Недропользование #6(31) декабрь 2011. Современное состояние, проблемы разработки и внедрения третичных методов добычи углеводородов. С. 54

Увеличение добычи углеводородного сырья

Глобальные проблемы энергетики, связанные с истощением извлекаемых запасов углеводородов, вынуждают специалистов ведущих стран мира искать способы рациональной добычи углеводородного сырья, вести поиск прорывных инновационных технологий, в том числе для добычи до недавнего времени считавшихся нетрадиционными источников энергии таких, как сланцевый и угольный газ.

Даже в России решить проблему увеличения извлекаемости углеводородов только за счет открытия новых месторождений в труднодоступных регионах и ввода их в эксплуатацию практически невозможно.

Между тем ряд крупных специалистов полагают, что геологическая концепция, на которой строилась вся система оценки доказанных запасов за всю историю ее добычи, то есть за 150 лет, оказалась некорректной, так как исходила из определенного представления о распределении углеводородов в продуктивной залежи. Данные анализа по состоянию на 2010 год показали, что по всем залежам мира среднестатистическая величина извлекаемости, в частности нефти, равна всего 30 % и никакие вторичные и третичные методы не смогли превысить этот показатель. 

По экспертным оценкам, остаточные запасы нефти по видам количественно распределяются следующим образом: 

• нефть, оставшаяся в слабопроницаемых пропластках и участках, не охваченных заводнением, - 27 %; 
• нефть в застойных зонах однородных пластов – 19 %; 
• нефть, оставшаяся в линзах и у непроницаемых экранов, – 24 %;
• капиллярно удерживаемая и пленочная нефть – 30 %. 

В международной практике роль воспроизводства сырьевой базы за счет внедрения современных методов увеличения нефтеотдачи (тепловые, газовые, химические, физические, микробиологические, электрические, электромагнитные, вибрационной закачки реагентов с поверхности и т.д.) быстро возрастает и становится все более приоритетной. Благодаря этому мировые доказанные запасы увеличились в 1,4 раза, т.е. на 65 млрд тонн, а проектная нефтеотдача – до 50 %. Все это происходит несмотря на существенное ухудшение структуры запасов – увеличение доли трудноизвлекаемых ресурсов углеводородов. 

Крупные западные корпорации, такие как Shell, Halliburton, Baker & Hughes и другие, вкладывают огромные средства в разработку инновационных технологий не только для увеличения нефтеотдачи, но и для добычи нетрадиционного углеводородного сырья, таких как сланцевый и угольный газ. Поэтому не случайно США в одночасье стали мировым лидером по добыче газа за счет извлечения сланцевого и угольного газа. Понятно, что себестоимость этой продукции остается высокой, кроме того, затрагиваются экологические проблемы. Однако внедрение новых инновационных технологий позволит решить и эту задачу. 

В этой связи четко просматривается тенденция, показывающая, что в мировой практике добычи углеводородов первенство будет принадлежать компаниям и корпорациям, владеющим не столько обеспеченной сырьевой базой, сколько современными инновационными технологиями, успешная реализация которых позволит достичь максимально возможной степени извлечения всех видов углеводородов и тем самым добиться высокой конкурентоспособности на мировом рынке. 

На российский рынок сервисных услуг предлагает большое количество инновационных технологий по МУН, но, несмотря на требование руководства страны о модернизации экономики, их внедрение наталкивается на упорное сопротивление в дочерних структурах добывающих компаний, где привыкли работать по старинке с имеющимися подручными средствами и не заинтересованы во внедрении передовых технологий, благо головные компании отдают им все на откуп, требуя только выполнения плата. 

В результате многие новые третичные методы (МУН) выдавливаются из России и внедряются за рубежом и, как сказал наш зарубежный партнер, потом «русские сапожки вернутся в Россию под видом французских». 

В последнее время все активнее говорят о добыче таких углеводородов, как сланцевый газ и угольный метан. Эта тема заслуживает особого внимания. 

