации приводит к изъятию земельных и водных ресурсов на длительные сроки. При этом проявление последствий негативного воздействия происходит с течением времени, иногда значительно позднее момента попадания загрязнителя в окружающую среду.

В настоящий момент актуальной проблемой является определение статуса и возможностей использования сточных пластовых вод, образующихся на нефтедобывающих предприятиях. Средняя обводненность продукции при добыче нефти в Краснодарском крае превышает 85 %, таким образом, с одной тонной нефти добывается около шести тонн воды. В связи с этим отнесение подтоварных пластовых вод к отходам производства значительно затрудняет эксплуатацию нефтяных и газовых месторождений на поздних стадиях их разработки.

Как показали результаты последних исследований, существующая в настоящее время на нефтепромыслах схема закачки сточных вод обратно в пласт с добавлением реагентов для повышения нефтеотдачи, приводит к значительному изменению химического состава пластовых вод, что,

безусловно, влияет на состояние недр, а также создает угрозу распространения загрязнения в другие водоносные горизонты.

В решении этой проблемы одной из основных задач является очистка нефтесодержащих сточных пластовых вод с целью достижения устойчивых характеристик природной среды с допустимыми параметрами загрязнений, а также возможного извлечения из оборотных вод товарных компонентов. Тем более, по данным проведенных ранее исследований, применение очищенной сточной пластовой воды с пониженной минерализацией для заводнения нефтяных коллекторов позволяет в ряде случаев повысить коэффициент извлечения нефти. Это создает предпосылки для создания на нефтепромысле замкнутой системы водоснабжения, что ведет к рациональному использованию природных ресурсов (вследствие существенного сокращения потребления воды поверхностных источников водоснабжения для заводнения пластов).

Существующие в настоящее время способы очистки сточных пластовых вод либо дорогостоящи, либо не обеспечивают достаточной степени очистки, а также требуют сооружать на промысле громоздкие системы объектов вспомогательного назначения (реагентное хозяйство, шламовые амбары и т.д.). В связи с этим большой теоретический и практический интерес представляет анализ возможности использования электрокоагуляционного метода очистки сточных пластовых вод.

Регулирование состава пластовых вод, возвращаемых в нефтеносные горизонты, в результате изменения параметров электрокоагуляции:

- позволит снизить их опасность для природных и техногенных систем;

- повлияет на коэффициент извлечения нефти;

- позволит снизить потребление поверхностных вод для заводнения;

- откроет дополнительные возможности для извлечения ценных

компонентов.

Цель исследования разработка экологически безопасной технологии деминерализации нефтяных сточных пластовых вод на примере вод месторождения Дыш.

Для реализации поставленной цели исследования были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Изучение компонентного состава пластовых вод месторождения Дыш и определение основных тенденций его изменения за время добычи нефти.

2. Экспериментальное использование электрокоагуляции для регулирования минерального состава пластовых вод.

3. Определение уровня деминерализации возвратных пластовых вод в цикле замкнутого водоснабжения нефтепромысла.

4. Разработка технологической схемы деминерализации и рекомендаций по применению деминерализованной пластовой воды месторождения Дыш для заводнения.

5. Разработка рекомендаций по извлечению ценных компонентов из сточных пластовых вод месторождения Дыш.

Методы исследований При выполнении работы использовался электрокоагуляционный способ очистки сточных вод, стандартные методы количественного химического анализа, электрохимические методы и методы математического анализа, а также методики проведения исследований и измерений, разработанные в процессе выполнения диссертационной работы.

Научная новизна

1. Предложена обобщающая классификации пластовых вод в зависимости от их места в цикле нефтедобычи.

2. Впервые проведен анализ изменения химического состава пластовых вод месторождения Дыш в результате применения методов увеличения нефтеотдачи.

3. Обоснована необходимость очистки пластовых вод, особенно на месторождениях длительных сроков эксплуатации, для снижения антропогенного воздействия нефтегазовой отрасли на окружающую среду и предупреждения последствий загрязнения окружающей среды.

4. Установлено, что электрокоагуляционная очистка сточных пластовых вод приводит к закономерному изменению их минерального состава.

5. Доказано предположение о связи порогового содержания ионов металлов жесткости (Са2+, М§2+) с минеральным составом коллектора.

6. Проведен анализ возможности регуляции процесса электрокоагуляционной очистки посредством изменения напряжения, подаваемого на установку.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты исследований изменения состава сточных вод месторождения Дыш за время добычи нефти и анализ влияния нефтедобычи на изменение состава пластовых вод.

2. Возможность использования электрокоагуляционного метода очистки сточных пластовых вод нефтяных месторождений для изменения минерального состава с целью разработки экологически безопасного метода повышения коэффициента извлечения нефти и снижения техногенного воздействия нефтедобывающих предприятий на окружающую среду.

3. Результаты экспериментальных исследований деминерализации сточных пластовых вод месторождения Дыш электрокоагуляционным методом.

4. Рекомендации по извлечению ценных компонентов из пластовых вод месторождения Дыш.

Практическая значимость и реализация результатов работы

По результатам проведенных исследований показана технологическая целесообразность деминерализации сточных пластовых вод месторождения Дыш для повышения коэффициента извлечения нефти и снижения техногенного воздействия на окружающую среду.

Проведен расчет предотвращенного экологического ущерба для водных объектов курорта Горячий ключ при применении предлагаемой технологии очистки сточных пластовых вод.

Разработаны технологические режимы извлечения ценных компонентов, таких как бор, бром, литий из пластовых вод и предложена схема технологических процессов

Полученные результаты нашли отражение в отчетах по НИР ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет». Методические разработки

внедрены в учебный процесс студентов, специализирующихся по направлениям подготовки 280200.62 - «Защита окружающей среды», 280700.62 -«Техносферная безопасность».

Результаты исследований могут быть использованы как исходные данные для анализа возможности использования электрокоагуляционного метода очистки сточных пластовых вод и оценки возможного экологического ущерба при попадании загрязняющих веществ, содержащихся в пластовых водах, в окружающую среду, а именно: в водные объекты.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечены современными методами и средствами исследований, использованием статистических методов обработки информации, подтверждением теоретических положений экспериментальными данными.

Личный вклад автора заключается з анализе поставленной проблемы, формулировании задач исследования и проведении экспериментальных лабораторных исследований предлагаемого способа деминерализации сточных пластовых вод; анализе результатов и формулировке выводов проведенных исследований.

Реализация результатов работы Использование научных и экспериментальных результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждено актами, выданными ООО «Современные технологии», ООО НПО «Приоритет».

Апробация работы Основные теоретические положения и результаты проведенных исследований были доложены на V Открытой научно-технической конференции «Инновации молодежи - потенциал развития нефтегазовой отрасли», Астрахань, 2013 г.; VI Международной научно-практической конференции «Теория и практика актуальных исследований», г. Краснодар, 2014 г.; XI Международной научно-практической конференции «Интеграция науки и практики как механизм эффективного развития современного общества», г. Москва, 2014 г.

Публикации По результатам работы опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, 3 тезиса Международных конференций.

Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 155 страницах, содержит 25 таблиц, 30 рисунков и состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы, включающего 137 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Первая глава посвящена анализу состава и влияния сточных пластовых вод на природные и техногенные системы, рассмотрены физико-географические и другие особенности Краснодарского края как нефтедобывающего региона. Отмечены экологические аспекты нефтедобывающей отрасли Краснодарского края и проведена оценка их воздействия на окружающую среду.

Краснодарский край является уникальным регионом России по особенностям географического положения, разнообразию природных условий, почвенных и климатических ресурсов, поверхностных и подземных вод, видов растительного и животного мира.

Одновременно с этим в Краснодарском крае ведется добыча полезных ископаемых, в частности, нефти и газа. Растущая с каждым годом антропогенная нагрузка, а также отсутствие утвержденных зон округов санитарной охраны источников водоснабжения не позволяет эффективно регулировать хозяйственную деятельность на территории курортов (в частности, курорта Горячий ключ). Нерациональное использование объектов рекреационного назначения ведет к деградации экосистем курортных районов.

Рассмотрена схема оборота пластовых вод при добыче нефти, предложена классификация пластовых вод в зависимости от их места в цикле нефтедобычи, даны характеристики различных видов пластовых вод нефтяных

месторождений Краснодарского края, рассмотрены используемые в настоящее время способы их утилизации и применения для заводнения коллекторов и извлечения ценных компонентов.

Сточные пластовые воды представляют собой многокомпонентную смесь, в состав которой в различных объемных соотношениях входят:

- пластовая подошвенная, контурная и законтурная вода водонапорной системы;

- фильтрат бурового раствора;

- технические жидкости, закачиваемые в скважины в процессе их эксплуатации;

- конденсационная вода;

- остаточная порово-капиллярная вода.

Сточные пластовые воды способны нанести непоправимый ущерб объектам окружающей природной среды (особенно поверхностным и подземным водам) из-за их значительных объемов и высокой концентрации токсичных веществ. При этом опасное загрязнение природных вод возможно как при сбросе в них неочищенных вод, так и при разливе, смыве, переносе загрязнителей в водоемы, водотоки, грунтовые и подземные воды. В тоже время, заводнение в настоящее время является распространенным методом, позволяющим резко увеличить нефтеотдачу пласта (в отдельных случаях до 70 %).

Обычно для заводнения пласта используют воду с достаточно большой концентрацией солей, так как считается, что:

1. Пресная вода обладает меньшей плотностью, чем минерализованная, и обладает худшими нефтевытесняющими свойствами (в связи с чем её применение для увеличения нефтеотдачи пласта нерационально).

2. При наличии в природной зоне нефтяных коллекторов глинистых минералов под воздействием нагнетаемой пресной воды снижается приемистость скважин и проницаемость пласта вследствие разбухания глин,

которое обычно развивается при контакте с пресными водами и значительно снижается при использовании вод высокой минерализации.

3. Низкоминерализованное заводнение может приводить к опреснению пластовых вод, что способствует образованию гипсовых отложений в скважинах, на нефтепромысловом оборудовании, системе сбора, подготовки нефти и воды, а также в призабойной зоне пласта.

В тоже время, согласно данных исследований последних 20 лет, использование низкоминерализованной воды для заводнения на песчаных кернах истощенных нефтяных коллекторов позволяет существенно увеличить добычу нефти по сравнению с использованием высокоминерализованной воды. Согласно литературным данным, предполагаемой причиной возникающего эффекта является ионный обмен между слагающей пласт породой и водой.

Вторая глава посвящена исследованию изменения химического состава пластовых вод месторождения Дыш в результате применения методов увеличения нефтеотдачи (МУН) и электрокоагуляционной (ЭК) очистке пластовых вод. Приведены основные сведения о нефтяном месторождении Дыш. Описаны методы и приборы исследования. Проведен анализ результатов исследования.

Пластовые воды четырех скважин месторождения Дыш, которым были присвоены условные номера 1-4, были исследованы на общую минерализацию, водородный показатель рН, содержание ионов Са2+, М§2+, БО/", С1", НС03". Также была проведена термическая обработка сухого остатка.

Результаты анализов показали, что общая минерализация используемых образцов пластовых вод составляет 10,7 — 11,1 г/л, что позволяет отнести их по степени минерализации к соленым пластовым водам. Водородный показатель рН для исследуемых образцов колеблется в пределах 8,30 - 8,45.

Результаты исследования пластовых вод на содержание анионов БО^ СГ НСОз" приведены в таблице 1. Номера проб соответствуют условно присвоенному номеру скважины.

Таблица 1 - Результаты исследования пластовых вод на содержание некоторых анионов, мг/л

Проба, № БО/" СГ НСОз" Вг" I"

1 7,4 4076 3843 71,3 20,7

2 6,6 4254 3904 69,5 24

3 7,4 4431 3843 70,5 23,8

4 8,2 4254 3660 68,7 23,5

Результаты исследования пластовых вод на содержание некоторых катионов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты исследования пластовых вод на содержание некоторых катионов, мг/л

Проба, № Ре2т Са2+ Г Ы В

1 68,4 0,08 86 33 3419 1,3 40,8

2 72,0 0,12 100 35 3781 1,2 43

3 72,0 0,21 100 34 3437 1,2 42,5

4 66,0 0,19 70 33 3439 1,2 41,7

Анализ данных таблиц 1 и 2 позволяет считать, что основными компонентами минерального состава представленных на исследование образцов пластовых вод в настоящее время являются хлориды и бикарбонаты натрия, кальция и магния.

