Повышение эффективности нефтеизвлечения: необходимость и тенденции

Improving the efficiency of oil recovery: the need and trends

A. Fomkin, S. Zhdanov, JSC «VNIIneft A.P.Krylov»

В России, как, впрочем, и в других нефтедобывающих странах, практически непрерывно в последние 40 – 50 лет ведутся дискуссии о необходимости более активного применения новых технологий нефтеизвлечения, обеспечивающих больший коэффициент нефтеотдачи и позволяющих более эффективно использовать открываемые запасы нефти.

In Russia, as in other oil-producing countries, almost continuously in the last 40 - 50 years there have been discussions about the need for more active use of oil recovery new technologies, providing greater the recovery factor of oil and allowing more efficient use of open oil reserves.

Можно заметить, что дискуссии о технологиях нефтеизвлечения в разные периоды времени принимали разные формы обсуждения, и самое главное, имели неодинаковые последствия – от малозначительных до конкретных практических решений.
Что же влияло на это, и есть ли временные и технологические закономерности в развитии технологий повышения эффективности нефтеизвлечения? Рассмотрим некоторые факторы, в том числе те, на которые обычно мало обращалось внимания при рассмотрении данной проблемы.

Совершенствование технологий для трудноизвлекаемых запасов

Последние годы (20 – 25 лет) характеризуются существенным изменением структуры запасов разрабатываемых месторождений. Все большее влияние на возможности развития объемов добычи неф­ти в стране оказывает возрастающая доля так называемых трудноизвлекаемых запасов. Принципиально меняется и структура этих запасов.
Если в середине 1970-х годов к категории ТИЗ (время появления этого термина для характеристики изменения структуры наших запасов нефти) относились низкопроницаемые пласты (менее 30 мкм2 ), высоковязкие нефти (более 30 Мпа*с) и подгазовые зоны пластов, то сейчас перечень ТИЗ значительно расширяется, принципиально изменились геолого-физические критерии относительно этих запасов. Так, проницаемость пластов в 30 мкм2 сейчас, мягко говоря, никого не беспокоит, да и проницаемость в 5 мкм2 представляется обычной (рис. 1).
В свою очередь можно заметить, что изменение структуры разрабатываемых запасов в определенной степени взаимосвязано с развитием технологий воздействия на пласты, технологий нефтеизвлечения, так как освоение трудноизвлекаемых запасов потребовало использования новых технологических решений.
Это достаточно очевидно показывают зависимости изменения во времени доли трудноизвлекаемых запасов и величины средней проектной нефтеотдачи, которая в свою очередь является функцией эффективности используемых в проектных документах технологий (рис. 2). При этом взаимная конфигурация этих зависимостей свидетельствует, на наш взгляд, об опережающей роли динамики развития количества трудноизвлекаемых запасов и существенном отставании темпов соответствующего совершенствования технологий.

Последние годы (20 – 25 лет) характеризуются существенным изменением структуры запасов разрабатываемых месторождений. Все большее влияние на возможности развития объемов добычи нефти в стране оказывает возрастающая доля так называемых трудноизвлекаемых запасов. Принципиально меняется и структура этих запасов.


Гораздо реже возникала ситуация, когда новые неожиданные технологические решения позволяли нед­ропользователям обратить внимание на возможность эффективного ввода в разработку новых, ранее считающихся нерентабельными запасов нефти.
Действительно, вот уже несколько десятилетий в нефтяной промышленности наиболее активно используется достаточно ограниченный перечень базовых технологий воздействия на пласты, которые, правда, постоянно в той или иной степени совершенствуются. Особенно значимые результаты получаются в последнее время благодаря удачным их сочетаниям.
Какие же это базовые технологии?


