Научное обеспечение новых технологий разработки нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами

Scientific providing of new development technologies of oil fields with hardly extractable reserves

D. KRYANEV, S. ZHDANOV, the A.P. Krylov VNIIneft JSC

Наряду с увеличением добычи нефти все более обращают на себя внимание и тревожные тенденции в нефтегазовом секторе страны: снижение объемов прироста запасов нефти, ухудшение качества остаточных запасов, переход большинства крупных месторождений в позднюю стадию разработки.

In the country’s oil-gas sector alarm tendencies attract attention: decreasing of increment volumes of oil reserves, quality worsening of remainder-remnant reserves, transition of majority of great fields to later phase of development.

Доля трудноизвлекаемых запасов в низкопроницаемых коллекторах, в подгазовых зонах и с вязкими нефтями, продолжает увеличиваться и сейчас составляет около 60% (рис. 1).

К сожалению, качество остаточных запасов ухудшается еще и по причине более активной выработки именно хороших, активных запасов. Если активные запасы выработаны к настоящему времени в среднем на 75%, то трудноизвлекаемые только на 35%.
Рис. 1. Динамика трудноизвлекаемых запасов нефтеотдачи месторождений России
Из рис. 1 можно видеть, что с увеличением доли трудноизвлекаемых запасов проектный коэффициент нефтеотдачи снижался многие годы, и только в последние годы стал незначительно расти.

Эти зависимости достаточно ярко иллюстрируют сложившуюся многолетнюю тенденцию в разработке нефтяных месторождений – негативное изменение структуры запасов многие годы, к сожалению, не компенсировалось совершенствованием используемых технологий нефтеизвлечения.

В некоторых случаях это было связано с отсутствием технологических решений по эффективному нефтеизвлечению для тех или иных геолого-физических условий, что в последние годы усугублялось тем, что соответствующие научно-исследовательские работы были ограничены. Однако гораздо чаще известные новые технологии недропользователями не используются. Причина, как правило, та, что их применение связано с большими затратами, особенно в начальный период разработки месторождения, и недропользователи зачастую избегают необходимости их использования. Не вполне оправдались и надежды на приход в Россию новых технологий нефтеизвлечения в связи с работой на месторождениях страны иностранных компаний.

Особую проблему в стране составляют заводненные месторождения – сейчас средняя обводненность добываемой продукции составляет около 86%.

Учитывая, что основным методом разработки месторождений страны является заводнение, количество остаточных запасов нефти в обводненных пластах будет постоянно возрастать. Для доизвлечения этих запасов необходимо также использовать более совершенные технологии.

Принимая во внимание складывающуюся структуру запасов и перспективы их развития, можно утверждать, что значительную роль в приросте извлекаемых запасов страны должны играть увеличение нефтеотдачи из трудноизвлекаемых запасов, а также запасов в заводненных пластах.

Нужно отметить, что международные нефтедобывающие компании обращают особое внимание на прирост извлекаемых запасов за счет применения новых технологий нефтеизвлечения: технологии повышения нефтеотдачи обеспечивают от 4 до 12% прироста извлекаемых запасов [1].

По оценкам зарубежных исследователей средняя проектная нефтеотдача в мире сейчас составляет около 30%, в США – 39%, при этом средняя реальная нефтеотдача в будущем прогнозируется в размере 50 – 60%.

Можно выделить три крупных блока основных методов разработки нефтяных месторождений: естественный режим, вторичные методы и третичные методы (методы увеличения нефтеотдачи).

Широкое применение заводнения позволило значительно повысить эффективность разработки нефтяных месторождений страны. Дополнительные увеличения нефтеотдачи пластов при заводнении в определенных условиях обеспечивают так называемые гидродинамические методы воздействия: циклическое воздействие с переменой фильтрационных потоков, системная технология реализации ОПЗ, горизонтальные скважины, гидроразрыв пласта в системе скважин и другие.

Вместе с тем, по мнению большинства специалистов, кардинального повышения среднего коэффициента нефтеотдачи в стране особенно в трудноизвлекаемых запасах можно достичь только при существенном увеличении масштабов применения «третичных» методов: тепловых, газовых и химических (достигаемая нефтеотдача 35 – 70%).

Вместе с тем методы увеличения нефтеотдачи являются гораздо более сложными, по сравнению с заводнением, процессами, основанными на механизмах дополнительного извлечения нефти из пористой среды. Технологии этих методов требуют, как предварительного тщательного научного обоснования применительно к конкретным условиям, так и последующего научного сопровождения при их применении с использованием новых и принципиально новых средств контроля и регулирования.

