XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Каждый год возникают прогнозы, на сколько еще лет хватит человечеству нефти и газа. Эти прогнозы очень разные: кто-то называет 20 лет, кто-то 50 лет, а кто-то даже 100 лет. Давайте поговорим о том, сколько же нефти у нас осталось, в каких запасах и как мы можем ее добывать.

Запасы нефти и газа можно подразделить на несколько категорий. К традиционным запасам относятся такие, которые экономически выгодно добывать при текущих технологиях, которые уже разработаны и доступны. Трудноизвлекаемыми называют те запасы, которые возможно добывать при снижении налоговых нагрузок или предоставлении каких-то льгот. Также выделяют нетрадиционные запасы — те запасы, для которых сейчас человечество не знает технологий добычи. Изначально нефть начинали извлекать методом фонтанной добычи: инженеры бурили скважину, после чего без помощи каких-либо насосов нефть сама вытекала на поверхность. В дальнейшем ее транспортировали и перерабатывали. Таким способом можно добывать нефть достаточно короткое время, потому что потом быстро падает давление в пласте, и мы не можем обеспечить самотек.

На следующем этапе включается механизированная добыча нефти, для которой необходимо установить либо штанговый насос для малодебетных скважин, либо погружной насос для более высокодебитных скважин. Эти методы разработки позволяют добыть только 10–20% от всех запасов, после чего нужно включить методы поддержания давления. Традиционно для этого используют закачку воды. Когда мы бурим сетку скважин, в часть скважин, которые называются нагнетательными, мы нагнетаем воду и проталкиваем нефть к добывающим скважинам. Но и в этом случае мы можем добыть 30–40%, максимум 50% в зависимости от качества резервуара.

В общем случае разработку месторождений разделяют на 3 этапа:

на первом этапе для добычи нефти максимально возможно используется естественная энергия пласта (упругая энергия, энергия растворенного газа, энергия законтурных вод, газовой шапки, потенциальная энергия гравитационных сил);

на втором этапе реализуются методы поддержания пластового давления путем закачки воды или газа. Эти методы принято называть вторичными;

на третьем этапе для повышения эффективности разработки месторождений применяются методы увеличения нефтеотдачи (МУН) пласта.

На первом этапе максимально используется естественная энергия месторождения (упругая энергия, энергия растворенного газа, энергия законтурных вод, газовой шапки, потенциальная энергия гравитационных сил). Такие способы разработки были названы первичными. На втором этапе реализуются вторичные методы поддержания пластового давления путем закачки воды и газа. А на третьем этапе для повышения эффективности разработки месторождений применяются третичные МУН.

За счет преимущественной выработки высокопродуктивных участков происходит изменение структуры запасов разрабатываемых месторождений.

Поэтому актуальными являются задачи применения новых технологий нефтедобычи, позволяющих значительно увеличить нефтеотдачу уже разрабатываемых пластов, на которых традиционными методами извлечь значительные остаточные запасы нефти уже невозможно.

Распределение остаточной нефтенасыщенности пластов требует, чтобы методы увеличения нефтеотдачи эффективно воздействовали на нефть, которая рассеянна в заводненных или загазованных зонах пластов, на оставшиеся с высокой текущей нефтенасыщенностью слабопроницаемые слои и пропластки при существующей системе добычи.

Призабойная зона пласта (ПЗП) является значимым интервалом в системе пласт – скважина. От её проводимости в значительной мере зависят дебиты скважин. Дебиты скважин могут быть небольшими из-за плохих естественных коллекторских характеристик продуктивных пластов и повышенной вязкости нефти.

Для повышения эффективности разработки необходимо применять методы увеличения нефтеотдачи, потенциал которых зависит от типа конкретного метода. Стандартный коэффициент извлечения нефти составляет 30–35%. Это значит, что около 70% нефти остается под землей. Связано это с тем, что сейчас не оптимизированы методы разработки.

Выделяют химические методы увеличения нефтеотдачи, связанные с добавлением химических добавок. Традиционно используют поверхностно-активные вещества, которые снижают межфазное натяжение на границе «нефть — вода» и позволяют добывать дополнительную нефть. Полимерные добавки увеличивают вязкость водной фазы и охват пласта. Сейчас очень активно разрабатываются технологии добавления наночастиц в водную фазу вместе с разными полимерами. Это позволяет существенно повысить коэффициент нефтеизвлечения. Основная проблема применения химических методов увеличения нефтеотдачи связана со стоимостью реагентов и максимальным пределом эффективности, то есть мы можем повысить коэффициент извлечения нефти всего на 5–10%.

Существуют термохимические методы увеличения нефтеотдачи, где мы используем тепло: либо закачку нагретого реагента, либо генерацию тепла внутри пласта. Это позволяет, во-первых, изменить вязкость нефти и ее физико-химические свойства, а во-вторых, существенно повысить коэффициент извлечения нефти.

Сейчас рассмотрим два основных тепловых метода, которые уже применяются. Первый — это паротепловое воздействие, оно применяется при разработке тяжелых нефтей. Канадцы используют данную технологию для разработки битумных песков, а сейчас эта технология активно применяется и в России. Тяжелая нефть имеет очень высокую вязкость, при нормальных условиях это некое резинообразное вещество, которое не течет. Для его добычи необходимо понизить его вязкость. Существует несколько методов, как мы это можем сделать. Можно закачивать пар, разогревая пласт и понижая вязкость нефти.

Что нужно сделать для закачки пара? Во-первых, мы должны подготовить воду, чтобы ее нагреть и сгенерировать пар. То есть мы должны очистить воду, которую можно либо добывать из водонасыщенных пластов или брать на поверхности, потом нагреть ее и закачать. В зависимости от глубины месторождения мы достаточно много тепла потеряем при закачке. Поэтому сейчас применяются гибридные методы. В гибридных методах совместно закачивают пар и воздух, что позволяет с помощью химических реакций в пласте разогреть его до более высоких температур и увеличить коэффициент извлечения нефти. В данном случае мы закачиваем бесплатный реагент, то есть сжатый воздух, и генерируем энергию внутри пласта.

Второй метод можно проиллюстрировать, говоря о баженовской свите. Баженовская свита в России — это самый большой источник нетрадиционных углеводородов. В рамках этого месторождения можно выделить традиционные низкопроницаемые коллекторы, где можно бурить горизонтальную скважину, сделать многостадийный ГРП и осуществлять добычу стандартными методами. Помимо этого, в баженовской свите присутствует очень большое количество органического вещества в форме твердых углеводородов, так называемого керогена. В зависимости от участка месторождений кероген может составлять до 50% от всего органического вещества. А кероген- это нетекучее вещество даже в условиях высокой температуры, при которой залегает баженовская свита, от 80 до 110 градусов. И его невозможно добывать традиционными методами.

Для решения таких задач во всем мире сейчас ведутся разработки методов термохимического воздействия, связанных с закачкой теплоносителя. Для этих целей можно использовать воду, потому что она обладает максимальной теплоемкостью и легкодоступна, особенно в условиях Западной Сибири. Вода подогревается на поверхности, в некоторых случаях до сверхкритического состояния, то есть температуры выше 373 градусов. После закачки воды в пласт идет разогрев пласта, а твердое органическое вещество преобразуется в жидкие углеводороды, которые мы можем после этого добывать. Коммерчески доступной технологии на данный момент не существует. Идут испытания по подобным технологиям за рубежом, а в России испытания этой технологии планируются.

Вторая технология, которая сейчас активно развивается, связана с закачкой воздуха высокого давления. И принцип воздействия очень похож. Разогревая пласт, мы прежде всего вытесняем ту нефть, которая там уже есть. Разогревая пласт, мы ускоряем процесс преобразования органического вещества в жидкие углеводороды. В принципе можно было бы подождать 20–30 миллионов лет, и органическое вещество преобразуется в нефть само, после чего мы можем его добыть. Но мы хотим этот процесс существенно ускорить. При внутрипластовом горении горячий фронт вытесняет нефть перед собой и разогревает окружающие пропластки. Таким способом можно генерировать синтетическую нефть, параметры которой мы можем варьировать, правильно подбирая температуру и время воздействия. 

Еще одна перспективная технология, которая сейчас разрабатывается, это газовые методы воздействия. Нефть обычно добывается вместе с попутным нефтяным газом. Часто месторождения находятся в удаленных регионах, и утилизация попутного газа экономически нецелесообразна. То есть необходимо либо построить трубопровод, либо придумать какую-то систему транспортировки. Соответственно, сейчас активно развиваются газовые методы увеличения нефтеотдачи. В качестве примера можно привести смешивающее вытеснение — закачивание попутного обезжиренного газа для поддержания давления в пласте вместо воды. В некоторых режимах в зависимости от физико-химических свойств нефти мы можем использовать смешивающее вытеснение, когда у нас идет полное смешивание между газом и нефтью, и тогда можно реализовать режим однофазной фильтрации. Это позволяет существенно повысить коэффициент извлечения нефти.

Также среди газовых методов увеличения нефтеотдачи следует отметить закачку углекислого газа. Мы все знаем о парниковом эффекте и потеплении климата. Человечество генерирует достаточно много углекислого газа. Одна из технологий утилизации, которая уже развита в США, но не в России, это закачка углекислого газа в месторождения для увеличения нефтеотдачи и попутной утилизации парникового газа. Над этими технологиями мы сейчас работаем, в том числе применительно как к традиционным месторождениям, так и не к традиционным. В баженовской свите мы рассматриваем технологию циклической закачки углекислого газа, которая позволяет в полтора-два раза поднять коэффициент извлечения нефти по сравнению с коэффициентом извлечения нефти при многостадийном ГРП и горизонтальном бурении.

Таблица 1. Классификация методов увеличения нефтеотдачи

Название метода	Структура метода
Тепловые методы	– паротепловое воздействие на пласт; – внутрипластовое горение; – вытеснение нефти горячей водой; – пароциклические обработки скважин
Газовые методы	– закачка воздуха в пласт; – воздействие на пласт углеводородным газом (в том числе ШФЛУ); – воздействие на пласт двуокисью углерода; – воздействие на пласт азотом, дымовыми газами и другие
Химические методы	-вытеснение нефти водными растворами ПАВ (включая пенные системы); – вытеснение нефти растворами полимеров; – вытеснение нефти щелочными растворами; – вытеснение нефти кислотами; – вытеснение нефти композициями химических реагентов (в том числе мицеллярные растворы и др.); – микробиологическое воздействие
Гидродинамические методы	– интегрированные технологии; – вовлечение в разработку недренируемых запасов; – барьерное заводнение на газонефтяных залежах; – нестационарное (циклическое) заводнение; – форсированный отбор жидкости; – ступенчато-термальное заводнение
Методы увеличения дебита скважин (Физические методы)	– гидроразрыв пласта; – горизонтальные скважины; – электромагнитное воздействие; – волновое воздействие на пласт; – другие аналогичные методы
Группа комбинированных методов	С точки зрения воздействия на пластовую систему в большинстве случаев реализуется именно комбинированный принцип воздействия, при котором сочетаются гидродинамический и тепловой методы, гидродинамический и физико-химический методы, тепло- вой и физико-химический методы

Мировое потребление нефти постоянно увеличивается: за последние 20 лет средний рост составил 1,45 % в год. Несмотря на то, что были годы, когда добыча нефти падала, общая тенденция увеличения добычи сохраняется.

Инновационному развитию нефтедобычи в таких странах как США, Канада, Норвегия, Китай, Индонезия способствует создание специальных государственных программ промысловых испытаний и освоения современных методов увеличения нефтеотдачи (МУН).

Таблица 2. Добыча нефти в мире за счёт МУН в 2008 г.

Страны МУН, %	Америка	Африка	Азия/Тихий океан	Европа	Ближний Восток	Россия
тепловые	26	34	16	20	22	22
химические	10	17	22	21	11	30
газовые	41	25	29	14	15	8
физические	13	13	8	17	6	12
гидродинамические	17	11	21	32	31	12

Таким образом, мировой опыт свидетельствует, что востребованность современных МУН растет, их потенциал в увеличении извлекаемых запасов внушителен. Добыча нефти с применением современных МУН по мере их освоения и совершенствования непрерывно снижается и становится вполне сопоставимой с себестоимостью добычи нефти традиционными промышленно освоенными методами. Если 10–30 лет назад ресурсный фактор был определяющим для компаний, то есть основной задачей было найти месторождение, оценить его и эффективно разработать, то сейчас технологический фактор важнее. Потому что большинство крупных месторождений уже разведано, известно их положение, лицензии уже распределены. Сейчас нужны технологии эффективной разработки. Нужно добыть максимум нефти и сделать это экономически выгодно. Сейчас возникает широкий спектр исследований во всем мире по повышению технологической и экономической эффективности МУН.

Список использованной литературы:

Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов М.Л. Сургучев. – М.: Недра, 1995. – 307 с.

Рахимкулов Р.Ш., Галлямов И.М. Воздействие на призабойную зону пластов на поздней стадии разработки месторождений / Р.Ш. Рахимкулов, И.М. Галлямов // «Нефтяное хозяйство». – 1986. – С.38-41.

Газизов А.Ш., Газизов А.А. и др. Интенсификация добычи нефти в осложненных условиях / А.Ш. Газизов, А.А. Газизов, М.М. Кабиров, Р.Г. Ханнанов // Центр инновационных технологий. – Казань: 2008. – 304 с.

Черемисин А.Н. Методы увеличения нефтеотдачи. Центр добычи углеводородов по экспериментальным исследованиям.-Москва:2018.

Климов А.А. «Методы повышения нефтеотдачи пластов».

Степанова Г.С. «Газовые и водогазовые методы воздействия на нефтяные пласты».

Код для цитирования: Скопировать