Внимание к проблеме не ослабевает уже несколько десятилетий как у нас в стране, так и за рубежом. Именно поэтому средняя нефтеотдача пластов в развитых нефтедобывающих странах медленно, но неуклонно растет. Так, по данным зарубежной печати [1], сейчас средняя проектная нефтеотдача в мире составляет около 30%, а по месторождениям США – около 39%. Мало это или много? По мнению многих специалистов, в обозримом будущем величина нефтеотдачи вполне реальной может быть в 50 – 60% и даже 70%.
Положение с проектной (конечной) величиной нефтеотдачи в нашей стране характеризуется графиком (рис. 1). На этом же графике приведены данные по динамике доли трудноизвлекаемых запасов в балансе запасов страны. Можно видеть постоянный рост доли трудноизвлекаемых запасов и многолетнее снижение коэффициента нефтеотдачи, который только в последние годы начал незначительно расти.
Рис. 1. Динамика трудноизвлекаемых запасов и нефтеотдачи месторождений РФ
Научно-исследовательские и опытные работы по другим методам воздействия были разрозненными и малообъемными. Во многом это было связано с возможностью быстрыми темпами наращивать уровни добычи нефти за счет ввода в разработку новых открываемых запасов. При этом немаловажно, что в этот период имелась возможность освоения крупных и высокопродуктивных месторождений, сначала в Волго-Уральской провинции, а затем в Западной Сибири. Процесс заводнения нефтяных пластов, который к тому времени стал основным методом разработки месторождений, позволял в этих условиях получать достаточно высокую эффективность, особенно на начальных этапах разработки.
Однако уже к концу 60-х годов происходит некоторая переоценка возможных достигаемых коэффициентов нефтеотдачи за счет обычного заводнения, особенно в осложненных геологических условиях. Уже к 1970 г. средний проектный коэффициент нефтеотдачи по стране снизился с более чем 50% в начале 60-х годов до 45%, наблюдалась устойчивая тенденция его дальнейшего снижения.
ОАО «ВНИИнефть имени акад. А.П. Крылова»
ОАО «ВНИИнефть имени акад. А.П. Крылова» многие годы являлся лидером в создании и исследовании методов увеличения нефтеотдачи пластов. В настоящее время модернизируются возможности института в этой области при активной поддержке ОАО «Зарубежнефть». В первую очередь это касается экспериментальной исследовательской базы по тепловым и газовым методам воздействия, развитию исследований по технологиям физико-химического воздействия на нефтяные пласты, программного обеспечения исследования и проектирования методов.
Все значительнее становилось негативное изменение баланса запасов нефти страны. В начале 70-х годов в оборот вводится понятие «трудноизвлекаемые запасы», к которым, в первую очередь, относились запасы нефти в низкопроницаемых коллекторах, высоковязкие нефти, запасы в подгазовых зонах. Хотя доля этих запасов в то время не превышала 15%, они уже начали оказывать определенное отрицательное влияние на темпы добычи нефти. ОАО «ВНИИнефть имени акад. А.П. Крылова» многие годы являлся лидером в создании и исследовании методов увеличения нефтеотдачи пластов. В настоящее время модернизируются возможности института в этой области при активной поддержке ОАО «Зарубежнефть». В первую очередь это касается экспериментальной исследовательской базы по тепловым и газовым методам воздействия, развитию исследований по технологиям физико-химического воздействия на нефтяные пласты, программного обеспечения исследования и проектирования методов.
Кроме того, в связи с большими масштабами применения процесса заводнения быстрыми темпами увеличивались запасы в обводненных пластах, доразработка которых обычными технологиями становилась нерентабельной.
В результате с начала семидесятых годов проблемой применения методов увеличения нефтеотдачи стали все активнее заниматься сначала научно-исследовательские организации страны, а затем и нефтедобывающие предприятия.
Перспективы дополнительного увеличения коэффициента нефтеотдачи, по сравнению с методом заводнения (а для вязких нефтей по сравнению с режимом истощения), связывались, в основном, с так называемыми третичными методами – тепловыми, газовыми и химическ1bими.
В 1976 г. Правительством СССР было принято специальное постановление «О мерах по наиболее полному извлечению нефти из недр». Постановление определяло объемы дополнительной добычи нефти за счет применения третичных методов увеличения нефтеотдачи, а также объемы выпуска в стране необходимых для этого материально-технических средств (специальной техники и химреагентов). Последнее обстоятельство имело особое значение в условиях социалистического хозяйства. Было также предусмотрено экономическое стимулирование осуществления нефтедобывающими предприятиями опытно-промышленных работ.
