ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ И ПРИРОДНОГО БИТУМА

Хромых Л.Н.¹, Литвин А.Т.², Никитин А.В.²

¹Доцент, ²Студент, Самарский государственный технический университет

ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ И ПРИРОДНОГО БИТУМА

Аннотация

В статье представлен обзор современных технологий применения реагентов-растворителей при добыче высоковязкой нефти и природного битума. Приведены примеры современных российских технологий и зарубежный опыт. Приводятся примеры использования реагентов-растворителей как составляющей технологий добычи нефти в таких процессах как VAPEX, циклическая обработка призабойных зон пласта паром и растворителем, так и для борьбы с отложения асфальтенов, смол и парафинов при подъеме продукции скважин на дневную поверхность и дальнейшей транспортировки нефти. Также в работе приведены критерии подбора реагентов-растворителей для промышленного внедрения.

Ключевые слова: высоковязкая нефть, битум, реологические свойства, растворитель.

Khromykh L.N.¹, Litvin A.T. ², Nikitin A.V. ²

¹Associate professor, ²Student, Samara State Technical University

THE REVIEW OF THE USE OF SOLVENTS IN THE PRODUCTION OF HEAVY OIL AND NATURAL BITUMEN

Abstract

There is the review of modern technologies of reagents-solvents utilization in heavy oil and natural bitumen production presented in this paper. Some field cases of current Russian and foreign technologies have been presented in this paper. A lot of examples of using of reagents-solvents, as a component of oil production technologies in such processes as VAPEX, cyclic steam and solvent well stimulation presented in this work. Reagents-solvents also can be used to prevention` the deposits of asphaltenes, resins and waxes during the production process and further oil transportation. Also in the paper contains criteria for selection of reagents-solvents for industrial implementation.

Keywords: heavy oil, bitumen, rheological properties, solvent.

В настоящее время в старых нефтедобывающих провинциях остро стоит вопрос добычи высоковязкой нефти (ВВН) и природного битума (ПБ) в условиях необходимости поддержания текущего уровня добычи. На сегодняшний день различными исследователями и специалистами ведутся работы по изучению реологических свойств высоковязких нефтей, их компонентного состава для обоснования высокоэффективных технологий повышения нефтеотдачи пластов и эксплуатации скважин на таких сложных объектах разработки [6, 7, 9, 13, 15].

В ряде работ указывается зависимость реологических свойств ВВН от температуры. Однако, не всегда возможно повышать температуру продуктивного пласта или хотя бы призабойной зоны до высоких значений, при которых проявление нефтью неньютоновских свойств практически исчезает. Согласно промысловому опыту, наиболее эффективным термическим воздействием на продуктивные пласты является закачка перегретого пара [1]. Закачка теплой воды практически не оказывает влияния на коэффициент вытеснения. На рисунке 1 представлена зависимость вязкости ВВН Печерского месторождения от температуры.

Рисунок 1 – Зависимость динамической вязкости высоковязкой нефти Печерского месторождения Самарской области от температуры [26]

В Канаде весьма активно применяются технологии, связанные с регулированием реологических свойств ВВН и ПБ путем закачки различных реагентов-растворителей в продуктивные пласты [17, 18, 21, 22]. Широко известен метод VAPEX, разработанный и запатентованный в Канаде Igor J. Mokrys (патент Канады № 2,243,105, получен 13 ноября 2001 года) [19].

Технология позволяет добывать высоковязкую нефть путем закачки специального растворителя в продуктивный пласт и извлечение продукции с существенно пониженной вязкостью. В Российской Федерации выпускается большое количество реагентов-растворителей на углеводородной основе, достаточно хорошо изучены их физические свойства и влияние на реологию нефтей [8, 12, 23].

Рисунок 2 - Процесс добычи нефти путем закачки растворителя в продуктивный пласт VAPEX с сайта http://vapextechnologies.com/ (Igor Mokrys, 2007)

 

Ввиду высокого содержание асфальтенов и смол в высоковязких нефтях, рационально закачивать в пласт и проводить обработки призабойной зоны пласта растворителями на ароматической основе [8, 12, 23]. Автор работы [3] выделяет следующие критерии по отношению к растворителям, применяемым в процессах повышения нефтеотдачи: изученность реагента; влияние реагента на конечную продукцию добывающих скважин; экологичность реагента; эффективность действия; технологические свойства; затраты на использование. К этому списку возможно добавить также и пункт «возможность отделения растворителя от продукции скважин на месторождении», так как стоимость углеводородных компонентов весьма высока, а низкая текущая цена на нефть не предусматривает значительное увеличение затрат на добычу. Также перспективным направлением является использование вязких растворителей для возможности их применения на трещиноватых коллекторах или высокопроницаемых песчаниках в комплексе с закачкой пара или без нее [4]. В качестве растворителей возможно использовать и углеводородные газы, однако в некоторых случаях это может приводить к выпадению асфальтенов непосредственно в пласте, что может приводить к снижению абсолютной проницаемости продуктивного пласта. Стоит отметить, что обратный процесс растворения асфальтенов в углеводородной смеси весьма трудоемок поэтому к применению таких методов стоит подходить после предварительно проведенных PVT-исследований на установках, позволяющих проводить визуальное наблюдение за процессами коагуляции и растворения асфальтенов, смол и парафинов. При этом возможно подобрать оптимальную концентрацию растворителя для воздействия на пласт. При этом растворители могут быть эффективны как на терригенных коллекторах, так и на карбонатных.

По мнению автора, высокий интерес представляет совершенствование реагентной базы для повышения эффективности эксплуатации месторождений высоковязкой нефти, в частности, в Урало-Поволжье. Кроме поиска наиболее оптимальных растворителей, необходимо уделять внимание и поверхностно-активным веществам, используемым в процессе комплексной обработки призабойной зоны пласта растворителем и паром (термохимическое воздействие). Возможно, что добавление ПАВ к растворителям (например, нефтерастворимых гидрофобизаторов) может изменить фазовые проницаемости при фильтрации нефти и воды в пользу нефти. Вторым этапом стоит продолжать работы в направлении поиска решений, повышающих вязкость растворителей, чтобы добиться оптимального соотношения вязкостей «растворитель – нефть» при термическом воздействии на продуктивный пласт. Особенно актуально это может быть для высокопроницаемых пластов и карбонатных трещиноватых, кавернозных коллекторов. Хорошим примером в этом случае может являться Бузбашское месторождение высоковязкой нефти Самарской области. На данном месторождении широко развита трещиноватость и отмечается наличие каверн большого диаметра, наблюдаемых визуально (до 8 см, по данным П. Рощина, В. Грачева). В данных кавернах наблюдается кальцит в кристаллах по внутренней поверхности каверны, с твердым битумом между зернами. При вскрытии таких каверн в ходе разработки месторождения с целью добычи природного камня (известняков, доломитов) битум и высоковязкая нефть могут возгораться. Реологические свойства нефти месторождения Бузбаш представлены в статье, посвященной изучению реологических свойств нефтей месторождений Самарской области [2]. Ввиду наличия столь сложной системы пустотного пространства «поры – трещины – каверны», будет рациональным использование для разработки данного месторождения комплексного воздействия на призабойную зону пласта растворителем и паром.

Кроме закачки в продуктивный пласт для повышения нефтеотдачи или обработки призабойной зоны пласта, реагенты-растворители могут использоваться в промысловых работах по борьбе с отложением асфальтенов, смол и парафинов в призабойной зоне пласта добывающей скважины и в насосно-компрессорных трубах [5]. При этом необходимо производить грамотный подбор реагента-растворителя с учетом состава отложений и последующего определения их типа [2, 10, 25]. Вопросу борьбы с такими отложениями посвящен ряд работ [11, 14, 24].

Таким образом, на основе анализа литературы, возможно сделать следующие выводы:

1. Применение растворителей в процессе добычи высоковязких нефтей возможно в различных вариантах, однако при этом основным критерием будет являться стоимость реагента. При этом возможно использование отходов нефтепереработки для удешевления компонентов смеси.
2. Растворитель не должен приводить к выпадению асфальтенов, смол и парафинов в продуктивном пласте и при транспортировке нефти по промысловым трубопроводам. Для этого необходимо проводить реологические и PVT-исследования. Особое внимание стоит уделять моделированию пластовых условий при проведении экспериментов, транспортировке и подготовке пластовых проб, PVT-условиям. Современные вискозиметры и реометры способны максимально точно моделировать условия проведения эксперимента с нефтью.
3. Необходимо проводить дальнейшие исследования для создания новых видов углеводородных растворителей, возможно, на основе отходов нефтеперерабатывающих заводов и химических комбинатов.

Литература

1. Рузин Л.М. Технологические принципы разработки залежей аномально вязких нефтей и битумов / Л.М. Рузин, И.Ф. Чупров; Под ред. Н.Д. Цхадая. Ухта, 2007. 244 с.
2. Рощин П.В., Петухов А.В., Васкес Карденас Л.К., Назаров А.Д., Хромых Л.Н. Исследование реологических свойств высоковязких и высокопарафинистых нефтей месторождений Самарской области. Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2013. Т. 8. № 1. С. 12.
3. Рощин П.В. Обоснование комплексной технологии обработки призабойной зоны пласта на залежах высоковязких нефтей с трещинно-поровыми коллекторами: дис. канд. техн. наук. -СПб., 2014. -112 с.
4. Roschin P. V. et al. Experimental investigation of heavy oil recovery from fractured-porous carbonate core samples by secondary surfactant-added injection//SPE Heavy Oil Conference-Canada. -Society of Petroleum Engineers, 2013.
5. Литвин В.Т., Рощин П.В. Изучение влияния растворителя «Нефрас С2-80/120» на реологические свойства парафинистой высоковязкой нефти Петрухновского месторождения//Материалы научной сессии ученых Альметьевского государственного нефтяного института. -2013. -Т.1. -№ 1. -С. 127-130.
6. Зиновьев А.М., Ольховская В.А., Коновалов В.В., Мардашов Д.В., Тананыхин Д.С., Рощин П.В. Исследование реологических свойств и особенностей фильтрации высоковязких нефтей месторождений Самарской области//Вестник СамГТУ -2013. -Т.2. -№38 -С.197-205.
7. Зиновьев А.М., Ковалев А.А., Максимкина Н.М., Ольховская В.А., Рощин П.В., Мардашов Д.В. Обоснование режима разработки залежи аномально вязкой нефти на основе комплексирования исходной геолого-промысловой информации//Вестник ЦКР Роснедра. -2014. -№3. -С. 15-23
8. Roschin P.V., Zinoviev A.M., Struchkov I.A., Kalinin E.S., Dziwornu C.K. Solvent selection based on the study of the rheological properties of oil.Международный научно-исследовательский журнал. -2015. -№ 6-1 (37). -С. 120-122
9. Petukhov A.V., Kuklin A.I., Petukhov A.A., Vasques Cardenas L.C., Roschin P.V. Origins and integrated exploration of sweet spots in carbonate and shale oil-gas bearing reservoirs of the Timan-Pechora basin. Society of Petroleum Engineers - European Unconventional Resources Conference and Exhibition 2014: Unlocking European Potential 2014.С. 295-305.
10. Рощин П.В., Рогачев М.К., Васкес Карденас Л.К., Кузьмин М.И., Литвин В.Т., Зиновьев А.М. Исследование кернового материала Печерского месторождения природного битума с помощью рентгеновского компьютерного микротомографа SkyScan 1174v2. Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 8-2 (15). С. 45-48.
11. Рогачев М.К., Колонских А.В. Исследование вязкоупругих и тиксотропных свойств нефти Усинского месторождения//Нефтегазовое дело. -2009. -Т.7. -№1. -С.37-42.
12. Легкоконец В.А., Орлов М.С., Сюзев О.Б. Исследование реологических и тиксотропных свойств высоковязкой нефти Тазовского нефтегазоконденсатного месторождения с целью обоснования методов повышения эффективности эксплуатации скважин. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 2-4 (33). С. 78-80.
13. Девликамов В.В., Хабибуллин З.А., Кабиров М.М. Аномальные нефти. -М.: Недра, 1975. -168 с.
14. Стручков И.А., Рогачев М.К. Исследование условий образования твердых органических веществ в нефтяной скважине. Инженер-нефтяник. 2015. № 1. С. 33-38.
15. Титов В.Е., Рощин П.В. Применение соляной кислоты для обработки призабойных зон скважин, вскрывших карбонатный трещинно-поровый коллектор. Нефть. Газ. Новации. 2011. № 3 (146). С. 69-70.
16. Butler R. M. et al. The gravity drainage of steam-heated heavy oil to parallel horizontal wells //Journal of Canadian Petroleum Technology. – 1981. – Т. 20. – №.
17. Das S. K., Butler R. M. Mechanism of the vapor extraction process for heavy oil and bitumen //Journal of Petroleum Science and Engineering. – 1998. – Т. 21. – №. – С. 43-59.
18. Butler R. M. et al. Improved recovery of heavy oil by VAPEX with widely spaced horizontal injectors and producers //Journal of Canadian Petroleum Technology. – 2000. – Т. 39. – №.
19. Mokrys I. J. et al. The rise of interfering solvent chambers: solvent analog model of steam-assisted gravity drainage //Journal of Canadian Petroleum Technology. – 1993. – Т. 32. – №.
20. Shu W. R. et al. Effect of solvent on steam recovery of heavy oil //SPE reservoir Engineering. – 1988. – Т. 3. – №. – С. 457-465.
21. Das S. K., Butler R. M. Mechanism of the vapor extraction process for heavy oil and bitumen //Journal of Petroleum Science and Engineering. – 1998. – Т. 21. – №. – С. 43-59.
22. Ivory J. et al. Investigation of cyclic solvent injection process for heavy oil recovery //Canadian International Petroleum Conference. – Petroleum Society of Canada, 2009.
23. Орлов М.С., Кищенко М.А., Коновалов К.И., Пеньков Г.М., Бакиев М.Д. Изучение свойств растворителей, применяемых в нефтяной промышленности. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 2-4 (33). с. 80-83.
24. Стручков И.А., Рогачев М.К., Рощин П.В., Калинин Е.С., Хромых Л.Н. Необходимые аспекты, принимаемые во внимание при выборе режима эксплуатации скважины, добывающей парафинистую нефть. Материалы конференции XII Международная научно-практическая конференция «Ашировские чтения». 2015. СамГТУ. с. 282 – 287. http://ntf.samgtu.ru/node/34 .
25. Аксельрод С.М. Проблемы разработки месторождений тяжелой нефти и битума (по материалам зарубежных публикаций). Каротажник. 2010. № 3. с. 97-138.
26. Фарманзаде А.Р., Карпунин Н.А., Хромых Л.Н., Евсенкова А.О., Аль-Гоби Г. Исследование реологических свойств высоковязкой нефти Печерского месторождения. Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 3- 2 (45). с. 116 – 119.

References

1. Ruzin L.M. Tehnologicheskie principy razrabotki zalezhej anomal'no vjazkih neftej i bitumov / L.M. Ruzin, I.F. Chuprov; Pod red. D. Chadaja. Uhta, 2007. 244 s.
2. Roshhin P.V., Petuhov A.V., Vaskes Kardenas L.K., Nazarov A.D., Hromyh L.N. Issledovanie reologicheskih svojstv vysokovjazkih i vysokoparafinistyh neftej mestorozhdenij Samarskoj oblasti. Neftegazovaja geologija. Teorija i praktika. 2013. T. 8. № 1. S. 12.
3. Roshhin P.V. Obosnovanie kompleksnoj tehnologii obrabotki prizabojnoj zony plasta na zalezhah vysokovjazkih neftej s treshhinno-porovymi kollektorami: dis. kand. tehn. nauk. -SPb., 2014. -112 s.
4. Roschin P. V. et al. Experimental investigation of heavy oil recovery from fractured-porous carbonate core samples by secondary surfactant-added injection//SPE Heavy Oil Conference-Canada. -Society of Petroleum Engineers, 2013.
5. Litvin V.T., Roschin P.V. Izuchenie vlijanija rastvoritelja «Nefras S2-80/120» na reologicheskie svojstva parafinistoj vysokovjazkoj nefti Petruhnovskogo mestorozhdenija//Materialy nauchnoj sessii uchenyh Al'met'evskogo gosudarstvennogo neftjanogo instituta. -2013. -T.1. -№ 1. -S. 127-130.
6. Zinov'ev A.M., Ol'hovskaja V.A., Konovalov V.V., Mardashov D.V., Tananyhin D.S., Roshhin P.V. Issledovanie reologicheskih svojstv i osobennostej fil'tracii vysokovjazkih neftej mestorozhdenij Samarskoj oblasti//Vestnik SamGTU -2013. -T.2. -№38 -S.197-205.
7. Zinov'ev A.M., Kovalev A.A., Maksimkina N.M., Ol'hovskaja V.A., Roshhin P.V., Mardashov D.V. Obosnovanie rezhima razrabotki zalezhi anomal'no vjazkoj nefti na osnove kompleksirovanija ishodnoj geologo-promyslovoj informacii//Vestnik CKR Rosnedra. -2014. -№3. -S. 15-23
8. Roschin P.V., Zinoviev A.M., Struchkov I.A., Kalinin E.S., Dziwornu C.K. Solvent selection based on the study of the rheological properties of oil. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. -2015. -№ 6-1 (37). -S. 120-122
9. Petukhov A.V., Kuklin A.I., Petukhov A.A., Vasques Cardenas L.C., Roschin P.V. Origins and integrated exploration of sweet spots in carbonate and shale oil-gas bearing reservoirs of the Timan-Pechora basin. Society of Petroleum Engineers - European Unconventional Resources Conference and Exhibition 2014: Unlocking European Potential 2014. S. 295-305.
10. Roschin P.V., Rogachev M.K., Vaskes Kardenas L.K., Kuz'min M.I., Litvin V.T., Zinov'ev A.M. Issledovanie kernovogo materiala Pecherskogo mestorozhdenija prirodnogo bituma s pomoshh'ju rentgenovskogo komp'juternogo mikrotomografa SkyScan 1174v2. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. 2013. № 8-2 (15). S. 45-48.
11. Rogachev M.K., Kolonskih A.V. Issledovanie vjazkouprugih i tiksotropnyh svojstv nefti Usinskogo mestorozhdenija//Neftegazovoe delo. -2009. -T.7. -№1. -S.37-42.
12. Legkokonec V.A., Orlov M.S., Sjuzev O.B. Issledovanie reologicheskih i tiksotropnyh svojstv vysokovjazkoj nefti Tazovskogo neftegazokondensatnogo mestorozhdenija s cel'ju obosnovanija metodov povyshenija jeffektivnosti jekspluatacii skvazhin. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. 2015. № 2-4 (33). S. 78-80.
13. Devlikamov V.V., Habibullin Z.A., Kabirov M.M. Anomal'nye nefti. -M.: Nedra, 1975. -168 s.
14. Struchkov I.A., Rogachev M.K. Issledovanie uslovij obrazovanija tverdyh organicheskih veshhestv v neftjanoj skvazhine. Inzhener-neftjanik. 2015. № 1. S. 33-38.
15. Titov V.E., Roshhin P.V. Primenenie soljanoj kisloty dlja obrabotki prizabojnyh zon skvazhin, vskryvshih karbonatnyj treshhinno-porovyj kollektor. Neft'. Gaz. Novacii. 2011. № 3 (146). S. 69-70.
16. Butler R. M. et al. The gravity drainage of steam-heated heavy oil to parallel horizontal wells //Journal of Canadian Petroleum Technology. – 1981. – T. 20. – №. 02.
17. Das S. K., Butler R. M. Mechanism of the vapor extraction process for heavy oil and bitumen //Journal of Petroleum Science and Engineering. – 1998. – T. 21. – №. 1. – S. 43-59.
18. Butler R. M. et al. Improved recovery of heavy oil by VAPEX with widely spaced horizontal injectors and producers //Journal of Canadian Petroleum Technology. – 2000. – T. 39. – №. 01.
19. Mokrys I. J. et al. The rise of interfering solvent chambers: solvent analog model of steam-assisted gravity drainage //Journal of Canadian Petroleum Technology. – 1993. – T. 32. – №. 03.
20. Shu W. R. et al. Effect of solvent on steam recovery of heavy oil //SPE reservoir Engineering. – 1988. – T. 3. – №. 02. – S. 457-465.
21. Das S. K., Butler R. M. Mechanism of the vapor extraction process for heavy oil and bitumen //Journal of Petroleum Science and Engineering. – 1998. – T. 21. – №. 1. – S. 43-59.
22. Ivory J. et al. Investigation of cyclic solvent injection process for heavy oil recovery //Canadian International Petroleum Conference. – Petroleum Society of Canada, 2009.
23. Orlov M.S., Kishhenko M.A., Konovalov K.I., Pen'kov G.M., Bakiev M.D. Izuchenie svojstv rastvoritelej, primenjaemyh v neftjanoj promyshlennosti. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. 2015. № 2-4 (33). s. 80-83.
24. Struchkov I.A., Rogachev M.K., Roshhin P.V., Kalinin E.S., Hromyh L.N. Neobhodimye aspekty, prinimaemye vo vnimanie pri vybore rezhima jekspluatacii skvazhiny, dobyvajushhej parafinistuju neft'. Materialy konferencii XII Mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Ashirovskie chtenija». 2015. SamGTU. s. 282 – 287. http://ntf.samgtu.ru/node/34.
25. Akselrod S.M. Problemy razrabotki mestorozhdenij tjazheloj nefti i bituma (po materialam zarubezhnyh publikacij). Karotazhnik. 2010. № 3. s. 97-138.
26. Farmanzade A.R., Karpunin N.A., Hromyh L.N., Evsenkova A.O., Al'-Gobi G. Issledovanie reologicheskih svojstv vysokovjazkoj nefti Pecherskogo mestorozhdenija. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. 2016. № 3- 2 (45). s. 116 – 119.