В результате проведенных исследований выявлено, что в результате применения на месторождении Дыш начиная с 2002 г. МУН, таких как высокоминерализованное и полимерное заводнение, химический состав пластовых вод значительно изменился. При этом общая минерализация увеличилась примерно в 36 раз. Таким образом, мы экспериментально подтвердили воздействие закачиваемой воды на химический состав пластовых вод месторождения.

Сравнительная диаграмма изменения содержания некоторых компонентов за период с 2002 г. по 2013 г. приведена на рисунке 1. Данные о химическом составе пластовых вод на 2002 г. приняты по отчетам о НИР для месторождения Дыш.

и

Полученные данные подтверждают высказанное ранее предположение о необходимости применения для заводнения очищенной сточной пластовой воды с пониженной минерализацией.

12000 ! .................................................................................................................

10000

8000

=г

го о.

О)

=г

о

6000

4000 4

2000

Рисунок 1 - Диаграмма изменения содержания некоторых компонентов в пластовых водах за период с 2002 по 2013 гг.

ЭК очистку проводили на лабораторной установке, разработанной на кафедре общей, неорганической химии КубГУ, описанной ранее в работах Шохиной К. А. и Максимовича В. Г. Анализ состава пластовых вод после проведения электрокоагуляционной очистки показал, что концентрация ионов Са2+, М§2+ во всех образцах значительно понизилась (таблицы 3 - 6).

Полученные данные иллюстрируют возможность использования метода электрокоагуляционной очистки для влияния на ионный состав очищаемой воды.

Жесткость, мг-экв/л Содержание кальция, мг-экв/л Содержание магния, мг-экв/л

исходная после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции

10.00 2,10 4.30 0,55 5,70 1,55

Таблица 4 - Проба пластовой воды №2

Жесткость, мг-экв/л Содержание кальция, мг-экв/л Содержание магния, мг-экв/л

исходная после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции

11,00 3,00 5 0,75 6 2,25

Таблица 5 - Проба пластовой воды №3

Жесткость, мг-экв/л Содержание кальция, мг-экв/л Содержание магния, мг-экв/л

исходная после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции

11,00 1,20 5,00 0,60 6,00 0.60

Таблица 6 - Проба пластовой воды №4

Жесткость, мг-экв/л Содержание кальция, мг-экв/л Содержание магния, мг-экв/л

исходная после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляции исходное после электрокоагуляц ии

9,00 2,00 3.50 0,50 5,50 1.50

Графическое представление результатов анализа содержания ионов Са2+ и Мё2+ в исследуемых образцах представлено на рисунке 2.

Исходя из полученных результатов был сделан вывод, что снижение содержания ионов Са2+ в начальный период электрокоагуляционной очистки проходит более интенсивно, чем снижение ионов Так, концентрация ионов

Са2+ понизилась в среднем на 86,36 %, а концентрация ионов Ма2" — на 69,64 %.

Данный эффект может быть объяснен в рамках теории Пирсона большим сродством к гидроксиду железа(Ш) ионов кальция, чем более жестких ионов магния.

По данным результатов исследования, осаждение катионов металлов жесткости (М§2+, Са2+, Ре2+, Ре3+ и др.) происходит как на поверхности

13

электродов (данный эффект снижается в результате регулярного переключения полей электродов), что и было подтверждено методом рентгено-люминесцентного анализа, так и на хлопьях образующегося коагулянта Ре(ОН)3.

ю

9 8 7 6 5 4 3 2 1 О

12 10 8 6 4 2 О

^ Исходная

« После злектрокоагуляции

Рисунок 2 - Диаграмма изменения содержания ионов Са2+, Mg2+ (мг-экв/л) в воде, прошедшей электрокоагуляционную очистку

Также было исследовано влияние изменения уровня тока при ЭК очистке на понижение минерализации сточных пластовых вод.

Электрокоагуляция проводилась последовательно на трех одинаковых образцах пластовой воды с установленными на постоянном источнике тока напряжениями: 5, 10 и 17В.

12 10 8 6 4 2 О

Проба 2

'■ЩущШ I

жесткость содержание содержание кальция магния

жесткость содержание содержание кальция магния

Проба 3

жесткость содержание содержание кальция магния

Проба4

| | ■ 2

................

м V, 1 ».-., £, Ф /

жесткость содержание содержание кальция магния

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что с увеличением напряжения потенциостата электрокоагуляционной установки, увеличивается эффективность очистки от ионов Са2+ и М§2+ (рисунки 3, 4). Однако, при напряжении более 15 В длительное ведение процесса невозможно из-за поляризации электродов и резкого снижения силы тока в растворе. Вследствие этого, рекомендуемое напряжение для ведения электрокоагуляционной очистки составляет 10 — 13 В. Более того, судя по полученным результатам, подбором режима вольтамперных характеристик можно регулировать содержание ионов кальция и магния в очищаемых пластовых водах.

10

Напряжение, В

Рисунок 3 - График изменения концентрации ионов Са'

2+

70

СО

60

0? 4(1

к

к

* 40

« к 30

¡=г

■Т5

а- 20

и

и ЕГ 10

ГГ.

л

М и

V

10

Напряжение, В

Рисунок 4 - График изменения концентрации ионов

Таким образом, было показано, что ЭК очистка сточных пластовых вод от нефти одновременно приводит к снижению концентраций основных загрязнителей сточных пластовых вод и изменению минерального состава возвратных пластовых вод, а именно: происходит понижение содержания анионов С1~ (за счет перенапряжения на электродах) и ионов металлов жесткости (Са2+, М§2+, Бе3+) за счет сорбции на гелях гидроокиси железа (таблица 7).

Таблица 7 — Сравнительные концентрации загрязняющих веществ в пластовой

воде месторождения Дыш до и после электрокоагуляционной очистки

Наименование ПДК в водн. объектах, мг/л Класс опасности Усредненные значения, мг/л

До очистки После очистки

общая минерализация 10900 827

200/отс. 21- 3513,0 349,0

Са"+ отс. - 89 12,0

50 3 70 13,4

сг 0,0 3 4254 387,4

500 4 7,4 7,4

Ы02" 3,3 2 - -

С032" отс. - 260 не обнаружен

НС03" отс. - 3812,5 50,2

Ре3++Ре2+ 0,3 3 0,32 0,08

нефть 0,3 4 55,6 0,1

Так как одной из задач исследования является разработка рекомендаций по применению низкоминерализованной воды месторождения Дыш (воды после ЭК очистки), нами были проведены исследования возможности проведения низкоминерализованного заводнения на месторождении.

Как показали наши исследования, представленные для исследований образцы керна коллектора месторождения Дыш (рисунок 5), отвечают требованиям, обеспечивающим возможность увеличения коэффициента извлечения нефти (КИН) при деминерализации возвратных пластовых вод, используемых для заводнения.

Рисунок 5 - Опытные образцы керна коллектора месторождения Дыш.

Геолого-минеральный анализ керна показал, что он представляет собой песчаник мелкозернистый кварцевый, алевритистый, глауконистый. Зерна кварца окатанные (60%), поровое пространство заполнено неокатанными зернами алеврита (30%) кварцевого (от мелкодисперсного до среднедисперсного), тип цементации - корпорационный. Зеленые зерна глауколита (10%). Пористость средняя.

В лабораторных условиях были проведены эксперименты по вытеснению нефти из керна водой различной минерализации (таблица 8).

Таблица 8 - Результаты определения жесткости воды, применяемой для

заводнения

Вода, применяемая для заводнения Усредненный результат КХА, (±0,3 мг-экв/л).

Дистиллированная вода ОД*

Пластовая вода после ЭК очистки 1,7

Модифицированная (на уровне ПР породообразующих минералов) пластовая вода 3,2

Водопроводная вода 6,0

Пластовая вода до ЭК очистки 10,3

Пластовая вода с повышенным содержанием ионов жесткости (в 5 раз выше ПР минералов керна) 16,5

*- карбонатная жесткость

Усредненные результаты вытеснения нефти водой различной минерализации приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Усредненные результаты вытеснения нефти водой различной степени минерализации

Наименование вытесняющего агента Объем нефти в образце Объем извлеченной нефти КИН

