CC BY
226
30 ГЕОЛОГИЯ
УДК 553-982
Трудноизвлекаемые нефти: физико-химические свойства и экологические последствия их добычи
И.Г. Ященко
к.г. м-н-, зав. лаб-1 [email protected]
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук, Томск, Россия
Объемы добычи и потребления нефти как наиболее технологичного и экологичного вида топливного сырья, неуклонно возрастают. Расширяются и области его промышленного использования, особенно в таких отраслях, как транспорт, полимерная нефтегазовая химия, металлургия и пр. Одновременно с ростом добычи нефти истощается наиболее качественная часть ее ресурсов. Включаются в разработку трудноизвлекаемые запасы, которые увеличивают экологические последствия при их добычи. В статье определены критерии отнесения нефтей к трудноизвлекаемым. С использованием базы данных по физико-химическим свойствам нефти проведен анализ пространственного распределения трудноизвлекаемых нефтей основных нефтегазоносных бассейнов мира, выявлены особенности физико-химических свойств, как нефтей с аномальными свойствами, так и нефтей в сложных условиях залегания (большая глубина, аномальные пластовые температуры, неблагоприятные коллекторы).
материалы и методы
База данных ИХН СО РАН по физико-химическим свойствам нефти общим объемом информации 22180 описаний образцов нефти мира, методы геостатистического и пространственного анализа.
Ключевые слова
трудноизвлекаемые нефти, тяжелые нефти, вязкие нефти, сернистые нефти, смолистые нефти, парафинистые нефти, нефтегазоносный бассейн, физико-химические свойства нефтей, сероводород, пластовая температура, глубина, коллекторы, экологические последствия
Введение
Как известно, более половины всех топливно-энергетических потребностей мира обеспечиваются нефтью и газом. Одновременно с ростом добычи нефти в мире прирост ее запасов уже длительное время не компенсируется, истощается наиболее качественная часть ее ресурсов, в частности наиболее легкие, маловязкие, малосернистые нефти. Включаются в разработку трудноиз-влекаемые запасы с высокой плотностью, вязкостью, сернистостью и смолистостью. Это резко меняет не только технологические параметры нефтяного сырья с неблагоприятными свойствами, но и увеличивает экологические издержки при его освоении и усиливает негативное влияние на окружающую среду. Своевременное изучение физико-химических свойств трудноизвлекаемых нефтей (ТИН) может предотвратить или хотя бы уменьшить эту нагрузку на окружающую среду, позволит своевременного принять защитные меры ещё на стадии выбора технологий добычи,транспортировки и переработки такого нефтяного сырья.
К трудноизвлекаемым относятся запасы нефтей, заключенные в геологически сложнопостроенных пластах и залежах или представленные малоподвижной нефтью (например, с высокой вязкостью, плотностью и высоким содержанием твердых парафинов). Они характеризуются сравнительно низкими дебитами скважин, обусловленными низкой продуктивностью пластов, неблагоприятными условиями залегания нефти
(газонефтяные залежи, глубина более 4500 м и др.) или аномальными физико-химическими свойствами (рис. 1) [1-6].
Основу анализа свойств ТИН составила выборка от 50 до 5000 образцов ТИН из базы данных (БД) по физико-химическим свойствам нефти Института химии нефти СО РАН, которая в настоящее время включает описания 22180 образцов нефти. Более подробно данная информация представлена в таб. 1.
Физико-химические свойства аномальных трудноизвлекаемых нефтей
Известно, что тяжелые и вязкие нефти обогащены тяжелыми элементами-примесями, многие из которых имеют ярко выраженные токсические свойства. Это резко меняет не только технологические параметры углеводородного сырья, но и увеличивает экологические издержки при его освоении. Установлено, что тяжелые нефти наиболее обогащены металлокомплексами, особенно ванадием и никелем. По экспертной оценке мировые потенциальные ресурсы ванадия в тяжелой нефти и битумах составляют примерно 125 млн. т., а извлекаемые попутно с нефтью — около 20 млн. т [7-11]. Сейчас ванадий и никель теряются при сжигании нефтепродуктов, нанося большой ущерб окружающей среде. Причем, по мере исчерпания запасов легкой нефти и перехода на массовую разработку тяжелой нефти с высоким содержанием ванадия, никеля и других токсоопасных элементов, объемы металлокомплексов попутно извлекаемых
Рис. 1 — Основные критерии отнесения нефти к трудноизвлекаемой
с нефтью будут неизбежно возрастать и без соответствующих мер по их очистке для защиты окружающее среды осваивать их будет недопустимо.
Высокое содержание серы в нефти влияет как на технологию её освоения, транспорта, переработки и утилизации, так и на степень неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Все это вынуждает технологов исследовать содержание серы в нефтях более детально. Высокое содержание смол в нефтях также является причиной технологических осложнений как при добыче и транспортировке нефти, так и в процессах их переработки, а
именно, способствует образованию кокса в процессе нефтепереработки, что приводит к закоксовыванию поверхности катализаторов, вызывая большой экономический ущерб при нефтепереработке.
Известно, что в объеме добытой в России в 2006 г. нефти более 70% составили нефти с высоким содержанием парафинов. Постоянное увеличение в общем объеме добываемой нефти доли парафинистых не-фтей ставит перед нефтяниками ряд сложных технических проблем. Повышенное содержание парафинов приводит к образованию устойчивых трудноразрушаемых
Трудноизвлекаемые нефти Объем
выборки из БД
Тяжелая (плотность 5104
более 0,88 г/см3)
Вязкая (вязкость более 35 мм2/с 2510 при 200С)
Сернистая (содержание серы 865
^ более 3%) 5
т Смолистая (содержание смол 2030 более 13%)
0
3 Парафинистая (содержание 2327
1 парафинов более 6%) з
5 С высокой газонасыщенностью 51
| (более 500 м3/т)
о
х С низкой газонасыщенностью 2668 го
и (менее 200 м3/т)
-©■ С высоким содержанием 81
х сероводорода (более 5%)
В слабопроницаемых 479
коллекторах (менее 0,05 мдм2)
тс
^ В коллекторах с низкой 96
§ пористостью (менее 8%)
х Большие глубины залегания 407 | (более 4500 км)
§ к Пластовая температура 839
<» х выше 1000С
^ ¡о
-©■ ^ Пластовая температура 316
X т ниже 200С
Количество Количество
нефтегазоносных месторождений бассейнов
119
63
40
52
58
67
33
25
47
35
1725 892 358 702 807 39 1090 57 345 63 206 438 169
Таб. 1 — Количественная характеристика описаний трудноизвлекаемых нефтей в БД
Физико-химические показатели
тяжелая вязкая сернистая парафинистая смолистая
Плотность, г/см3 0,9203 0,9144 0,9320 0,8494 0,8497
Вязкость при 200С, мм2/с 1866,12 2168,17 3361,37 99,38 38,76
Содержание серы, % 1,98 1,91 4,15 0,55 2,08
Содержание парафинов, % 3,91 4,21 3,89 12,98 4,73
Содержание смол, % 17,55 16,43 23,57 7,78 21,76
Содержание асфальтенов, % 5,15 4,70 8,40 1,89 5,62
Фракция н.к. 2000С, % 12,35 12,84 13,74 20,63 15,42
Фракция н.к. 3000С, % 28,46 29,01 28,66 40,42 30,81
Газосодержание в нефти, м3/т 38,16 25,56 22,36 104,47 43,32
Термобарические условия залегания
Температура пласта, 0С 42,68 35,94 34,33 71,59 41,08
Пластовое давление, МПа 15,68 14,28 14,53 24,54 16,56
Таб. 2 — Физико-химические свойства тяжелой, вязкой, сернистой,
парафинистой и смолистой нефти
твердых фракций парафина, ухудшающих не только качество подготовки товарной нефти, но и степень очистки сточных вод, закачиваемых в пласт. Отложения парафинов в призабойной зоне пласта и на поверхности нефтепромыслового оборудования является одним из серьёзных осложнений при эксплуатации скважин и трубопроводного транспорта. Парафиновые отложения снижают фильтрационные характеристики пласта, закупоривают поры, уменьшают полезное сечение насосно-компрессорных труб и, как следствие, значительно осложняют добычу и транспортировку нефти, увеличивают расход электроэнергии при механизированном способе добычи, приводят к повышенному износу оборудования, что несет угрозу возникновения экологических последствий нефтеразливов.
Физико-химические свойства тяжелых, вязких, сернистых, парафинистых и смолистых нефтей представлены в таб. 2, из которой видно, что такие нефти относятся к вязким (особенно сернистые нефти), высокосмолистым и среднепарафинистым (за исключением парафинистых нефтей, которые являются высокопарафинистыми и малосернистыми), с низким содержанием фракций и газовым фактором. Газовый фактор аномальных нефтей изменяется от 22 до 104 м3/т, что также является одним из критериев ТИН (рис. 1). Пластовые температуры залежей изменяются от 34 до 720С.
Как уже отмечалось на рис. 1, к трудноиз-влекаемым нефтям относятся нефти с газовым фактором ниже 200 м3/т и выше 500 м3/т. Рассмотрим физико-химические свойства нефти с низким газосодержанием. Выборка таких нефтей составила 2668 образцов из 1090 месторождений 67 нефтегазоносных бассейнов (НГБ). Отличаются большим количеством месторождений с низкой газонасыщенностью Волго-Уральский НГБ (ВУНГБ) — 398 месторождений, Западно-Сибирский НГБ (ЗСНГБ) — 171 месторождение, в Афгано-Таджикском, Северо-Кавказском и Тимано-Печорском (ТПНГБ) таких месторождений от 25 до 56. Физико-химические свойства рассматриваемых нефтей представлены в таб. 3, из которой видно, что нефти относятся к нефтям со средней плотностью, высоковязким, сернистым, среднепара-финистым, среднесмолистым и малоасфаль-теновым, со средним содержанием фракций.