Следует отметить, что прогнозные ресурсы метана угольных пластов в России по своим масштабам сопоставимы с запасами традиционных месторождений природного газа и оценивается в 49 трлн кубических метров. 

В этой связи реализация инновационных проектов по организации добычи угольного метана, создание газовой подотрасли может стать составной частью добычного комплекса страны. 

Как представляется, применение инновационных, энергосберегающих, экологически безупречных технологий позволит извлекать более 90 % метана из угольных пластов. 

В настоящее время методы, применяемые для увеличения извлекаемости нефти и добычи метана, как показала практика, мало чем отличаются друг от друга. Действительно, для увеличения дебита нефтяных скважин ежемесячно планируются и проводятся ГТМ, которые направлены в основном на обработку призабойной зоны, так как от ее состояния во многом зависит продуктивность скважины. Эти методы традиционны: как правило, химия в различных вариантах и ГРП для активных запасов. 

Компании, занимающиеся добычей угольного газа, также пошли традиционным путем, который мало чем отличается от применяемых методов в нефтедобыче. 

Например, известен метод дегазации угольных пластов, основанный на создании полостей вокруг скважины, которая бурится с дневной поверхности; метод вымывания пласта вокруг скважины при помощи спонтанного выброса угля и газа; способ, направленный на провоцирование и поддержание газодинамического разрушения с формированием коллекторной зоны с помощью гидродинамического воздействия (ГДВ); метод закачки в угольные пласты воды и воздуха, а также углекислого газа, добычи из горизонтальных скважин. 

В целом, методы, применяемые в нефтяной промышленности и для добычи газа, очень близки и даже идентичны. 

В США в последние годы вышеназванные корпорации для добычи сланцевого и угольного газа стали применять метод ГРП на дизельной основе. Однако это привело к экологической катастрофе в большинстве штатов, так как продукты горения стали попадать в водозабор. Дело дошло до создания специальной комиссии по изучению этой проблемы, которая к 2012 году должна сделать свои выводы. 

Считается, что создать универсальную технологию, способствующую максимальному извлечению углеводородов, практически невозможно. Однако российские ученые и специалисты попытались опровергнуть это мнение. В результате была разработана универсальная геофизически интегрированная технология плазменно-импульсного воздействия на продуктивные пласты углеводородов, которая успешно прошла ОПР в дочерних предприятиях Лукойла, Газпром нефти, Роснефти, в совместных предприятиях ConocoPhillips – Роснефти «Компания Полярное Сияние» и российско-индийской компании «Империал». 

Создавая технологию, мы исходили из волновой теории вещества, т.е. понимания, что все волны, включая электромагнитные, развиваются по одним и тем же математическим алгоритмам; все законы, связанные с переносом энергии и тепломассообменом, очень близки или даже идентичны, а также из теории волновой динамики паро- и газожидкостных сред. 

Продуктивные залежи углеводородов с физической точки зрения во многом идентичны. Так, газонефтяная и метаноугольная залежи представляют собой природный нелинейный, многослойный модуль объемной упругости, который определяется глубиной залегания, пористостью, проницаемостью, температурой и давлением. Обе залежи сформированы в основном двумя силами, а именно: гравитационными по вертикали и напорными по горизонтали. 

И ту, и другую залежь можно рассматривать как совокупность колебательных систем, где каждый слой имеет свою частоту, а поскольку это среды с подпиткой внешней энергией (приливы-отливы, удаленные землетрясения), в них постоянно идут незатухающие колебания. Иными словами, сама среда неравновесная и в ней царит частотный хаос. 