1. Бурение скважин:
– горизонтальные скважины;
– боковые стволы;
– многозабойные скважины.
2. Процесс заводнения пластов:
– различные системы размещения скважин;
– циклическое заводнение;
– барьерное заводнение;
3. Третичные методы увеличения нефтеотдачи:
– тепловые;
– газовые;
– химические;
– микробиологические.
4. Обработки призабойных зон скважин:
– водоизоляция в добывающих скважинах;
– регулирование потоков в нагнетательных скважинах;
– повышение продуктивности и приемистости скважин;
– ГРП.


Конечно, каждая из этих базовых технологий постоянно совершенствуется, их эффективность повышается, в том числе в русле общего научно-технического прогресса. Особенно следует отметить использование геолого-гидродинамического моделирования процессов разработки, возможность получения более объемной и точной информации о пластах (сейсмика, ГИС, ГДИ, методы исследования кернов и другое), новые технологические решения в бурении скважин и их эксплуатации и так далее. Все это и определяло возможности эффективного ввода в эксплуатацию трудноизвлекаемых запасов.
Так, значительное совершенствование в последние годы претерпевал ГРП, что было связано с быстро растущей долей запасов в низкопроницаемых и ульт­ранизкопроницаемых пластах. За несколько лет обычный процесс неуправляемого разрыва призабойной зоны пласта превратился в новые технологические решения для различных геологических условий (локальный гидроразрыв, ГРП с использованием специальных реагентов для обработки пористой среды, массированный ГРП, соляно-кислотный ГРП, пенный ГРП, термогазокислотный, азотно-пенный, многоэтапный и так далее – всего сейчас известно до 50 технологий ГРП, зарегистрировано около 4000 патентов на различные изобретения в области проведения ГРП).
По имеющимся в печати данным (к сожалению, весьма неполным), сейчас в России ежегодно проводится 9000 ГРП на эксплуатационных и нагнетательных скважинах, что, в основном, связано с активным вводом в эксплуатацию скважин, разрабатывающих низкопроницаемые пласты.
Интересной представляется технология ВНИИнефть, предусматривающая проведение ГРП в низкопроницаемых пластах во всех добывающих и нагнетательных скважинах, при этом рядность скважин выдерживается по линии наименьшего сопротивления породы для разрыва с целью образования «псевдогалерей» со стороны нагнетательного и добывающего рядов скважин и образования соответственно более равномерного фронта вытеснения. Переход к реализации ГРП в системе скважин на основе новых технологий позволяет по-новому рассматривать данный метод воздействия. Фактически в этом случае можно говорить о методе разработки низкопроницаемых пластов [1, 2].
Пожалуй, наиболее революционно в последние годы выглядит технология сочетания ГРП и горизонтальных скважин – многозональный ГРП. Объемы применения этой технологии при разработке низкопроницаемых пластов постоянно возрастают. Так, на Самотлорском месторождении с 2009 по 2013 гг. число ежегодных операций многозонального ГРП возросло с 3 до 171, а к 2018 г. планируется их увеличение почти до 700 [3].
Вместе с тем необходимо отметить, что наибольшую эффектвность ГРП обеспечивает в низкопроницаемых пластах. Более того, в обычных геолого-физических условиях использование этого метода воздействия может привести к опережающему обводнению пластов и отрицательным результатам.

