В последнее время значительно ухудшилась структура остаточных извлекаемых запасов большинства месторождений отрасли, что обусловлено их общим истощением и переходом значительного количества объектов разработки на ее завершающие стадии (рис.1). Разработка этих запасов с применением обычной технологии заводнения характеризуется низкими темпами добычи нефти, газа и коэффициентами извлечения углеводородов из пласта. Традиционные методы и технологии разработки с заводнением оказываются недостаточно эффективными.
Рис. 1 - Изменение структуры извлекаемых запасов нефти в России.
Общеизвестно, что базовым направлением увеличения эффективности использования начальных извлекаемых запасов за счет роста коэффициента извлечения нефти, является развитие и промышленное применение инновационных методов увеличения нефтеотдачи. Практически все ведущие мировые вертикально интегрированные компании инвестируют значительные средства в поиск инновационных решений, касающихся уже разведанных и запущенных в разработку запасов. Общие капиталовложения международных нефтяных компаний в развитие новых технологий за 2011г. составили около 5 млрд. долларов США.
В международной практике роль воспроизводства сырьевой базы нефтедобычи за счет внедрения современных методов увеличения нефтеотдачи (тепловых, газовых, химических, микробиологических) быстро растет и становится все более приоритетной. Инновационному развитию нефтедобычи способствует то обстоятельство, что во многих странах создаются специальные государственные программы промысловых испытаний и освоения современных методов увеличения нефтеотдачи, а также экономические условия, побуждающие недропользователей активно участвовать в реализации этих программ.
В нашей стране в 1985 – 1991гг. также успешно функционировала такая программа, в результате реализации которой за этот короткий период дополнительная добыча нефти за счет применения современных МУН увеличилась в 4 раза и достигла внушительной для того времени величины порядка 12 млн.т (рис. 2).
Рисунок 2 – Динамика ДДН.
В последнее десятилетие объем дополнительной добычи от внедрения МУН в России как минимум не увеличивается. Результат от применения таких методов в общей операционной динамике остается незначительным (не более 3% от общей добычи в стране, для сравнения в США — более 10%). Это достигается путем закачки в пласт химических веществ. Необходимо при разработке новых технологий иметь в арсенале мировой опыт и последние достижения науки и техники. Значимым фактором является и налаживание партнерских отношений в сфере технологий с производственными компаниями и академическими кругами.
При разработке эффективных технологи й на первый план выдвигаются исследования состава и свойств остаточной после заводнения нефти, включающие изучение химических процессов, происходящих в пласте с применяемыми химреагентами, выявление факторов пластовой среды на их стабильность, исследование механизмов взаимодействия реагентов с пластовыми флюидами. Исследования проводятся с использованием современных физико-химических методов анализа. В этой связи требуется существенное наращивание экспериментальных возможностей для измерения физических и химических параметров, а также методов визуализации и моделирования процессов воздействия на пласт в различных геологических и временных масштабах.
С точки зрения коллоидной химии нефть представляет собой дисперсную систему (НДС). Проблема устойчивости НДС и ее регулирование имеет большое научное и практическое значение для повышения эффективности разработки месторождений, для формирования и применения нефтяных углеродных материалов. По профессору З.И.Сюняеву, дисперсная фаза данных систем представлена сольватированными пузырьками, капельками изотропной и анизотропной жидкости, кристаллами, кристаллитами, комплексами и другими надмолекулярными образованиями или сложными структурными единицами. Знание закономерностей образования сольватных слоев и надмолекулярных структур, зависимости структурно-механической прочности устойчивости нефтяных дисперсных систем от различных факторов необходимо для успешной разработки технологий МУН.
При нефтедобыче концентрирование коллоидных частиц на поверхности подземных вод приводит к понижению коэффициента нефтеотдачи. Коагуляции и осаждению асфальтенов в пластовых условиях способствует растворение в нефти низкомолекулярных алканов С1-С5. При добыче нефти из многопластовых нефтеносных горизонтов также возможно осаждение асфальтенов, в особенности при смешении тяжелых нефтей с легкими. Выпадению асфальтенов в этом случае способствует агрегация их частиц и понижение вязкости системы.
В литературе накоплен огромный экспериментальный материал по групповому составу нефтей, нефтяных остатков, битумов, пеков и продуктов их физико-химических превращений, представляющий собой ценную научную информацию об устойчивости НДС.
Физико-механические свойства НДС, в том числе и их агрессивная устойчивость, определяются именно природой, физико-химическими свойствами асфальтенов и характером их взаимодействия между собой, так и с молекулами, входящими в состав дисперсионной среды.
При разработке технологий знание состава и свойств остаточной нефти выдвигается на первый план. Исследования показали, что свойства основных параметров, определяющих нефтеотдачу коллекторов, вытекают из природы взаимодействия насыщающих поры флюидов между собой и поверхностью порового скелета. На микроуровне остаточная нефть при вытеснении ее водой из порового пространства в коллекторе слагается из следующих частей: адсорбированные на поверхности минералов углеводороды, капиллярно-защемленная и содержащаяся в тупиковых порах нефть.
В лабораторных экспериментах были использованы остаточные нефти Ишимбайского, Уршакского, Арланского, Южно-Сургутского, Ромашкинского и Ярегского месторождений. Для сравнения были отобраны пробы добываемых (нативных) нефтей из соответствующих площадей и горизонтов, а также получены пробы отбензиненных нефтей. Особое внимание было уделено изучению содержания металлопорфиринов в остаточной нефти. Имеются существенные отличия в содержании ванадилпорфиринов в нативных и остаточных нефтях. Наличие металлопорфиринов в нефти – одна из важнейших причин, способствующих образованию устойчивых пленок и эмульсий на поверхности раздела нефть – порода и нефть – вода, что приводит к недостаточному полному вытеснению нефти из пористой среды.
Разработана экспресс-методика выделения остаточной нефти из дезинтегрированного керна экстракцией в инертной атмосфере. С помощью методики разделения остаточной нефти на группы компонентов получены фракции соединений. Анализ спектральных исследований структурно-группового состава показал, что остаточные нефти имеют тенденцию к обогащению асфальто-смолистыми компонентами. В остаточных нефтях содержание смол и асфальтенов увеличивается в 1,5-8 раз по сравнению с добываемой.
Проведенный комплекс исследований позволил получить весьма ценную информацию о свойствах остаточной нефти. Схема исследования остаточной нефти имеет принципиально новый подход в области физико-химии нефтяного пласта.
В результате проведенных фундаментальных исследований найден новый перспективный класс реагентов и разработан новый метод, основанный на химическом взаимодействии на металлопорфирины нефти, что приводит к разрушению асфальто-смолистых структур. Наиболее эффективными в этом плане являются полифункциональные реагенты (ПФР «ХСИ-4601»), растворимые в воде. Применение химических реагентов полифункционального действия инициирует эволюционную перестройку жестких надмолекулярных структур забалансированных остаточных запасов нефтей.
Выполнен комплекс экспериментальных исследований по оценке прироста коэффициента вытеснения нефти водным раствором ПФР (табл.1). Промышленное внедрение нового метода позволит повысить коэффициент извлечения нефти нефтяных залежей по сравнению с обычным заводнением.
Таблица 1 - Изменение прироста коэффициента вытеснения нефти за счет капиллярной пропитки раствором ПФР.
Следующее направление работ – применение полимеров нового поколения в технологиях полимерного заводнения. Механизм полимерного заводнения основан на снижении подвижности закачиваемой воды в виде загущенных полимерных растворов, выравнивании фронта продвижения закачиваемой воды по площади заводнения и вертикальному разрезу продуктивного пласта.
Рынок полимеров характеризуется широким спектром фирм - производителей полимеров в США, Японии, Великобритании, Франции, Германии, Китае (табл.2). Ассортимент марок полимеров и, соответственно, их физико-химических и технологических свойств, чрезвычайно высок. В отличие от полимеров, ранее применяемых в отрасли, современные марки полимеров обладают весьма расширенными критериями применениями, включая низкопроницаемые объекты воздействия, высокотемпературные пласты, высокую минерализацию пластовой воды (табл.3).
Таблица 2 - Характеристика различных марок полимерных агентов.
Таблица 3 – Развитие полимерного заводнения.
База современных марок полимеров с имеющимися основными характеристическими показателями постоянно расширяется. Рекомендуемые полимеры должны обладать благоприятными реологическими и нефтевытесняющими свойствами. Анализ рынка водорастворимых полимеров является первым этапом при проектировании технологии полимерного заводнения. Следующий этап - комплекс лабораторных исследований наиболее перспективных образцов полимеров, включающий определение основных характеристик по типовым схемам; фильтрационные исследования в условиях, максимально приближенных к реальным условиям выбранного объекта. Создание геолого-гидродинамической модели – один из необходимых этапов проектирования полимерного заводнения. Прогнозные технико-экономические расчеты показателей разработки выбранного пилотного участка, полученные на основе модели, позволят обосновать необходимый сценарий метода.
Рассмотрены две методически отработанные технологии повышения эффективности извлечения нефти для условий месторождений, разрабатываемых с применением систем поддержания пластового давления и находящихся на поздней стадии разработки.
Выводы:
1. Реализация проектов по извлечению максимальных объемов нефти на месторождениях, находящихся на поздних этапах разработки, требует хорошего знания соответствующей технологии нефтедобычи и большого производственного опыта. Требуется проведение комплексных задач по повышению нефтеотдачи: от фундаментальных исследований физико-химических основ подбора химреагентов, изучения свойств и вытеснения нефти до проведения опытно-промышленных работ.
2. Большие резервы увеличения КИН заключаются в использовании химических МУН при заводнении месторождений. Причины преимущественного применения химических методов во многом связаны со структурой остаточных запасов нефти в России, значительная доля которых сосредоточена на заводненных месторождениях, в низкопроницаемых пластах.
3. Рассмотрены методы повышения эффективности заводнения в условиях поздней стадии разработки месторождений, направленные на увеличение степени нефтеизвлечения: закачка полифункциональных реагентов, полимеров нового поколения.
4. Реализация новых технологий и методов увеличения нефтеотдачи, а также совместные исследования и разработки в области химических МУН открывают огромные возможности для инновации.
5. Выход на мировой уровень в области применения инновационных технологий МУН возможен только на фундаментальном подходе к изучению физико-химических процессов, протекающих при воздействии химреагентами на нефтяной пласт. Данный подход в нефтяной отрасли РФ демонстрирует ООО МПК «ХимСервисИнжиниринг».
Список использованной литературы:
1. Жданов С.А., Крянев Д.Ю. Повышение нефтеотдачи на поздней стадии разработки нефтяных месторождений //Мат.расширенного заседания ЦКР Роснедра (нефтяная секция), 4-5 декабря 2007 г.- С.36-40.
2. Фахретдинов Р.Н., Якименко Г.Х. Новые аспекты в технологиях повышения нефтеотдачи пластов. //Вестник ЦКР Роснедра.- 2012.-№4.- С.32-36.
3. Фахретдинов Р.Н., Якименко Г.Х. Эффективность использования новых фундаментальных решений проблем при разработке нефтяных залежей с трудноизвлекаемыми запасами. // Сборник научных трудов, ВНИИнефть им.Крылова, вып.147, Москва, 2012 г. - С.49-61.
4. Мухамедзянова А.А., Гимаев Р.Н. Исследование и регулирование устойчивости нефтяных дисперсных систем. Уфа, Гилем, 2009, 110с.
