Эффективность инновационных технологий воздействия на продуктивные пласты с целью повышения нефтеотдачи в Казахстане и за рубежом 

Необходимость увеличения коэффциента нефтеотдачи – одна из ключевых задач отрасли 

Снижение стоимости барреля нефти в последнее время повергло мировые нефтяные державы в состояние неопределенности. Тем не менее, согласно данным Международного энергетического агентства [1; 10], к 2030 г. ежедневное потребление нефти вырастет более чем на 30%. В дальнейшем темпы роста 

Подчеркивается, что снижение стои мости барреля нефти повергло мировые неф тяные державы в состояние неопределенно сти. Приводятся мнения экспертов о том, что в мире, в том числе и в Казахстане, эра «легкой» нефти осталась в прошлом, посколь ку основные нефтегазовые ресурсы распола гаются на больших глубинах. Доказывается, что восполнить ресурсную базу можно толь ко за счет разведки, в первую очередь более глубоко залегающих горизонтов, где есть вероятность обнаружения крупных нефтегазовых месторождений. Делается вывод, что остаточные запасы квалифицируются как трудноизвлекаемые и жизненно важным на правлением развития отечественного нефте газового комплекса может стать привлече ние новых инновационных технологий для по вышения уровня добычи нефти и увеличения среднего коэффициента нефтеотдачи пла стов. Отмечается, что важным условием повышения нефтеотдачи пласта является применение наиболее эффективного рабочего агента вытеснения. Обосновывается, что одним из перспективных методов воздейст вия на пласт является плазменно-импульсное воздействие. Указывается, что эта техноло гия является универсальной и экологически чистой, применяется как в добывающих, так и в нагнетательных скважинах. Удаляется внимание отбору новых инновационных тех нологий, которые позволят в будущем провес ти эффективную разработку трудно извле каемых запасов нефтяных месторождений в Казахстане. замедлятся, но доминирующая роль нефти и газа в глобальном энергетическом балансе со хранится.

Значит, в будущем все больше внимания важно уделять научному и инженерному обес печению энергетической отрасли. Особенно это актуально в связи с беспрецедентно жест ким ростом конкуренции в данной сфере и нарастанием трудностей в добыче ресурсов.

Каковы же эти трудности? По мнению Президента Национальной инженерной акаде мии Республики Казахстан (РК) Б. Жумагуло ва [2; 5], их по крайней мере две:

1. Прежде всего, это все более сложное и раз нообразное геологическое строение месторожде ний и разнообразие составов углеводородов. Новые месторождения характеризуются, как правило, сложным строением и малой прони цаемостью пластов. Это свойственно как оте чественной, так и мировой практике. К приме ру, более 80% запасов нефти в Западном Ка захстане связано с подсолевыми месторожде ниями, залегающими в сложно-построенных резервуарах-коллекторах при наличии в по путном газе высокого содержания сероводоро да и углекислого газа.
2. Также в мировой практике неуклонно сокращаются запасы легкодобываемой нефти, которой соответствовали, в частности, боль шие дебиты добывающих скважин (в т. ч. фон танирование). В Казахстане такие запасы сего дня практически исчерпаны. Значительное число наших месторождений содержат сильно вязкую и парафинистую нефть, причем зале гающую на больших глубинах (более 3 км). Так, нефтяные пласты на известных месторо ждениях Тенгиз, Карачаганак, Жанажол, Ка шаган в среднем находятся на глубине 4-6 км. Кроме того, эта нефть обладает аномальными свойствами и характеризуется значительным содержанием сернистых соединений. Все данные факторы создают серьезные трудности и повышают себестоимость, как при добыче нефти, так и при доставке ее по магистраль ным трубопроводам. Такая ситуация становит ся особенно чувствительной и превращается в э ко н о м и ч е с кую уг р о з у н а ф о н е падающих цен на нефть.

Пожалуй, еще один главный аспект это необходимость повышения коэффициента нефтеотдачи пластов. По оценке специалистов из Минэнерго РК [3; 71], сейчас в наших недрах остается около 70% нефти, тогда как в Норве гии этот показатель не превышает 50%. Широкое применение новых методов нефтеот дачи позволило бы нарастить извлекаемые запа сы, как минимум, на 15-20%.

По расчетам Б. Жумагулова [2; 5], при существующих в Казахстане объемах добычи повышение нефтеотдачи хотя бы на 1% равно сильно введению в строй нового крупного неф тяного месторождения.

Следовательно, в дальнейшем необходи мо расширять сотрудничество и набирать опыт у зарубежных партнеров, применяющих новые методы нефтеотдачи пласта. Дело в том, что отечественная стратегия в части до бычи нефти и газа в будущем должна быть реализована в рамках мер повышения коэффи циента извлечения нефти. Страна относится к числу ресурсодержателей с самым широким диапазоном свойств нефтей, коллекторов и территориальных особенностей. Поэтому по тенциал увеличения нефтеотдачи в Казахстане далек от исчерпания. И в этой связи нам инте ресен опыт всего мирового нефтяного сообще ства.

Сейчас третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов, которые доводят коэффи циент извлечения до 40-70%, используют такие компании, как ExxonMobil, Royal Dutch Shell, Chevron, Conoco Phillips, Occidental Petroleum, Anadarko, Petrobras, Wintershall и TPAO. Различ ные технологии опробованы в Египте, Брази лии, Индонезии, Нидерландах. И если наши неф тедобывающие компании не будут вовлечены в этот процесс, то Казахстан рискует отстать от других стран в плане применения инновационных техноло гий [4; 60-61].

Понятно,что такие проекты отличаются ка питалоемкостью и связаны с повышенным инве стиционным риском. Поэтому государство должно быть готово возмещать часть капиталь ных и операционных затрат.

Что касается регулятивной среды, то Правительством РК ведется работа по приведению казахстанского законодательства в сфере недропользования мировым стандартам. Предусматривается поэтапное внедрение международной системы запасов полезных ископаемых с переходным трехлетним периодом. Соответственно к 2019 г. планируется перейти на нее полностью. Вносятся изменения и в экологическое законодательство. Все это позволит привлечь дополнительные ин вестиции в отрасль. 

Необходимость альтернативных нетермических методов добычи тяжелой парафинистой нефти в республике 

В настоящее время большая часть отечест венного углеводородного сырья представлена высоковязкими и парафинистыми видами нефти с повышенным содержанием серы [5; 85-92]. По запасам тяжелой парафинистой нефти (22%) Ка захстан занимает второе место среди стран СНГ после России (61,1%) [6; 59-70]. Казахстанские тяжелые нефти по своим реологическим харак теристикам отличаются повышенными значе ниями вязкости и содержания парафинов, но меньшим содержанием дизельных фракций. Добыча таких видов нефти ставит перед неф тяниками ряд сложных технических проблем.

Тяжелая нефть очень вязкая и может на ходиться в полутвердом или даже в твердом состоянии, что значительно увеличивает труд ности ее добычи по сравнению со стандартной нефтью. В связи с этим первичная добыча нефти из таких коллекторов отличается очень низким коэффициентом нефтеотдачи (5-10%). Нагнетание воды для улучшения извлечения тяжелой нефти повышает пластовое давление и помогает вытеснить тяжелую нефть из кол лектора. Однако при этом возникают пробле мы низкой эффективности охвата пласта коллектора вытесняющей водой и большого содержания воды в добываемой нефти. Глав ной причиной низкой эффективности процесса вытеснения тяжелой нефти является низкий коэффициент подвижности нефти из-за ее вы сокой вязкости [7; 38].

В последние годы на нефтяных месторо жденииях разработаны и широко используются различные термические методы, например, нагнетание пара, циклическое возбуждение с помощью нагнетания пара, парогравитацион ный дренаж пласта. Однако во многих пластах-коллекторах тяжелой нефти, особенно в глубокозалегающих или в пластах с продуктивным интервалом небольшой мощности, нагне тание пара может быть неэкономичным и не эффективным. Кроме того, термические мето ды также требуют больших затрат энергии. В связи с этим необходимы альтернативные не термические методы добычи, менее затратные и энергоемкие с повышенной безопасностью и модернизацией производства непосредственно на месторождении. Использование этих мето дов позволит решить проблемы добычи тяже лой нефти из коллекторов. Одним из них явля ется метод нагнетания СО2 (углеводородного газа) в пласт. 

Методы газового воздействия на нефтяные пласты в мировой практике 

Поскольку на сегодняшний день боль шая часть запасов нефти остается в пласте, а условия дальнейшего ее доизвлечения заметно осложняются, многие ученые мира для борь бы с этим негативным явлением рекомендуют нефтедобывающим предприятиям использо вать методы увеличения нефтеотдачи с приме нением ПАВ, газовые, водогазовые техноло гии и другие, направленные на повышение текущего значения КИН (коэффициент извле чения нефти).

Наиболее важными механизмами по вышения нефтеотдачи являются снижение межфазного натяжения, изменение смачивае мости породы и эмульгирование нефти, в ос нове которых лежит реакция нейтрализации кислотных компонентов нефти с образованием солей щелочных металлов, являющихся по верхностно-активными веществами (ПАВ). Образование ПАВ сопровождается адсорбци онно-десорбционными процессами на границе раздела фаз и массопереносом продуктов взаи модействия в водную и нефтяную фазы [7; 38].

В последнее время решение проблемы утилизации по путного нефтяного газа (ПНГ) закачкой газа в пласт с целью увеличения неф теотдачи и извлечения трудноизвлекаемых запасов нефти за рубежом получила широкое распространение. Сейчас уже разработано и опробовано в промышленном масштабе не сколько технологических способов воздейст вия на продуктивные пласты с применением закачки углеводородного газа (рис. 1).

Из известных методов газового воз действия на нефтяные пласты в мировой прак тике в основном используют принцип смеши вающегося вытеснения. Его осуществляют на глубокозалегающих месторождениях легких нефтей при вытеснении нефти сухим газом или азотом на месторождениях средних неф тей, используя взаиморастворимые с нефтью газы, такие, как СО2 или газ, обогащенный этаном и пропан-бутаном, или фракцией ШФЛУ (широкая фракция легких углеводоро дов) при давлениях 12-20 МПа.

В странах СНГ и за рубежом газовому воздействию на пласт нашли применение на месторождениях, коллекторы которых имеют ухудшенные фильтрационные характеристики. Причем наибольший опыт по использованию нефтяного газа для выработки электроэнергии и закачки в продуктивные пласты накоплен в США и Канаде. В США в настоящее время закачка нефтяного газа в продуктивные пла сты осуществляется на 12 месторождениях, включая са-мое крупное месторождение стра ны Prudhoe Bay («Прадхо Бей»). Все эти ме сторождения находятся на Аляске. В Канаде нефтяной газ закачивается в 22 залежи, распо ложенные на севере провинции Альберта. Не обходимо отметить, что при закачке газа или воды, то есть при применении вторичных ме тодов разработки месторождений, КИН может достигать 30-40 % по сравнению с 10-20 % при разработке месторождений на естествен ном ре-жиме. При переходе на третичные ме тоды разработки путем попеременной закачки воды и газа КИН может быть доведен до 50 % и более [8; 53].

Следует отметить, что за рубежом (например, в США) газовые методы занимают второе место (после тепловых) среди методов повышения нефтеотдачи как по объему добы чи, так и по числу действующих проектов. 

Сочетание теплового и химического воздей ствий на пласт как приоритетное направле ние интенсификации добычи нефти 

В настоящее время существует много методов восстановления и повышения произ водительности, как отдельных скважин, так и всего нефтяного месторождения [9; 228].

Как правило, они основаны на различ ных видах физического и химического воздей ствия на пласт тепловые, кислотные, щелоч ные обработки или их комбинации. Отдельно как наиболее эффективный метод позициони руется гидродинамический разрыв пласта. Од нако и у последнего имеются свои ограниче ния в применении, особенно на нефтяных ме сторождениях с высоким содержанием пара-

Рисунок 1 Классификация (матрица) технологий вытеснения нефти углеводородными газами (Примечание данные работы [8; 53])

Одним из перспективных направлений интенсификации добычи нефти на таких ме сторождениях является сочетание теплового и химического воздействий на пласт [10; 13-18]. Известно, что производительность неф тяных, газовых и газоконденсатных скважин определяется качественным состоянием при забойной зоны пласта (ПЗП), которое характе ризуется главным образом его проницаемо стью, т. е. способностью фильтровать к забою скважины добываемые углеводороды. Эффек тивность же химической или термохимиче ской обработок плотных пород-коллекторов нефтяных и газовых скважин существенным образом зависит именно от величин проницае мости их призабойных зон. Связано это с тем, что активные химические компоненты рабо чих составов при химической обработке (кислотной, щелочной, с применением поверх ностно-активных веществ и т. д.) должны диф фундировать в поровое пространство и реаги ровать с кольматантами непосредственно в продуктивном пласте. Однако малая прони цаемость призабойной зоны, особенно в уп лотненных коллекторах, не позволяет прони кать хи-мически активным растворам в поро вое пространство, делая при этом обработку неэффективной. Тепловое воздействие на при забойную зону может улучшать ситуацию, так как с ростом температуры химическая активность кислот и щелочей увеличивается, а вяз кость тяжелых углеводородов или асфальтос молопарафиновых отложений снижается. Од нако и в этом случае в малопроницаемом кол лекторе ожидаемые химические процессы мо гут не начаться [11; 58].

В таких случаях обычно прибегают к технологиям, которые при помощи механиче ского воздействия жидкостью создают систе му трещин в призабойной зоне и осуществля ют связь с пластом (гидравлический разрыв пласта и его разновидности). 

Плазменно-импульсное воздействие – перспективный метод воздействия на пласт 

Данная технология является универсаль ной и экологический чистой. Она применяется как в добывающих, так и в нагнетательных скважинах.

Отличительной особенностью плазмен но-импульсного воздействия (ПИВ) является то, что при использовании на одной скважине, положительным дебитом откликаются сосед ние скважины. Технология, в отличие от всех известных методов увеличения нефтеотдачи (МУН), применяется для выравнивания про филя приемистости нагнетательных скважин в реальных геологических условиях, без прове дения изоляционных работ и использования химических реагентов, что позволяет увеличи вать охват месторождения заводнением, вклю чать в работу пропущенные пропластки, зна чительно снизить темпы падения добычи угле водородов.

Технология ПИВ универсальна, успеш но применяется на всех этапах как добываю щих, так и нагнетательных скважин и, в част ности [12]:

• на стадии освоения для вызова при тока жидкости и быстрого вывода добываю щей скважины на режим эксплуатации;
• на месторождениях поздней стадии разработки на высокообводненных скважинах (более 75 %) в реальных геологических усло виях без добавок в скважину химических реа гентов, с целью повышения их дебита;
• на нагнетательных скважинах с це лью увеличения приемистости и выравнива ния профиля приемистости.

На сегодня технология ПИВ рекомендо вана к включению в Программу опытно промышленных испытаний на месторожении Узень, которое является одним из старых и крупных месторождений Казахстана [13; 92 93]. С момента открытия данное месторожде ние занимало ведущее место в промышленной индустрии Республики Казахстан (РК) по уровню добычи нефти и внедрению достиже ний науки и инноваций в области техники. В настоящее время месторождение находится на поздней стадии разработки и нуждается в при менении различных методов повышения неф теотдачи для поддержания уровня добычи. 

Новые инновационные технологии, применяемые при разработке высоковязких нефтяных залежей 

При разработке высоковязких нефтяных залежей в пластовых условиях применяются новые технологии, которые в значительной степени устраняют негативные явления, ха рактерные для эксплуатации залежей высоко вязких нефтей при водонапорном режиме [14; 62-66].

В первую очередь это бурение горизон тальных скважин и боковых наклонно направленных стволов из существующих до бывающих скважин. Горизонтальные техноло гии позволяют существенно увеличить дебиты добывающих скважин и тем самым сделать более эффективным извлечение нефти. О вы сокой эффективности горизонтальных техно логий свидетельствует тот факт, что в Канаде почти половина всех горизонтальных скважин пробурена на месторождениях тяжелой нефти. К новейшим методам горизонтальных техно логий относится метод радиального бурения глубокопроникающих дренажных каналов.

Весьма эффективным методом разработ ки нефтяных залежей, содержащих высоковяз кую нефть при водонапорном режиме, являет ся организация вытеснения нефти водой в вер тикальном направлении, поперек напластова ния, когда фронт вытеснения будет понимать ся снизу вверх [7; 40].

Для значительного увеличения коэффи циента извлечения высоковязких нефтей в со четании с описанными технологиями необхо димо применение ряда других эффективных технологий. Наиболее перспективной пред ставляется технология чередующейся закачки воды и небольшой части добытой и дегазиро ванной высоковязкой нефти[15; 552].

Количество закачанной обратно в пласт нефти должно составлять около 10% от обще го объема закачки. Закачка высоковязкой нефти приводит к значительному повышению вязкости вытесняющего агента, что резко уменьша ет соотношение вязкостей нефти и вытесняю щего агента главную причину быстрого об воднения добывающих скважин и низкого зна чения коэффициента извлечения. Необходимо отметить, что вся закачанная в пласт нефть в конечном итоге будет извлечена из недр вме сте с нефтью, содержащейся в залежи.

Указанная технология позволяет резко улучшить состояние разработки нефтяной за лежи с высоковязкой нефтью, значительно поднять уровни добычи нефти, продлить рен табельную эксплуатацию залежи и существен но повысить коэффициент извлечения.

Специалистами [16; 8-9] выполнен ком плекс теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию энергоресур сосберегающих технологий разработки место рождений высоковязкой (тяжелой) нефти и природных битумов:

созданы новые алгоритмы математи ческого моделирования многофазной фильтра ции в анизотропных сложно структурирован ных, трещиноватых и пористых средах, что позволяет с большей точностью и надежно стью осуществить прогноз показателей разра ботки месторождений с трудно извлекаемыми запасами нефти;

обоснованы основные базовые пара метры технологии извлечения высоковязкой нефти и природных битумов на основе закач ки в пласт углеводородных растворителей;

показана перспективность примене ния для добычи высоковязкой нефти из карбо натных коллекторов биотехнологии, основан ной на активации бродильных и метанобра зующих микроорганизмов нефтяного пласта.

В заключение еще раз хотелось бы ак центировать внимание на том, что общей тен денцией мировой нефтяной отрасли является уменьшение запасов легкой нефти. Сейчас практически весь прирост запасов происходит за счет тяжелой вязкой сернистой нефти.

В связи с этим разработка недорогих и эффективных процессов добычи тяжелой неф ти является актуальной проблемой для всей мировой нефтедобывающей промышленности. Внедрение указанных инновационных техно логий позволяет резко улучшить состояние разработки нефтяной залежи с высоковязкой нефтью, значительно поднять уровни добычи нефти, продлить рентабельную эксплуатацию залежи и существенно повысить извлечение углеводородного сырья.

ЛИТЕРАТУРА

1. Турысбекова А. Дотянуться до пер спективных горизонтов // "Казахстанская правда", 8 октября 2015 года, С.10.
2. Жумагулов Б. Что там на горизон тах? // "Казахстанская правда", 1 октября 2015 года, С.5.
3. В зоне особого внимания // Kazakh stan. № 6. С.70-74.
4. Ивахникова Р. Нужно жить по средст вам! // Kazakhstan. № 6. – С.60-61.
5. Васильянова Л.С. Некоторые особен ности нефтей Казахстана // Нефть и газ. № 2. С.85-92.
6. Ященко И.Г., Полищук Ю.М. Особен ности физико-химических и реологических свойств парафинистых нефтей // Нефть и газ. № 5. С.59-70.
7. Тасекеев М., Васильянова Л. Новые проекты нефтедобычи // Промышленность Казахстана. № 6 (75). С.37-40.
8. Карим М., Ермекова М., Умбетов К. Технологические способы воздействия на нефтяные пласты с применением закачки угле водородного газа // Промышленность Казах стана. № 1 (64). С.52-54.
9. Светлицкий В.М., Демченко П.Н., За рицкий Б.В. Проблемы увеличения производи тельности скважин. Киев: Паливода, 2002. 228 с.
10. 10.Войтенко Ю.И., Кравченко О.В., Ве лигоцкий Д. А. О возможности изменения фильтрационных и прогностных свойств плот ных пород-коллекторов на мезо и наноуровне при взрывном и термобарохимическом воздей ствии // Труды Международной научно практической "Перспективы использования альтернативных и возобновляемых источни ков энергии в Украине (REU 2013)". Киев: УкрГГРИ, 2013. С.13-18.
11. Кравченко О. Применение водорода в химических и термохимических технологиях интенсификации добычи углеводородов // Промышленность Казахстана. № 6 (81). С.58-62.
12. Технология плазменно-импульсного воздействия // Интернет-ресурс: http: // novas energy.ru /.
13. 13 Кабдулов С.З., Махметова А.С. Обзор методов воздействия на пласт, применяемых на месторождении Узень // АльПари. 2014. -№ 1. С. 92-93.
14. Сазонов Б.Ф., Пономарев А.Г., Соло женкина Е.К. Разработка залежей высоковяз ких нефтей, обладающих активным водонапорным режимом // Нефть. Газ. Новации. 2011. № 3. С.62-66.
15. Лысенко В.Д. Разработка нефтяных месторождений. Эффективные методы. М.: Недра, 2009. 552 с.
16. Дмитриевский А.Н., Рундквист Д.В. Научные основы эффективного природополь зования, развития минерально-сырьевых ре сурсов и освоения новых источников природ ного и техногенного сырья // Нефтегазопро мысловый инжиниринг. № 3. С.8-9.