Большое значение имела активная координация научно-исследовательских работ среди отраслевых и академических институтов страны на основе федеральных и отраслевых научно-технических программ. Эти программы включали в себя исследования механизма новых процессов извлечения нефти из пластов и создание новых технологий, совершенствование методов проектирования и анализа, составление проектных документов и научно-методическое руководство опытными работами, обобщение опыта применения различных методов и определение перспектив их внедрения на месторождениях страны.
В программах предусматривалось участие десятков производственных и научно-исследовательских организаций, для решения фундаментальных проблем нефтеизвлечения были привлечены институты АН СССР.
Особо отметим, что все перечисленные выше мероприятия касались, в основном, так называемых третичных методов воздействия на пласт: тепловых, газовых и химических (рис. 2).
Рис. 2. Третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов
Хотя не все намеченные государственными программами показатели по применению методов увеличения нефтеотдачи в России в этот период были выполнены, нельзя отрицать очевидного прогресса, как в научном обеспечении данной проблемы, так и в объемах промышленного применения новых технологий. Так, за десять последующих лет дополнительная добыча за счет третичных методов возросла в 3 раза и достигла в 1985 г. 5 млн тонн (рис. 3). Были подготовлены десятки документов, связанных с исследованием, проектированием и применением различных технологий. Но самое главное – уже с конца 70-х годов проблема повышения нефтеотдачи пластов начала занимать важное место в научно-технической политике отрасли.
Рис. 3. Добыча нефти за счет применения методов увеличения нефтеотдачи (1970 – 1993 гг.)
В относительно короткие сроки были начаты новые или существенно расширены ранее начатые опытные и промышленные работы по применению новых технологий тепловых, газовых и физико-химических методов в различных нефтедобывающих районах страны. Наиболее крупными проектами в конце 80-х – начале 90-х годов явились работы по тепловому воздействию на пласты месторождений Усинское, Кенкияк, Каражанбас, Гремихинское и других, по физико-химическому воздействию на месторождениях Каламкас, Самотлорское, Ромашкинское и других, по газовому воздействию на месторождении Самотлор. В результате с 1986 по 1990 гг. добыча нефти за счет применения тепловых, газовых и химических методов увеличения нефтеотдачи в стране возросла с 6 млн т/год до 12 млн т/год (рис. 3).
В этот период времени наблюдается и некоторое выполаживание динамики проектного КИН, несмотря на значительный рост доли трудноизвлекаемых запасов.
Важным также представляется опыт применения тепловых, газовых и химических методов на 365 участках 150 месторождений страны (табл. 1). Всего под применение методов были вовлечены месторождения более чем с 5 млрд тонн балансовых запасов нефти. Реализуемые проекты обеспечили прирост извлекаемых запасов в объеме около 250 млн тонн. Россия приобрела уникальный опыт реализации технологий МУН в различных геолого-физических условиях (табл. 2). Средняя вероятность технологически эффективной реализации методов составляла около 70%.
Табл. 1. Применение методов увеличения нефтеотдачи пластов в СССР (1991 г.)
Табл. 2. Диапазоны геолого-физических свойств пластов, в которых применялись МУН в стране
Значительно более серьезными оказались проблемы регулирования процесса внутрипластового горения, а также коррозии в нефтедобывающих скважинах. Не удалось решить и проблему транспорта жидкой двуокиси углерода от нефтехимического завода до месторождения при реализации метода закачки углекислого газа в пласты.
Экономическая эффективность практически всех методов оказалась ниже предполагаемой ранее.
Однако в целом очевиден прогресс в развитии процесса применения тепловых, газовых и химических методов за достаточно короткий период. На наш взгляд, это объясняется несколькими основными факторами:
- государственным регулированием проблемы;
- концентрацией научных, методических и технологических усилий;
- едиными методическими подходами к основным проблемам.
Чтобы переломить складывающуюся ситуацию, ЦКР Роснедра и ГКЗ уже с конца 90-х годов стали обращать особое внимание на рассмотрение (и, как правило, утверждение) в проектных документах и ТЭО КИН применения новых технологий, обеспечивающих эффективный ввод в разработку с более высокими коэффициентами нефтеотдачи трудноизвлекаемых запасов. Напомним, что в соответствии с «Законом о недрах» проектные решения являются обязательными для недропользователя (что, к сожалению, не всегда исполняется, но это уже другая проблема).
В результате реализации новых требований к проектным документам и ТЭО КИН были приращены сотни млн тонн извлекаемых запасов, величина среднего проектного КИН стала увеличиваться и составляет сейчас около 38%.
Часто можно услышать рассуждения о «бумажных» приростах извлекаемых запасов за счет увеличения КИН. В связи с этим следует обратиться к зарубежному опыту, в соответствии с которым [2] в основных международных нефтедобывающих компаниях вклад в прирост извлекаемых запасов за счет повышения нефтеотдачи составляет от 4 до 12%, в зависимости от их возможностей.
Используемые в России в последние годы в проектных документах новые технологии относились, в основном, к гидродинамическим методам воздействия, повышающим эффективность процесса заводнения. Расширение области применения этих методов во многом было связано с относительной простотой технологий их реализации и имеющимся опытом использования. В число гидродинамических методов увеличения нефтеотдачи включаются: циклическое заводнение, системная технология реализации ОПЗ, горизонтальные скважины, гидроразрыв пласта в системе скважин. Отметим, что они, оказывая преимущественное воздействие на интенсификацию добычи, могут обеспечить дополнительное увеличение нефтеотдачи пластов только в определенных геолого-физических условиях, при следовании соответствующим технологиям. Годовая добыча за счет этих методов оценивается в 50 – 60 млн тонн. Широко практикуется разделение пластов, уплотнение сетки скважин, регулирование фильтрационных потоков.
К сожалению, объемы применения «третичных» методов увеличения нефтеотдачи хотя и увеличились в последние годы, но остаются пока незначительными. Добыча за счет этих методов оценивается на уровне 1 млн т/год.
Вместе с тем, как показывает отечественный и зарубежный опыт, добиться значительного повышения полноты извлечения нефти из пластов можно на основе известных сейчас «третичных» методов увеличения нефтеотдачи и неизвестных еще принципиально новых методов нефтеизвлечения.
Обратимся к зарубежному опыту.
Имеются сведения, по крайней мере, о 1391 проекте применения МУН в мире [3] , в том числе по методам теплового воздействия на пласты – 587, физико-химическим – 433 и газовым методам – 371. Годовая добыча за счет применения «третичных» методов оценивается в мире в 120 – 130 млн тонн.
В США на начало 2010 г. было 194 проекта по повышению нефтеотдачи [4]. Их число с 1998 г. несколько уменьшилось, изменяясь от 199 в 1988 г., 143 – в 2004 г. и 194 – в 2010 г., но при этом произошло их укрупнение. Общая добыча нефти за счет этих методов составляет 34,4 млн т/год, что меньше, чем в 1998 г. – 39,3 млн т/год (табл. 3 и 4). Подчеркнем, что доля добычи нефти за счет «третичных» методов в общей добыче в США составляет около 12%.
Табл. 3. Число действующих проектов по повышению нефтеотдачи в США
Табл. 4. Добыча нефти в США за счет применения методов повышения нефтеотдачи
Как уже отмечалось, в России объемы применения «третичных» МУН незначительны. В табл. 5 показаны осредненные оценки состояния работ по каждому методу. По существу, в стране можно назвать единичные достаточно крупные пилотные проекты с «третичными» методами: по тепловому воздействию на пласты – на месторождениях Усинское, Ярегское, Харьягинское, Катангли, Ашальгинское; по закачке углеводородного газа – на Восточно-Перевальном.
Табл. 5. Осредненные оценки состояния работ по каждому методу
В последнее время появился ряд обнадеживающих факторов для возможности ускоренного развития рассматриваемой проблемы.
Озабоченность состоянием полноты нефтеизвлечения на месторождениях страны высказана руководством страны, Министерством природных ресурсов и экологии РФ, Министерством энергетики РФ и другими государственными органами проводятся мероприятия и принимаются решения по проблеме увеличения нефтеотдачи трудноизвлекаемых запасов.
Наблюдается и некоторое повышение активности в этой области нефтяных компаний, в первую очередь таких, как ЛУКОЙЛ, РИТЭК, «Татнефть», которые подготовили несколько новых проектных работ по применению «третичных» методов.
Необходимо особо отметить важность и необходимость научно-технического сопровождения решения проблемы более полного извлечения нефти из пластов. К сожалению, последние годы нельзя признать благоприятными для отраслевой, вузовской и академической науки в этой области. Хочется надеяться, что активизация государственных органов и нефтяных компаний по решению данной проблемы положительно отразится и на развитии научных исследований.
Оценки свидетельствуют, что при благоприятных условиях к 2020 г. извлекаемые запасы страны за счет промышленного применения методов увеличения нефтеотдачи могут быть приращены на 2 – 4 млрд тонн с годовой дополнительной добычей в 30 – 60 млн тонн.
