Материал: НЕТРАДИЦИОННАЯ НЕФТЬ
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts |
25 |
НЕТРАДИЦИОННАЯ НЕФТЬ:ТЕХНОЛОГИИ,ЭКОНОМИКА,ПЕРСПЕКТИВЫ |
Тяжелые и сверхтяжелые нефти, нефтяные битумы
Вовлечениевэксплуатацию нетрадиционныхнефтейв каждомотдельномслучае– вопроснаучно-практический, требующийпроведенияотдельногоНИОКР,длякаждой конкретнойзалежи,причем зачастую,походупроцессаее разработки..
Технологии
В силу низкой текучести тяжелых и сверхтяжелых нефтей и природных битумов (нефтяных песков) в пластовых условиях их разработка традиционными методами оказывается слишком растянутой во времени, а коэффициент извлечения нефти редко превышает 10 %, что, в большинстве случаев, делает ее нерентабельной. Таким образом, основной технологической задачей для освоения этих запасов является преодоление низкой подвижности нефти. В современной практике существует три основных подхода к добыче этого вида сырья:
•Совокупностьметодовдобычиуглеводородоввместесвмещающейих породой и последующим разделением вне пластовых условий, далее ex-situ (в основном применяется при добыче природных битумов);
•Совокупность методов воздействия на углеводороды внутри пласта, далее in-situ (применяется как при извлечении углеводородов из природных битумов, так и при разработке залежей тяжелых и сверхтяжелых нефтей);
•Шахтные методы добычи. Данные технологии развивались в 60-е и 70-е годы, однако практически полностью исчезли, проиграв конкуренцию значительно более простому и безопасному карьерному методу. На данный момент Ярегское нефтетитановое месторождение группы ЛУКОЙЛ, вероятно, единственное в мире, которое разрабатывается шахтным методом. Из вспомогательных выработок, расположенных прямо в пласте, бурятся короткие скважины, при помощи которых нефть извлекается и собирается в резервуары, а затем поднимается на поверхность. В настоящее время внедряется более эффективный термошахтный способ добычи. Стоит, однако, отметить, что основным продуктом шахт являются титановые руды, а нефть – лишь побочный продукт (Рисунок 5).
Все большие объемы тяжелых нефтей, сверхтяжелых нефтей и нефтей, производимыхизнефтяногобитума(песка),производятсятехнологиями in-situ, причем эта тенденция является настолько устойчивой, что многие мировые исследовательские организации [15], [29], [30] стали относить тяжелые, сверхтяжелые нефти и нефтяные битумы в одну классификационную категорию из-за технологической и экономической схожести методов добычи.
Внепластовые (ex-situ) методы разработки тяжелых нефтей и битумов
Настоящее исследование содержит только общее описание ключевых подходов к разработке нетрадиционных залежей. На практике, вовлечение в эксплуатацию нетрадиционных нефтей в каждом отдельном случае – вопрос научно-практический, требующий проведения отдельного НИОКР для каждой конкретной залежи, причем зачастую, походу процесса ее разработки.
Наиболее распространенным методом разработки ex-situ, обеспечившим в 2017 г. добычу свыше 60 млн т нефти [31] в мире, является карьерный метод, в мировой практике часто называемый «mining».
ИНЭИ РАН
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts |
26 |
НЕТРАДИЦИОННАЯ НЕФТЬ:ТЕХНОЛОГИИ,ЭКОНОМИКА,ПЕРСПЕКТИВЫ |
Рисунок 5 – Классификация методов добычи тяжелых и сверхтяжелых нефтей и природных битумов (нефтяных песков)
|
|
Методы разработки |
|
|
|
|
|
месторождений тяжелых и |
|
|
|
|
|
сверхтяжелыхнефтей и битумов |
|
|
|
Внепластовые методы |
Шахтные методы |
Внутрипластовые методы |
|||
(в современной практике почти |
|||||
(ex-situ) |
|
|
(in-situ) |
||
|
не используются) |
|
|||
|
|
|
|
||
|
CHOPS–может классифицироваться,как |
|
|
||
|
внутрипластовый (за счет того,что добыча |
|
|
||
Карьерная |
ведется скважинным методом) и как |
Тепловое |
Внутрипластово |
||
добыча |
внепластовый метод,посколькудобываемое |
воздействие |
е горение |
||
|
сырье требует отделения от породы на |
|
|
||
|
|
поверхности |
|
|
|
Парогравитационный дренаж |
|
Циклическая закачка пара |
|
|
|
Источник: составлено авторами
С технологической точки зрения карьерный метод относительно прост и заключается в извлечении залегающих вблизи поверхности насыщенных битумом песков с последующим отмыванием ценных углеводород от породы (Рисунок 6).
Карьерный метод разработки обеспечивает наивысший среди всех коэффициент извлечения, вплоть до 100 %, не требуя при этом особых технологических ухищрений. Однако у данного метода есть и ряд значительных недостатков, которые осложняют его внедрение. Сооружение карьера и сопутствующей инфраструктуры наносит огромный и практически невосполнимый ущерб ландшафту и окружающей среде на большой территории. Самым же значительным ограничением является предел глубины залегания запасов, доступных для рентабельной разработки – около 70 м под поверхностью земли. Например в Канаде [33] - стране-лидере по добыче тяжелых нефтей, такие залежи составляют менее 20 % от всех запасов, поэтому внедрение карьерного метода имеет естественные пределы.
ИНЭИ РАН
СПБГУАП группа 4736 |
https://new.guap.ru/i03/contacts |
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
||||||||||||||||||||
НЕТРАДИЦИОННАЯ НЕФТЬ:ТЕХНОЛОГИИ,ЭКОНОМИКА,ПЕРСПЕКТИВЫ |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Рисунок 6 – Схема добычи нефти из природного битума карьерным методом |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выделение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жидких |
Дегидрирование и отделение |
|
||||||||||||||
|
Подготовка породы Промывка фракций |
неуглеводородных компонент |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Синтетическая |
Разработка открытым |
Переработка сточных |
нефть |
|
||
способом |
вод и отходов |
|
Источник: [32]
Посколькуприменимость методовex-situестественно ограничена,дляразработкиобширнейшихресурсовтяжелых нефтейиприродныхбитумов всебольшеезначениеприобретаютметодывнутрипластовойстимуляцииуглеводородов, известныекакin-situ.
Внутрипластовые методы разработки тяжелых нефтей и битумов
Поскольку применимость методов ex-situ естественно ограничена, для разработки обширных ресурсов тяжелых нефтей и природных битумов все большее значение приобретают методы внутрипластовой стимуляции углеводородов, известные как in-situ, в том числе:
1.Методы теплового воздействия на пласт, в т. ч.:
•Циклическая закачка пара;
•Парогравитационный дренаж;
2.Методы внутрипластового горения
3.Метод CHOPS
Тепловое воздействие
Одним из технологических направлений повышения нефтеотдачи является тепловое воздействие на пласт. Повышение температуры снижает вязкость и увеличивает подвижность нефти, интенсифицируя ее приток в продуктивную скважину. Впервые подобные методы были апробированы на традиционных нефтяных месторождениях, однако широкого распространения не получили из-за не достаточно высокого прироста нефтеизвлечения по сравнению с традиционными методами разработки.
Значительно большую эффективность показал трансферт этой технологии для разработки запасов тяжелых нефтей и природных битумов, позволив повысить ожидаемые коэффициенты извлечения углеводородов в несколько раз по сравнению с традиционными методами.
В настоящее время доминируют два основных метода теплового воздействия с использованием пара в качестве теплоносителя:
•Циклическая закачка пара;
•Парогравитационный дренаж.
