Применение методов увеличения нефтеотдачи пластов в России и за рубежом.

Опыт и перспективы

Use of advanced reservoir recovery methods in Russia and abroad

D. KRYANEV, S. ZHDANOV, JSC VNIIneft

В последние годы при оценке состояния и перспектив развития нефтяной промышленности страны особо отмечаются истощение ранее введенных крупных месторождений и снижение объема прироста запасов, которые к тому же приурочены преимущественно к небольшим залежам нефти с осложненными геолого-физическими характеристиками в удаленных районах.

The authors provide a detailed analysis of the problem of more complete oil recovery from developing and newly introduced fields.

В этих условиях все большее внимание привлекает проблема более полного извлечения нефти из разрабатываемых и вновь вводимых месторождений.

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
До начала 70-х годов основные решения по увеличению нефтеотдачи в нашей стране были связаны с расширением области применения и совершенствованием систем метода заводнения нефтяных пластов. Этот метод, активно внедряющийся на месторождениях страны с начала 40-х годов, позволял существенно повысить эффективность нефтеизвлечения по сравнению с естественными режимами разработки пластов.

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.

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
Наша страна была не единственной в мире, где задача увеличения нефтеотдачи пластов была поставлена на государственном уровне. В связи с этим напомним, например, доклад Управления технологических оценок Конгресса США «Перспективы увеличения добычи нефти и извлекаемых запасов за счет применения методов повышения нефтеотдачи в США», подготовленный в начале 1978 г. комиссией под председательством Эдварда Кеннеди. Одновременно Департаментом энергетики США была предложена соответствующая Федеральная программа. В 1989 г. была разработана и утверждена новая Федеральная программа исследований, предусматривающая стратегию максимального извлечения нефти из пластов. В течение многих лет в США существовала государственная система налоговых льгот для опытно-промышленных работ по третичным методам увеличения нефтеотдачи. Подобные программы позднее были приняты в Канаде и Норвегии.

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 1985 г. был сделан следующий шаг в концентрации усилий по решению данной проблемы – создан «Межотраслевой научно-технический комплекс «Нефтеотдача». Это дало дополнительный импульс для развития применения методов увеличения нефтеотдачи. Экономическая основа деятельности комплекса обеспечивалась централизованным валютным фондом РМНТК «Нефтеотдача». Фонд формировался за счет отчислений от выручки, получаемой нефтедобывающими предприятиями при сверхплановом экспорте нефти, добытой с применением разработанных РМНТК «Нефтеотдача» технологий увеличения нефтеотдачи пластов. Комплексу также было предоставлено право реализации на экспорт всей добываемой им нефти из месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, а также битумов с использованием полученных средств на развитие и применение новых методов повышения нефтеотдачи пластов.

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
На основании полученного опыта была начата корректировка как области применения некоторых методов, так и их возможной эффективности. В первую очередь это коснулось физико-химических методов. Сначала теоретические, а затем и промысловые данные показали, что адсорбция химических реагентов на поверхности пористых сред может оказывать гораздо большее отрицательное влияние на эффективность методов, чем это представлялось ранее.

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.
С переходом нефтяной промышленности на новую систему хозяйствования перестали действовать механизмы стимулирования увеличения нефтеотдачи, существенно уменьшилась активность научных исследований, объемы применения методов стали снижаться. Обострилась тревожная тенденция постоянного снижения среднего проектного коэффициента нефтеотдачи при продолжающемся увеличении доли трудноизвлекаемых запасов.

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
Число проектов по термическим методам за этот период уменьшилось со 100 до 61. Наиболее существенный рост числа проектов в США произошел в последнее время по закачке в пласты СО2 (с 66 до 109). По внутрипластовому горению («термогазовый метод», «закачка воздуха высокого давления») количество проектов увеличилось с 7 до 12 с общей добычей 0,8 млн т/год. При этом большинство реализуемых проектов применения «третичных» методов в США оцениваются операторами как рентабельные.

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
Вместе с тем опыт России и других стран свидетельствует о возможности увеличения нефтеотдачи за счет применения тепловых методов на 15 – 20%, газовых – на 5 – 10% и физико-химических – на 3 – 8%.

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.

Литература

  1. Oil and Gas Journal. 2007. Nov. 5. № 12.
  2. Конопляник А.А. Россия на формирующемся евроазиатском энергетическом пространстве: проблемы, конкуренции. М.: 2004. С. 590.
  3. Сургучев Л.М. Увеличение нефтеотдачи пластов: статус и перспективы. Материалы II Международного научного симпозиума. М.: 2009. С. 62 – 69.
  4. Oil and Gas Journal. 2010. Аpril 19. № 14. Р. 41 – 53.

References

  1. Oil & gas journal. November 5, 2007. # 12
  2. A.A. Konoplyanik. Russia at forming Euro-Asian energy space: competition problems. Moscow: 2004. P.590
  3. L.M. Surguchyov. Increasing of oil yield of formations-strata-beds: state-condition & prospects. The 2nd International scientific symposium’s proceedings. Moscow: 2009. Pp. 62-69.
  4. Oil & gas journal. April 19, 2010. # 14, Pp. 41-53.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Крянев Д.Ю.

    Крянев Д.Ю.

    д.т.н., академик РАЕН, генеральный директор

    ОАО «ВНИИнефть»

    Жданов С.А.

    Жданов С.А.

    д.т.н., профессор, академик РАЕН, первый заместитель генерального директора

    ОАО «ВНИИнефть»

    Просмотров статьи: 23916

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru