В данной статье рассмотрен один из методов увеличения нефтеотдачи на нефтяных месторождениях находящихся на завершающейся стадии разработки. На примере Арланского месторождения описана технология вытеснения нефти раствором двуокиси углерода для увеличения нефтеотдачи. Перспективы применения данного метода весьма широкие. Так, расчеты по Е. В. Лозину, показали, что при реализации СО2 воздействия на Арланском нефтяном месторождении можно получить не менее 200 млн.т. дополнительной нефти. Проект при этом условии экономически рентабелен.
Ключевые слова: нефть, нефтеотдача, двуокись углерода, углеводород, месторождение, метод увеличения нефтеотдачи, коэффициент извлечения нефти, начальные извлекаемые запасы.
После заводнения нефтяных месторождений по обычной технологии или с различными улучшениями технологии (изменение направления потоков жидкости), или с повышением вытесняющих свойств воды (поверхностно-активные вещества, полимеры, щелочи) в недрах остаются неизвлекаемыми до 30–70 % начальных запасов нефти, которые оказываются сложно рассредоточенными в заводненном объеме пластов в виде остаточной рассеянной нефти и не охваченных заводнением слоев, линз, пропластков.
Остаточную нефть из заводненных пластов способны вытеснять лишь те рабочие агенты, которые смешиваются с нефтью и водой или имеют сверхнизкое межфазное натяжение на контакте. Такие условия возникают при вытеснении нефти двуокисью углерода, которое практически полностью устраняет отрицательное влияние капиллярных сил на вытеснение нефти.
Этот метод относятся к числу наиболее высокопотенциальных и перспективных, способных снижать остаточную нефтенасыщеность в зоне, охваченной рабочим агентом (СО2). Главное в применении этого метода — обеспечить высокий охват нефтяной залежи эффективным вытесняющим раствором (двуокисью углерода). Этот метод имеет принципиальное значение, так как основная часть остаточной нефти на известных разрабатываемых месторождениях остается в виде заводненных остаточных запасов, которые будет значительно труднее извлекать, чем из незаводненных пластов [4].
В качестве примера внедрения технологии вытеснения нефти раствором двуокиси углерода (СО2) выбрано Арланское нефтяное месторождение.
Арланское месторождение в настоящее время вступило в завершающую стадию разработки. Из анализа фонда скважин Арланского месторождения следует, что значительное число скважин находится в бездействии, так как большинство остаточных запасов является трудноизвлекаемыми. На сегодня геолого-промысловая информация свидетельствует, что применение известных технологий методов увеличения нефтеотдачи достигла своего максимума. В связи с этим ожидать существенного прироста коэффициента извлечения нефти при выработанности запасов нефти на 90 % и обводненности скважин на 93 %, в процессе дальнейшего усовершенствования сегодняшних высокоэффективных технологий не следует [3].
Основным фактором, осложняющим добычу нефти на Арланском месторождении является излечение из пластов огромного количества попутной воды, что приводит к удлинению сроков разработки и к более низкой нефтеотдачи. Также месторождение характеризуется многопластовостью, сложностью строения продуктивных пластов, изменчивостью коллекторских свойств, повышенной вязкостью и излечением из пластов огромного количества попутной воды, что приводит к удлинению сроков разработки и к более низкой нефтеотдачи. На темп роста обводненности продукции скважин оказывает влияние повышенная вязкость и проявление структурно-механических свойств пластовых нефтей [5].
Вследствие этого требуются методы, обеспечивающие коэффициент извлечения нефти на уровне коэффициента вытеснения. Это позволяет рассматривать Арланское месторождение как перспективный объект для применения технологии вытеснения нефти раствором двуокиси углерода [2].
Метод основан на том, что двуокись углерода, растворяясь в нефти, увеличивает ее объем и уменьшает вязкость, с другой стороны, растворяясь в воде, повышает ее вязкость. Таким образом, растворение двуокиси углерода в нефти и воде ведет к выравниванию подвижности нефти и воды, что создает возможности получения более высокой нефтеотдачи, как за счет увеличения коэффициента вытеснения, так и коэффициента охвата.
Объемное расширение нефтей зависит от давления, температуры и количества растворенного газа. На объемное расширение нефти под воздействием двуокиси углерода влияет также содержание в ней легких углеводородов (С3-C7). Чем больше в нефти содержание легких углеводородов, тем больше ее объемное расширение. Набухание нефти вызывает искусственное увеличение нефтенасыщенного объема порового пространства коллектора. В результате давление в порах повышается, вследствие чего в добывающие скважины дополнительно вытесняется часть остаточной неподвижной нефти.
Даже при частичном насыщении нефти двуокисью углерода коэффициент вытеснения ее увеличивается на 6–10 % за счет повышения фазовой проницаемости для нефти, а следовательно, и конечную нефтеотдачу пластов [4].
В США процесс СО2 — воздействия реализован на многих месторождениях в пятнадцати штатах (по состоянию на 2006 год). Реализованы проекты с закачиванием двуокиси углерода из природных месторождений этого флюида и со строительством трудопроводов длиной до 2,0 тыс. км и более, по которым жидкая СО2 перекачивается от промышленных источников двуокиси углерода до нефтяных месторождений.
