CC BY
369
УДК 622.276(470.13)
ОСОБЕННОСТИ И ИННОВАЦИОННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСВОЕНИЯ РЕСУРСОВ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ
Л.М. РУЗИН
Ухтинский государственный технический университет, г.Ухта [email protected]
Статья посвящена оценке состояния работ по освоению и внедрению современных технологий добычи высоковязких нефтей (ВВН) в Республике Коми, от чего зависит решение главной проблемы нефтяной отрасли - проблемы увеличения нефтеотдачи. Выполнен анализ факторов, сдерживающих освоение залежей высоковязких нефтей. Предложены перспективные технологии разработки залежей высоковязких нефтей РК.
Ключевые слова: высоковязкие нефти, нефтеотдача, тепловые методы добычи, новые технологии увеличения нефтеотдачи, учебно-производственные полигоны
L.M.RUZIN. FEATURES AND INNOVATIVE AREAS OF THE DEVELOPMENT OF HIGH-VISCOSITY OIL RESOURCES
The paper is devoted to assessing the status of work on the development and introduction of modern technologies for the extraction of HVO in the Komi Republic. Solving of the main problem of the Oil industry - the problem of increasing oil recovery - depends on the effectiveness of this assessing. The analysis of the factors impeding the development of high-viscosity oil is done. Perspective technologies for development of high-viscosity oil deposits of Komi are proposed.
Key words: high viscosity oils, production rate, thermal methods of extraction, new technologies of production rate, training and production sites
За последние 30 лет в РФ средняя проектная нефтеотдача снизилась с 40-41 до 33-34 %, что, безусловно, связано с ухудшением структуры запасов, т.е с увеличением доли трудноизвлекаемых запасов, в том числе объектов с аномальными нефтями. Поскольку ухудшение структуры запасов это ожидаемый и неизбежный процесс, то на него должен быть соответствующий вызов нефтяной науки. И надо сказать, что для большинства таких объектов в мировой практике имеются и широко применяются современные технологии, адекватные самым сложным геологическим условиям залежей. К таким технологиям относятся тепловые, газовые, химические, микробиологические методы и их различные модификации и комбинации.
Однако в РФ практически все месторождения, независимо от особенностей их геологической характеристики, продолжают разрабатываться с применением традиционных технологий с заводнением или на естественном режиме. Совершенно очевидно, что применение заводнения не оправдывает себя практически на всех месторождениях с карбонатными, трещиновато-пористыми коллекторами и с аномальными нефтями. На многих таких месторождениях нефтеотдача меньше 15-20 %, что недопустимо. Характерен пример разработки двух соседних пермо-карбоновых залежей Возейского и Усинского месторождений, представленных трещиноватым карбонатным коллектором. Ожидаемая конечная нефтеотдача пермо-карбоновой залежи Возейского месторождения, содержащей легкую
нефть и разрабатываемой с заводнением, не превысит 15%. В то же время нефтеотдача аналогичной залежи Усинского месторождения с более сложным и неоднородным строением коллектора, содержащего нефть вязкостью 700 мПа.с, при тепловом воздействии на пласт составляет не менее 30%. Это объясняется тем, что при закачке в трещиноватый пласт холодной воды низкопроницаемые коллектора, содержащие основные запасы нефти, оказываются блокированными водой, заполнившей высокопроницаемые каналы и их практически невозможно вовлечь в разработку. Понятно, что для таких объектов необходимы новые технологии, позволяющие эффективно воздействовать именно на низкопроницаемые коллектора. К таким технологиям относятся тепловые методы. При закачке в залежь теплоносителя, который также прорывается по высокопроницаемым зонам, менее проницаемые коллектора прогреваются за счет теплопроводности и вовлекаются в разработку за счет целого ряда эффективных механизмов нефте-извлечения, инициированных тепловой энергией. Эти механизмы нами хорошо изучены в процессе лабораторных исследований. Учитывая это, в качестве перспективных объектов для применения тепловых методов могут рассматриваться также залежи легкой нефти, приуроченные к карбонатным и трещиновато-пористым коллекторам, особенно с гидрофобной характеристикой.
Во многих странах (США и др.) средняя проектная нефтеотдача повышается до 41 %, в том
числе и за счет широкого применения современных технологий. При этом структура запасов значительно хуже, чем в РФ. Из 360 проектов по применению современных методов увеличения нефтеотдачи (МУН), реализуемых в мире на 01.01.2008 г,, 166 проектов (46%) приходится на тепловые методы (в основном паротепловые), причем 70 проектов (42%) реализуются в США [1]. Анализ показывает, что тепловые методы эффективно применяют в широком диапазоне вязкостей нефти (от 20 до 5 млн. мПа.с) на залежах, представленных крайне неоднородными, трещиноватыми коллекторами. Даже в условиях, которые считаются экстремальными для заводнения, средний коэффициент извлечения нефти при тепловом воздействии на пласт составляет 51% и в редких случаях достигает 60-70% [2]. Ни на одном месторождении легкой нефти, разрабатываемом с заводнением, не достигнута такая нефтеотдача. В последние годы в разных странах мира ежегодно добывается около 80 млн. т нефти за счет тепловых технологий, что составляет 65% от всей мировой добычи с применением МУН [1].
Актуальность проблемы освоения высоковязких нефтей (ВВН) для Республики Коми обусловлена тем, что здесь они составляют около 50% всех разведанных запасов. В настоящее время это единственный район в РФ, где в широком промышленном масштабе десятки лет добывается аномально вязкая нефть с применением современных термических технологий. На 01.01.2009 г. здесь добыто около 80 млн.т нефти, в том числе около 29 млн.т за счет закачки в пласты пара. Из 2 млн. т ежегодной добычи высоковязкой нефти около половины добывается за счет применения тепловых методов. В процессе разработки этих месторождений накоплен большой промысловый опыт освоения новых технологий и технических средств добычи ВВН в различных геолого-промысловых условиях, создан уникальный термошахтный метод, позволивший повысить нефтеотдачу пласта с 5 до 55 - 60 %, впервые в РФ освоены технология и технические средства для закачки пара с температурой свыше 300 °С на глубину до 1400 м на Усинском месторождении [3].
Несмотря на эти достижения, приходится констатировать, что потенциал огромных ресурсов ВВН и в нашем районе используется недостаточно: объемы закачки пара и добычи нефти в последние 10 лет практически не растут, а темпы отбора нефти составляют всего 0,6% от начальных извлекаемых запасов. Самая крупная в регионе пермо-карбоновая залежь Усинского месторождения с остаточными геологическими запасами аномально вязкой нефти около 680 млн.т разрабатывается с 1977 г. Залежь представлена трещинно-поровока-вернозным карбонатным коллектором очень сложного строения. Анализ промысловых данных однозначно показал, что применение традиционных способов разработки пермо-карбоновой залежи не позволяет повысить нефтеотдачу пласта более 78% [2]. В настоящее время 85% всех запасов залежи продолжает разрабатываться на неэффективном естественном, в основном упруговодонапорном режиме. Это привело при нефтеотдаче 7,5 % к росту обводненности скважин до 83% и переходу залежи в характерную для водонапорного режима 4-ю
стадию разработки. Закачка на залежи пара проектных параметров ведется с 1991 г. При этом наибольшая эффективность получена от пароцикличе-ских обработок (ПЦО) скважин. Их основной недостаток в системе вертикальных скважин - невозможность повысить нефтеотдачу пласта свыше 15 %. В то же время традиционная технология площадной закачки пара в условиях обводненного карбонатного коллектора недостаточно эффективна из-за преждевременных прорывов пара по суперколлекторам, низкого коэффициента охвата и сложности регулирования процесса. Кроме того, с увеличением базовой обводненности скважин свыше 70% паронефтяное отношение растет до недопустимых значений.
Одним из наиболее перспективных направлений радикального повышения нефтеотдачи крайне неоднородного обводненного пласта является использование для паротеплового воздействия на пласт горизонтальных скважин, боковых и радиальных отводов. Это позволяет адресно вскрывать слабо выработанные низкопроницаемые интервалы разреза и воздействовать на них паром. Расчеты показывают, что за счет использования таких скважин можно почти в два раза повысить охват залежи пароциклическими обработками и получить нефтеотдачу свыше 30 %. В университете разработаны и запатентованы технологии, основанные на использовании горизонтального бурения [4,5].
Применяемое на Усе оборудование канадской фирмы Rad Tech позволяет пробурить на одном уровне до четырех отводов длиной 100 м с использованием мощных гидромониторных насадок. Затраты на бурение четырех радиальных отводов в семь-восемь раз меньше стоимости бурения одной вертикальной скважины. До сих пор радиальные стволы использовались только для добычи нефти. На Усинском месторождении впервые в практике нефтедобычи начаты опытные работы по закачке в радиальные отводы пара.
На рис. 1 показаны технологии паротеплового воздействия на пласт, основанные на использовании радиальных отводов для слоистых и массивных зон залежи. Суть технологии для слоистых зон состоит в последовательном разбуривании и обработке паром всей толщи продуктивного разреза в радиусе до 100 - 150 м. Технология для массивных зон залежи предусматривает вытеснение нефти в системе радиальных отводов снизу вверх. Первые результаты опытных работ по паротепловой обработке радиальных отводов, выполненные по восьми скважинам пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, оцениваются положительно.
Одним из перспективных вариантов разработки пермо-карбоновой залежи является также использование горизонтальных скважин (ГС). Большая часть залежи разбурена вертикальными скважинами, расстояние между которыми составляет 150-200 м. Основная часть пробуренного фонда по техническим причинам не может быть использована для закачки в них пара. Пароциклическая обработка таких скважин может быть осуществлена с использованием горизонтальных скважин, пробуренных между рядами вертикальных скважин (рис. 2). Через одну ГС при длине горизонтальной части 500 м можно обработать паром до пяти-шести вертикальных скважин.
[Щ
пар нефть
-- --
//////у '// / / X / У
— —
//////у '// / / / / у
зз_&
II
а-
125 м 125 м 125 м 125 м
Рис. 1. Технологии теплового воздействия через радиальные отводы.
Рис. 2. Пароциклическая обработка пробуренных вертикальных скважин через горизонтальные.
Освоение технологии закачки пара через горизонтальные скважины - это единственный вариант ввода в тепловое воздействие больших запасов нефти (около 140 млн.т), расположенных в охранных зонах месторождения, где бурение вертикальных скважин невозможно. Важнейшим преимуществом всех рекомендуемых технологий является возможность их применения в разбуренных и значительной степени обустроенных зонах залежи, что позволяет значительно снизить затраты на подготовку площадей для теплового воздействия на пласт.
Анализ состояния разработки пермо-карбо-новой залежи показал, что, если в ближайшее время не будут приняты меры по ускорению темпов
их применения, то конечная нефтеотдача залежи будет намного меньше проектной (33%). Это связано с постоянным ухудшением базовых условий применения тепловых методов на площадях естественного режима.
Ярегское месторождение, содержащее нефть вязкостью до 20 тыс. мПа.с в трещиновато-пористом терригенном коллекторе, разрабатывается более 70 лет, в течение которых был испытан широкий спектр различных технологий добычи высоковязкой нефти в шахтных условиях и с поверхности. В настоящее время из трех площадей месторождения (Ярегской, Лыаельской и Вежавожской) в разработке находится только Ярегская площадь, где использу-
А) Двух гор изо нгная система
Б) Одно гор изо нгная система с оконт^ривающим штреком
_п
Рис. 3. Термошахтные технологии, применяемые на Ярегском месторождении.
ется термошахтная технология. Во всех применяемых системах разработки нефть отбирается через плотную сетку пологовосходящих скважин длиной до 300 м, пробуренных из горных выработок, расположенных в нижней части пласта (рис. 3).
Отличие систем разработки состоит в способе подачи в пласт пара. Наибольшей тепловой эффективностью и минимальными затратами характеризуется одногоризонтная система, при которой для закачки пара и отбора нефти используются подземные скважины. Несмотря на это, без должного обоснования и объективного сопоставления альтернативных технологий на месторождении осуществлен преждевременный переход к промышленному применению подзем-но-поверхностного способа, включающего дополнительное бурение дорогостоящих нагнетательных скважин с поверхности для подачи пара с высоким давлением в горизонтальные скважины. Бесперспективность этой технологии обусловлена не только большими затратами на бурение и обустройство поверхности, но и невозможностью закачки пара с повышенным давлением в условиях залежи, ранее разбуренной плотной сеткой скважин, через которые пар прорывает-
ся в старые горные выработки. При этом увеличивается паронефтяное отношение и снижается добыча нефти. К сожалению, более эффективные альтернативные технологии, учитывающие особенности геолого-промысловой характеристики вводимых в разработку площадей, осваиваются крайне медленно.
На рис.4 показана технология, в которой совмещены преимущества шахтного и поверхностного методов. Суть ее в том, что существующие горные выработки используются только для раз-буривания участков по плотной сетке недорогих и идеально расположенных пологовосхо-дящих нагнетательных и добывающих скважин. Эксплуатация подготовленных участков осуществляется с поверхности через три-четыре скважины.
Учитывая недостатки шахтного метода (большие затраты на строительство горношахтных сооружений, длительный срок строительства шахт, неудовлетворительные условия труда работающих), в настоящее время на Яреге проводятся опытные работы по освоению традиционных поверхностных технологий добычи нефти. Одна из таких техноло-
Рис. 5. Метод гравитационного дренажа.
гий (канадская технология термогравитационного дренирования пласта) испытывалась на участке ОПУ-3 Ярег-ского месторождения (рис. 5). Опыт показал на ее недостаточную эффективность из-за недопустимо большого паронефтяного отношения.
На рис. 6 представлена одна из перспективных технологий разработки ярегского пласта с поверхности, которая учитывает особенности геолого-промысловой характеристики пласта и опыт разработки Яреги в шахтных условиях и с поверхности [2]. В этой комбинированной технологии для закачки пара используются вертикальные скважины, благодаря чему достигается высокий охват вытеснением слоисто-неоднородного пласта. Для отбора нефти используются горизонтальные скважины, пересекающие систему вертикальных трещин.
К причинам, сдерживающим освоение залежей ВВН, как и других объектов с трудноизвлекаемыми запасами, относятся следующие:
- выбор технологий для промышленного применения осуществляется без достаточно серьезных обоснований, без проведения качественных опытно-промышленных испытаний с сопоставлением альтернативных технологий в
ч^ ч^»
Рис. 6. Комбинированная технология кальных и горизонтальных скважин.
с использованием верти-
близких геолого-промысловых условиях. В последнее время в стране не проводятся комплексные научные исследования (теоретические, лабораторные, математическое моделирование) по решению этой сложной и наукоемкой проблемы;
- отсутствуют необходимые регламенты, устанавливающие порядок освоения таких сложных объектов, в частности порядок проектирования и проведения ОПР, и самое главное специальные экономические условия, стимулирующие качественное проведение опытно-промышленных работ (ОПР) недропользователями;
- острый недостаток квалифицированных кадров в очень специфичной области, какой является методология освоения ресурсов ВВН с применением сложных технологий;
- недостаточное участие государства в решении проблемы освоения ресурсов ВВН и повышения нефтеотдачи пластов.
В нашем регионе есть уникальная возможность создания в нефтяной шахте учебно-производственной лаборатории, где в натуральных условиях можно изучать геологическое строение пласта, механизм нефтеотдачи, отрабатывать различные технологии бурения и конструкции скважин различной конфигурации. С этих позиций рекомендуется вынести на Центральную комиссию по разработке нефтяных месторождений рассмотрение следующих мероприятий по повышению эффективности освоения ресурсов ВВН:
- создать на базе Ярегского и Усинского месторождений научно-производственный центр (НПЦ) по высоковязким нефтям федерального значения, в рамках которого организовать теоретические, лабораторные исследования, математическое моделирование по оценке эффективности современных технологий;
- придать НПЦ базовые учебно-производственные полигоны на Ярегском месторождении в
шахте и на поверхности для отработки современных технологий и технических средств, стажировки и обучения квалифицированных кадров в области освоения ресурсов ВВН;
- разработать специальные регламенты, устанавливающие порядок проектирования и проведения ОПР по испытанию современных технологий, а также экономические условия, стимулирующие эти работы;
- обобщить и проанализировать 30-летний опыт разработки уникальных Ярегского и Усинского месторождений аномально вязких нефтей шахтным способом и с поверхности и рассмотреть результаты анализа на ЦКР.
Литература
1. Дияшев Р.Н. О тенденциях применения методов увеличения нефтеотдачи в мире // Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов: Материалы Международной научно-практической конференции. Казань: Изд-во «ФЭН» АНРТ, 2008. С. 143-148.
2. Рузин Л.М., Чупров И.Ф. Технологические принципы разработки залежей аномально вязких нефтей и битумов. Ухта: УГТУ, 2007. 244 с.
3. Рузин Л.М., Урсегов С.О. Развитие тепловых методов разработки пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения // Нефтепромысловое дело, 2004. №4. С. 39-43.
4. Патент №2232263 РФ, МКИ В 21 43/24. Способ разработки залежи высоковязкой нефти / Л.М.Рузин. 2004. 4 с.
5. Патент №2268356 РФ, МКИ В 43/24. Способ теплового воздействия на залежь высоковязкой нефти / Л.М.Рузин, М.В.Чертенков. 2006. 4 с.