Государственная политика

в области недропользования

Тенденции в развитии и применении новых технологий нефтеизвлечения могут зависить не только от изменения структуры запасов, но и, на наш взгляд, от обеспеченности нефтедобывающих отраслей потенциальными ресурсами для увеличения или даже поддержания добычи нефти.
Так, по наиболее представительным данным, количество остаточных доказанных запасов в мире оценивали на середину 1970-х годов в 80 млрд т, в 1985-м – более 100 млрд т, в 2005-м – 170 млрд т, в 2014-м – 230 млрд т.
Таким образом, с середины 1970-х годов оценки количества остаточных доказанных запасов в мире постоянно увеличивались.
Наиболее тревожным, с точки зрения потенциала разрабатываемых запасов нефти в мире, был, вероятно, период 70-х – начала 80-х годов. И именно тогда в мире началось активное обсуждение возможности масштабного применения третичных методов увеличения нефтеотдачи – методов, направленных на дополнительные увеличения нефтеотдачи и объемов добычи не только на новых, но и на уже разрабатываемых или даже разработанных месторождениях.
Активизации этих работ способствовал и нефтяной кризис 1973 – 1974 гг. Не секрет, что появившиеся тогда многочисленные зарубежные публикации по проблемам увеличения нефтеотдачи пластов также способствовали активизации этой деятельности в нашей стране. Тем более что именно в это время начались достаточно активные дискуссии о возможностях развития нефтедобычи в Западной Сибири, и в частности на Самотлорском месторождении, при этом далеко не все прогнозы были оптимистичными.
К этому периоду относится и некоторая переоценка возможных достигаемых коэффициентов нефтеотдачи за счет обычного заводнения, особенно в осложненных геологических условиях.
Важный этап развития проблемы применения методов увеличения нефтеотдачи пластов в нашей стране во многом определился принятым в 1976 г. Правительст­вом СССР специальным Постановлением «О мерах по наиболее полному извлечению нефти из недр». Постановление определяло объем дополнительной добычи нефти за счет применения третичных (тепловых, газовых и химических) методов увеличения нефтеотдачи, а также объем выпуска в стране необходимых для этого материально-технических средств (специальной техники и химических реагентов). Последнее обстоятельство имело особое значение в условиях социалистического хозяйства. Было предусмотрено и экономическое стимулирование опытно-промышленных работ на нефтедобывающих предприятиях.
Важная роль отводилась активной координации научно-исследовательской деятельности среди отраслевых и академических институтов страны на основе соответствующих научно-технических программ. Они включали в себя исследования механизмов новых процессов извлечения нефти из пластов и создания технологий, совершенствование методов проектирования и анализа, составление проектных документов и научно-методическое руководство опытными работами, обобщение опыта применения различных методов и определения перспектив их внедрения на месторождениях страны.
В этих программах предусматривалось участие десятков производственных и научно-исследовательских организаций. К решению фундаментальных проблем нефтеизвлечения была привлечена АН СССР. Следует особо отметить, что все перечисленные выше мероприятия касались, в основном, так называемых третичных методов: тепловых, газовых, химических.
Наша страна была не единственной в мире, где проблема 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»,

По имеющимся в печати данным (к сожалению, весьма неполным), сейчас в России ежегодно проводится 9000 ГРП на эксплуатационных и нагнетательных скважинах, что в основном связано с активным вводом в эксплуатацию скважин, разрабатывающих низкопроницаемые пласты.

подготовленного в начале 1978 г. 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 созданы в Канаде и Норвегии.
Хотя не все намеченные государственными программами показатели по применению методов увеличения нефтеотдачи в России в тот период были выполнены, нельзя отрицать очевидного прогресса как в научном обеспечении данной проблемы, так и в объемах промышленного применения новых технологий. Так, за 10 последующих лет дополнительная добыча за счет третичных методов возросла в 3 раза и достигла в 1985 г. 5 млн т., а в 1991-м – 11 млн т /год (рис. 3). Были подготовлены десятки многочисленных методических документов, связанных с исследованием, проектированием и применением различных технологий. Но самое главное: уже с конца 1970-х гг. проблема повышения нефтеотдачи пластов стала занимать важное место в научно-технической политике отрасли.
В начале 1990-х нефтяная промышленность в России начала переходить на новую систему хозяйствования с новыми приоритетами и стимулами. Реализация программ была остановлена, и в течение последующих двух лет работы на месторождениях по применению методов были практически прекращены.

Зарубежный опыт увеличения нефтеотдачи

Наибольшую эффектвность ГРП обеспечивает в низкопроницаемых пластах. Более того, в обычных геолого–физических условиях использование этого метода воздействия может привести к опережающему обводнению пластов и отрицательным результатам.