Дистиллированная вода 50 мл 11,0 мл 0,22

Пластовая вода после ЭК обработки 50 мл 12,0 мл 0,24

Модифицированная пластовая вода 50 мл 12,5 мл 0,25

Водопроводная вода 50 мл 12,0 мл 0,24

Пластовая вода месторождения 50 мл 10,5 мл 0,21

Вода с повышенным содержанием солей жесткости 50 мл - -

Анализируя результаты эксперимента был сделан вывод, что наибольший КИН наблюдается при заводнении водой с содержанием ионов жесткости на уровне произведения растворимости (ПР) алеврита (модифицированная после ЭК очистки пластовая вода). Образцы воды с меньшим содержанием ионов жесткости (дистиллированная вода и пластовая вода после ЭК очистки) и пластовой воды до ЭК очистки хуже повлияли на вытеснение нефти. При применении в качестве вытесняющего агента пластовой воды с сильно (в 5 раз) повышенным содержанием ионов жесткости эффекта вытеснения не наблюдалось по причине «закупоривания» пор керна.

Таким образом, низкоминерализованная вода обладает лучшими нефтевымывающими свойствами, чем высокоминерализованная, однако возможности ее применения требуют дальнейших исследований.

Третья глава посвящена теоретическим разработкам по рекомендуемым схемам модификации пластовых вод, обеспечивающим возможность повышения КИН и извлечения ценных компонентов. Проведен расчет предотвращенного экологического ущерба и экономических затрат на проведение процесса электрокоагуляции.

Как показали наши исследования, понижение минерализации сточных пластовых вод месторождения Дыш в результате электрокоагуляции позволяет рекомендовать схему очистки, приведенную на рисунке 6, с целью снижения негативного воздействия на окружающую среду (недра, грунтовые воды) и повышения КИН данного месторождения.

Хлорирование

Реагенты

Водно-нефтяная эмульсия

А.

Очистка от нефти на отстойниках резервуарного парка Нефть на НПЗ

4 Сточная пластовая вода 1

Обеззараживание от серо-восстанавливающих бактерий

4

Фильтрация —> Осадок на утилизацию

4

Электрокоагулятор - Осадок на утилизацию

4

Приемный реактор-смеситель

4

Модифицированная пластовая вода

_í_

_В систему ППД_

Рисунок 6 - Рекомендуемая технологическая схема модификации пластовых вод нефтяных месторождений электрокоагуляцией

Водо-нефтяная эмульсия, попадая в отстойники резервуарного парка, разделяется на товарную нефть, которая подается на НПЗ и сточную пластовую воду. Пластовая вода при наличии серо-восстанавливающих микробов обеззараживается хлорированием, фильтруется и подается в электрокоагулятор. При этом эффективность очистки можно регулировать до необходимых значений при помощи регулирования напряжения, подаваемого на электрокоагулятор. Прошедшая обработку пластовая вода попадает в накопительный реактор, где при необходимости может быть подвергнута дальнейшей модификации (добавлению солей жесткости). Модифицированная пластовая вода подается в систему поддержания пластового давления.

В то же время, как было показано выше, пластовые воды месторождения Дыш содержат достаточно ценные продукты, которые желательно извлекать. В данном случае нами может быть рекомендована альтернативная схема, показанная на рисунке 7. В данном случае полученная вода может применяться не только для повторной закачки в пласт, но и для других производственных нужд предприятия.

Регенерированный экстрагент

Известковое молоко

Хлорид алюминия ТКГА

Соляная кислота

Гипохлорит натрия

Гипохлорит натрия

Пластовая вода

_А_

Очистка от нефти

Нефть на утилизацию

I

Пластовая вода

Реэкстракт

Окисление иодида

Стадии сорбции и десорбции

Кристаллизация йода

(Ь)

Окисление бромида

А.

Десорбция брома

А.

Конденсация брома (Вгг) |

В систему потребления технической воды (котельные, ППД, приготовление жидкости глушения и т.п.)

Рисунок 7 - Рекомендуемая технологическая схема переработки пластовых вод нефтяных месторождений с учетом извлечения ценных компонентов.

ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ состава пластовых вод месторождения Дыш Горячеключевского района Краснодарского края. Показано, что применение методов увеличения нефтеотдачи на месторождении привело к изменению химического состава пластовых вод, что создает угрозу воздействия на грунтовые воды.