Нефтей с высоким газосодержанием (более 500 м3/т) в БД оказалось не очень много — всего 51 образец из 39 месторождений 22 НГБ (таб. 1). Они распределены по континентам следующим образом: 1 — в Африке, 10 — в Америке и остальные 11 — в Евразии. Больше всего месторождений с высоким содержанием газа находится в США — 19 месторождений, в России — 7 месторождений (Розовское в ВУНГБ, Варьеганское, Лугинец-кое, Западно-Лугинецкое и Вынгаяхинское в ЗСНГБ и два месторождения Гудермесское и Хаян-Кортовское в Северо-Кавказском НГБ), Казахстане — 3 месторождения (Жанажол, Тенгиз и Новобогатинское). В таб. 3 показано, что такие нефти относятся к легким, маловязким, малосернистым, умеренно па-рафинистым, малосмолистым и малоасфаль-теновым, с высоким содержанием фракций.
Наличие в нефти химически агрессивного сернистого газа концентрацией более 5% также осложняет добычу нефти, несет
22
20
12
коррозийную нагрузку на оборудование, увеличивая тем самым экологическую опасность нефтедобычи, требуя применения специального оборудования при бурении скважин и добыче нефти. Сероводородной коррозии подвергаются как открытые поверхности металлов, так и находящиеся под слоем золовых отложений. Для сероводородной коррозии характерно образование язв на поверхности металла, растрескиваний, а также увеличение хрупкости металлов под действием выделяющегося водорода. Сероводородная коррозия влияет на внутренние поверхности нефтепроводов, как в тонком пленочном слое, адсорбированном на поверхности труб, так и в объеме электролита, образующегося в нижней части трубопровода из скапливающейся воды. Довольно сильной сероводородной коррозии подвергаются днище и нижний пояс резервуаров, соприкасающиеся с отделяемой от нефти водой. В газовой фазе интенсивность сероводородной коррозии резервуара весьма велика, поэтому крыша и верхние внутренние части корпуса корродируются особенно сильно.
При совместной транспортировки нефти с высоким содержанием сернистого газа и воды в виде водонефтяной эмульсии термодинамические нарушения транспортной среды могут приводить к выделению сернистого газа из нефти и обогащению им попутных вод. В связи с этим возникает острая необходимость организации глубокой дегазации и деэмульсации нефти и глубокой очистки сточных вод с отводом газа в систему газосбора, а сточных вод — в систему технического водоснабжения, снизив интенсивность коррозийных процессов подземного и наземного нефтепромыслового оборудования и создав благоприятные условия для предотвращения экологических рисков [7, 12].
В БД образцов нефти с высоким содержанием сероводорода оказалось 81 из 57 месторождений 20 НГБ (таб. 1). Больше всего этих месторождений находится в России (24), Канаде (6), Казахстане и США (по 5 месторождений). Физико-химические свойства таких нефтей представлены в таб. 4, из которой видно, что они относятся к нефтям средней плотности и повышенной вязкости, сернистым, среднепарафинистым, средне-асфальтеновым и умеренно смолистым, с низкой газонасыщенностью.
Физико-химические свойства трудноизвлекаемой нефти в сложных условиях залегания
В перечень основных критериев выделения трудноизвлекаемых запасов нефтей входит аномальная пластовая температура — выше 100°С либо ниже 20°С [1, 3]. Знание значения пластовой температуры важно для экологической оценки свойств нефтей. Их поведение в приповерхностных условиях, т.е. в условиях температур, как правило, ниже 40-45°С, остается сравнительно благоприятным — нефти мало растворимы, а следовательно, и мало ми-грационно-подвижны. Но если, к примеру, добыча высоковязких нефтей сопровождается применением парогенераторов, или методов подземного горения, экологическая ситуация резко меняется. Их растворимость в нарастающем ряду от метановых
к нафтеновым и ароматике увеличивается, причем в 2-3 раза. К примеру, малорастворимые в воде при нормальных условиях бензол, толуол, бенз (а)-пирены, многие смоло-асфальтеновые фракции становятся растворимыми. Они выносятся с горячими водами из зоны добычи, загрязняя тем самым водоносные горизонты. Это же свойство нефтей растворяться в «горячих» пластовых водах (более 100°С) особенно с минерализацией менее 100 г/л следует учитывать и при сбросе нефтяных пластовых вод, попадающих на поверхность при добыче нефти с больших глубин, обычно более 4000 м в бассейнах с высоким тепловым потоком [7].
