СТИМУЛИРОВАНИЕ ДОБЫЧИ НЕФТИ ПРОДУКТАМИ РЕАКЦИИ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ (БС) КАК АЛЬТЕРНАТИВА ТЕХНОЛОГИЯМ, ОБВОДНЯЮЩИМ НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Технология прогрева битумных пластов паром [1,2] вывела Канаду в первую десятку стран мира, добывающих ископаемые углеводороды. Для извлечения тонны битума в недра закачивают от 2-х до 5 тонн пара [1-4]. После извлечения 20% битума из пласта тепло в основном расходуется на прогрев накопившейся в нём воды. При этом рентабельность добычи падает, как минимум, вдвое.

На месторождениях жидкой нефти добычу обеспечивает высокое горное давление, проблему рентабельного поддерживания которого решают, закачивая в пласт, в основном, воду. Вода и нефть плохо перемешиваются. Поэтому вода проходит от нагнетательных к добывающим скважинам, захватывая мало нефти. В пластах России имеется в среднем около 50% нефти и 50% воды, а из промысловых скважин извлекают, в среднем, 16% нефти и 84% воды. Когда доля добываемой нефти уменьшается до 10% добычу, как правило, прекращают. При этом в недрах остаётся нефть, масса которой близка к массе нефти, извлечённой из недр за всю полуторавековую историю её добычи.

Обводнение месторождений — нарастающая проблема современной нефтяной отрасли. Необходимое применение воды и пара для стимулирования добычи лишь усугубляет проблему.

Практически не обводняющей недра является технология БС, которая ныне выходит на уровень конкуренции с ведущими мировыми нефтепромысловыми технологиями.

Нагрев пласта химической реакцией бинарных смесей (БС) производят, закачивая по отдельным каналам растворы реагентов – селитры и катализатора реакции её разложения [3]. В реакции, протекающей на забое скважины, выделяются горячие газы, которые под давлением входят в пласт и в нефть. Недостатком ранней технологии БС являлось отсутствие контроля процесса разложения селитры в скважине, которая в большой массе взрывоопасна. Поэтому в одну скважину ранее закачивали не больше одной тонны селитры. Селитра (NH4NO3), применяемая ранее лишь в малых дозах, разлагается с выделением тепла и газов в реакции:

NH4NO3 N N2 + 2H2O + 0.5O2 + Q1         (1)               

При этом выделяется кислород, появление которого в скважине по инструкциям Ростехнадзора о безопасности работ допустимо только при контроле температуры и давления в зоне реакции.

В 2010-2011г.г. в ИБХФ РАН технология БС была усовершенствована. Были разработаны система контроля реакции в скважине и основанный на ней способ безопасной закачки в пласт больших масс NH4NO3. Институт биохимической физики РАН получил разрешение органов Ростехнадзора №25–ИД–19542–2010 на закачку в скважину растворов селитры без ограничения их массы.

В октябре-ноябре 2011г. в скважинах №№ 1242 и 3003 Усинского месторождения (ООО «ЛУКОЙЛ-Коми») впервые была выполнена оптимизация реакции БС в скважинах. Масса реагентов, закачанных, например, в скважину №3003, составила 15 тонн. Впервые удалось получить безопасный режим реакции при Т = 200-300°С с высоким (около 0,8) КПД.

В таблице дана масса добавочной нефти, полученная из скважин №№ 1242 и 3003 Усинского месторождения на конец марта 2012г.

Суммарный дебит скважин №№ 1242 и 3003 возрос от 1,93 т/сутки до 16,4 т/сутки. Коэф-фициент продуктивности добычи нефти увеличился более чем в 6 раз. В течение 11 месяцев после обработки из скважин №№ 1242 и 3003 было получено около 2500 тонн добавочной нефти.

Из теории известно, что при нагреве до температуры выше Tk = 374°С при давлении P > Pk = 22MРa, вследствие перехода в сверхкритическое состояние, количество водородных связей в воде уменьшается в несколько раз [7]. При этом значительная часть фракций нефти также переходит в сверхкритическое состояние (далее – для краткости – «СК-состояние»). Вязкость смеси воды и нефти при переходе в СК-состояние (Tk > 347°С, P > Pk) становится в десятки и сотни раз меньшей, чем при типичной (средней) пластовой температуре (40-90°С) [4, 5].

При переходе в область (Tk > 647K, P > Pk) нефть начинает растворяться в воде, а вода – в нефти. Однородная смесь воды и нефти в условиях СК чрезвычайно текуча. Это свойство СК-состояния можно использовать для внедрения на промыслы нового способа интенсификации добычи, который, наконец, позволит начать откачку из пласта больших масс воды (вместе с нефтью).

Следует отметить, что уровень современной дорогостоящей промысловой техники ныне достаточен для решения этой проблемы. По нашим оценкам срок окупаемости разработки – 5 лет.

Для этого в ИБХФ РАН разработан способ повышения давления и температуры с помощью экзотермических реакций, протекающих в обводнённом нефтяном пласте при T > Тк  и P > Рк. Внедрение на промыслы способа увеличения количества нефти в извлекаемом из недр флюиде, в среднем, от 15-16% до 40-50% может означать конец эпохи вынужденного монотонно растущего обводнения нефтяных пластов, продолжавшегося полтора века. Реализация возможности извлечения ТИЗ, близких к количеству нефти, добытой ранее в течение полутора веков, равносильна обнаружению сверхкрупного месторождения.

В работе [3] выяснили, что в процессе реакции БС происходит насыщение нефти газом, выделившимся в реакции разложения селитры. При этом понижается вязкость нефти, которая может двигаться в режиме напорного дренажа из пласта в скважину и в режиме газлифта по скважине на поверхность. По расчёту при разложении селитры массой 20 тонн по реакции (1) в обеих скважинах выделилось около 80 ГДж тепла и около 20 тонн газа. Мощность искусственного газлифта, работавшего после закачки реагентов в скв. № 3003 в течение 2-х часов, в максимуме достигла 11кВт. После отладки такой газлифт должен стать инструментом для доставки на поверхность горячего пластового флюида.

Стоимость химреагентов в расчёте на тонну добавочной нефти из скв. №№ 1242 и 3003 меньше 160 рублей.

Стоимость других источников энергии (электричество, нефть, уголь, природный газ) для производства 2-5 тонн пара, (необходимых для добычи одной тонны битума) – в несколько раз больше.

В процессе добычи 2,5 тысяч тонн добавочной нефти из скважин №№ 1242 и 3003 масса воды, закачанной в недра в составе рабочих растворов БС и образовавшейся в реакции, составила около 10 тонн, в то время как процесс добычи 2,5 тысяч тонн добавочной нефти с помощью паротепловой технологии требует закачки в пласт от 5000 до 12500 тонн пара,  который в пласте превращается в воду. На основании материала публикаций [1-8] и опытно-промышленных работ на Усинском месторождении можно констатировать, что:
1. Длительность закачки растворов БС в обе скважины №№ 1242 и 3003 составила 10 часов, в то время, как для закачки нескольких тысяч тонн пара в пласт обычно требуется около месяца.
2. Паротепловая технология применима лишь при наличии развитой инфраструктуры, а закачку БС можно выполнять «с колёс», применив недорогую промысловую технику.
3. Испытания усовершенствованной технологии БС показали, что эта технология становится выгодной альтернативой не ресурсосберегающим паротепловой технологии и технологии закачки воды с целью повышения пластового давления.
4. В то время как ресурс развития технологий, обводняющих недра, практически исчерпан, наметились новые перспективы развития технологии БС.

Прогнозы и планы ИБХФ РАН по разработке и внедрению на промыслы технологии БС
Повышение  рентабельности добычи трудноизвлекаемых запасов (ТИЗ) тяжёлой нефти и битумов с помощью БС при соответствующем финансировании в течение 2-х лет должно составить не менее 100%. Срок планируемых приёмочных испытаний новой техники – не позже 4-го квартала 2014 года. Повышение рентабельности технологии БС при разработке сильно обводнённых месторождений при исходной доле воды в извлекаемом флюиде больше, чем 0,85 – должно составить от 60 до 80%. Приёмочные испытания комплекса разработанной техники запланированы на 4-й квартал 2015 года.

Цитированная литература:
1. Butler, R. M. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 528p., 1991.
2. Butler R. and Stephens D., Journal of Canadian Petroleum Technology, v.20, 1981, p.90-96.
3. Е.Н. Александров, Н.М. Кузнецов, НТЖ Каротажник, 2007, 4, c.113-127.
4. А.Г. Мержанов, В.В. Лунин, Д.А. Леменовский, Е.Н. Александров, А.Л. Петров, В.Ю. Лиджи-Горяев, Высокотемпературное стимулирование добычи нефти, Наука и технологии в промышленности, 2010. Т.2. С.1-8.
5. Е.Н. Александров, С.Н. Козлов, В.Ю. Лиджи-Горяев, А.Л. Петров, Ресурсосберегающая технология стимулирования добычи нефти путем нагрева продуктивного пласта, Наука и технологии в промышленности, 2008. Т.1-2. С.71-76.
6. Е.Н. Александров, Д.А. Леменовский, В. Петрищев, ИБХФ РАН, Патент № 2224103, 2002г.
7. Е.Н. Александров, 3. Коллер, Д.А. Леменовский, Patent - WO 2010/043239 A1, 2010г.
8. Патент (Ru), № 2401941, 2010 г. ИБХФ РАН-ОАО «Татнефть», авторы Е.Н. Александров (ИБХФ РАН), Р.С. Хисамов («Татнефть»), Р.Р. Ибатуллин («Татнефть»), А.И. Фролов («Татнефть»), А.Л. Петров (ИБХФ РАН). 

Е.Н. Александров,
С.Д. Варфоломеев,
Н.М. Кузнецов, 
В.Ю. Лиджи–Горяев,
А.Л. Петров

Учреждение Российской академии наук
Институт биохимической физики им. Н.М.Эмануэля
РАН (ИБХФ РАН)
119334, г. Москва,
ул. Косыгина, д. 4
тел.: +7 (495) 939 7318
факс: +7 (495) 954 9472
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.


ПРЕДЛОЖЕНИЕ О СОТРУДНИЧЕСТВЕ от журнала ТОЧКА ОПОРЫ

Предложение о сотрудничестве


Приглашаем вас принять участие в публикации интервью / статьи / новости о вашей компании в номерах российского делового журнала ТОЧКА ОПОРЫ.

Если вы хотите:

  • достойно представить свой бизнес;
  • сообщить о новых направлениях вашей деятельности;
  • заявить о себе как о преуспевающем игроке на рынке;
  • поделиться успехами, достижениями, опытом;
  • найти потенциальных покупателей своей продукции;

то мы будем рады вам помочь!

Закажите размещение в печатной версии журнала ТОЧКА ОПОРЫ, и ваша статья БЕСПЛАТНО появится на страницах электронной версии. А это значит, что о вашей компании узнает огромное количество интернет-пользователей и ваших потенциальных покупателей!

Также мы предлагаем:

  • Размещение баннерной рекламы на сайте;
  • Размещение вашей статьи/новости в ежедневной новостной рассылке с количеством подписчиков 17 тыс.
  • Размещение вашей новости/статьи/заметки/интервью/видеоинтервью на сайте

РЕКЛАМА В ЖУРНАЛЕ

РЕКЛАМА НА САЙТЕ

АРХИВ ЖУРНАЛА

№290 Февраль 2024
тема: строительство

 

22032024 помним