Создав геофизически интегрированную технологию резонансной накачки для увеличения извлекаемости нефти, удалось решить следующие задачи: 

Комплексные решения с применением технологии плазменно-импульсного воздействия:

• Увеличение дебита добывающих скважин
•  высокая эффективность на низкодебитном фонде скважин
•  реабилитация скважин после снижения эффекта от ГРП
•  эффективность при любой обводненности
• Повышение извлекаемости углеводородов по объекту разработки
• сейсмоакустическая томография межскважинного пространства
• включение в работу непромытых целиков углеводородов
• вывод скважин их бездействия и консервации
• увеличение КН по объекту разработки
• Вызов притока жидкости на стадии освоения
• нет риска нарушения геологической структуры коллектора
• эффективность в сжатые сроки
• селективное воздействие
• Увеличение приемистости нагнетательных скважин
• селективное перераспределение приемистости нагнетательных скважин
• повышение эффективности заводнения
• включение в работу слабодренируемых пропластков
• реабилитация скважин после снижения эффекта от ГРП 

Если с нефтегазовой залежью все в целом понятно, то по метаноугольной залежи необходимо дать несколько пояснений. Метан растворен в пленках воды, угля и породы, находится в газообразном, жидком и твердом состоянии на поверхности частиц, при этом его содержание увеличивается при углефикации углей. Порода и уголь ведут себя на глубине как вязкие жидкости. Механическая прочность угля намного меньше, чем у других пород, и он не способен выдерживать высокий градиент давления, не разрушаясь. Угольный пласт, находясь в напряженном состоянии, имеет низкую проницаемость и повышенную звукопроводность, и, следовательно, является хорошим резонатором. 

Таким образом, учитывая общие физические особенности газонефтяной и метаноугольной залежей, мы считаем, что можно путем вынужденных периодических колебаний (резонансной накачки) с незначительным расходом энергии получить непропорционально большой положительный результат. 

Для возбуждения таких сред необходимо иметь идеальный, нелинейный, широкополосный источник направленных управляемых периодических колебаний. Таким источником является генератор плазменно-импульсного воздействия. 

Периодический источник упругих колебаний

Периодическое плазменно-импульсное воздействие упорядочивает колебания в среде до одной квазигармоники, создавая резонансные явления. В результате возникают колебания и волны в таком диапазоне скоростей, в котором линейные волны не распространяются, увеличивается проницаемость среды, в результате кливажа освобождается газовая фаза, кроме того, газ в виде пузырей выделяется из насыщенной жидкости, часть из которых, присоединяясь к амплитуде колебаний, усиливает ее в два раза, а часть, мигрируя в зону депрессии, при движении лопается, создавая процесс тепломассообмена, разогревая среду, снимая поверхностное натяжение и снижая вязкость. Сама среда приобретает диспергирующие свойства. Все акустические волны в такой среде становятся низкочастотными, а коэффициенты отражения, преломления и поглощения полностью меняют свои свойства и характеристики. 

Численное моделирование

Если говорить кратко, то суть метода заключается в повышении коэффициента пьезопроводности за счет повышения фазовой проницаемости как в призабойной, так и в удаленной зонах пластов углеводородов, а также за счет снижения вязкости среды. 

Создание и опытно-промышленное внедрение технологии на низкопроницаемых коллекторах, содержащих зачастую вязкие нефти, сопровождалось лабораторными исследованиями (защищена диссертация, многократно проводились ГИС, ГДИ, ПГИ, исследования по КВУ и КВД, что подтверждает реальные возможности технологии). 

Лабораторные исследования 

На рисунке показано, как меняется вязкость нефти Усинского месторождения. Данная нефть относится к классу тяжелых, высокосмолистых, высокосернистых и малопарафинистых. Обладает вязкоупругими свойствами, т.е. свойствами жидкого и твердого тела, проявляющих упругое восстановление формы после снятия напряжения. Из рисунка видно, что вязкость нефти после ПИВ на 4.000 МПа*с или на 30 % меньше по сравнению с исходной. 

На рисунке прослеживается зависимость эффективной вязкости нефти от скорости сдвига после ПИВ при температуре 40 оС. Величина напряжения сдвига снизилась на 15-20 %, а эффективная вязкость – на 10-40 % после 30 импульсов. 