2. Доказано, что электрокоагуляцнонная очистка сточных пластовых вод приводит не только к снижению концентрации нефти и других загрязнителей, но и к понижению содержания минеральных компонентов (катионов металлов жесткости и некоторых анионов: СГ, НС03" и др.)

3. Доказано, что пороговым содержанием ионов Са2+ и Mg2+ в сточных пластовых водах является значение произведение растворимости минералов, слагающих коллектор. Сделан вывод о преимущественном использовании железных, а не алюминиевых электродов при электрокоагуляционной очистке

4. Предложена технологическая схема электрокоагуляционной деминерализации сточных пластовых вод, приводящая к снижению техногенного воздействия на грунтовые воды и недра.

5. Установлено, что дополнительным положительным эффектом от внедрения предлагаемой технологической схемы может являться увеличение коэффициента извлечения нефти на месторождении Дыш.

6. Разработаны рекомендации по извлечению ценных компонентов (бор, литий, магний, бром и йод) из сточных пластовых вод месторождения Дыш.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации Научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России

1. Максимович, В.Г. Электрокоагуляцнонная очистка образцов сточных вод ЗПВ «Бугундырь» [Текст] / В.Г. Максимович, Г.Г. Попова, Д.И. Сахаров, Е.Д. Руденко, H.H. Буков, В.Т. Панюшкин // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2012. - № 10. - С. 18 - 20.

2. Антониади, Д.Г. О возможности использования низкоминерализованной воды для повышения нефтеотдачи месторождений Краснодарского края [Текст] / Д.Г. Антониади, О.В. Савенок, H.H. Буков, Е.Д. Ганоцкая, В.Т. Панюшкнн // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - №8. - С. 331-339.

3. Антониади, Д.Г. О возможности использования электрокоагуляции для деминерализации возвратных пластовых вод нефтяных месторождений Краснодарского края Текст] / Д.Г. Антониади, О.В. Савенок, H.H. Буков, Е.Д. Ганоцкая, В.Т. Панюшкин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - №8. - С. 340-345.

Статьи в других журналах, трудах Международных и Всероссийских конференций и семинаров

4. Руденко, Е.Д. Исследование возможности применения пластовых вод месторождений для увеличения нефтеотдачи пласта [Текст] // Материалы V Научно-технической конференции молодых специалистов и работников «Инновации молодежи - потенциал развития нефтегазовой отрасли». -Астрахань: ООО «Газпром добыча Астрахань», 2013. - С. 62 - 63.

5. Ганоцкая, Е.Д. О загрязнении недр и грунтовых вод в результате применения методов увеличения нефтеотдачи [Текст] / Е.Д. Ганоцкая, JI.O. Полякова // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. -2013. - №12 (59). - С. 75 - 77.

6. Ганоцкая, Е.Д. Анализ воздействия методов увеличения нефтеотдачи на призабойную зону пласта и окружающую среду [Текст] // Материалы VI Международной научно-практической конференции «Теория и практика актуальных исследований». - Краснодар, 2014 г. - Том II - С. 92 - 94.

7. Буков, H.H. Исследование возможности применения метода электрокоагуляционной очистки попутных пластовых вод для понижения общей минерализации [Текст] / H.H. Буков, Е.Д. Ганоцкая, JI.O. Полякова // Материалы XI международной научно-практической конференции «Интеграция науки и практики как механизм эффективного развития современного общества». - Москва, 2014 г. - С. 46 - 50.

8. Буков, H.H. Воздействие электрокоагуляционной очистки на концентрацию катионов жесткости в пластовых водах [Текст] / H.H. Буков, Е.Д. Ганоцкая, JI.O. Полякова // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2014. - №8 (98). - С. 107-109.

9. Ганоцкая, Е.Д. Исследование механизмов регулирования процесса электрокоагуляционной очистки пластовых вод / Е.Д. Ганоцкая, P.A. Мелконян, C.B. Самаркин // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2014. - №8 (98). - С. 110-112.

Ганоцкая Елена Дмитриевна

РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННОЙ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ СТОЧНЫХ ПЛАСТОВЫХ ВОД (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ДЫШ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18.02.2015. Формат 60x84 1/16 Печать трафаретная. Бумага тип. № 1. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 2134.3

Издательско-полиграфический центр Кубанского государственного университета 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.