Как увеличить добычу нефти? Всё о методе внутрипластового горения
Лёгкая нефть в России заканчивается, и добыча требует развития новых технологий. В старом нефтедобывающем регионе, Татарстане, ставку делают на разработку месторождений высоковязкой нефти и продление срока жизни зрелых месторождений. Решения для региональных проблем нефтедобычи ищут в Казанском федеральном университете.
Так, в Институте геологии и нефтегазовых технологий КФУ занимаются развитием метода внутрипластового горения. О его возможностях и перспективах мы поговорили с сотрудниками кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов КФУ Михаилом Варфоломеевым и Александром Болотовым.
Что такое внутрипластовое горение?
Внутрипластовое горение — это метод, при котором в пласт закачивается кислород. Этот агент запускает процесс горения, за счёт чего нефть становится менее вязкой, и извлекать её становится легче.
«Один из процессов, реализующихся при внутрипластовом горении, называется термоокислительной деструкцией: высокомолекулярные компоненты нефти превращаются в менее высокомолекулярные, и нефть становится более подвижной. Эффект от горения заключается в нескольких моментах. Во-первых, при повышении температуры лёгкие углеводороды начинают, скажем так, испаряться: они движутся впереди фронта горения и действуют как обработка растворителем.
Во-вторых, выделяется углекислый газ. Сам по себе он тоже является хорошим экстрагентом, поэтому также может дополнительно вытеснять нефть. В-третьих, возникает термический эффект, при котором высокая температура понижает вязкость нефти и увеличивает её подвижность», — разъясняет ведущий научный сотрудник кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов КФУ Александр Болотов.
Технология подходит для месторождений с вязкой нефтью. Кроме того, можно извлечь остаточные углеводороды на зрелых месторождениях с высокой обводнённостью. Препятствием для использования метода может стать сложное геологическое строение.
«Для применения технологии горения мощность пласта должна быть не менее 3 метров. Желательно также, чтобы пласт был максимально однородным. Если будут попадаться глинистые прослойки или зоны, где нефти нет, горение просто остановится: оно же происходит только там, где есть нефть, а глинистые прослойки создают сложности для распространения фронта горения», — добавляет заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов КФУ Михаил Варфоломеев.
Как в КФУ совершенствуют метод внутрипластового горения
Теоретически для запуска реакции внутрипластового горения достаточно закачать в пласт воздух. Но на практике всё не так просто: есть риск, что реакция совсем не запустится или температура повысится настолько, что прямо в пласте начнётся процесс коксования. Над тем, чтобы реакция прошла, как надо, и работают в научно-исследовательской лаборатории методов увеличения нефтеотдачи в Научном центре мирового уровня, созданном при университете.
«Первая проблема — это низкая температура в пласте. Помимо этого, бывают неоднородные пласты: есть высоко- и низкопроницаемые зоны, и в этих случаях горение может не очень эффективно запускаться и распространяться. Чтобы этого избежать, добавляют специальные добавки — инициаторы. Это химические реагенты, которые позволяют запустить процесс горения в пласте при более низких температурах. Вторая добавка — это катализаторы, которые дают возможность равномерно и эффективно привести процесс в действие и за счёт этого увеличить радиус охвата месторождения такой технологии», — рассказывает Михаил Варфоломеев.
Впрочем, прежде чем применять реагенты, учёные определяют, возможна ли в данных условиях реакция внутрипластового горения. Провести необходимые расчёты, оценить риски, спрогнозировать возможные осложнения специалистам помогает оборудование лаборатории.
«В нашей лаборатории имеется физическая модель пласта. Это такая большая труба горения, которая оснащена различными датчиками. С их помощью мы отслеживаем изменение температурного фронта, давления. На выходе анализируем все составы: и выходящих газов, и получаемой синтетической нефти. После этого мы смотрим, какие изменения произошли с породой. Всё это позволяет моделировать процессы, которые в реальных условиях протекают на глубине нескольких километров», — рассказывает Александр Болотов.
Эксперимент в лаборатории позволяет понять, нужны ли, помимо воздуха, другие реагенты; если да, то какие именно.
«Результатом исследования является совокупность параметров. С их помощью мы можем рассчитать, например, сколько воздуха необходимо; нужно ли использовать какие-то дополнительные реагенты, например катализаторы, для того чтобы инициировать процесс горения или чтобы фронт продвигался равномерно. Тут тоже есть нюансы: можно использовать сухое или влажное горение. Этот выбор достаточно важен, потому что вода обладает немного другой теплоёмкостью. Таким образом, мы можем увеличить или уменьшить тепловой эффект», — поясняет доцент кафедры Александр Болотов.
На основе полученных результатов рассчитывается и экономика внедрения: увеличение дебита должно компенсировать затраты.
«Если говорить об оборудовании, капитальные затраты — это компрессоры, которые нужны для того, чтобы закачивать воздух. С точки зрения экономической эффективности смотрят, сколько нужно закачать воздуха, чтобы добыть 1 т нефти. Если это соотношение невысокое, т. е. нужно закачать не так много воздуха, тогда данная технология экономически эффективна. На самом деле у неё большой потенциал, потому что воздух — это бесплатный реагент», — говорит Михаил Варфоломеев.
Работают в Казанском федеральном университете и над созданием эффективных реагентов, чтобы максимально расширить применение метода. Значимых успехов удалось добиться по снижению температуры для запуска горения тяжёлых нефтей: процесс с помощью катализаторов удаётся запустить уже на отметке в 200 °С и ниже.
«Чтобы запустить горение, особенно для вязкой тяжёлой нефти, необходимо локально создать температуру 250 и 300 °С, иногда даже выше. С помощью тех добавок, с которыми мы работаем, происходит снижение температуры на 50–100 °С», — рассказывает Михаил Варфоломеев.
Использование технологии в реальных условиях
В зависимости от условий месторождения внутрипластовое горение способно повысить коэффициент нефтеотдачи на 5–15 %. Сейчас метод внутрипластового горения широко используют в Индии и Китае, есть большой проект в Румынии. Разработку казанских учёных опробовали в Китае, Омане и Узбекистане.
В России методом, над которым работают в КФУ, интересуются «Лукойл», «Татнефть» и «Зарубежнефть».
Сейчас технология внутрипластового горения рассчитана на то, чтобы снизить расходы на извлечение трудноизвлекаемых и малорентабельных запасов. Так, она имеет перспективы для разработки баженовской свиты, которая характеризуется высоким содержанием нефтематеринских пород. Актуальна она и для старых нефтедобывающих регионов, где месторождения имеют высокую степень выработки и где для сохранения уровня добычи необходимо работать с остаточными запасами.
Однако у метода есть и более отдалённые перспективы: потенциально запуск внутрипластового горения может помочь в добыче водорода, который называют топливом будущего.
«Перспективное направление — одновременное получение с нефтью водорода. Сейчас появляются научные работы по его подземной добыче, и мы тоже смотрим в этом направлении. При определённых условиях можно генерировать продуктивный водород. Добываться он будет вместе с углеводородами», — рассказывает Александр Болотов.
Текст: Юлия Григорьева.
Фото Алисы Черкасовой.