Изучение проницаемости по керну показало, что проницаемость в зависимости от структуры керна меняется по-разному, что позволяет моделировать количество импульсов и шаг излучателя по эффективной мощности. 

На экспериментальном стенде образцы керна до и после обработки исследовались на установке FDES-645. При фильтрации нефти горизонта Д Ромашкинского месторождения установлено увеличение подвижности флюида в образцах породы после определенного количества импульсов. Четко прослеживается зависимость градиента давления от расхода жидкости в зависимости от количества импульсов. 

Проведено исследование по изучению влияния ПИВ на пористую среду породы-коллектора путем измерения капиллярного давления в порах естественного керна терригенных отложений. Согласно исследованиям, капиллярное давление водонасыщенного образца керна после различного числа импульсов ПИВ возросло в 1,5-2 раза при насыщении менее 40 %, что свидетельствует об увеличении фильтрационного сопротивления по отношению к водной фазе. 

Эффективная дальность воздействия зависит от геологического строения коллектора. На карбонатах отмечалась реакция скважин на расстоянии 1500-1850 метров, на сложных терригенных коллекторах скважины реагировали на расстоянии 250-300 метров. Следует отметить, что положительные результаты достигались даже при проницаемости коллекторов 1,5-5 мдс, что позволяет нам рассчитывать на добротный кливаж пластов при добыче метана. 

Дело в том, что уголь обладает хорошей звукопроводностью, т.е. свойствами передаточной среды для акустических волн. Поскольку дополнительное давление разрыва сил сцепления между отдельными слоями и пачками углей равно, как правило, 1-2 МПа, можно полагать, что при резонансной накачке природные трещины будут раскрываться, освобождая газовую фазу. Кроме того, газ активно будет выделяться из воды, разогревать уголь и устремится в зону депрессии. В то же время вода под действием сил гравитации будет стремиться к подошве пластов. При резонансной накачке заданные колебания будут сохраняться длительное время, так как это происходит в нефтяной залежи. 

Несколько примеров применения ПИВ на добывающих и нагнетательных скважинах свидетельствуют, что генезис заданных колебаний сохраняется длительное время. Повышение эффективности заводнения 

Представлены три нагнетательные скважины – кандидаты на консервацию. На двух верхних была поставлена задача и успешно выполнена по выравниванию профиля приемистости (перераспределение закачиваемой жидкости по пропласткам). 

Кроме того, на среднем слайде показана реанимация нагнетательной скважины. Длительность эффекта – более трех лет. 

Увеличение дебита добывающей скважины 

На гистограмме показано увеличение дебита с 85 до 165 тонн в сутки на скважине с открытым забоем. Показателен возросший динамический уровень (872 м), то есть потенциал скважины гораздо выше отмеченных показателей, а длительность эффекта превышает 12 и более месяцев. Увеличение дебита добывающей скважины На представленных гистограммах видно, что генезис заданных колебаний сохраняется длительное время после прекращения воздействия до нескольких месяцев, при этом динамический уровень возрастает, а процент обводненности падает. До обработки динамический уровень на представленной скважине составлял 1745 метров, а через 3 месяца он вырос до 1525 м при падении обводненности с 19,4 до 5 %. 

Такая же картина наблюдается и на двух последующих скважинах этого же месторождения. Это одна из последних работ со 100%-й успешностью. 

Увеличение дебита добывающей скважины 

Увеличение дебита добывающей скважины

Таким образом, как представляется, при грамотном использовании технологии ПИВ будь то на нефтяных, нагнетательных скважинах и, очевидно, при добыче угольного газа (надо проводить ОПР), по крайней мере теоретическое обоснование имеется, можно рассчитывать на положительные результаты, а именно, добиться резкого снижения себестоимости добычи угольного газа, не говоря уже об экологической безупречности процесса.