CC BY
221
ШЕСТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД: МЕХАНИЗМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
13-14 ноября 2015 г.
УДК 553.98;622.276.3
СПОСОБЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УГЛЕВОДОРОДНЫХ
РАСТВОРИТЕЛЕЙ
М. Я. Кузина, Н. В. Мизина
Российская Федерация является одним из ведущих мировых поставщиков нефти и газа. Только в Западной Сибири - крупнейшей нефтегазоносной провинции, открыто около 500 нефтяных, газонефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений, содержащих 73% текущих разведанных запасов нефти России. Экспорт углеводородного сырья во многом обеспечивает бюджет государства, поэтому важнейшей задачей, как для страны, так и для ЗападноСибирского региона, является поддержание существующего уровня добычи нефти и газа. Большая часть легко извлекаемых запасов к данному моменту выработана, и в настоящее время внимание привлекают остаточные запасы, та нефть, которую промышленно освоенными методами разработки извлечь из недр не получается. По разным подсчетам при существующих схемах добычи до 55-75% нефти остается в слабопроницаемых участках,в обособленных линзах, в заводненных или загазованных зонах пластов. Соответственно разрабатываются и внедряются многочисленные методы, призванные увеличить нефтеотдачу.
Необходимо учитывать, что существует множество сортов нефти сразной плотностью, количеством органических веществ идругими различиями физических и химических свойств. Нередко встречаются нефти, обладающие аномальной вязкостью [1]. При наличии в составе жидкости элементов с тиксотропными свойствами, в спокойном состоянии они притягиваются друг к другу и образуют крупные скопления, устойчивые к разрушениям. К таким аномальным нефтям относят высоковязкие, битуминозные, тяжелые нефти. Именно они составляют значительную часть остаточных запасов.
Химический состав аномальной нефти может меняться в широком диапазоне, в зависимости от месторождения. В ней могут присутствовать парафиновые,нафтеновые и асфальте-новые углеводороды. Процентное соотношениепарафинов, смол и асфальтенов определяет физические свойства нефти, такие как плотность и вязкость. Наличие смол и асфальтенов -веществ с большой молекулярной массой, утяжеляет жидкость. А взаимное влияние этих углеводородов друг на друга может привести к значительному уменьшению текучести нефти. Таким образом, для эффективного извлечения высоковязких нефтей требуется воздействовать на ряд их компонентов, чтобы улучшились реологические свойства жидкости. Для этого надо либо нагреть пласт, либо добавить растворители.
Многие добывающие компании и в Западной Сибири и в Европейской части РФ эксплуатируют месторождения с аномальными нефтями. Поэтому интерес к способам разработки таких месторождений большой. Определить перспективы того или иного нового метода, устройства, технологии позволяют исследования в области патентования. Как правило, каждая поданная на патент заявка является востребованной на рынке услуг в данной сфере производства. Поэтому, анализируя патентную информацию, можно выявить потребности промышленности в различных изобретениях и технологических решениях. В данной работе изучена патентная база по способам добычи нефти и повышению нефтеотдачи. Особое внимание уделено химическим методам с использованием углеводородных растворителей и выявлению наиболее перспективных направлений дальнейшего совершенствования данных методов.
На сегодняшний день наиболее распространенными способами воздействия на пласт с целью повышения нефтеотдачи являются тепловые методы, затем следуют химические и другие [2].
Тепловые методы применяются повсеместно. Они основаны на закачке нагретого водяного пара или другого агента в нефтеносный пласт. При этом искусственно увеличивается температура в призабойной зоне и в стволе скважины, что приводит к расплавлению пара-
М. Я. Кузина, Н. В. Мизина
финов и смол и разжижению нефти. Сюда же можно отнести метод внутрипластового горения, когда в пласт нагнетается воздух, что инициирует окислительные реакции с выделением тепла. В этом случае наиболее тяжелые углеводороды просто сгорают. Также разогрев пласта можно осуществить с помощью воздействия высокочастотного электромагнитного поля.
При всей простоте и экономичности тепловые методы имеют и ряд недостатков, они наносят ощутимый вред окружающей среде, эксплуатируемые пласты оказываются сильно заводненными, и потери тепла при разработке весьма значительны. Поэтому постоянно растет интерес к другим способам повышения нефтеотдачи. И здесь широкие перспективы открываются для химических методов.
На большинстве месторождений нефть добывается из скважин благодаря существующему в пластах давлению. Если естественного давления недостаточно, то закачивают вспомогательные средства, например воду, смеси воды и поверхностно-активных веществ или газы, чтобы повысить давление и/или изменить физико-химические свойства и вытеснить нефть из коллектора. Химические методы многообразны, для разных залежей применяются свои агенты либо их комбинации [3].
Наиболее часто используются добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), полимеров (полиакриламид), щелочных растворов, легких углеводородов или смеси двух и более веществ из перечисленных выше. Действие ПАВ направлено на снижение поверхностного натяжения на границе нефть-вода, увеличение подвижности нефти. Растворы полимеров и щелочные растворы повышают коэффициент вытеснения нефти водой. Легкие углеводороды являются разжижителями и при этом оказывают комплексное воздействие на высоковязкую нефть.
Например, из патента № 2062868 известен способ, когда взатрубное пространство скважины подливается разжижитель, в котором имеется три группы реагентов: вода хлоркаль-циевого типа, гидроокись щелочных металлов и смесь двух ПАВ. Наличие воды по составу идентичной пластовой с добавкой в нее щелочи снижает натяжение на границе нефть-вода до 8,9 мН/м. Гидроокись щелочных металлов и смесь двух ПАВ активно диспергирует ас-фальто-смолисто-парафиновые образования, препятствуя их осаждению на металле и в по-ровом пространстве. Добавка ПАВ предотвращает возникновение стойких водонефтяных эмульсий, которые ухудшают условия откачки нефти. Т. е. каждый элемент оказывает свое воздействие на нефть, находясь вместе, они дополняют друг друга и усиливают общий эффект. Однако, в этом случае состав разжижителя оказывается слишком сложным и многокомпонентным, любое несоблюдение пропорций в смеси может вызвать обратный результат - падение добычи. Существуют более простые реагенты, одними из которых являются легкие углеводороды.
В патенте США 5167280 раскрыт способ стимулирования добычи растворителем, в котором понижающий вязкость реагент - легкая нефть, циркулирует через горизонтальную скважину с помощью эксплуатационной обсадной колонны. Легкие углеводороды диффундируют в пласт при давлении ниже пластового. Когда реагент проходит через пласт под действием концентрационного градиента, он снижает вязкость нефти и обеспечивает ее подвижность. Одновременно нефть с пониженной вязкостью мигрирует в скважину под действием перепада давления.
Из патента № 2475636 известен способ повышения нефтеотдачи с использованием углеводородных растворителей, он включает закачку растворителя в системе парных горизонтальных скважин, где верхняя является нагнетательной, а нижняя - добывающей. Состав растворителя: 80-90% - широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), 10-20% - ароматические углеводороды (толуол, ксилолы, этилбензол).
Также существуют способы, где к ШФЛУ для усиления эффекта добавляют природные поверхностно-активные вещества и содетергенты. В таком случае тяжелые фракции растворяются легкими углеводородами, вязкость нефти снижается, а фазовая проницаемость по нефти увеличивается, что облегчает ее извлечение.
Способы добычи нефти с использованием углеводородных растворителей
Помимо ШФЛУ в качестве растворителя может использоваться целый ряд других углеводородов, например, гексан, дизельное топливо и т. п.
Все вышеперечисленные способы интенсификации добычи нацелены на максимальное разжижение флюида в пласте, растворение полярных, высокомолекулярных компонентов нефти (асфальтенов, нафтеновых и асфальтогеновых кислот, высокоплавких углеводородов и др.), на увеличение текучести нефти, что в конечном итоге повышает нефтеотдачу.
Существует также принципиально иной подход к решению задачи, когда высокомолекулярные компоненты осаждаются из углеводородного нефтяного раствора, переводятся в связанное или твердое состояние, а в составе остаются легко извлекаемые бензиновые, керосиновые, газойлевые и другие, так называемые «светлые» фракции нефти, а также масла, смолы и низкоплавкие вазелино-парафиновые компоненты.
По этой технологии берется такое количество низкомолекулярного углеводородного растворителя, например, н-гексана, которое обеспечивает флокуляцию и оседание из образующегося нефтяного раствора асфальтенов и других тяжелых компонентов. При взаимодействии флокулируемых частиц с веществом в твердой фазе и с глобулами воды процесс их осаждения ускоряется. Таким образом, удается выделить товарную нефть первой группы качества, а трудно растворимые элементы просто удаляются из системы. В сравнении с другими способами, здесь требуется меньшее (в 1,5-10 раз) количество углеводородного растворителя.
Выводы. Использование легких углеводородов в качестве реагентов для увеличения коэффициента извлечения при добыче нефти является весьма перспективным. О востребованности подобных технологий свидетельствуют результаты аналитического обзора по патентным исследованиям, в базах встречается достаточное количество работ, посвященных этой тематике, при этом заявителями являются и научно-исследовательские учреждения, и крупные нефтедобывающие компании, а реализация изобретений осуществляется непосредственно на многих месторождениях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Конесев С. Г., Хазиева Р. Т., Хлюпин П. А., Кондратьев Э. Ю. Анализ динамики патентования методов и устройств регулирования реологических свойств высоковязкой нефти // Нефтегазовое дело, 2013. - № 5.
2. Сургучев М. Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. -М.: Недра, 1985.
3. Сургучев М. Л. Физико-химические микропроцессы в нефтегазоносных пластах. - М.: Недра, 1984.
