CC BY
136
Лаврентьев А.В.
доцент, кандидат химических наук,
докторант кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Антониади Д.Г.
профессор, академик РАЕН, доктор технических наук, зав. кафедрой Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В статье показано, что физико-химические методы относятся к числу наиболее перспективных методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Отмечено, что экономические критерии МУН представляют собой один из базовых показателей эффективности систем разработки нефтегазовых месторождений.
Ключевые слова: методы увеличения нефтеотдачи, классификация методов увеличения нефтеотдачи, дополнительная добыча нефти, физико-химические методы, способы повышения нефтеотдачи, выбор оптимальной технологии Keywords: methods of the increase of oil recovery, categorization of the methods of the increase of oil recovery, additional mining to oils, physico-chemical methods, ways of increasing of oil recovery, choice to optimum technology
Существуют разные подходы к систематизации методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Так, в [1] выделено четыре группы МУН:
1) физико-химические (закачка водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ), щелочей, кислот и др. агентов);
2) методы смешивающегося вытеснения (закачка в пласт двуокиси углерода или карбонизированной воды и др.);
3) тепловые методы (закачка горячей воды, закачка пара, влажное внутрипластовое горение);
4) гидродинамические методы - гидравлический разрыв пласта (ГРП), нестационарное заводнение и отбор жидкости с изменением направлений фильтрационных потоков и др.
В [2] предложен иной состав методов, в котором присутствуют такие позиции как газовые, физические и комбинированные методы (таблица 1).
Таблица 1 - Состав методов МУН [2]
1. Тепловые методы:
• паротепловое воздействие на пласт;
• внутрипластовое горение;
• вытеснение нефти горячей водой;
• пароциклические обработки скважин_________________________________________
2. Газовые методы:
• закачка воздуха в пласт;
• воздействие на пласт углеводородным газом (в том числе ШФЛУ);
• воздействие на пласт двуокисью углерода;
• воздействие на пласт азотом, дымовыми газами и др.________________________
3. Химические методы:
• вытеснение нефти водными растворами ПАВ (включая пенные системы);
• вытеснение нефти растворами полимеров;
• вытеснение нефти щелочными растворами;
• вытеснение нефти кислотами;
• вытеснение нефти композициями химических реагентов (в том числе мицеллярные растворы и др.);
• микробиологическое воздействие____________________________________________
4. Гидродинамические методы:
• интегрированные технологии;
• вовлечение в разработку недренируемых запасов;
• барьерное заводнение на газонефтяных залежах;
• нестационарное (циклическое) заводнение;
• форсированный отбор жидкости;
• ступенчато-термальное заводнение__________________________________________
5. Г руппа комбинированных методов
С точки зрения воздействия на пластовую систему в большинстве случаев реализуется именно комбинированный принцип воздействия, при котором сочетаются гидродинамический и тепловой методы, гидродинамический и физико-химический методы, тепловой и физико-химический методы и так далее______________________________________
6. Методы увеличения дебита скважин
Отдельно следует сказать о так называемых физических методах увеличения дебита скважин. Объединять их с методами увеличения нефтеотдачи не совсем правильно из-за того, что использование методов увеличения нефтеотдачи характеризуется увеличенным потенциалом вытесняющего агента, а в физических методах потенциал вытесняющего нефть агента реализуется за счет использования естественной энергии пласта. Кроме того, физические методы чаще всего не повышают конечную нефтеотдачу пласта, а лишь приводят к временному увеличению добычи, то есть повышению текущей нефтеотдачи. К наиболее часто применяемым физическим методам относятся:
• гидроразрыв пласта;
• горизонтальные скважины;
• электромагнитное воздействие;
• волновое воздействие на пласт;
• другие аналогичные методы____________________________________________________
Необходимо отметить, что приведённые выше классификации методов МУН достаточно условны в плане разделения на группы. Более строгое представление о сущности этих методов и о месте физико-химических подходов в системе МУН можно будет составить после рассмотрения сущности основных методов МУН.
В нашей стране за счёт применения методов увеличения нефтеотдачи получен значительный прирост дополнительной добычи нефти, соответствующий 17 % от общей добычи и примерно половине всей добычи из трудноизвлекаемых запасов [3]. Распределение дополнительно добытой нефти по методам МУН приведено в таблице 2.
Таблица 2 - Распределение добытой нефти по методам МУН
Применяемые МУН 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Добытая нефть за счёт МУН по России, всего, тыс. тонн 22512 28212 34213 37182 42558 43108
1. ГРП
количество проведённых операций 1611 2278 2218 1763 2163 2167
дополнительная добыча нефти, тыс. тонн 9013 11276 14125 14881 14289 13666
2. Горизонтальные скважины
количество пробуренных скважин 104 133 174 220 326 392
добыча нефти из всех ГС, тыс. тонн 567 1009 1465 2019 3845 4497
3. Зарезка боковых стволов
количество пробуренных стволов 17 53 138 224 563 696
добыча нефти из всех ПС, тыс. тонн 45 60 233 404 1166 1831
4. Тепловые методы
дополнительная добыча нефти, тыс. тонн 1216 1578 1928 2073 3190 3163
5. Физико-химические методы
дополнительная добыча нефти, тыс. тонн 7873 10478 11886 12942 13736 13435
6. Г азовые методы
дополнительная добыча нефти, тыс. тонн 307 220 205 223 226 246
7. Прочие методы
дополнительная добыча нефти, тыс. тонн 3491 3591 4371 4641 6107 6270
Решение проблемы рационального использования запасов нефти в значительной степени зависит от мер государственного управления. Это положение хорошо иллюстрирует рисунок 1, на котором показана динамика дополнительной отдачи нефти в США за счёт применения приоритетных МУН [3]. Одновременно на 30 % выросла и нефтеотдача, которая в 2000 году достигла 41 %.
Рисунок 1 - Динамики нефтеотдачи и дополнительной добычи нефти в США за счёт применения приоритетных МУН
Отечественный опыт в этой области также говорит о значимости эффективного госуправления. Так, во второй половине 70-х годов на правительственном уровне были приняты специальные меры по расширению масштабов применения методов увеличения нефтеотдачи, что позволило увеличить дополнительную добычу до 12 млн. тонн, или почти в 4 раза (рисунок 2).
Рисунок 2 - Динамика нефтеотдачи в США и России (с учётом принятия Федеральной программы) и без учёта её принятия
Физико-химические методы относятся к числу наиболее перспективных МУН. На рисунке 3 представлены данные по дополнительным объёмам нефти, полученным ООО «Татнефть» от использования физико-химических и гидродинамических методов за период с 1990 по 2010 гг. [4]
Рисунок 3 - Дополнительные объёмы нефти, полученные ООО «Татнефть» от использования физико-химических и гидродинамических методов за период с 1990 по 2010 гг.
Как следует из рисунка 3, динамика физико-химических методов имеет растущий характер за всё время наблюдений.
На протяжении всего жизненного цикла разработки месторождения способы повышения нефтеотдачи могут быть разделены на три основных этапа (рисунок 4) [5]:
• на первом этапе используется естественная энергия месторождения (пластовое давление), объём нефтеотдачи варьируется от 5 % до 15 %;
• на втором этапе реализуются методы поддержания пластового давления путём закачки воды, нефтеотдача на уровне от 20 % до 60 %;
• на третьем этапе, когда месторождение уже характеризуется высокой степенью обводнённости и истощённости, применяются физико-химические, термические и др. методы, что обеспечивает нефтеотдачу пласта на 35-75 %.
В [6] показано, что повышение коэффициента извлечения нефти в глобальном масштабе всего на 1 % позволит увеличить традиционные запасы нефти до 88 млрд. баррелей, что в три раза больше, чем добывается за год.
Рисунок 4 - Г руппы методов управления нефтеотдачи месторождений
В системе методов МУН существует проблема выбора оптимальной технологии применительно к текущему состоянию скважины - степени выработанности, характеристик пород-коллекторов и др. На рисунке 5 представлена технологическая программа концерна «Shell» увеличения нефтедобычи на различных стадиях выработки месторождения, в которой технологии МУН выстроены в определённой последовательности, обеспечивающей повышение эффективности добычи на фоне истощения месторождения.
В [7] изучены вопросы повышения эффективности выработки трудноизвлекаемых запасов нефти с использованием методик выбора технологий освоения трудноизвлекаемых запасов c применением гидродинамических, физических, химических и микробиологических МУН.
Рисунок 5 - Технологическая программа концерна «Shell» увеличения нефтедобычи на различных стадиях выработки месторождения
Тенденция увеличения доли трудноизвлекаемой нефти в её запасах в стране будет в будущем только усиливаться, что ставит задачи создания новых принципиальных подходов к первичному и вторичному вскрытию продуктивных пластов, к разработке нефтегазовых месторождений, к обеспечению эффективной добычи нефти в осложнённых условиях [8].
Для системного выбора технологий МУН используется экспертный метод подбора воздействия с использованием геолого-физических и промысловых параметров участка воздействия, геолого-промысловых условий эффективного применения каждой технологии и экспертной оценке степени влияния геолого-промысловых факторов на технологический эффект от применения технологии (рисунок 6).
Рисунок 6 - Блок-схема экспертной технологии
В таблице 3 приведены данные сравнительного анализа эффективности предлагаемых технологий.
Таблица 3 - Сравнительный анализ эффективности предлагаемых технологий
№ Технология Реализация Объект -полигон Дополни- тельная добыча нефти, тыс. тонн/обр.
1 ПЖСГС-полимер, жидкое стекло, глинистая суспензия Закачкой в нагнетательные скважины композиции жидкого стекла с добавками Арланское С - II 6,8
2 ГСКДЖ - гивпан, соляная кислота, дистиллированная жидкость Закачка на месторождениях со слабой минерализацией пластовой воды Сергеевское Д - 1 3,2
3 ВСиЖД высокоэффективное селективное изолирующее + дистиллярно- жидкостное воздействие Закачка на месторождениях с большой приёмистостью Манчаровское С-III 3,1
4 Нефтенол НЗБ + алюмохлорид Для закачки на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки обводнённостью добываемой жидкости 50-95 % Туймазинское DIII 6,6
5 Нефтенол НЗБ + синтетический латекс + жидкий углеводород Для селективного регулирования проницаемости водопроводящих каналов пласта за счёт образования гелей во всём объёме водонасыщенной части пласта Четырманское, Верейский 5,7
6 Нефтенол НЗБ + деэмульгатор+ углеводородный растворитель Закачка состава позволяет регулировать гидрофильнолипофильный состав системы, что способствует улучшению реологических свойств микроэмульсионной композиции при закачке Саитовское С-2 4,6
Необходимо отметить, что проблема систематизации технологий МУН и определение их системно-временной привязки к условиям данного месторождения пока ещё мало осмысленная задача.
В [9] предложена экономическая классификация методов повышения нефтеотдачи, представленная двумя группами (рисунок 7):
Рисунок 7 - Экономическая классификация методов увеличения нефтеотдачи
• методы, применяемые в уже пробуренных скважинах, при этом затраты относятся к текущим затратам;
• методы, при которых затраты относятся к единовременным затратам, включая мероприятия, проводимые во вновь вводимых скважинах или при реконструкции скважин.
Для расчёта экономического эффекта от внедрения методов повышения нефтеотдачи используется соотношение:
эj=[де-(р - с )-Cj ](i - d),
где Эj - экономический эффект от внедрения метода повышения нефтеотдачи продуктивных пластов на данной скважине, руб./скв.-обр.; DQ - прирост добычи нефти после внедрения этого метода повышения нефтеотдачи продуктивных пластов, тонн/скв.-обр.; Р - расчётная цена реализации нефти, руб./т; Cv - условно-переменные затраты на добычу 1 тонны нефти, руб./т; Cj - затраты на проведение данного мероприятия по повышению нефтеотдачи продуктивных пластов, руб./скв.-обр.; d - ставка налога на прибыль, доли ед.
В таблице 4 представлены группы МУН по затратам.
Таблица 4 - Экономическая классификация с указанием групп МУН по затратам
Характеристика МУН Г руппы МУН по затратам
капитальным (единовременным) э ксплуатационным (текущим)
Бурение дополнительного фонда скважин +
Бурение боковых стволов для значительного расширения площади дренирования +
Бурение наклонно-направленных скважин +
Бурение горизонтальных скважин +
Реанимации длительно бездействующих скважин + +
Г идроразрыв продуктивных пластов +
Г идродинамические методы +
Изменение пластовых условий в системе
«порода - флюид» с целью дополнительной добычи +
Снижение остаточной нефтенасыщенности в охваченном разработкой объёме +
Потокоотклоняющие технологии +
Обработка призабойной зоны +
Перфорационные методы +
Ремонтно-изоляционные работы +
Прочие ГТМ (оптимизация режима работы скважин, ликвидация аварий) +
В качестве примера приведены структуры затрат на проведение МУН и прироста добычи нефти по группам на одном из месторождений Западной Сибири за период с 2007 по 2012 гг. (таблица 5).
Таблица 5 - Затраты на проведение методов увеличения нефтеотдачи и прироста добычи нефти по отдельным группам предлагаемой классификации (млн. руб./млн. тонн)
Годы Г руппа операционных (текущих) затрат Г руппа инвестиционн (единовременных) зат ых рат Всего
бурение новых добывающих скважин зарезки боковых стволов прочие инвести- ционные
2007 307/1,2 2 218/0,56 627/0,26 164/0,41 3 317/2,43
2008 446/0,91 3 066/0,86 1 078/0,40 431/0,57 5 022/2,75
2009 385/0,67 1 776/0,95 1 663/0,57 71/0,76 3 896/2,94
2010 347/0,67 1 959/0,98 1 331/0,68 55/0,84 3 693/3,17
2011 278/0,70 1 999/0,97 1 326/0,76 40/0,95 3 645/3,38
2012 279/0,79 3 232/1,14 1 854/0,86 119/1,12 5 484/3,90
Как видно из таблицы 5, преобладает группа инвестиционных затрат -на бурение новых скважин и боковых стволов, которая составляет порядка 90 % всех затрат на проведение МУН.
Литература
1. Юшков И.Р. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений: учебно-методическое пособие / И.Р. Юшков, Г.П. Хижняк, П.Ю. Илюшин. - Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2013. - 177 с.
2. Обзор современных методов повышения нефтеотдачи пласта [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.petros.ru/rus/news/?action=show&id=267
3. ГП РВО «ЗАРУБЕЖНЕФТЬ» Методы увеличения нефтеотдачи [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.tpprf.ru/common/upload/documents/committee/ener/zak4.doc
4. Ибатуллин Р., Тахаутдинов Ш., Ибрагимов Н., Хисамов Р. Технологические решения для разработки месторождений, разрабатываемых на пределе рентабельности // «Нефтегазовая Вертикаль», № 05/2011
5. Методы увеличения нефтеотдачи (МУН) [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://s04. static-shell. com/content/dam/shell-new/local/country/rus/downloads/pdf/innovation/mun-broshure.pdf
6. Абызбаев И.И. Комплексное многоуровневое планирование применения третичных методов увеличения нефтеотдачи при освоении трудноизвлекаемых запасов нефти. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. - Уфа, 2008.
7. Применение современных методов увеличения нефтеотдачи в России: важно не упустить время [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ev.com/Publication/vwLUAssets/Advanced-recoverv-methods-in-Russia/$FILE/Advanced-recovery-methods-in-Russia.pdf
8. Савенок О.В. Повышение эффективности базовых и информационноуправляющих технологий при разработке месторождений углеводородов с трудноизвлекаемыми запасами. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. - Москва, 2013. - 432 с.
9. Бадретдинов И.А., Карпов В.Г. Классификация методов увеличения нефтеотдачи (экономический подход) // Нефтегазовая геология. Теория и практика. - 2014. - Т. 9. - № 1 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ngtp.ru/rub/3Z5 2014.pdf