Все это требует дополнительных затрат. Вместе с тем, реальные вложения на создание новых технологий в отечественных компаниях на порядок меньше, чем в зарубежных.

Однако зарубежный да и отечественный опыт свидетельствует, что сложность и дополнительные затраты в конечном счете компенсируются повышенной эффективностью.

Имеются сведения по более чем 1500 проектам МУН в мире. Годовая добыча оценивается в 120 – 130 млн тонн.

В США на начало 2010 г. в работе было 194 проекта по повышению нефтеотдачи [2]. Их число с 1998 г. несколько уменьшилось, изменяясь от 199 в 1988г., до 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. Особенно важно отметить, что доля добычи нефти за счет «третичных» методов в общей добыче в США составляет около 12%.

Рассматривая состояние и перспективы применения методов увеличения нефтеотдачи, следует сказать и об отечественном опыте активного внедрения этих методов в 80-е годы прошлого столетия.

Толчком к развитию проблемы явилось специальное постановление Правительства страны (1976 г.), которое определяло объемы дополнительной добычи нефти за счет применения «третичных» методов увеличения нефтеотдачи, а также объемы выпуска в стране необходимых для этого материально-технических средств. Было также предусмотрено экономическое стимулирование осуществления опытно-промышленных работ нефтедобывающими предприятиями.

С целью концентрации усилий по решению данной проблемы был создан «Межотраслевой научно-технический комплекс «Нефтеотдача».

Организационная структура комплекса обеспечивала как научное сопровождение проблемы, так и обеспечение реализации программы опытных работ.

Переданные в структуру РМНТК сервисные компании («Термнефть», «Союзнефтепромхим», «Союзнефтеотдача», «Татнефтебитум») выполняли на опытных промыслах нефтедобывающих предприятий специальные комплексы работ, которые ранее не входили в практику деятельности предприятий (закачка химических агентов, генерирование и закачка теплоносителей и воздуха, закачка углеводородного газа, монтаж специального оборудования).

За сравнительно короткий период дополнительная добыча нефти за счет «третичных» методов возросла до 11 млн т/год.

Научное сопровождение проблемы осуществлялось через «ВНИИнефть» с обеспечением соответствующего финансирования.

С переходом нефтяной промышленности на новую систему хозяйствования перестали действовать механизмы стимулирования проблемы увеличения нефтеотдачи, существенно уменьшилась активность научных исследований, объемы применения методов стали снижаться.

Сейчас добыча за счет «третичных» методов лишь незначительно превышает 1,5 млн т/год.

В последние годы на месторождениях страны были начаты и развиты несколько проектов по применению тепловых и газовых методов воздействия.

Вместе с тем, на наш взгляд, есть ряд проблем скорее прикладного порядка, исследование которых не может откладываться, если ставить цель увеличения объема освоения трудноизвлекаемых запасов в ближайшие годы.

Среди этих проблем:
  • регулирование продвижения оторочек растворов химреагентов по пласту;
  • снижение адсорбции химических реагентов на пористой среде;
  • создание адресных композиций химреагентов для конкретных условий пласта;
  • внутрипластовое снижение вязкости нефти химреагентами;
  • моделирование процессов фильтрации различных агентов нефтеизвлечения;
  • регулирование процесса внутрипластового окисления нефти;
  • определение влияния свойств пористой среды и закачиваемых в пласт агентов на кинетику окисления при закачке воздуха высокого давления;
  • определение влияния температуры на капиллярные свойства пористой среды;
  • определение влияния температуры на кривые фазовых проницаемостей для различных пористых сред;
  • оптимизация объемов газовых агентов при сочетании закачки газа и воды;
  • использование пенных систем и других реагентов для регулирования физико-химических, тепловых и газовых методов;
  • оценка эффективности закачки слабоминерализированной воды в пласты, изменение смачиваемости пористой среды;
  • оценка эффективности методов увеличения нефтеотдачи по промысловым данным и многие другие.
Объемам и уровню работ по применению методов увеличения нефтеотдачи и освоения трудноизвлекаемых запасов соответствует, к сожалению, и их текущее научное обеспечение.

Хотя отсутствие федеральных и отраслевых программ по данной проблеме не позволяет конкретно представить объемы исследований по отдельным методам, но косвенные показатели (особенно в сопоставлении с зарубежными компаниями) достаточно красноречивы.