Динамика развития работ по применению третичных методов увеличения нефтеотдачи в СССР в 1980 – 90-е гг. определялась, во многом, директивными указаниями правительства.
Любопытным также представляется рассмотреть меняющийся со временем порядок применения этих методов в США, где в программы их применения уже в 1970 – 80 гг. не очень-то вмешивалось руководство страны, а в последнее время в значительной степени определяется стратегией самих нефтедобывающих компаний.
На рис. 4 – 6 приведена динамика изменения количества проектов применения методов увеличения нефтеотдачи и объемов дополнительной добычи нефти на месторождениях США (объемы добычи стали публиковаться с 1980 г.), по данным журнала Oil and Gas Yournal за 1971 – 2014 гг.
Можно видеть (рис. 4) достаточно активное развитие метода паротеплового воздействия на пласты с высоковязкими нефтями в 1970-е и 1980-е гг., затем количество проектов уменьшалось при постоянном уровне общей дополнительной добычи. На наш взгляд, это было связано с переходом на промышленное применение метода на крупных объемах. В последние годы показатели применения этого метода практически стабилизировались с объемом годовой добычи нефти около 15 млн т.
Интерес к применению физико-химических методов увеличения нефтеотдачи в США за анализируемый период значительно менялся (рис. 5). Так, с конца 1970-х годов количество проектов по полимерному заводнению резко увеличивалось до 180 с дополнительной добычей до 1,3 млн т/год, однако с середины 1980-х интерес к этому методу стал падать. Причиной, вероятно, были новые результаты исследования величины адсорбции полимеров в пористой среде и более низкие оценки эффективности метода. В последние годы широко обсуждается и испытывается комплексный метод нефтевытеснения ПАВ + щелочь + полимер, используются новые реагенты для загущения воды.

Рассматривая более удаленную перспективу развития технологий нефтеизвлечения в стране, следует отметить неизбежность перехода к принципиально новым технологиям, основанным на третичных методах увеличения нефтеотдачи.

Методы закачки в пласты углеводородного газа и CO2 в рассматриваемый период имели, как правило, тренд к увеличению количества проектов и объемов добычи нефти (рис. 6). Особенно это касается метода закачки в пласт CO2. Однако необходимо отметить, что динамика развития метода во многом связана с ужесточением законов США по контролю за выбросами CO2 в атмосферу промышленными предприятиями. Таким образом, решение экологических проблем оказалось косвенно связано с развитием одного из наиболее эффективных методов увеличения нефтеотдачи.

Подобная картина касательно другого метода увеличения нефтеотдачи сейчас наблюдается в России. В начале 1990-х гг. осуществлялось до 10 опытных и промышленных работ по закачке углеводородного газа в пласты для увеличения нефтеотдачи, большинство из которых затем были прекращены по указанной выше причине. Однако начатое несколько лет назад ужесточение контроля и денежных штрафов за сжигание попутного газа приводит к тому, что нефтяные компании стали снова проявлять интерес к проектам по закачке нефтяного газа в пласты. За последние 5 лет начата реализация 5 проектов применения этого метода, и 6 новых опытных работ предусмотрено в проектных документах, рассмотренных в 2014 г.

Увеличение нефтеотдачи пластов –

резерв нефтедобычи

На результаты прогнозирования совершенствования, и особенно объемов применения технологий неф­теизвлечения, определенное значение может оказать фактор обеспеченности запасами непосредственно неф­тяных компаний.

