АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ МЕТОДОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Аннотация. Проблема разработки месторождений тяжелой нефти заключается в неблагоприятном соотношении подвижностей нефти и вытесняющего агента. Тепловое воздействие относится к методам первой группы воздействия. Проведение анализа отечественного и зарубежного опыта применения тепловых методов воздействия актуально для условий высоковязких нефтей Русского месторождения. В результате анализа мировой практики применения тепловых методов воздействия на вязкие нефти, предложена схема, характеризующая эффективность тепловых методов, ранжированных в зависимости от рисков, связанных с их реализацией.

Abstract. The problem of developing heavy oil deposits lies in the unfavorable ratio of the mobility of oil and the displacing agent. Thermal exposure refers to the methods of the first group of exposure. The analysis of domestic and foreign experience in the application of thermal methods of exposure is relevant for the conditions of high-viscosity oils of the Russian field. As a result of the analysis of the world practice of applying thermal methods of influence on viscous oils, a scheme is proposed that characterizes the effectiveness of thermal methods ranked depending on the risks associated with their implementation.

Ключевые слова: месторождение; пласт; тепловой метод; методы воздействия; Русское месторождение; нефтеотдача.

Keywords: deposit; formation; body method; impact methods; russian deposit; oil recovery.

Проблема разработки месторождений тяжелой нефти заключается в неблагоприятном соотношении подвижностей вытесняемого (нефти) и вытесняющего агентов (например, вода). Разница в десятки и сотни раз значений вязкости способна существенно снизить эффективность вытеснения более вязкой фазы. Изменить данную диспропорцию можно путем уменьшения вязкости самой нефти, либо путем увеличения вязкости вытесняющего агента, либо изменяя эти величины одновременно. К методам первой группы относится тепловое воздействие, реализация смешивающегося и частично смешивающегося вытеснения.

Наибольшее распространение тепловые методы получили в Канаде, США (Калифорния), Венесуэле и Индонезии (Balol field, Coalinga, Lost Hills, Christina Lake, San Ardo, Bellevue). Все применяемые тепловые методы можно разделить на две большие группы, отличающиеся между собой способом передачи тепловой энергии в пласт: в одной из них теплоноситель готовится на поверхности и подается в скважину через устьевое оборудование, в другой тепло создается непосредственно в скважине или в пласте.

В качестве теплоносителей для нагнетания в пласт применяются вода и насыщенный водяной пар. Именно эти теплоносители характеризуются наибольшей среди известных рабочих агентов теплоёмкостью и, следовательно, дают возможность обеспечить лучшую эффективность теплового воздействия на пласт. С точки зрения эффективности снижения вязкости нефти, предпочтительным является водяной пар.

Процесс SAGD, разработанный в 1977-78 гг. Роджером Батлером, предполагает бурение пары горизонтальных скважин на расстоянии 4-6 метров одна над другой. Пар нагнетается через верхнюю скважину, отдавая тепловую энергию пластовой системе, понижает вязкость нефти. Добыча при этом осуществляется через нижнюю скважину.

В ходе закачки пара формируется паровая камера, по стенкам которой к добывающей скважине стекает нагретая нефть вместе с водяным конденсатом (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема процесса SAGD

Одной из разновидностей SAGD является реализация данного метода с использованием одной горизонтальной скважины SW-SAGD (Single Well SAGD). В этом методе пар и нефть закачивается и добывается в одно и то же время через одну и ту же одиночную горизонтальную скважину. Это стало возможным за счет технологии Insulated Concentric Coiled Tubing, разработанной NOWSCO Well Service Ltd. Пар доставляется в самый конец горизонтальной скважины (называемый «toe», «носок») через теплоизолированную трубу без участия НКТ.

Для повышения эффективности SAGD в закачиваемый пар добавляют углеводородные компоненты (C₁-C₅), данная технология называется ES-SAGD. В результате удачным образом сочетаются преимущества тепловых методов и применения растворителей (Рисунок 2).

Рисунок 2. Схема процесса ES-SAGD

В технологии SAS (Solvent Alternating with Steam) также используется пар и углеводородные растворители, но его отличие от ES-SAGD заключается в режиме нагнетания агентов.

Метод VAPEX заключается в закачке в качестве вытесняющего агента парообразного растворителя (Рисунок 3). Идея процесса заключается в том, что парообразный растворитель закачивается в пласт и растворяется в нефти, уменьшая ее вязкость. Технология VAPEX, также как и SAGD, чувствительна к вертикальной сообщаемости объекта воздействия. Метод имеет существенные недостатки. Прежде всего, это крайне медленный процесс, поскольку основной механизм нефтеотдачи связан с «разжижением нефти» за счет молекулярной диффузии растворителя в высоковязкую нефть. Во-вторых, он является высокозатратным из-за необходимости использования растворителей. Эти два фактора, по всей видимости, и препятствуют не только промышленному, но и пилотному применению VAPEX на месторождениях высоковязкой нефти.

Рисунок 3. Схема процесса VAPEX

Среди термических методов, в которых тепловая энергия воспроизводится непосредственно в пласте, можно выделить сухое, влажное и сверхвлажное внутрипластовое горение (ВПГ), основанное на инициализации в пласте очага экзотермической окислительно-восстановительной реакции и продвижении его по пласту. Несомненным преимуществом данного метода является возможность использования его в широком диапазоне глубин залегания продуктивных пластов. При этом методу характерны и существенные недостатки, среди которых можно выделить сложность контроля процесса горения и, как следствие, низкий охват пласта воздействием, технологические проблемы, связанные с повышенными температурами и опасностью образования взрывоопасной смеси в добывающих скважинах и т.д.

Внутрипластовое горение используется при таких же системах разработки, как и традиционное заводнение, однако в последнее время разработаны модификации данного метода, сочетающие использование горизонтальных и вертикальных скважин и позволяющие устранить ряд присущих этому процессу недостатков. Основными изменениями технологии внутрипластового горения можно назвать попытки усиления вертикальной составляющей при продвижении очага горения и, как следствие, увеличение охвата пласта воздействием. В технологии TDC (Top-Down Combustion) закачка воздуха осуществляется через вертикальные скважины, перфорируемые у самой кровли продуктивного интервала, добывающие горизонтальные, наоборот, располагаются у подошвы продуктивного пласта (Bellevue, Каражанбас, Balol) (Рисунок 4), в результате очаг горения движется от кровли к подошве залежи. Применение метода TDC и THAI возможно лишь в условиях достаточно монолитного разреза.

Рисунок 4. Схема осуществления внутрипластового горения по технологии TDC

В результате анализа мировой практики применения тепловых методов воздействия на вязкие нефти, предложена схема, характеризующая эффективность тепловых методов, ранжированных в зависимости от рисков, связанных с их реализацией (Рисунок 5).

Рисунок 5. Эффективность тепловых методов воздействия на пласт в зависимости от риска и достигаемого КИН