В БД выделено 839 образцов нефти из 438 месторождения 47 НГБ, залегающих в пластах с «горячими» пластовыми водами (более 100°С) (таб. 1). Больше всего залежей с высокой пластовой температурой на территории России находится в ЗСНГБ и Северо-Кавказском НГБ, недра которых характеризуются и самым высоким тепловым потоком [7, 13-16]. В этих бассейнах пластовая температура может
изменяться от 100 до 190°С, например, в месторождениях Гудермесское, Эльда-ровское, Бойчаровское, Северо-Малго-беское, Брагунское в Северо-Кавказском НГБ и Быстринское в ЗСНГБ. Высокотемпературные залежи месторождений (пластовая температура более 1б0°С) находятся в бассейнах Мексиканский залив и Западный Внутренний в Северной Америке, в Восточно-Австралийском НГБ в Австралии, в Евразии — Амударьинском, Венском, Западно-Сибирском, Паннонском, Северо-Кавказском и Центрально-Европейском НГБ. Из таб. 5 следует, что нефти в высокотемпературных пластах являются легкими, со средней вязкостью, малосернистыми, малосмолистыми и малоасфаль-теновыми, но умеренно парафинистыми.
Аномально низкая пластовая температура (ниже 20°С) ведет к экологическим последствиям добычи нефти из-за низкой разницы между пластовой температурой и температурой застывания парафинов и смол в нефти. В БД образцов нефти, залегающих в пластах с низкой температурой, определено в количестве 316 из 169 месторождений 35 НГБ.
Физико-химические показатели
Нефти с низкой газонасыщенностью (менее 200 м3/т)
Объем
выборки
2522
1659 1877 1719
1399
Плотность, г/см3 Вязкость при 200С, мм2/с Содержание серы,% Содержание парафинов, % Содержание смол, % Содержание асфальтенов, % 1427 Фракция н.к. 2000С, % 214
Фракция н.к. 3000С, % 212
Газосодержание в нефти, м3/т 2667 Термобарические условия залегания Температура пласта, 0С 2084
Пластовое давление, МПа 2130
Среднее значение
0,86 181,84 1,29 5,63 10,71 2,80 24,66 42,86 62,85
55,05 19,75
Нефти с высокой газонасыщенностью (более 500 м3/т)
Объем
выборки
45 7
38 12 12
10
3
2
50
24 21
Среднее значение
0,83
3,09
0,36
6,25
7,94
2,48
35,10
52,80
707,07
87,19
27,17
Таб. 3 — Физико-химические свойства нефти с различной газонасыщенностью
Физико-химические показатели
Плотность, г/см3 Вязкость при 200С, мм2/с Содержание серы, % Содержание парафинов, % Содержание смол, % Содержание асфальтенов, % Фракция н.к. 2000С, % Газосодержание в нефти, м3/т Термобарические условия залегания Температура пласта, 0С Пластовое давление, МПа
Объем выборки
23
10
19
13
12
11
2
15
27 31
Среднее значение
0,87 49,33 2,18 4,05 14,56 6,23 24,90 109,97
74,75 31,50
Таб. 4 — Физико-химические свойства нефти с высоким содержанием сернистого газа в нефти (более 5 %)
Наибольшее число месторождений выявлено в ВУНГБ — 81, в Лено-Тунгусском бассейне — 10, по 7 месторождений в Западно-Канадском, Прикаспийском и ТПНГБ. Физико-химические свойства нефтей, залегающих в пластах с низкой температурой, представлены в таб. 5. В среднем эти нефти могут быть отнесены к нефтям с повышенной плотностью, сверхвязким, сернистым, среднепарафи-нистым, умеренно смолистым, среднеас-фальтеновым и с низким газосодержанием в нефти.
Сравнение данных из таб. 5 показало, что свойства нефти сильно зависят от температурных условий залегания. Наилучшими качественными показателями обладают нефти в пластах с высокой пластовой температурой.
Глубокозалегающие нефти (более 4500 м) также относятся к трудноизвлекаемым нефтям (рис. 1). В БД таких нефтей оказалось
407 из 206 месторождений 25 НГБ. Наибольшее число НГБ с глубокозалегающими нефтя-ми относится к Евразии (60%), 5 бассейнов в Северной Америке, 4 — в Южной Америке и бассейн Перт в Австралии. Установлено, что в Северо-Кавказском бассейне таких месторождений 35, в ЗСНГБ — 33, в Прикаспийском — 18, по 16 месторождений в бассейнах Мексиканского залива и Таримском. Самые большие глубины залегания (более 7000 м) характерны для следующих западно-сибирских месторождений — Гыданское, Ен-Яхинское и Мохтиковское, в Западно-Канадском НГБ — это Гилби, Медисин-Ривер, Кроссфилд, Вилесден-Грин и Ферриер, в Днепровско-Припятском НГБ — Шевченковское месторождение и для китайских месторождений Чутунг (Северо-Тайваньский НГБ) и Халахатанг (Таримский НГБ).
Физико-химические свойств приведены в таб. 6, где показано, что в среднем глубо-
Физико-химические показатели
Нефти с высокой пластовой температурой (более 100°С)
Нефти с низкой пластовой
температурой
(менее 20°С)
Объем выборки
Плотность, г/см3 432
Вязкость при 200С, мм2/с 155
Содержание серы,% 237
Содержание парафинов, % 228
Содержание смол, % 214
Содержание асфальтенов, % 203
Фракция н.к. 2000С, % 75
Фракция н.к. 3000С, % 64
Газосодержание в нефти, м3/т 117 Термобарические условия залегания
Температура пласта, 0С 838
Пластовое давление, МПа 665
Среднее значение
0,8251
12,03
0,36
9,85
5,36
1,27 29,41
49,10 163,63
119,40 38,31
Объем выборки
221
165
137
126
112
106
24
24
104
318 267
Среднее значение
0,8855
12929,34
1,46
3,87
14,52
3,98
18,75
33,13
36,82
15,37 10,04
Таб. 5 — Физико-химические свойства нефти с различной пластовой температурой
Физико-химические показатели
Плотность, г/см3
Вязкость при 200С, мм2/с Содержание серы, % Содержание парафинов, % Содержание смол, % Содержание асфальтенов, % Фракция н.к. 2000С, % Фракция н.к. 3000С, % Газосодержание в нефти, м3/т Термобарические условия залегания Температура пласта, 0С Пластовое давление, МПа
Объем выборки
183
78 123 80
70 74
60
41 14
84
85
Среднее значение
0,8363
70,84 0,50 7,49
5,42
1,69
31,31
48,21
301,75
120,33 68,30
Таб. 6 — Физико-химические свойства нефти с большой глубиной залегания (более 4500 м)
козалегающие нефти могут быть отнесены к легким, с повышенной вязкостью, средне-сернистым, среднепарафинистым, малосмолистым, малоасфальтеновым, с высоким содержанием фракции н.к. 2000С и средним содержанием фракции н.к. 3000С. Выявлено высокое газосодержание в этих нефтях. Как видно из таб. 6, в среднем пластовая температура в зоне добычи с больших глубин выше 120°С, что может нести угрозу возникновения экологических последствий добычи и освоения высокотемпературных нефтей, как было сказано выше.
Трудноизвлекаемыми нефтями в соответствии с рис. 1 считаются нефти, заключенные в неблагоприятных коллекторах, к которым относятся слабопроницаемые (проницаемость менее 0,05 мкм2) и низкопористые (пористость менее 8%) [1, 3].
Рассмотрим физико-химические свойства ТИН в слабопроницаемых коллекторах. В БД образцов нефти, залегающих в слабопроницаемых коллекторах, определено в количестве 479 из 345 месторождений 33 НГБ (таб. 1). В России низкая проницаемость неблагоприятных коллекторов является одним из основных геологических факторов, осложняющим эффективную добычу. Именно проблемы низкой проницаемости сдерживают освоения ряда месторождений Ханты-Мансийской впадины в Западной Сибири, а также продуктивного рифея Юрубчено-Тохомской зоны Лено-Тунгусского бассейна. Наибольшее число месторождений с неблагоприятными коллекторами выявлено в ВУНГБ - 118, в Пермском бассейне (Северная Америка)
— 57, в ЗСНГБ — 27, в Северо-Кавказском
— 26, ТПНГБ — 25, в Уиллистонском и Западно-Канадском (Северная Америка) — 13 и 12 месторождений соответственно. По нашим данным в России самые слабопроницаемые коллектора находятся в Тимано-Печорском (Ярегское, Джьерское, Западно-Тэбукское, Хосолтинское, Василковское, Кумжинское и др.), Северо-Кавказском (Джигинское), Западно-Сибирском (Заозерное и Ново-Аганское), Волго-Уральском (Малышевское), Лено-Вилюйском (Средне-Вилюйское) и Прикаспийском (Астраханское) бассейнах. Физико-химические свойства нефтей, залегающих в коллекторах с низкой проницаемостью, представлены в таб. 7. В среднем эти нефти могут быть отнесены к нефтям со средней плотностью, сверхвязким, сернистым, среднепарафинистым, среднесмо-листым, среднеасфальтеновым, с высоким содержанием фракции н.к. 2000С и средним содержанием фракции н.к. 3000С и с низким газосодержанием в нефти.
Рассмотрим физико-химические свойства ТИН в низкопористых коллекторах (пористость менее 8%). В БД находится 95 образцов из таких коллекторов 63 месторождений 12 бассейнов на территориях Венесуэлы, Италии, Канады, Китая, России и США. Наибольшее число месторождений с коллекторами низкой пористости выявлено в ВУНГБ — 21, в Западно-Канадском бассейне таких месторождений 16, в Пермском — 8, по 4 месторождения в Северо-Кавказском и Тимано-Печорском бассейнах. Очень низкой пористостью коллекторов отличаются месторождения ВУНГБ (Бузовьязовское,
Нагорное, Ерсубайкинское), Северо-Кавказского (Благовещенское, Джигинское, Ключевское), ЗСНГБ (Мыльджинское и Средне-Итурское) и Западно-Канадского (Джофре) бассейнов. Физико-химические свойства нефтей, залегающих в коллекторах с низкой поористостью, представлены в таб. 7. В среднем эти нефти могут быть отнесены к нефтям со средней плотностью, сверхвязким, сернистым, среднепа-рафинистым, среднесмолистым, средне-асфальтеновым, с высоким содержанием фракции н.к. 2000С и средним содержанием фракции н.к. 3000С и с низким газосодержанием в нефти.
В заключение можно сказать, что в связи с сокращением запасов легкодоступных нефтей в мире наблюдается рост доли труд-ноизвлекаемых запасов в общем объеме добываемой нефти, что в свою очередь ведет к усилению их негативного влияния на окружающую среду при добычи, транспортировке и переработке.
Итоги
Проведен пространственный анализ размещения трудноизвлекаемых нефтей мира. Выявлены закономерности залегания этих нефтей и особенности их свойств. Проведен сравнительный анализ физико-химических свойств трудноизвлекаемых нефтей. Описаны экологические последствия добычи трудноизвлекаемых нефтей.
Выводы
В статье определены критерии отнесения нефтей к трудноизвлекаемым нефтям. С использованием базы данных по физико-химическим свойствам нефти проведен анализ пространственного распределения трудноизвлекаемых нефтей основных нефтегазоносных бассейнов мира, выявлены особенности физико-химических свойств, как нефтей с аномальными свойствами, так и нефтей в сложных условиях залегания (большая глубина, аномальные пластовые температуры, неблагоприятные коллекторы). Данные исследования могут использованы для прогноза ареалов планетарного распространения месторождений с трудноизвлекаемыми нефтями в России и основных нефтегазоносных бассейнах мира и определения основ стратегии превентивной защиты окружающей среды при освоении трудноизвлекаемых нефтей. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых экологически безопасных и усовершенствовании существующих методов и технологий нефтедобычи, транспортировки нефтей с аномальными физико-химическими свойствами, а также при решении других задач нефтяной отрасли.
Список используемой литературы
1. Пуртова И.П., Вариченко А.И., Шпуров И.В. Трудноизвлекаемые запасы нефти. Терминология. Проблемы и состояние освоения в России // Наука и ТЭК. 2011. № 6. С. 21-26.
2. Ибраев В.И. Прогнозирование напряженного состояния коллекторов и флю-идоупоров нефтегазовых залежей в Западной Сибири. Тюмень: Тюменский дом печати, 2006. 208 с.
Лисовский Н.Н., Халимов Э.М. О классификации трудноизвлекаемых запасов // Вестник ЦКР Роснедра. 2009. № 6.
С. 33-35.
Халимов Э.М. Геотехнологии разведки и разработки нефтяных месторождений. Избранные труды (1958-2000 гг.). М.: ИГиРГИ, 2001. 656 с. Халимов Э.М. Концепция дифференцированной ставки налога на добычу полезных ископаемых // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2004. № 11. С. 44-50. Лукьянов Э.Г., Тренин Ю.А., Деревягин А.А. Достоверность геолого-геофизической информации для оценки извлекаемых (рентабельных) запасов нефти // Нефтегазовое дело. 2008. № 1. Якуцени С.П. Распространенность углеводородного сырья, обогащенного тяжелыми элементами-примесями. Оценка экологических рисков. Спб.: Недра, 2005. 372 с.
Ященко И.Г. Тяжелые ванадиевоносные нефти России // Известия Томского политехнического университета. Науки о Земле. 2012. Т. 321. № 1. С. 105-111. Ященко И.Г. Ресурсы тяжелых нефтей мира и сравнительный анализ их физико-химических свойств // Экспозиция Нефть Газ. 2012. № 5 (23). С. 47-53. . Ященко И.Г. О металлоносности тяжелой нефти России // Нефть Газ Новации. 2012. № 8. С. 11-16. . Ященко И.Г. Токсоопасные тяжелые нефти России: региональные и качественные особенности // Экологический вестник России. 2013. № 6. С. 26-33.
12. Курбанбаев М.И., Абитова А.Ж., Муллаев Б.Т. и др. Глубокая очистка сточных вод, закачиваемых в продуктивные пласты — непременное условие повышения их нефтеотдачи. Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов: Материалы IV Международного научного симпозиума, 18-19 сентября 2013, Москва. В 2 т. Т. 2. М.: Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт, 2013.
С. 143-151.
13. Полищук Ю.М., Ященко И.Г. Изучение связи свойств нефтей с геотермическими характеристиками нефтеносных территорий // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2005. № 3. С. 26-34.
14. Ященко И.Г. Взаимосвязь свойств вязких нефтей и уровня теплового потока на территориях Волго-Уральского, Западно-Сибирского и Тимано-Печорского бассейнов // Известия Томского политехнического университета. Науки о Земле. 2007. Т. 311. № 1. С. 73-76.
