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注水神器可解決邊際油田困局

注水神器可解決邊際油田困局

NOV公司另辟蹊徑,開發出可部署在海床上的水處理設備。Seabox模塊具有極高的靈活性與可靠性,可提高采收率,降低投資成本,完美解決邊際油田開發成本高的困局。

作者丨二丫

在油田開發初期,工程師們需苦心研究地層特性,以確保適當的油藏與注水管理。注水是最常用的二次采油方法,也是提高采收率(EOR)的一種手段。但注水通常會引起作業者的擔憂,因為優質的水是優化采油的必要條件。注入劣質水,例如未經處理的海水,會對地層產生不利影響,包括儲層堵塞、結垢、腐蝕以及儲層酸化等。在平臺上安裝水處理設備可解決作業者的缺水之痛,并能避免上述負面影響,但水處理設備的設計受到平臺承重與空間的限制。

二次采油的有效性會因以下原因而變得復雜:1)注入水與地層水之間的相容性;2)可用注水井的數量有限,限制了驅油效率;3)注入水到達油藏的位置。此外,越來越多的邊際新發現迫使油氣行業重新思考現有技術,以改善二次開采技術,提高邊際油田的開發利潤。

海底水處理

為了解決水質問題,國民油井華高公司(NOV)開發出Seabox技術,將水處理轉移到海床,就可擺脫平臺的種種束縛。由于不依賴于配套的平臺設施,海底系統使水處理更加有效并降低了成本。該系統固有的靈活性使作業者可以大顯身手,無論何時何地,都能夠執行水處理作業。

該模塊由三大部分組成:1)底座;2)靜止室;3)處理裝置,如圖1。每個組件在系統中各司其職。該模塊占地面積為13×13×8m,由纖維增強復合材料(FRP)構成,可抵抗腐蝕。它每天能夠處理四萬桶未經處理的海水,但在某些應用中可以增加到每天六萬桶。水處理裝置中存在壽命較短的組件,需要每四年進行一次維護,包括系統電源與控制模塊,以及對水處理至關重要的電極。底座是模塊的基礎結構。靜止室是一個沉淀池,用于氯浸泡與固體沉降。

注水神器可解決邊際油田困局

圖1 靜止室的橫截面可觀察到蜂窩結構,延長停留時間可實現有效的氯浸泡與固相沉降。

處理過程

在水處理裝置的入口處,未經處理的海水直接流過電解氯化反應池。當反應池的正負極與海水反應時,會產生次氯酸鈉,如圖3所示。這是一種常用水消毒法。海水停留在靜止室內,水處理模塊可提供足夠的時長,確保對未經處理的海水執行最佳的消毒與抗菌。靜止室內的停留時間為1至2小時,具體取決于通過靜止室的流道。靜止室及其內部蜂窩狀結構的次要用途是沉淀固體。

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圖2 海底模塊擁有兩個處理過程,都位于裝置內部,可產生次氯酸鈉與羥基自由基。

海水從靜止室返回到處理裝置,當消毒后的海水進入生成羥基自由基的反應池時,在那里,它會進行第二道處理過程。該系統利用摻雜硼的金剛石電極生成羥基自由基,羥基自由基具有極高的活性,可用于進一步分解有機物質,或殺死細菌,分解死去的有機物。通過這些處理過程,海底模塊在注水點附近提供高質量的水,以提高驅油效率,或作為預處理,為基質驅油、低礦化度或低硫水應用持續調整水質。

提高采收率

水驅作為二次采油方法用于世界各地,通常是提高油氣采收率的首選方案。一般來說,水處理設施占地面積大,需要大量的前期投資,而且還需要持續投入額外的運營成本。海底水處理方案與平臺設施分離,并可根據油藏的需求逐步進行水處理,更加靈活,而不是將整個提高采收率方案建立在幾口探井的基礎上。

Seabox模塊可部署在50米至3000米的水深范圍內,可以集成到任何對采油有積極影響的應用中。對于未開發區塊以及老油田,水質要求與集成設施是不同的,需要提供獨立的方案以提高驅油效率。

在迫切需求注水的油田中,該模塊可與現有的平臺處理設備相結合,以確保注入的水質比現有方法的水質更好??刂片F有平臺處理設備的供水口,將水注入Seabox模塊的消毒與固體清除系統進行處理。無需過多調整平臺設施,就可以優化現有設備處理后的水質。該模塊還可安裝在平臺設施的底部,以增加水處理能力。

提高經濟效益

隨著邊際油田的數量不斷增加,必須設計新技術,使邊際油田的開發在經濟上更具可行性。改善邊際井的一種方法是回接,這可以延長現有采油設施的使用壽命。對于開發新油田而言,回接技術變的愈發重要,海底處理模塊是一種經濟高效的解決方案,適用于需要注水的回接應用。

在此應用中,模塊唯一需要與平臺連接的是通信與電源。無需利用高壓長管道將水泵入井中,也無需注入化學藥劑。得益于該模塊與平臺基礎設施分離,因此它可部署至離平臺更遠的位置,使二次采油更加靈活。它還降低了水中的固相含量,并為儲層提供消毒后的水。

NOV公司還在開發一種針對低鹽度和/或低硫酸水的整套海底解決方案。通過將整個水處理過程移至海底,注水方案可完全獨立于平臺設計與平臺限制。

現場測試

2018年2月,在水深220米的挪威Stavanger海岸安裝了首個全尺寸裝置,如圖3所示。通過540米長的管道將水泵至平臺,處理后又排放到海里。安裝該設備的兩個主要目標是在三個月的測試中獲取作業經驗,并驗證模塊的處理能力。根據石油行業的實際情況制定了測試程序,并由第三方進行采樣與分析。目的是驗證消毒與固相清除能力的理論計算。海底水處理模塊平均清除了60%的固相顆粒,這還僅是依靠沉降。

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圖3 在Stavanger海岸準備進行安裝的全尺寸測試模塊

普通異養細菌與硫酸鹽還原菌的測量結果已經低于可檢測限度,這表明通過電化學產生的次氯酸鈉,加上足夠的停留時間,以及生成的羥基自由基,完全殺死了水中的細菌。在整個測試期間,水處理模塊表現出優異的穩定性與一致性,無論處理何種水質的海水,都具有穩定的固相去除與消毒能力。

2018年8月,該公司將一套全尺寸設備安裝于北海油田,以進行現場測試。該模塊已成為北海作業者評估項目的一部分,目的是研究該模塊是否有能力延長油田生產壽命,并提高開發邊際油田的可行性。該模塊于9月份在水深75米處投入使用。計劃于2019年第二季度完成該測試。根據API 17N標準,Seabox模塊現已被評定為技術就緒級別(TRL) 6。

價值

Seabox海底水處理技術為作業者提供了優化油藏管理的能力。該模塊不受平臺空間的限制,利用無限的海底面積,可顯著減少平臺基礎設施的占地面積,并且作業者將獲得更大的靈活性,以整合適用于特定油藏的水處理方案。該模塊通過減少平臺維護以及海上作業人員數量,來降低水處理相關的運營成本,并且可以實現向無人平臺的轉變。

海底水處理過程沒有添加化學品。次氯酸鈉與羥基自由基都是基于電化學反應產生的,其中化學反應過程可溶解于海水中,不會對環境造成影響。該模塊的功率低于10kW,比具有相同處理能力的類似水處理地面設備少約50倍。該模塊固有的靈活性使油田開發的前期投資更少。它避免了調整現有設施而產生的不必要開支。

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