Методы нефтеотдачи

Не смотря на то, что ученые постоянно работают над созданием новых альтернативных источников энергии, потребление нефти в мире с каждым годом возрастает. В связи с этим, в настоящее время добыча нефти из нефтеносных пластов современными способами является неудовлетворительной. В среднем нефтеотдача пласта на территориях различных стран и регионов колеблется от 25% до 40%. Среднее количество остаточных запасов нефти от первоначальных геологических запасов нефти в земных недрах колеблется от 55% до 75%. В связи с этим, на сегодняшний день достаточно актуальным вопросом является повышение нефтеотдачи пласта. Благодаря разработке и применению новых технологий нефтедобычи, становится возможным существенно увеличить нефтеотдачу уже разработанных пластов, где традиционными методами извлечь остатки запасов нефти не представляется возможным.

Весь период разработки месторождений разделяется на три периода:

• период применения естественной энергии пласта;
• период реализации методов поддержания пластового давления посредством закачки в пласт воды или газа (вторичные методы);
• период, когда применяются технологии нефтеотдачи с целью увеличения эффективности разработки месторождений.

Методы нефтеотдачи должны иметь эффективное воздействие на нефть, которая является рассеянной в заводненных или загазованных зонах пластов, а также на оставшиеся с высоко текущей нефтенасыщенностью слабопроницаемые слои и пропластки в монолитных заводненных пластах, на обосоленные линзы и зоны пласта, которые вовсе не охвачены дренирование при существующей системе добычи нефти.

Методы увеличения нефтеотдачи пластов подразделяются на несколько типов:

1. Тепловые методы;
2. Газовые методы;
3. Химические методы;
4. Гидродинамические методы;
5. Комбинированные методы;
6. Методы увеличения дебита скважины;
7. Физические методы.

Тепловые методы

Тепловыми методами называются методы, способствующие увеличению притока нефти, а также повышению продуктивности эксплуатационных скважин. В основе данных методов лежит искусственное повышение температуры в скважинных стволах и призабойной зоне. Применение данных методов целесообразно во время добычи парафинистой нефти, которая имеет достаточно высокую вязкость, а также смолистых нефтей. В результате использования тепловых методов осуществляется прогрев нефтяных залежей, что влечет за собой разжижение нефти, расплавление парафина и смолистых веществ, которые выпали в осадок на стенках скважин во время их эксплуатации, а также в подъемных трубах и призабойной зоне.

Данные методы подразделяются на:

1. Паротепловое воздействие на пласт;
2. Внутрипластовое горение;
3. Вытеснение нефти посредством горячей воды;
4. Пароциклические обработки скважин.

Паротепловое воздействие на пласт подразумевает нагнетание горячего пара в нефтяные пласты, имеющие достаточно низкую температуру и вязкую нефть. Пар нагнетается с помощью специальных паронагнетательных скважин, которые размещены внутри контура нефтеностности. При этом, пар имеет достаточно высокую температуру, а, соответственно, он вносит в пласт огромное количество тепловой энергии, что приводит к нагреву пласта и снижению относительной проницаемости, снижению вязкости, а также расширению всех элементов, которые содержатся в пласте наряду с нефтью (вода, газ). Данный метод является самым популярным во время вытеснения высоковязкой нефти из земных недр.

Внутрипластовое горение предполагает активное взаимодействие нефтяных залежей с кислородом, что приводит к окислительной химической реакции, следствием которой является выделение огромного количества тепловой энергии. Данный метод имеет существенные отличия от горения на поверхности. Для реализации данного метода у забоя скважины создают очаг горения, который поддерживается постоянной подачей воздуха в пласт. При этом продукты горения отводятся от очага. Топливом для горения выступает часть нефти, которая осталась в пласте после того, как основная ее часть была вытеснена газами горения, водяным паром, водой, а также испарившимися фракция нефти впереди фронта горения. Таким образом, сгоранию подвергается самая тяжелая нефтяная фракция. Различают также сухое внутрипластовое горение, сопровождающееся исключительно нагнетанием одного только воздуха в пласт, и влажное внутрипластовое горение, в процессе которого в пласт закачиваются воздух и определенное количество воды.

Пароциклические обработки скважин заключаются в прямом нагнетании пара в нефтяной пласт посредством добывающих скважин. Целью данной технологии является прогрфание пласта, а также нефти, которая расположена в призабойных зонах добывающих скважин, понижение вязкости нефти, увеличение давления, облегчение условий фильтрации и увеличение нефтяного притока к скважинам.

Газовые методы

К данным методам относятся:

1. закачка воздуха в пласт;
2. воддействие на пласт углеводородным газом;
3. воздействие на пласт двуокисью углерода;
4. воздействием на пласт азотом, дымовыми газами и пр.

В основе первого газового метода лежит закачка природного, а, соответственно, бюджетного агента – воздуха в пласт, а также его дальнейший переход из обычного состояния в эффективные вытесняющие агенты. Такая трансформация воздуха происходит в связи с низкотемпературными окислительными процессами, которые происходят внутри пласта. Именно низкотемпературное окисление приводит к тому, что внутри пласта образуется высокоэффективный газовый агент, в составе которого присутствует азот, углекислый газ, а также широкие фракции легких углеводов (ШФЛУ). Преимуществом данного метода является дешевизна, а также использование естественной энергетики пласта, которая является инициатором самопроизвольных окислительных процессов и фомирования высокоэффективного вытесняющего слоя.

Во время воздействия на пласт двуокисью углерода происходит растворение данного вещества в воде, что приводит к образованию угольной кислоты. Именно угольная кислота и является тем веществом, которое способно растворить некоторые виды цемента и породы пласта, тем самым увеличив проницаемость пласта. Кроме этого, во время применения данного способа происходит отмыв пленочной нефти, которая покрывает зерна и породы, а соответственно, снижает возможность разрыва водной пленки. Это приводит к тому, что нефтяные капли при малом межфазном натяжении могут свободно передвигаться в поровых каналах. Как результат – возрастает фазовая проницаемость. Нефтеотдача пласта во время применения данного способа значительно увеличивается (объем нефти возрастает в 1,5 – 1,7 раз). Главным фактором, который определяет эффективность данного способа во время добычи нефти и ее извлечении из заводненных пластов, является увеличение объема нефти под воздействием СО­₂.

В основе метода воздействия на пласт азотом, дымовыми газами и пр. лежит горение твердых порохов в жидкости без использования любых герметичных камер и защитных оболочек. Данный метод является комбинированным, поскольку в нем сочетаются тепловое воздействие, механическое и химическое.

Химические методы

Нашли свое применение в процессе добычи нефти из нефтеносных пластов, которые отличаются своей сильной истощенностью и заводненностью, а также которые имеют рассеянную и нерегулярную нефтенасыщенность. Благодаря химическим методам стало возможно воздействовать на нефтяные залежи, характеризующиеся своей достаточно низкой вязкостью, низкой соленостью воды, а также на продуктивные пласты, которые представлены карбонатными коллекторами и имеющие низкую проницаемость.

К химическим методам относятся:

1. Вытеснение нефти водными растворами ПАВ;
2. Вытеснение нефти растворами полимеров;
3. Вытеснение нефти щелочными растворами;
4. Вытеснение нефти композициями химических реагентов (в том числе мицеллярными растворами);
5. Микробиологическое воздействие.

В результате использования первого химического метода снижается поверхностное натяжение на границе «нефть – вода», увеличивается подвижность нефти, и как результат – улучшается вытеснение нефти водой.

В основе полимерного заводнения пласта лежит растворение высокомолекулярного химического реагента – полимера, который обладает способностью вне зависимости от своей концентрации значительно повышать вязкость воды, одновременно снижая ее подвижность. Это, в свою очередь, повышает охват пластов заводнением. Главным свойством полимеров является загущение воды, что является причиной снижения соотношения вязкостей нефти и воды в пласте, а также снижению условий прорыва воды. Также стоит отметить, что полимерные растворы обладают повышенной вязкостью, благодаря чему они лучше вытесняют не только нефть, но и связанную пластовую воду из пористой среды.

В процессе применения метода вытеснения нефти щелочными растворами происходит взаимодействие щелочей с нефтью и породой. В результате происходит взаимодействие щелочи с органическими кислотами, что привод к образованию ПАВ, которые уменьшают межфазное натяжение на границе раздела фаз «нефть – раствор щелочи», а также увеличивают смачиваемость породы водой. Данный метод является одним из наиболее эффективных, который используется для снижения контактного угла смачивания породы водой.

При вытеснении нефти композициями химических реагентов происходит ликвидация действия капиллярных сил, в результате чего раствор вытсняет нефть и воду.

Микробиологическое воздействие заключается в биологических процессах, в которых принимают участие микробные объекты. Во время протекания данного процесса микроорганизмами, которые закачиваются в пласт, метаболизируются углеводороды нефти и выделяются продукты жизнедеятельности: спирты, растворители и слабые кислоты; биополимеры; биологические ПАВы; газы.

Гидродинамические методы

Их использование позволяет сделать более интенсивной текущую добычу нефти, а также в разы увеличить степень извлечения нефти, при этом уменьшив объемы прокачиваемой воды через пласты и текущую обводненность добываемой жидкости.

К таким методам относятся:

1. Интегрированные технологии. Данный способ не является обычным заводнением водой с целью поддержания пластового давления. Подобные методы имеют цель, заключающуюся в выборочной интенсификации добычи нефти. Коэффициент нефтеотдачи увеличивается за счет организации вертикальных перетоков в слоисто-неоднородном пласте посредством малопроницаемых перемычек из низкопроницаемых слоев в высокопроницаемые. В основе этого находится специальный режим нестационарного воздействия;
2. Вовлечение в разработку недренируемых запасов;
3. Барьерное заводнение на газонефтяных залежах. Суть данного метода заключается в расположении нагнетательных скважин в зоне газонефтяного контакта. Регулировка закачки воды и отбора газа осуществляется таким образом, чтобы предупредить взаимные перетоки нефти в газовую часть и наоборот;
4. Нестационарное заводнение. Метод заключается в искусственном создании давления в тех пластах, которые имеют неоднородные по размеру поры, неоднородную проницаемость слоев, а также неравномерную нефтенасыщенность. Давление достигается путем изменения количества нагнетания жидкости в скважины или отбора воды из скважин в четко установленном порядке путем их повышения или снижения.;
5. Форсированный отбор жидкости. Данный метод целесообразно применять уже на поздней стадии разработки месторождения, когда обводненность пласта составляет выше 75%. Нефтеотдача увеличивается по причине роста градиента давления и скорости фильтрации. Использование данного метода позволяет вовлечь в разработку те участки пласта, которые не были охвачены заводнением.;
6. Ступенчато-термальное заводнение.

Таким образом, стоит отметить, что в мире постоянно возрастает потребление нефтепродуктов. По статистике за последние два десятилетия в среднем годовое потребление нефти увеличилось на 1,45%. Даже в некоторые временные периоды, когда наблюдалось некоторое снижение объемов добычи нефти, общая тенденция роста нефтяной добычи оставалась практически неизменной.