Так по имеющимся данным, расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в зарубежных нефтегазовых компаниях в 6 – 10 раз больше, чем в крупных российских компаниях.
Рис. 2. Объемы финансирования НИОКР на одного исследователя, тыс. долл.[4]
По данным Г.И. Шмаля, компания «Шелл» затратила на НИОКР в 2007 г. 1,2 млрд долл., в 2008 г. – 1,3 млрд долл., в 2009 г. – 1 млрд долл. Затраты же всех нефтяных компаний России вместе с Газпромом на НИОКР составляли в том же году 250 млн долл [3]. Рассматривая более широко проблему научного обеспечения создания новых технологий, отметим необходимость участия в ее финансировании как государства так и бизнеса. В связи с этим приведем данные, предоставленные в [4]. Можно видеть (рис. 2), что в России финансирование НИОКР значительно меньше, чем в других странах – как со стороны государства, так, и особенно, со стороны бизнеса.

Интересны данные по патентованию в нефтегазовом секторе [5], которые еще раз подчеркивают зависимость этого показателя от объемов финансирования НИОКР: количество зарегистрированных патентов в российских компаниях в десятки раз меньше, чем в зарубежных (рис. 3).
Рис. 3. Количество зарегистрированных патентов нефтяными и газовыми компаниями, шт. [5]
В последнее время появился ряд обнадеживающих факторов для возможности ускоренного развития проблемы увеличения нефтеотдачи пластов с трудноизвлекаемыми запасами.

Озабоченность состоянием полноты нефтеизвлечения на месторождениях страны высказана руководством страны.

Приняты постановления Правительства по экономическому стимулированию разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами:
  • нефти повышенной вязкости (более 20 мПа.сек);
  • высокообводненними (более 85%)
  • с пластами низкой проницаемости (1,5 – 2,0; 1,0 – 1,5; менее 1,0 мкм2 .10-3).
К сожалению, реализация принятых документов встречает ряд практических трудностей, которые связаны с необходимостью создания обособленных систем сбора и подготовки нефти, что требует иногда значительных затрат. Что касается низкопроницаемых пластов, то представленная редакция Постановления еще требует дополнительных уточнений, как по методике определения проницаемости (абсолютная или относительная), так и по возможности достижения такой точности диагностирования нефтяных пластов по проницаемости.

При рассмотрении перспектив усиления научного обеспечения отрасли иногда высказывается предложение возложить решение отраслевых проблем на нефтяные компании и их научные центры. Следует, однако, учитывать, что сосредоточенные в нефтяных компаниях научно-аналитические центры ориентированы на решение текущих прикладных задач, кроме того, общемировая практика показывает, что любая экономически развитая страна имеет свою промышленную политику, а промышленная политика без системно организованной отраслевой науки невозможна. Объясняется это тем, что горизонт технологического прогноза корпорации редко превышает 7 – 10 лет, фундаментальные же исследования обещают экономически значимый результат через 20 – 30 лет. В образовавшемся двадцатилетнем зазоре как раз и работает система прикладной (отраслевой) и академической науки – именно в этом временном промежутке задаются ориентиры для прорывных инноваций, передающихся на следующем шаге в подразделения НИОКР корпораций.

Известны также предложения о концентрации нефтяной науки в учебных университетах, как это отчасти практикуется в ряде зарубежных стран. Однако при этом надо учитывать тот факт, что отечественные университеты пока не имеют необходимой научно-технической и кадровой базы, а также, самое главное, опыта прикладных исследований, который создается многолетними усилиями.

Поэтому, как представляется, перспективы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений страны и применение МУН связаны с необходимостью возрождения системы научного обеспечения этой проблемы на базе комплекса отраслевых и учебных институтов с привлечением в ряде случаев институтов АН России.

В целом можно следующим образом сформулировать предложения по активизации работ по созданию новых технологий для разработки трудноизвлекаемых запасов нефти необходимы:
  • государственное регулирование проблемы;
  • концентрация научных, методических и технологических усилий на основе научно-технических программ;
  • создание научных Центров на базе отраслевых институтов и ВУЗов;
  • организационно-финансовое обеспечение проблемы на основе государственных программ опытных и научно-исследовательских работ, лицензионных и проектных документов;
  • совместные программы (пулы) нефтяных компаний по исследованию и испытанию МУН;
  • научное сопровождение опытных работ.
На наш взгляд, реализация этих предложений позволит уже к 2025 г. извлекаемые запасы страны увеличить на 2 – 4 млрд тонн с годовой дополнительной добычей – 30 – 60 млн тонн/год.

Литература

  1. Конопляник А.А. Россия на формирующемся евроазиатском энергетическом пространстве: проблемы, конкуренции. Москва, 2004. 590 с.
  2. Oil and Gas Journal. 2010. №14, P. 41 – 51.
  3. Бурение и нефть. 2011. №3.
  4. Личность и культура. 2009. №4.
  5. Эксперт. 2011. №12.

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: 13771

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru