Что мешает осваивать запасы тяжелых нефтей?

Относясь к категории трудноизвлекаемого сырья, тяжелые нефти и природные битумы отличаются от обычных нефтей повышенной вязкостью и многокомпонентным составом. Вследствие последнего, они рассматриваются не только как энергетический источник, но и как комплексное сырье XXI века. Кроме углеводородов ТН и ПБ, как правило, имеют повышенное содержание сернистых соединений, смол, асфальтенов, нефтяных кислот кондиционные концентрации редких и цветных металлов (так, тяжелые углеводороды являются потенциальным источником ванадиевого сырья, по качеству превосходящего рудные источники). Из этого углеводородного сырья получают такие важные для народного

По оценке авторов, геологические запасы пятиокиси ванадия только в наиболее крупных по запасам ванадия месторождениях составляют 1,312 млн т., а извлекаемые попутно с нефтью - 0,213 млн т.

Оценка запасов ванадия в тяжелых и металлоносных нефтях Российской Федерации

Ванадий широко применяется для производства стали и сплавов, являясь одним из важнейших легирующих элементов. Основная доля ванадия используется в производстве конструкционных низколегированных сталей, применяемых при изготовлении труб большого диаметра для магистральных газо- и нефтепроводов, протяженных мостов, резервуаров большой емкости, в транспортном машиностроении и автомобилестроении.

Около 70% ванадия в мире извлекается из шламов, получаемых при переработке ТН и ПБ битумоносных песков. Наиболее развитые страны (Канада, Япония) полностью получают ванадий из тяжелых высоковязких нефтей.

Расчеты показывают, что попутное извлечение ванадия из нефтяного кокса пирометаллургическим способом рентабельно при содержании пятиокиси ванадия в исходной нефти не менее 120 г/т.

Из табл.1 видно, что подавляющее большинство приведенных месторождений позволяет получать сырье, рентабельное для производства ванадия, что является перспективным видом деятельности.

При оценке эффективности разработки ПБ и ТН кроме коэффициента нефтеизвлечения необходим дополнительный критерий, связанный с полнотой добычи и дальнейшего использования полезных ископаемых.

Тяжелые высоковязкие нефти (ТВВН) и природные битумы близки по составу и имеют много общего в технологических и экономических подходах к их освоению, поэтому следуя Р.С. Хисамову, Н.С. Гатиатуллину, В.И. Макаревич и др. (2009), вполне корректно их рассмотрение в единой связке. При этом для их добычи требуется дифференцированный подход к различию этих углеводородов по подвижности (вязкости) в пласте.

Аномальность физическо-химических свойств тяжелых углеводородов и прежде всего их высокие вязкость (низкая текучесть или ее отсутствие) и плотность приводят к тому, что традиционные методы извлечения часто оказываются неэффективными и в ряде случаев совершенно непригодными для добычи тяжелых нефтей и природных битумов. Так, широко применяемое заводнение, при вязкости нефти свыше 80 мПа с становится трудно осуществимым.

Таким образом, для промышленного освоения месторождений ТВВН и ПБ необходимы учитывающие их особенности специальные технологии добычи, транспортировки, первичной подготовки (сепарации, деэмульсации, обессоливания) и переработки, которые требуют, как правило, повышенных энергетических и материальных затрат. Особенно заметно увеличиваются эти затраты в холодный осенне-зимний период.

В связи с отмеченным необходим анализ накопленного в мире опыта в решении проблемы освоения трудно- извлекаемых запасов нефти и природных битумов. Для добычи этого углеводородного сырья применяется широкий спектр методов как скважинных, так и рудничных (карьерных и шахтных).

При этом метод добычи тем или иным образом влияет на свойства углеводородов и на сохранение попутных компонентов. Это негативное влияние необходимо учитывать при выборе способов разработки ТН и ПБ.

При реализации скважинных способов тяжелые нефти или природные битумы подвергаются предварительному разжижению путем подогрева пласта или закачки растворителя в пласт, а затем поднимаются на дневную поверхность через скважины. Разогрев углеводородов может быть осуществлен нагнетанием теплоносителей, внутрипластовым горением, электрическим током и другими модификациями вышеописанных методов.

Особенностью тепловых методов является изменение физико-химических характеристик добываемой продукции. В табл. 2 представлены физико-химические свойства Мордово-Кармальской сверхвязкой нефти, добытой различными способами.

Таблица 2 Физико-химические характеристики Мордово-Кармальской сверхвязкой нефти добытой различными методами

Данные таблицы показывают существенное влияние метода добычи на свойства углеводородов и сохранение попутных компонентов. Аналогичное отмечается и в работе, когда в результате применения метода внутрипластового горения происходит безвозвратная потеря металлов в добываемой нефти. Среднее содержание ванадия и никеля (в % от исходного) в нефти при осуществлении ВВГ в зоне сильного воздействия составляет 39,5 и 38,6, среднего-64,24-77,2, слабого - 81,5 и 91,7 и без воздействия - 100 и 100. При реализации метода ПТВ на пласт потери попутных компонентов не превышают 10-15%.

При рудничных способах добычи нефте- или битумонасыщенная порода извлекаются на поверхность, а угле-водороды из нее экстрагируются растворителями, горячей водой и паром с добавкой моющих средств и другими агентами. При этом достигается наиболее высокий коэффициент нефтеизвлечения и появляется возможность комплексного использования сырья.

Отмеченное способствует восстановлению интереса к рудничным методам, которые имеют большую историю и применялись еще тогда, когда не было буровой техники, а затраты труда и цена не имели решающего значения при добыче нефти. Мировой опыт свидетельствует о возможности эффективной разработки месторождений битумоносных пород, и тяжелых нефтей шахтным и открытым способами.

Карьерный метод в крупном промышленном масштабе применяется в Канаде, США. Положительные результаты открытой разработки получены на месторождении Кирмаку в Азербайджане.

При шахтном способе битум добывается либо вместе с породой (очистной метод), либо без ее выемки на поверхность через дренажную систему наклонных или горизонтальных скважин, пробуренных из горных выработок в выше- или нижележащем горизонте.

Наибольшее развитие шахтный метод добычи высоковязкой нефти получил на Ярегском месторождении Республики Коми. В 70-е гг. XX века, когда нефтяные шахты, отработанные по запроектированным системам, были практически на грани закрытия, началось активное внедрение новых систем термошахтной разработки. Положи-тельный опыт разработки Ярегского месторождения в СССР инициировал начало эксперимента в Канаде (Атабаска) по добыче нефти термошахтным способом.

Лабораторные исследования и промысловые испытания в ряде стран показали принципиальную возможность извлечения тяжелых нефтей с помощью скважинных нетепловых технологий: воздействия на пласт полимерных растворов, щелочного заводнения, газовых и комбинированных методов. Так, заслуживает большого внимания технология VAPEX, которая представляет собой дальнейшее развитие концепции SAGD. При этой технологии производится закачка в пласт легких углеводородных растворителей (например этапа, бутана или пропана) в ре-жиме гравитационного дренажа. Способ реализуется с использованием пары горизонтальных скважин: верхней и нижней. В результате закачки растворителя в верхнюю скважину создается камера-растворитель. Нефть за счет диффузии в нее растворителя разжижается и стекает под действием гравитации по границам камеры к добывающей скважине. Коэффициент нефтебитумоизвлечения при использовании данного метода достигает 0,6.

Для повышения добычи и снижения энергозатрат некоторые компании начинают комбинировать методы VAPEX и SAGD. Одним из решений является технология SAP, в которой объединены преимущества указанных методов.

Сказанное выше показывает, что дальнейшее продвижение в решении проблем освоения месторождений высоковязких нефтей и природных битумов требует интеграции наук, что возможно только при плодотворном сотрудничестве специалистов как по разработке нефтяных месторождений, так и представителей смежных отраслей, при более тесном слиянии науки и практики нефтедобычи.