15. Полищук Ю.М., Ященко И.Г. Анализ статистической зависимости химического состава нефтей от уровня теплового потока на нефтеносных территориях России // Геология нефти и газа. 2007. № 4, С. 39-42.
16. Ященко И.Г., Полищук Ю.М. Взаимосвязь свойств тяжелых нефтей и уровня теплового потока на территориях Волго-Уральского, Западно-Сибирского и Тимано-Печорского бассейнов // Известия Томского политехнического университета. Науки о Земле. 2008.
Т. 313. № 1. С. 59-63.
Физико-химические показатели
Нефти, залегающих в коллекторах с низкой проницаемостью (менее 0,05 мкм2)
Нефти, залегающих в коллекторах с низкой пористостью (менее 8%)
Плотность, г/см3 Вязкость при 200С, мм2/с Содержание серы, %
Объем выборки
443
404 86
Содержание парафинов, % 79
Содержание смол, % 52
Содержание асфальтенов, % 40
Фракция н.к. 2000С, % 17
Фракция н.к. 3000С, % 11
Газосодержание в нефти, м3/т 78 Термобарические условия залегания
Температура пласта, 0С 258
Пластовое давление, МПа 117
Среднее значение
0,8712
1597,91 1,19 4,41 10,17 3,54 39,79
48.92
47,84
52.93 18,25
Объем выборки
86 80 17
13 7
7 5 5
17
60 43
Среднее значение
0,8603 6590,91 1,41 3,21 8,20 1,96 28,72 51,76
107,43
67,62 18,67
Таб. 7 — Физико-химические свойства нефти, залегающих в неблагоприятных коллекторах
ENGLISH
GEOLOGY
UDC 553.982
Difficult-to-recover oils: physical and chemical properties and environmental impacts of production
Authors:
Irina G. Yashchenko — geology and mineralogy ph.d, head of the laboratory1; [email protected]
'Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tomsk, Russian Federation
Abstract
The volume of oil production and consumption as the most technologically advanced and environmentally friendly type of fuel materials has been steadily increasing. Expanded to the area and its industrial use, especially in industries such as transportation, oil and gas polymer chemistry, metallurgy, etc. Along with the growth of oil production is depleted most of its high-quality resources. Included in the development as reserves, which increase the environmental consequences of their prey. The paper defines the criteria for classifying oils to hard-to. Using a database of physical and chemical properties of oil analysis of the spatial distribution of hard- core petroleum gas basins of the world, the peculiarities of physical and chemical properties, such as oils with anomalous properties, and petroleum in the difficult conditions of occurrence (greater depth, the abnormal formation temperatures, adverse collectors).
Materials and methods
Database IPC SB RAS on physico-chemical properties of oil, information scope 22180 samples oils of the world, methods of geostatistical and spatial analysis
Results
Spatial analysis of the distribution of difficult-to-recover oils of the world held. Patterns of the occurrence of these oils and features of their properties. Comparative analysis of the physico-chemical properties of difficult-to-recover oils held. Describes the environmental effects of extraction of difficult-to-recover oils.
Conclusion
The paper defines the criteria of the oil to the difficult-to-recover oils. Using a database of physical and chemical properties of oil analysis of the spatial distribution of difficult-to-recover oils of oil-gas bearing basin the world, the peculiarities of physical and chemical properties, such as oils with
anomalous properties, and petroleum in the difficult conditions of occurrence (greater depth, the abnormal formation temperatures, adverse collectors). These studies can be used to predict the distribution of areas of planetary fields with difficult-to-recover oils in Russia and the major hydrocarbon basins of the world and determine the basic strategy of preventive protection of the environment during the development of difficult-to-recover oils. The results can be used to develop new environmentally friendly and improvement of existing methods and technologies of oil production and transportation of oil with abnormal physical and chemical properties, as well as to solve other problems of the oil industry.
Keywords
difficult-to-recover oils, heavy oils, viscosity oilshighly oils, sulphite oils, wax oils, oil-gas bearing basin, physical and chemical properties, hydrogen sulphide, reservoir temperature, depth, collectors, environmental impacts
References
1. Purtova I.P., Varichenko A.I., Shpurov I.V. Trudnoizvlekaemye zapasy nefti. Terminologiya. Problemy isostoyanie osvoeniya vRossii [Difficult-to-recover oils. The problems and the state of development in Russia]. Nauka i TEK, 2011, issue 6, pp. 21-26.
2 . Ibraev V.I. Prognozirovanienapryazhennogo
sostoyaniya kollektorov i flyuidouporov neftegazovykh zalezhey v Zapadnoy Sibiri [Prediction of the stress state of collectors and fluid trap oil and gas deposits in Western Siberia]. Tyumen: Tyumen Printing House, 2006, 208.
3 . Lisowski N.N., Halimov E.M. Oklassifikatsii
trudnoizvlekaemykh zapasov [About the classification of difficult to recover oils]. Vestnik TsKR Rosnedra, 2009, issue 6, pp. 33-35.
