АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ УРАЛО-ПОВОЛЖЬЯ

Королев М.И.¹, Рогачев М.К.²

¹ Аспирант, ² Профессор, доктор технических наук, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ УРАЛО-ПОВОЛЖЬЯ

Аннотация

В статье рассмотрено текущее состояние запасов и стратегия развития нефтегазовой отрасли России. Основным направлением развития отрасли является оптимизация текущей разработки месторождений нефти в Урало-Поволжском регионе, путем повышения нефтеотдачи. Предлагается осуществлять поставленные задачи альтернативными физико-химическими методами, основанными на закачке в пласт водных растворов смесей поверхностно-активных веществ.

Ключевые слова: заводнение, методы увеличения нефтеотдачи, поверхностно-активные вещества, ПАВ-полимерное заводнение, альтернативные методы.

Korolev M.I.¹, Rogachev M.K.²

¹ Postgraduate student, ² Professor, PhD in Engineering, National Mineral Resources University (Mining University)

ANALYSIS OF THE SURFACTANT APPLICATION FOR ENHANCED OIL RECOVERY OF TERRIGENOUS RESERVOIRS OF THE URAL-VOLGA REGION

Abstract

The article considers the current state of stocks and strategy of the development the oil and gas industry of Russia. The main direction of development of the industry is to optimize the current oil fields development of the Ural-Volga region, by enhanced oil recovery. It is proposed to carry out posed problems of alternative physical and chemical methods of enhanced oil recovery based on injection of water solutions with mixtures of surfactants into formations.

Keywords: water flooding, EOR, surfactants, surfactant-polymer flooding, alternative methods.

В настоящее время значительная доля нефтяных месторождений России, большая часть которых расположена в Урало-Поволжье, вступила в завершающую стадию разработки и характеризуется падением добычи. Это обусловлено истощением активных запасов нефти, и как следствие увеличением доли остаточной нефти, заключенной в зонах, не охваченных заводнением, и физически или химически связанной с породой нефти. Дополнительным фактором является ввод в разработку новых залежей с трудноизвлекаемыми (ТИЗ) запасами, рост обводненности сложнопостроенных терригенных коллекторов и их высокая расчлененность.

В энергетической стратегии России на период до 2030 года сформулированы основные проблемы развития современного нефтяного комплекса страны, к первой относят нерациональное недропользование (низкий коэффициент извлечения нефти) и отсутствие комплексных технологий добычи и экономически эффективной утилизации углеводородов (сжигание попутного нефтяного газа). Требуется решить задачи для достижения поставленных стратегических целей, одной из которых является совершенствование технологий добычи нефти, за счет использования современных методов увеличения нефтеотдачи [1]. На основе энергетической стратегии правительством были выработаны приоритетные направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации, к которым относят рациональное природопользование, а к критическим технологиям Российской Федерации – технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых [2], в связи с чем существует необходимость совершенствования современных технологий, позволяющих увеличить нефтеотдачу уже разрабатываемых пластов.

Рассматриваемые в данной статье запасы нефти относятся, в основном, к Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, расположенной в пределах Пермской, Свердловской, Кировской, Ульяновской, Самарской, Оренбургской, Саратовской, Волгоградской областей РФ, республики Татарстан, Башкортостан и Удмуртии. Месторождения на этой территории разрабатываются с 30-х – 40-х годов и сейчас находятся на завершающей стадии разработки. Наиболее крупными нефтяными месторождениями являются Ромашкинское, Новоелховское, Арланское, Туймазинское, Бавлинское, Мухановское, Покровское, Кулешовское, Соколовогорское, Бобровское, Осиновское [3].

Разработка данных залежей осуществляется, как правило, с поддержанием пластового давления средством «холодного» заводнения. Несмотря на освоенность и относительно невысо­кую стоимость, оно имеет свои ограниче­ния. Главными причинами не достижения полного вытеснения нефти водой выделяют различие вязкостей нефти и вытесняющего агента, их несмешиваемость и гидрофобизация пород-коллекторов [4].

Все методы увеличения нефтеотдачи (МУН), применяемые на высокообводненных месторождениях с ТИЗ, направленны на доизвлечение остаточной нефти и достижение проектного коэффициента извлечения нефти (КИН), путем оптимизации системы заводнения и модернизации агентов заводнения.

Достигнуть проектируемого КИН можно за счет увеличения коэффициента вытеснения нефти из пласта, путем улучшения отмывающих способностей воды (агента вытеснения), или за счет увеличения коэффициента охвата пласта заводнением.

В нефтедобыче широко применяют большое количество химических реагентов (поверхностно-активные вещества (ПАВ), щелочи, кислоты и др.), основное действие которых направлено на увеличение коэффициента вытеснения нефти.

Исользование полимеров, полимер-дисперсных систем (ПДС), коллоидно-дисперсионных систем (КДС) позволяет добиться увеличения объема дренирования пласта путем повышения фильтрационных сопротивлений в обводненных зонах нефтенасыщенного коллектора. При этом вода стремиться пройти в зоны, до этого не охваченные заводнением.

По мнению ученых, с целью увеличения охвата пласта заводением и одновременно увеличения коэффициента вытеснения наиболее эффективным является комплексное воздействие на коллектор с совместной закачкой обеих групп химических реагентов в виде ПДС с добавкой ПАВ или мицеллярных систем.

Промысловыми экспериментами и лабораторными исследованиями было установлено, что одними из наиболее эффективных МУН являются физико-химические методы, базирующиеся на закачке в пласт воды с добавлением ПАВ или их смесей [5,6]. Интерес исследователей к изучению физико-химических свойств композиций на основе ПАВ вызван синергетическими эффектами (увеличение поверхностной активности, понижение ККМ, изменение реологии раствора) наблюдаемыми при проведении лабораторных исследований и их высокой технологической эффективностью при внедрении на месторождении.

Разработкой новых агентов и композиций для заводнения, получением теоретических зависимостей их свойств от условий применения и опробованием на месторождениях в различное время занимались Л.К.Алтунина, Г.А.Бабалян, В.Е.Гавура, А.Ш.Газизов, В.В.Девликамов, Р.Н.Дияшев, Ю.П.Желтов, С.А.Жданов, И.Л.Мархасин, М.Л.Сургучев, М.Н.Саттаров, А.Б.Тумасян и многие другие исследователи.

Вопросом создания новых способов увеличения эффективности заводнения и повышения конечной нефтеотдачи пластов начали заниматься в СССР с 50-х годов. С целью повышения эффективности системы разработки первый прямой метод воздействия, который был применен на месторождениях Урало-Поволжья был основан на принципах изменения схемы размещения водонагнетательных и добывающих скважин, оптимизации давления нагнетания воды.

Начиная с 60-х годов, многие научно-исследовательские институты, в особенности БашНИПИнефть, ТатНИПИнефть, ПермНИПИнефть и ВНИИнефть, в связи с малой эффективности применяемых прямых МУН начали проводить исследования методов, которые должны были увеличить нефтевытесняющую способность воды. Для достижения поставленной цели требовалось разработать новые методы и составы для заводнения, путем добавления различных активных агентов, таких как ПАВ, полимеры, щелочи и др. Данные методы могли бы позволить за счет снижения межфазного натяжения на границе нефть-вода, добыть дополнительно нефть, удерживаемую в порах заводненного пласта силами адгезии и капиллярными силами.

Положительный результат показали многочисленные лабораторные исследования физико-химических, реологических свойств ионогенных и неионогенных ПАВ совместно с фильтрационными исследованиями [6-8].

Подтверждение лабораторных исследований было получено при опытно-промышленных работах на месторождениях Башкирии и Татарии [6-8].

Так, на пример, на опытном участке, включающем 13 нагнетательных и 72 добывающих скважин, Ашитовской площади Арланского месторождения был проведен эксперимент по закачке водного раствора ПАВ (типа ОП-10) при обводнении добываемой продукции на 60-80% (т.е. данный участок находился на поздней стадии разработки). Закачка ПАВ проводилась в течение 2-х лет, за это время было закачано 1005 тыс.м³ раствора со средней концентрацией 0,051%. По техническим причинам оценить влияние ПАВ на доотмыв оказалось невозможным. Но был оценен охват пласта заводнением по мощности, при закачке воды до начала эксперимента составлял 37%, после закачки раствора ПАВ  вырос до 62%.

Оценить степень довытеснения нефти  из пласта получилось при проведении опытно-промышленных испытание неионогенных ПАВ на Зеленогорской, Чишминской, Холмовской площадях Ромашкинского месторождения. На Чишминском участке прирост добычи нефти составил 18 тыс.т, или 14% по сравнению с прогнозируемой добычей. На Зеленогорском участке после 4-х лет закачки 0,025% раствора ПАВ по двум участкам прирост составил 42,8 тыс.т нефти, или 73 т нефти на 1 т закаченного ПАВ.

Но эффективность описанных выше технологий снижается с ростом обводненности извлекаемой скважинной продукции. Поэтому объемы их применения в 90-е годы сократились, т.к. рассматриваемые месторождения вступили в этот период в завершающие стадии разработки. Данная стадия разработки характеризуется замедленными темпами падения добычи нефти и ростом обводненности добываемой продукции скважин до 95-98% (предел рентабельности эксплуатации скважины).

Современные исследования ориентированы на нахождение более эффективных ПАВ или их композиций [9-13], а также на оптимизацию методов закачки химических реагентов в пласт, т.е. на применение новых комплексных технологий (ПАВ-полимерное, ПАВ-полимерно-щелочное заводнение, мицеллярное заводнение и др.) [14-18].

Анализ литературных источников, содержащих данные о лабораторных исследованиях, и опыта промысловых испытаний новых композиций и составов, показывает, что для месторождений с длительным периодом воздействия на залежь закачкой воды наиболее перспективными методами увеличения нефтеотдачи пластов будут являться физико-химические или новые комбинированные методы на базе химических МУН. Закачка ПАВ-полимерных смесей, микроэмульсий или мицеллярных растворов позволит решить проблемы, возникающие на поздней стадии разработки высокообводненных месторождений. И главной целью применения комплексных технологий физико-химического воздействия на залежь является достижение проектного КИН за счет одновременного повышения коэффициента вытеснения нефти и увеличения коэффициента охвата пласта воздействием.

Литература

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (Утвержден распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г.) // 2009. - № 1715;
2. Указ Президента России от 07 июля 2011 г. N 899 "Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации"
3. Максимов С. П. и др. Нефтяные и газовые месторождения СССР, Справочник, В 2 кн. Кн. 1 Европейская часть СССР. // М.: Недра, 1987. 358 с.
4. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учебник для вузов. // М.: Недра, 1998. 365 с.
5. Ибатуллин Р.Р., Ибрагимов Н.Г., Тахаутдинов Ш.Ф., Хисамов Р.С. Увеличение нефтеотдачи на поздней стадии разработки месторождений. Теория. Методы. Практика. // М.: ООО «Недра – Бизнесцентр», 2004. – 292с.
6. Бабалян Г. А. и др. Разработка нефтяных месторождений с применением поверхностно-активных веществ // М.: Недра. – 1983. 216 с.
7. Сургучев М. Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов // М.: Недра, 1985. 308 с.
8. Ибрагимов Г. З., Сорокин В. А., Хисамутдинов Н. И. Химические реагенты для добычи нефти: справочник рабочего // М.: Недра. – 1986. 240 с.
9. Силин М.А. Исследование поверхностно-активных веществ (ПАВ) различного типа, применяемых в составе технологических жидкостей / М.А. Силин, Л.А. Магадова, Е.Г. Гаевой, М.С. Подзорова, М.М. Мухин// Территория НЕФТЕГАЗ, 2011. № 8. С. 50 – 55.
10. Кудашева Ф.Х.,Бадикова А.Д.,Мусина А.М., Муталлов И.Ю. Составы для нефтевытеснения на основе отходов нефтехимии // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2010. №1. С.. URL: http://ogbus.ru/authors/Kudasheva/Kudasheva_1.pdf
11. 11. Семихина Л.П.,Штыков С.В.,Карелин Е.А. Отбор реагентов для ASP-технологии повышения нефтеотдачи пластов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело».  №4. С.53-71. URL: http://ogbus.ru/issues/4_2015/ogbus_4_2015_p53-71_SemihinaLP_ru.pdf
12. Семихина Л.П.,Штыков С.В.,Карелин Е.А. Исследование пригодности реагентов для химических методов заводнения по их способности отмывать пленки нефти // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №5. С.236-256. URL: http://ogbus.ru/issues/5_2015/ogbus_5_2015_p236-256_SemihinaLP_ru.pdf
13. Никитина А.А., Беляева А.С., Кунакова Р.В. Кислый гудрон как перспективное сырье для получения нефтепромысловых реагентов // Экспозиция нефть-газ, 2012. № 7. C. 19 - 21.
14. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. Физико-химические методы увеличения нефтеотдачи пластов нефтяных месторождений //Успехи химии, 2007. Т. 76. №. 10. – С. 1034-1052.
15. Магадова Л.А. Методические основы проведения лабораторных исследований составов для ASP-заводнения / Л.А. Магадова, М.С. Подзорова, В.Б. Губанов, В.Р. Магадов// Территория НЕФТЕГАЗ, 2013. № 6. С. 48 – 52.
16. Кузнецов С.А., Кольцов Н.И. Определение гидрофильно-липофильного баланса ПАВ на основе растительных масел и полиэтиленгликолей //Вестник Чувашского университета, 2006. №. 2.
17. Никитина А.А, Салым Петролеум: технология АСП как решение проблемы истощения традиционных запасов // Нефтегазовая вертикаль, 2014. № 10. С. 24 – 26.
18. Волокитин Я. и др. Исследование адсорбционных процессов при АСП-заводнении для условий Западно-Салымского месторождения // Российская техническая нефтегазовая конференция и выставка SPE по разведке и добычи. – Society of Petroleum Engineers, 2012.

References

1. Jenergeticheskaja strategija Rossii na period do 2030 goda (Utverzhden rasporjazheniem Pravitel'stva Rossijskoj Federacii ot 13 nojabrja 2009 g.) // 2009. - № 1715;
2. Ukaz Prezidenta Rossii ot 07 ijulja 2011 g. N 899 "Ob utverzhdenii prioritetnyh napravlenij razvitija nauki, tehnologij i tehniki v Rossijskoj Federacii i perechnja kriticheskih tehnologij Rossijskoj Federacii"
3. Maksimov S. P. i dr. Neftjanye i gazovye mestorozhdenija SSSR, Spravochnik, V 2 kn. Kn. 1 Evropejskaja chast' SSSR. // M.: Nedra, 1987. 358 s.
4. Zheltov Ju.P. Razrabotka neftjanyh mestorozhdenij: Uchebnik dlja vuzov. // M.: Nedra, 1998. 365 s.
5. Ibatullin R.R., Ibragimov N.G., Tahautdinov Sh.F., Hisamov R.S. Uvelichenie nefteotdachina pozdnej stadii razrabotki mestorozhdenij. Teorija. Metody. Praktika. // M.: OOO «Nedra – Biznescentr», 2004. – 292s.
6. Babaljan G. A. i dr. Razrabotka neftjanyh mestorozhdenij s primeneniem poverhnostno-aktivnyh veshhestv // M.: Nedra. – 1983. 216 s.
7. Surguchev M. L. Vtorichnye i tretichnye metody uvelichenija nefteotdachi plastov // M.: Nedra, 1985. 308 s.
8. Ibragimov G. Z., Sorokin V. A., Hisamutdinov N. I. Himicheskie reagenty dlja dobychi nefti: spravochnik rabochego // M.: Nedra. – 1986. 240 s.
9. Silin M.A. Issledovanie paverhnostno-aktivnyh veshhestv (PAV) razlichnogo tipa, primenjaemyh v sostave tehnologicheskih zhidkostej / M.A. Silin, L.A. Magadova, E.G. Gaevoj, M.S. Podzorova, M.M. Muhin// Territorija NEFTEGAZ, 2011. № 8. S. 50 – 55.
10. Kudasheva F.H., Badikova A.D., Musina A.M., Mutallov I.Ju. Sostavy dlja neftevytesnenija na osnove othodov neftehimii // Jelektronnyj nauchnyj zhurnal «Neftegazovoe delo». 2010. №1. S.. URL: http://ogbus.ru/authors/Kudasheva/Kudasheva_1.pdf
11. Semihina L.P., Shtykov S.V., Karelin E.A. Otbor reagentov dlja ASP-tehnologii povyshenija nefteotdachi plastov // Jelektronnyj nauchnyj zhurnal «Neftegazovoe delo». 2015. №4. S.53-71. URL: http://ogbus.ru/issues/4_2015/ogbus_4_2015_p53-71_SemihinaLP_ru.pdf
12. Semihina L.P., Shtykov S.V., Karelin E.A. Issledovanie prigodnosti reagentov dlja himicheskih metodov zavodnenija po ih sposobnosti otmyvat' plenki nefti // Jelektronnyj nauchnyj zhurnal «Neftegazovoe delo». 2015. №5. S.236-256. URL: http://ogbus.ru/issues/5_2015/ogbus_5_2015_p236-256_SemihinaLP_ru.pdf
13. Nikitina A. A., Beljaeva A. S., Kunakova R. V. Kislyj gudron kak perspektivnoe syr'e dlja poluchenija neftepromyslovyh reagentov // Jekspozicija neft'-gaz, 2012. № 7. C. 19 - 21.
14. Altunina L. K., Kuvshinov V. A. Fiziko-himicheskie metody uvelichenija nefteotdachi plastov neftjanyh mestorozhdenij //Uspehi himii, 2007. T. 76. №. 10. – S. 1034-1052.
15. Magadova L.A. Metodicheskie osnovy provedenija laboratornyh issledovanij sostavov dlja ASP-zavodnenija / L.A. Magadova, M.S. Podzorova, V.B. Gubanov, V.R. Magadov// Territorija NEFTEGAZ, 2013. № 6. S. 48 – 52.
16. Kuznecov S. A., Kol'cov N. I. Opredelenie gidrofil'no-lipofil'nogo balansa PAV na osnove rastitel'nyh masel i polijetilenglikolej //Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2006. №. 2.
17. Nikitina A.A, Salym Petroleum: tehnologija ASP kak reshenie problemy istoshhenija tradicionnyh zapasov // Neftegazovaja vertikal', 2014. № 10. S. 24–26.
18. Volokitin Ja. i dr. Issledovanie adsorbcionnyh processov pri ASP-zavodnenii dlja uslovij Zapadno-Salymskogo mestorozhdenija // Rossijskaja tehnicheskaja neftegazovaja konferencija i vystavka SPE po razvedke i dobychi. – Society of Petroleum Engineers, 2012.