ИНЭИ РАН
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts |
28 |
НЕТРАДИЦИОННАЯ НЕФТЬ:ТЕХНОЛОГИИ,ЭКОНОМИКА,ПЕРСПЕКТИВЫ |
Выбор технологии разработки, как правило, диктуется особенностями конкретной залежи. Однако общим ограничением для обоих методов является глубина залегания запасов не менее 200 метров. Поскольку, технологии подразумевают закачку перегретого пара под высоким давлением, недостаточная углубленность залежи может приводить к прорывам пара на поверхность. Помимо этого, тепловые технологии отличаются высоким расходом топлива (как правило, природного газа), необходимого для подогрева теплоносителя.
Циклическая закачка пара
Наиболее старым из распространенных в современной практике нефтедобычи методов извлечения тяжелых нефтей является метод циклической закачки пара. Технология подразумевает чередование циклов стимуляции призабойной зоны пласта горячим паром и добычи нефти. Продолжительность таких циклов может исчисляться месяцами (Рисунок 7).
Рисунок 7 – Схема разработки месторождения методом циклической закачки пара
Cтадия 1 |
Cтадия 2 |
Cтадия 3 |
закачка пара |
парообработка пласта |
добыча нефти |
Источник: [34]
Данный метод отличается сравнительной технологической простотой и нетребовательностью к характеристикам пласта. При этом использование одной вертикальной скважины означает небольшой охват пласта прогревом и, соответственно, невысокий коэффициент извлечения на уровне 15-25 % [34]. Дополнительным недостатком является цикличность процесса, что, по сути, означает продолжительный простой в добыче в 1 и 2 фазы цикла.
Метод циклической закачки пара получил достаточно ограниченное распространение, обеспечивая к 2017 г. только около 15 млн т добычи нефти в мире [34].
Парогравитационный дренаж (SAGD)
Парогравитационный дренаж, или SAGD (Steam-Assisted Gravity Drainage)
представляет собой дальнейшее развитие технологии циклической закачки пара. SAGD подразумевает бурение двух горизонтальных сква-
ИНЭИ РАН
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts |
29 |
НЕТРАДИЦИОННАЯ НЕФТЬ:ТЕХНОЛОГИИ,ЭКОНОМИКА,ПЕРСПЕКТИВЫ |
жин, расположенных параллельно, в среднем в 5 метрах друг от друга. Верхняя используется для нагнетания пара в пласт и создания высокотемпературной паровой камеры, нижняя для добычи разогретой смеси нефти и воды (Рисунок 8).
Рисунок 8 – Схема разработки месторождения методом парогравитационного дренажа
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Добыча |
|
|
|
|
|
|
Паронагнетательная |
|
SAGD |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
нефти |
|
|
|
|
|
скважина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Песчаник
Источник: [35]
Разработка технологии SAGD позволила преодолеть основные недостатки метода циклической закачки пара, сделав добычу постоянной после стадии предварительного прогрева и доведя коэффициент нефтеизвлечения до значительных 40-60 %. Преимущества SAGD нашли отражение, в первую очередь, в масштабах внедрения этого метода. В 2016 г. этим способом в мире было добыто свыше 64 млн т тяжелой нефти, практически столько же, сколько и карьерным методом [36].
Для эффективного применения SAGD существуют определенные требования к структуре пласта. В частности, пласт должен иметь достаточно большую мощность и быть однородным на протяжении горизонтального участка длиной несколько сотен метров. Учитывая огромные запасы Канады, основного центра внедрения этой технологии, данные ограничения пока не вставали остро, однако, при переносе в другие геологические условия, это может стать значительным препятствием.
Внутрипластовое горение
Перспективным методом для разработки месторождений является внутрипластовое горение.
Технология основана на инициации и поддержании процессов горения углеводородов внутри пласта при помощи закачки окислителя (воздух, кислород). Процессы горения обеспечивают разогрев пласта, крекинг тяжелых фракций, повышение внутрипластового давления и подвижности нефти (Рисунок 9).
ИНЭИ РАН