Показательным примером успешной и высокоэффективной реализации двуокиси углерода является нефтяное месторождение Вейбурн (Weyburn) в Канаде, по состоянию на 2006 год. На предыдущих этапах это месторождение с начальными извлекаемыми запасами — 160,0 млн.т. нефти эксплуатировалось системой вертикальных скважин, затем доразрабатывалось наклонно-направленными скважинами и горизонтальными скважинами, а на современной стадии с помощью воздействия двуокиси углерода.
Текущие результаты воздействия этого метода отображают приращения начальных извлекаемых запасов на 40–45 млн.т., что около 25 % первоначальных суммарных извлекаемых запасов. Для организации СО2 — воздействия потребовалось проложить трубопровод длиной около 2,0 тыс. км от предприятия, где синтезируется СО2 в штате Северная Дакота (США), через границу с Канадой до месторождения Weyburn. По трубопроводу ежесуточно прокачивается 2,7 млн.м3 в сутки жидкой СО2.
По данным БашНИПИнефти первый эксперимент по нагнетанию двуокиси углерода в нефтяной пласт в нашей стране был проведен на Александровской площади Туймазинского месторождения в 1970–1980 годах, подтвердивший высокую нефтевытесняющую способность. За счет закачки в пласт СО2, по оценке БашНИПИнефти, дополнительно добыто 27,3 тыс.т. нефти, что соответствует увеличению нефтеотдачи на 15,6 % от его начальных запасов по сравнению с закачкой воды. На тонну закачанного СО2 дополнительно добыто 5,8 т. нефти. Такой эффект заметно выше. Полигонные испытания доказали возможность технического обеспечения процесса нагнетания и перекачки жидкой двуокиси углерода в промысловых условиях [3].
Экономическая эффективность применения СО2 для увеличения нефтеотдачи пластов определяется исходя из его расходов на единицу объема нефти на устье нагнетательной скважины, т. е. удельной дополнительной добычи нефти, и цены на нефть.
Затраты на СО2 могут изменяться в широких пределах в зависимости от источника его получения.
Природный СО2 из залежей, расположенных вблизи нефтяных месторождений, будет наиболее дешевым. Природные скопления двуокиси углерода в нашей стране обнаружены только на Семивидовском месторождении (Западная Сибирь) и Астраханском. Он содержит до 20–30 % неактивных компонентов — метана, азота и др.
Наибольшие ресурсы искусственного СО2 дают электростанции, заводы по получению искусственного газа из угля, сланцев и другие химические заводы. Из дымовых газов тепловой электростанции мощностью 250 МВт можно получить 2,5 млн. т. СО2 в год.
Заводы по получению искусственного углеводородного газа из угля выбрасывают как побочный продукт в 3–4 раза больше СО2, чем целевого продукта. Этот газ должен быть очищен, сжат и транспортирован к нефтяным месторождениям. По оценкам некоторых проектов, при дальности транспортировки до 800 км стоимость 1000 м3 СО2 будет составлять 35–40 дол. При такой стоимости СО2 и указанном удельном расходе его на добычу нефти 1 т. дополнительной нефти будет стоить примерно 30–80 дол. Даже при таких удельных затратах метод представляет промышленный интерес при современной цене на нефть.
Этот метод можно рассматривать как наиболее приоритетный метод увеличения нефтеотдачи пластов, при высокой вязкости нефти. Но в дальнейшем применение метода будет определяться в основном ресурсами природного СО2, так как потребности в нем примерно 1000–2000 м3 на тонну добычи нефти.
Перспективы применения СО2 на Арланском нефтяном месторождении для увеличения нефтеотдачи пластов довольно широкие. Так, расчеты по Е. В. Лозину, показали, что при реализации СО2 воздействия на рассматриваемом месторождении можно получить не менее 200 млн.т. дополнительной нефти. Проект при этом условии экономически рентабелен [3].
Потенциал Арланского месторождения, по мнению специалистов, далеко не исчерпан и может быть повышен за счет более эффективных решений по оптимизации процессов извлечения нефти.
Из всех известных методов увеличения нефтеотдачи пластов, использование двуокиси углерода является наиболее универсальным и перспективным. Важным преимуществом метода заключается в возможности применения его в заводненных пластах и относительно простой реализации.
Литература:
- Зайнетдинов Э., Файзрахманов Р. Арлан — уникальное месторождение нефти, 2012.
- Ленченкова Л. Е. Повышение выработки трудноизвлекаемых запасов нефти физико-химическими методами: автореф. дисс. … д.т.н Уфа: УГНТУ, 2002. 49 с.
- Лозин Е. В. Основные принципы разработки и перспективы доразработки крупных нефтяных месторождений Башкортостана. Уфа: ООО «БашНИПИнефть», 2012. 7 с.
- Нефтеотдачи заводненных пластов. Лекция — физико-химические методы увеличения нефтеотдачи (от 05.02.2014).
- Яруллин К. С. Основы геологии нефти и газа. Уфа: БашГУ, 2001. 104 с.
