Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В настоящее время большинство нефтедобывающих месторождений в мире уже находятся в более поздних стадиях разработки и содержат преимущественно трудноизвлекаемые запасы нефти. Трудноизвлекаемые запасы нефти в мире, по оценкам экспертов, превышают 1 трлн тонн [1]. Также доля трудноизвлекаемых запасов нефти в России постоянно растет и составляет 67 % [2]. Коэффициент извлечения нефти (КИН) считается недостаточным для всех нефтедобывающих стран, среднее значение КИН пластов составляет 25–40 % по различным нефтедобывающим странам [3]. Химические методы увеличения нефтеотдачи пластов являются одним из важных направлений методов увеличения нефтеотдачи пластов (МУН). Химические методы увеличения нефтеотдачи разделяются на полимерное заводнение, вытеснение нефти водными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ), щелочное заводнение и совместное применение щелочи, ПАВ и полимера (ASP заводнение). Среди них полимерное заводнение и технология ASP заводнения играют доминирующую роль. В настоящей работе рассмотрены современные механизмы вытеснения нефти из пластов с применением ASP заводнения, анализы эффективности применения ASP заводнения в нефтедобывающей промышленности, его существующие проблемы и дальнейшее направление развития данного метода.

Механизм вытеснения нефти ASP заводнения

ASP заводнение было предложено в 1984 г. (R.C. Nelson, компания Shell), но развитие технология ASP заводнения получила только в последние годы. Механизм вытеснения нефти из пластов с помощью технологии ASP заводнения является комбинацией отдельных процессов полимерного, щелочного и ПАВ заводнения и заключается в следующем: уменьшение поверхностного натяжения вследствие образования ПАВ за счет реакции щелочи и кислотных компонентов нефти в пласте; применение синтетических ПАВ и уменьшение поверхностного натяжения до сверхнизких значений; использование щелочи в составе раствора позволяет снизить потери химических реагентов (ПАВ и полимер) за счет уменьшения адсорбции щелочью; уменьшение соотношения подвижности вытесняющего агента и нефти, увеличение коэффициента охвата пласта [4].

Типичный процесс ASP заводнения включает в себя несколько этапов. Предварительная промывка иногда используется с применением раствора солей для изменения солености и других свойств горных пород и флюида. Первая оторочка вытесняющего агента представляет собой комбинацию щелочи и ПАВ, которая уменьшает поверхностное натяжение и изменяет смачиваемость породы. Совместное воздействие ПАВ и щелочи аккумулирует нефть, захваченную в пласте после заводнения. Оторочка полимера увеличивает отношение подвижности нефти и закаченного раствора. Полимер повышает количество закачиваемой жидкости и увеличивает контактный объем резервуара и коэффициент охвата нефти. Следующим этапом является оторочка пресной воды, которая оптимизирует процесс восстановления химических реагентов [5].

Опыт применения ASP заводнения

Среди различных технологий повышения нефтеотдачи пластов метод ASP заводнения прошел экспериментальные и пилотные испытания и уже широко применяется во многих странах мира (Канада, США, Китай, Индия и др.) более 20 лет. В последние годы ASP заводнение было активно исследовано и испытано на месторождении Дацин, Шенгли и Карамай в Китае.

ASP заводнение было изучено и протестировано на месторождении Дацин уже более 20 лет. Месторождение Дацин расположено в северо-восточной части Китая, и оно является одним из крупных нефтяных месторождений в Китае. После успешной реализации полимерного заводнения на месторождении Дацин, чтобы получить дополнительное увеличение нефтеотдачи пластов, с сентября 1994 г. было проведено восемь пилотных испытаний технологии ASP заводнения на данном месторождении, пять проектов с различным масштабом уже завершены, а три проекта в процессе реализации. Основные исходные данные и результаты завершённых испытаний технологии ASP заводнения на месторождении Дацин представлены в табл. 1 и 2 [6–7].

Гидроксид натрия использовался в большинстве этих испытаний, также впервые был испытан карбонат натрия. Были испытаны несколько типов ПАВ, включая алкилбензолсульфонат, нефтяной сульфонат, лигносульфонаты, нефтяной карбоксилат и ПАВ, синтезированный биологическим методом. Гидролизованный полиакриламид с разной молекулярной массой использовался в процессе заводнения. Дополнительный прирост нефтеотдачи пластов повысился с 19 до 25 % [7].

В связи со сложным механизмом процесса ASP заводнения оптимизация объема и концентрации оторочки важна для эффективности ASP заводнения. В табл. 2 показаны данные различных вариантов процесса ASP заводнения. В процессе применялась предварительная промывка с использованием полимера, первичная и вторичная оторочка с использованием химических реагентов (полимер, ПАВ, щелочи) разного состава и концентрации, защитная оторочка с использованием полимера. Среди реализованных пяти вариантов вариант ASP-5 является первым крупномасштабным проектом. Шесть нагнетательных скважин и двенадцать добывающих скважин размещены на данной площадке. После испытания КИН увеличился на 22 %, а обводненность с 90 % снизилась до 50 % [6–7].

Пилотное тестирование технологии ASP заводнения было проведено на месторождении Карамай в 1995 г. Целевой пласт – гетерогенный, система разработки – пятиточечная система, мощность пласта 19–25 м. Результаты процесса ASP заводнения представлены в табл. 3. До ASP заводнения нефтеотдача пластов составляла примерно 50 %, обводненность 99 %, процесс испытания был проведен с 1995 г. до 1999 г. После завершения испытания обводненность снизилась до 79 %, нефтеотдача пластов увеличилась на 25 % [8].

На месторождении Шенгли были проведены экспериментальные испытания ASP заводнения в начале 1990-х гг. Первое испытание было проведено в 1992 г. на площади Gudong и закончено в 1994 г. До данного испытания нефтеотдача пластов составляла 54.,4 %, обводненность 99,3 %. Основные исходные данные залежи около площади дренирования следующие: пористость – 35 %, проницаемость – 2,5 Д, температура пласта 58 °C. Число кислотности составляло 3,11 мг КОН/г нефти. Характеристика породы, нефти и воды в пласте подходящая для применения ASP заводнения. Дополнительная добыча нефти составила 20667,7 тон, и нефтеотдача центральной скважины № 7 увеличилась на 13,4 %. Проведенное данное испытание является ценным опытом для применения ASP заводнения на стадии высокой обводненности. Второе испытание технологии ASP заводнения было проведено на западной части площади Gudong. Средняя проницаемость и пористость данной части залежи составляли 1,52Д и 32 % соответственно. Нефтеотдача пластов до проведения технологии ASP заводнения составляла 22,4 %. Закачка химических реагентов была завершена в 2002 г. и добыча нефти повысилась с 630 до 1490 баррелей в день. Обводненность уменьшилась с 96 % до 83 %, а конечная нефтеотдача пластов увеличилась на 15,5 % [9–10].

Большинство проектов ASP заводнения были реализованы в конце прошлого века. Самые ранние полевые испытания технологии ASP заводнения были осуществлены на месторождении West Kiehl, Wyoming в сентябре 1987 г. Дополнительный прирост нефтеотдачи пластов в течение 2,5 лет составил 26 % [11]. Опытно-промысловые испытания ASP заводнения проводились также на месторождении Tanner field. Оторочка нефтевытесняющего агента содержала 1 % гидроксид натрия, 0,1 % ПАВ (ORS-41) и 800 мг/л полимера. Дополнительный прирост нефтеотдачи пластов составил 17 %. Проведенные настоящие проекты оказались успешными как с технологической, так и с экономической точек зрения [12].

В работе [13] опубликованы результаты пилотного испытания технологии ASP заводнения с применением синергетически подобранной смеси анионного полиакриламида и анионного ПАВ (реагент «Дуглерав ИПУ-34») на месторождении Западной Сибири. По завершении первого месяца испытания после обработки был зафиксирован прирост по дебиту нефти на одной из скважин на 25 %, а на второй – на 4,1 %. После второго месяца проведения испытания прирост дебита по нефти по скважинам составил 22,1 % и 12,2 % соответственно. На другом месторождении Западной Сибири проводятся лабораторные и пилотные испытания применения технологии ASP заводнения. Настоящий проект находится в стадии пилотного испытания после завершения подбора всех реагентов для проведения испытаний. Пилотные испытания с применением технологии ASP заводнения состоят из следующих этапов: предварительное заводнение; закачка раствора ASP, объем закачки составляет 40 % порового объема пилотной зоны; закачка раствора полимера, объем закачки составляет 40 % порового объема пилотной зоны; постзаводнение, ожидаемый объем закачки – 30 % порового объема пилотной зоны. Окончание проекта планируется в 2018 г. [14].

Основные недостатки и ограничения ASP заводнения

Основные недостатки и ограничения применения технологии ASP заводнения следующие: большая потеря химических реагентов, сравнительно высокие эксплуатационные затраты, понижение приёмистости и более сложная эксплуатация оборудования. Кроме того, в связи с применением высокой концентрации щелочи на большинстве полевых испытаниях ASP заводнения были выявлены следующие проблемы: серьезное солеотложение на стенках промыслового оборудования, которое уменьшает цикл работы скважины и увеличивает технические трудности и себестоимость; сильное эмульгирование выходящей жидкости и увеличение затрат на переработку [15].

Заключение

Технология АSP заводнения является наиболее перспективным методом увеличения нефтеотдачи пластов. Китай является одной из крупных нефтедобывающих стран в мире, которая применяет технологию ASP заводнения. Средний прирост КИН проведенных полномасштабных пилотных испытаний с применением технологии ASP заводнения составил 15–25 %. Из-за негативного влияния сильных растворов щелочи разработка более эффективных композиций ASP заводнения с более экономически эффективными ПАВ в слабых щелочных растворах или без использования щелочных растворов (SP заводнения) является актуальной задачей. Для решения этих задач необходимо усилить фундаментальные и прикладные исследования механизма вытеснения нефти из пластов с использованием процесса ASP заводнения и усовершенствовать его испытательные технологии на нефтяных месторождениях.