4 . Halimov E.M. Geotekhnologiirazvedkii
razrabotki neftyanykh mestorozhdeniy. Izbrannye trudy (1958-2000 gg.) [Geotechnology exploration and development of oil fields. Selected works (1958-2000)]. Moscow: IGiRGI, 2001, 656 p.
5 . Halimov E.M. Kontseptsiya differentsirovannoy
stavki naloga na dobychu poleznykh iskopaemykh [The concept of differentiated tax rates on mining]. Geologiya, geofizika i razrabotka neftyanykh i gazovykh mestorozhdeniy, 2004, issue 11, pp. 44-50.
6. Lukyanov E.G., Trenin Ju.A., Derevyagin A.A. Dostovernost' geologo-geofizicheskoy informatsii dlya otsenki izvlekaemykh (rentabel'nykh) zapasov nefti [The accuracy of geological and geophysical data to estimate the recoverable (profitable) oil]. Neftegazovoe delo, 2008, issue 1.
7. Yakutseni S.P. Rasprostranennost' uglevodorodnogo syr'ya, obogashchennogo
tyazhelymi elementami-primesyami. Otsenka ekologicheskikh riskov [The prevalence of hydrocarbons, enriched in heavy impurities. Environmental risk assessment]. Saint Petersburg: Nedra, 2005, 372 p.
8. Yaschenko I.G. Tyazhelye vanadievonosnye nefti Rossii. [Vanadium carrier heavy oil]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Nauki o Zemle, 2012, Vol. 321, issue 1, pp. 105-111.
9. Yaschenko I.G. Resursytyazhelykhnefteymira i sravnitel'nyy analiz ikh fiziko-khimicheskikh svoystv [Heavy oil resources of the world and a comparative analysis of their physical and chemical properties]. Exposition Oil Gas, 2012, issue 5 (23), pp. 47-53.
10. Yaschenko I.G. O metallonosnosti tyazheloy nefti Rossii [About the heavy metal content of oil in Russia]. Neft Gas Novatsii, 2012, issue 8, pp. 11-16.
11. Yaschenko I.G. Toksoopasnye tyazhelye nefti Rossii: regional'nye i kachestvennye osobennosti [Russian current dangerous heavy oil: regional and qualitative features]. Ekologicheskiy vestnik Rossii, 2013,
issue 6, pp. 26-33.
12. Kurbanbaev M.I., Abitova A.G., Mullan B.T. and others. Glubokaya ochistka stochnykh vod, zakachivaemykh vproduktivnye plasty — nepremennoe uslovie povysheniya ikh nefteotdachi. Teoriya i praktika primeneniya metodov uvelicheniya nefteotdachi plastov: Materialy IVMezhdunarodnogo nauchnogo simpoziuma, 18-19 sentyabrya 2013, Moskva. V21. T. 2. [Deep cleaning of sewage pumped into reservoirs — a necessary condition
for improving their recovery . Theory and practice of enhanced oil recovery methods: Proceedings of the IV International Scientific Symposium, 18-19 September 2013, Moscow.
In 2 volumes. Vol. 2. Moscow: Russian Oil and Gas Research Institute, 2013, pp. 143-151.
13. Polishchuk Y.M., Yaschenko I.G. Izuchenie svyazi svoystv neftey s geotermicheskimi kharakteristikami neftenosnykh territoriy [Studies of the relationship of oil properties with geothermal characteristics of oil-bearing areas]. Bulletin ofthe NESC FEB RAS, 2005, issue 3, pp. 26-34.
14. Yaschenko I.G. Vzaimosvyaz' svoystv vyazkikh neftey i urovnya teplovogo potoka na territoriyakh Volgo-Ural'skogo, Zapadno-Sibirskogo i Timano-Pechorskogo basseynov [Relationship properties of viscous oil and the level of heat flow in the Volga-Urals, West Siberia and Timan-Pechora basin. Tomsk Polytechnic University]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Nauki o Zemle, 2007, Vol. 311, issue 1,
pp. 73-76.
15. Polishchuk Y.M., Yaschenko I.G. Analiz statisticheskoy zavisimosti khimicheskogo sostava neftey ot urovnya teplovogo potoka na neftenosnykh territoriyakh Rossii [Statistical analysis of the dependence of the chemical composition of the oil on the level of heat flux on the oil-rich territories of Russia]. Geologiya nefti i gaza, 2007, issue 4,
pp. 39-42.
16. Yaschenko I.G., Polishchuk Y.M. Vzaimosvyaz' svoystv tyazhelykh neftey i urovnya teplovogo potoka na territoriyakh Volgo-Ural'skogo, Zapadno-Sibirskogo i Timano-Pechorskogo basseynov. [The relationship of properties
of heavy oil and the level of heat flow in the Volga-Urals, West Siberia and Timan-Pechora basin. Tomsk Polytechnic University]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Nauki o Zemle, 2008, Vol. 313, issue 1,
pp. 59-63.