В связи с этим отметим, что основные нефтедобывающие компании России сравнительно лучше многих зарубежных обеспечены разрабатываемыми и перспективными запасами нефти [4]. То есть имеется возможность развития нефтедобычи на основе ввода новых запасов и расширения объемов бурения на разрабатываемых месторождениях. Тем более что, по данным ЦКР, фактический ввод новых скважин в последние годы существенно (почти в 2 раза) отстает от предусмотренного проектными документами [5]. При этом надо отметить, что необоснованно разреженные сетки скважин могут в дальнейшем ограничивать возможности эффективного применения новых технологий нефтеизвлечения – например, химических и газовых.
В этих условиях трудно предположить существенное увеличение в ближайшие годы объема применения более эффективных, но и более дорогих технологий на месторождениях страны, в том числе для дополнительного повышения нефтеотдачи (например, третичных методов) по инициативе крупных нефтяных компаний без соответствующих государственных стимулирущих и законодательных решений.
Исключением по-прежнему могут являться месторождения Поволжья, где ощутимый прирост новых запасов проблематичен, а ввод месторождений и площадей в других регионах страны для нефтедобывающих предприятий ограничен. В первую очередь это касается месторождений, находящихся на 4-й стадии разработки, где даже поддержание добычи требует использования новых технологий воздействия. Действенной альтернативой в будущем в этом регионе также является освоение добычи сверхвязких нефтей и битумов на основе принципиально новых и более дорогих технологий и техники добычи.
Рассматривая более удаленную перспективу развития технологий нефтеизвлечения в стране, следует отметить неизбежность перехода к принципиально новым технологиям, основанным на третичных методах увеличения нефтеотдачи. Необходимым для этого условиям вполне соответствуют уже и месторождения Западной Сибири, и отчасти севера европейской части страны. При этом надо отметить, что, чем раньше недропользователи перейдут к этому этапу, тем эффективность такого перехода будет выше, а мероприятия менее затратными. Известны зависимости эффективности применения этих методов от стадии разработки – эффективность существенно (на 20 – 30%) снижается на более поздней стадии разработки.

Cистема научной поддержки

Как свидетельствует отечественный опыт и опыт других нефтедобывающих стран (и как это показано выше), важную роль в развитии объемов применения методов увеличения нефтеотдачи играет государст­венная политика в контроле за эффективностью использования запасов нефти и в создании организационно-экономических условий внедрения новых технологий нефтеизвлечения.
При этом необходимо отметить особую роль развития научного потенциала страны, связанного непосредственно с нефтедобывающей отраслью как на уровне нефтяных компаний, так и на уровне Российской академии наук и университетов [6].
К сожалению, по инновационной активности российский нефтегазовый сектор в мировом контексте пока мало заметен. По данным журнала «Эксперт», количество зарегистрированных патентов в зарубежных нефтяных компаниях в десятки раз больше, чем в отечественных компаниях.
Вместе с тем в последние годы выделилось несколько основных перспективных направлений создания принципиально новых технологий воздействия на пласты, которые смогут

значительно повлиять на эффективность нефтевытеснения.
Среди них:
– оторочки ПАВ-щелочь-полимер;
– оторочки воды с регулированной соленостью;
– внутрипластовые изменения свойств (качества) нефти;
– закачка мелкодисперсных водогазовых смесей;
– реагенты, повышающие охват заводнением в межскважинном пространстве (нанореагенты brightwater);
– тепловое воздействие со скважинами сложной конфигурации;
– комбинированные технологии третичных МУН;
– микробиологическое воздействие и другие.
Эти технологии являются гораздо более сложными, по сравнению с заводнением, и требуют тщательного научного обоснования применительно к конкретным условиям и последующего научного сопровождения при их применении с использованием новых и принципиально новых средств контроля и регулирования. В свою очередь это возможно только в случае возрождения системы научного обеспечения рассматриваемой проблемы на базе комплекса отраслевых и учебных институтов с привлечением институтов РАН.

Важную роль в развитии объемов применения методов увеличения нефтеотдачи играет государственная политика в контроле за эффективностью использования запасов нефти и в создании организационно–экономических условий внедрения новых технологий нефтеизвлечения.

Роль малых нефтедобывающих компаний

В 1970 – 1980 гг. российские специалисты-нефтяники показывали на примере отечественной промышленности значительно большую эффективность разработки нефтяных запасов в условиях государственной собственности на недра и наличия практически одного недропользователя, в отличие, например, от в США.
Вероятно это правильно, когда требовались высокие темпы освоения новых (иногда сложных) запасов. Но так ли это, с точки зрения эффективности разработки и повышения нефтеотдачи?
Можно заметить, что в мире наибольшую активность во внедрении новых технологий нефтеизвлечения проявляют небольшие нефтедобывающие компании иногда на весьма ограниченной части разрабатываемого месторождения. Между тем обращает на себя внимание тот факт, что в США зарегистрировано около 10 000 нефтедобывающих компаний, причем крупные добывают около 40% всей нефти. В России – около 200 нефтяных добывающих компаний, 10 самых крупных добывают более 85% нефти.

В США зарегистрировано около 10000 нефтедобывающих компаний, причем крупные добывают около 40% всей нефти. В России – около 200 нефтяных добывающих компаний, 10 самых крупных добывают более 85% нефти.


Вполне возможно, и баланс (соотношение) крупных и малых нефтедобывающих компаний наряду с другими отмеченными выше факторами может влиять на повышение эффективности нефтеизвлечения на месторождениях страны. Особое значение это обстоятельство может иметь при разработке трудноизвлекаемых запасов и доразработке заводненных месторождений.

Конечно, перечень рассмотренных выше факторов, оказывающих прямое и косвенное влияние на развитие технологий нефтеизвлечения, не полный. Достаточно вспомнить о цене на нефть и возможных объемах ее потребления, общем развитии науки, техники и технологий, возможности принципиально новых направлений создания методов нефтеизвлечения, появлении альтернатив нефтедобычи в виде нетрадиционных источников углеводородного сырья и др. В данном же случае хотелось подчеркнуть необходимость комплексного рассмотрения возможного влияния различных факторов и проблем на развитие эффективности технологий нефтеизвлечения и увеличение объемов их практического применения.

Литература

1. Патент №1807209, приоритет от 1991г.
2. Патент №2432459, приоритет от 2010 г.
3. Кудря С.С. Повышение МГРП на скважинах ОАО «Самот­лорнефтегаз» // Инженерная практика. 2012. №12. С. 24 – 37.
4. Донской С.Е. О состоянии и перспективах развития минерально-сырьевой базы РФ // Нефтегазовая вертикаль. 2014. №16. С. 16 – 23.
5. Шпуров И.В. Новая классификация запасов углеводородов: средство регулирования инновационного процесса в ТЭК // Нефтегазовая вертикаль. 2014. №16. С. 46 – 55.
6. Крянев Д.Ю., Жданов С.А. Научное обеспечение новых технологий разработки нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами // Бурение и нефть. 2012. №8. С. 29 – 32.

References

1. Patent No. 1807209, priority of 1991.
2. Patent No. 2432459, priority of 2010.
3. Kudria S.S. Increase MGRP in OJSC Samotlorneftegaz wells // Engineering practice. 2012. No. 12. Pp. 24 – 7.
4. Donskoy S.E.; About the state and prospects of Russian Federation mineral resources development. Oil and gas vertical. // 2014. No. 16. Pp. 16 – 23.
5. Shpurov I.V. New hydrocarbon reserves classification is a tool for management of the TEK innovation process. // Oil and gas vertical. 2014. No. 16. Pp. 46 – 55.
6. Krianev D.Ju., Zhdanov S.A. Scientific support of new technologies for the development of oil fields with hard-to-recover reserves. Drilling and oil. 2012. No. 8. Pp. 29 – 32.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Фомкин А.В.

    Фомкин А.В.

    к.т.н., генеральный директор

    ОАО «ВНИИнефть А.П. Крылова»

    Жданов С.А.

    Жданов С.А.

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

    ОАО «ВНИИнефть»

    Просмотров статьи: 4076

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru