География и геология/7. Техника и технология геологоразведочных работ

К.т.н. Д.К. Нукенов

Независимый эксперт Центральной комиссии по разведке и разработке полезных ископаемых Министерства нефти и газа Республики Казахстан, Актау, Казахстан

Технология увеличения коэффициента нефтеотдачи

методом резонансно волнового воздействия

Как известно, коэффициент извлечения нефти (оценка полноты использования запасов месторождения) это отношение величины добычи к балансовым запасам, которое зависит от вязкости нефти, коллекторных свойств вмещающих пород, режимов и методов интенсификации при эксплуатации залежи. Извлечение нефти составляет около 30% по конечной нефтеотдаче.

В Казахстане добываемая нефть в основном высоковязкая, тяжелая, относится к категории нетрадиционных ресурсов. И если на территории России средний показатель коэффициента извлечения нефти (КИН) зафиксирован на уровне 33%, то на многих площадях Казахстана эта величина в среднем составляет 30%. Так как в настоящее время в РК порядка 70% нефти остается не извлеченной из недр, то по прогнозам общая добыча нефти и газового конденсата в 2015 г составит 95,0 млн. тонн, при том, что в недрах останется 221,7 млн. тонн не извлеченной нефти и газового конденсата [1].

Разработка и применение новых технологий позволит использовать «остаточные запасы» для развития ресурсной базы и повышения добычи, что особенно актуально при повышении цен на нефть. В этой связи актуальным является повышение КИН.

В нефтедобывающих странах активно используются технологии увеличения КИН как инструмент для получения дополнительной добычи нефти. Всевозможные методы увеличения нефтеотдачи (МУН) широко используются в США, Канаде, Венесуэле, Индонезии, а также в Китае, где в течение последних 5-6 лет реализовано 36 проектов с МУН и получено 30,7 млн. тонн дополнительной нефти [2].

Каждая из технологий МУН характеризуется своими специфичными условиями применимости, методами воздействия на продуктивные пласты, типом используемых рабочих агентов (реагентов), разным уровнем энергозатрат, различной себестоимостью добычи дополнительной добываемой нефти, а также временем достижения результата по увеличению нефтеотдачи. Практически все из известных технологий МУН достаточно затратны, используемые реагенты – дорогостоящие, а себестоимость дополнительно добываемой нефти за счет МУН на 20-40 долларов за баррель выше по сравнению с нефтью, добываемой традиционными методами [3].

В настоящем сообщении рассмотрена разработанная автором и коллективом исследователей Казахского национального технического университета им. К. Сатпаева [4] технология резонансно-волнового воздействия (РВВ) на высокомолекулярные соединения с целью их деструкции для снижения вязкости. РВВ подразумевает равенство частот внешнего волнового воздействия и собственных частот колебаний больших молекул обрабатываемых объектов. Затраты энергии на деструкцию этих молекул в резонансном режиме на 2 порядка меньше, чем при волновой обработке известными способами.

Экспериментальные исследования, проводимые на нефти месторождения Кумкольское, содержащей до 15% парафинов, показали, что обработка РВВ позволила увеличить содержание бензина в нефти на 74%, практически исчезли высокоплавкие парафины С₂₀-С₃₅. Время обработки РВВ составило 30 минут в лабораторных условиях.

Применение РВВ в ультразвуковом диапазоне эффективно для высоко парафинистых нефтей. Но даже если в состав нефти входит 1-3% масс парафинов, при вязкости ниже 20мм²/с, применение РВВ целесообразно, поскольку это позволяет значительно увеличить дебит скважины. Деструкция парафинов увеличивает содержание светлых фракций, что способствует снижению вязкости добываемой нефти и росту дебита. Например, на месторождении Караган в Атырауской области на глубине 1400 м пластовая температура равнялась 57º С, плотность при пластовом давлении 0,822 г/см³, дебит скважины – 2 м³/сут. После обработки РВВ дебит скважины увеличился до 12 м³/сут. Содержание парафина в нефти составляло 1,38% масс. Затрубное давление поднялось с 1 атм. до 8 атм.

Необходимо отметить, что деструкция парафинов при РВВ происходит при частоте, которая помимо состава нефти зависит от температуры. Если не учитывать этот фактор, то можно вместо деструкции вызвать синтез тяжелых фракций молекул, и скважина перестанет функционировать. На том же месторождении Караган в соседней скважине (пластовая температура нефти 49ºС, глубина 1138 м) воздействие колебаний частоты, применяемой ранее, привело к закупорке скважины, и нефть перестала подниматься по напорно-компрессорной трубе. Скважина перестала функционировать. Только после РВВ удалось реанимировать скважину и восстановить ее работу. В опытах на промысле время воздействия РВВ составляло 20 часов. После обработки РВВ повышенный дебит скважины наблюдался в течение шести месяцев.

Для интенсификации процесса деструкции тяжелых молекул нефти, например на месторождениях Каламкас, Каражанбас, Бузачи Северные, необходим другой спектр частот. Нефти этих месторождений содержат оксиды ванадия соответственно 92,04 мг/кг, 73,87 мг/кг, 87,91 мг/кг. Присутствие в нефти оксидов металла приводит наряду с наличием смол, парафинов и асфальтенов к значительному росту вязкости нефти. Например, несмотря на то, что в Кумкольской нефти содержится 14,4% парафина, в Каражанбасской – 3,1%, в Каламкасской – 5%, в Бузачи Северные – 1,77%, а доля смол и асфальтенов разнится не столь значительно, вязкость Кумкольской нефти значительно меньше, чем вязкость нефти с месторождения Каламкас, Каражанбас, Караган и Бузачи Северные. В таблице приведены справочные данные этих нефтей [5].

Для нефти месторождений Бузачи Северные, Каражанбас и Каламкас из-за высокой вязкости, значение которой является определяющим при выборе частот РВВ, ультразвуковой диапазон не эффективен. Дополнительно были исследованы электромагнитные волновые колебания, воздействующие на нефть месторождения Каламкас. С этой целью был разработан и изготовлен генератор радиочастот с широким спектром МГц (от единиц до 200) и проведены опыты для определения резонансных колебаний на частотах 40-140 МГц. Входная мощность генератора составляла 45 ВТ.

Таблица. Физико-химические свойства нефтей

Месторож-дения	Плотность при 20 ºС, кг/м³	Пара-фины, %	Смолы се-ликагеле-вые, %	Асфаль-тены, %	Кинематичес-кая вязкость при 20º С
Кумколь	810,4	14,4	7,6	0,1	8,0
Каламкас	901,1	5,0	18,6	4,7	111,7
Каражанбас	938,2	3,1	22,7	5,9	262,4 при 40ºС
Караган	821,8	1,38	10,39	0,08	16,9
Бузачи Северные	940	1,77	19,1	5,1	178,3

Результаты проведенные исследований по низкочастотному РВВ позволяют утверждать, что с помощью низкочастотной кавитации можно изменить физико-химические свойства высокопарафинистой, высоковязкой нефти. Учитывая, что низкочастотные колебания распространяются в среде на значительные расстояния, использованием длинноволновых резонансно-волновых воздействий можно как повышать дебит скважин, так и улучшать качество извлекаемой нефти. Под действием РВВ увеличился процент выхода светлых фракций нефти месторождений Кумколь и Каражанбас, а также их смеси с минерализованной водой [6].

Таким образом, нами показано, что РВВ вызывает деструкцию высокомолекулярных соединений, увеличивая содержание низкомолекулярных компонентов, и способствует интенсификация добычи высоковязкой нефти тем, самым повышая КИН.

Литература

1. Кабылдин К. «Казмунайгаз делает ставку на развитие» Казахстанская правда. 2011. 01.09.

2. Бузова О. В., Жубанова К.А. Перспективные методы в добыче высоковязкой нефти. Вестник КазНТУ. 2010. № 5.

3. Максимов В. М. О современном состоянии нефтедобычи, коэффициенте извлечения нефти и методах увеличения нефтеотдачи. Бурение и нефть. 2011. № 2.

4. Нусупбекова Д. А. Высокоэффективный способ получения альтернативного топлива и примеры его использования в технике. Доклады IV Международной научно-практической конференции. Алматы. 2008.

5. Товарные нефти и нефтесмеси, транспортируемые по магистральным трубопроводам Республики Казахстан. Справочник. 2005, часть 1, Алматыкiтап.

6. Нукенов Д.К., Нусупбекова Д. А. Методы повышения нефтеотдачи на примере нетрадиционных ресурсов Казахстана. Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Нетрадиционные ресурсы углеводородов: распространение, генезис, прогнозы, перспективы разработки». 2013. М.: ГЕОС.