Методы увеличения нефтеотдачи пластов

Бактерии - помощники нефтяников

В течение последних лет в нефтяной промышленности наблюдается устойчивая тенденция к ухудшению структуры запасов нефти, что связано в основном со значительной выработкой высокоподуктивных месторождений, а также с открытием месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. Увеличилось количество вводимых в разработку месторождений с осложненными геолого-физическими условиями, повысился удельный вес разрабатываемых карбонатных коллекторов с высокой вязкостью нефти. Запасы тяжелой нефти составляют в мире 3 триллиона баррелей и разработка эффективных технологий для добычи тяжелой нефти необходима для стабилизации будущей мировой нефтедобычи и обеспечения соответствующего энергоснабжения при вхождении в 21 век.

Наиболее перспективным в этом направлении следует считать разработку комплексных технологий, включающие в себя сочетание различных факторов воздействия. Но все же на современном этапе технологии добычи высоковязкой нефти являются дорогостоящими и энергоемкими

В России имеются значительные ресурсы высоковязких нефтей, которые вследствие незначительной их выработки представляют собой фактически неиспользованные энергетические ресурсы, разработка их требует применения нетрадиционных методов воздействия на пласт. Микробиологические технологии все больше признаются в мире как экономичные и экологически надежные. Однако до настоящего времени не разработаны микробиологические методы и технологии специально для добычи тяжелой нефти в промышленных масштабах.

В последние годы стали появляться работы о положительных результатах лабораторных исследованиях по воздействию на высоковязкую нефть с применением микроорганизмов, образующих био-ПАВ, газы и растворители. В России широкомасштабных работ по добыче вязкой нефти микробиологическим способом почти не проводились, за исключением опытно-промышленных испытаний в НГДУ "Лениногорскнефть" на 302 залежи башкирских отложениях среднего карбона.

Образовавшиеся продукты жизнедеятельности бактерий - жирные кислоты, спирты, углекислота, молекулярный водород, поверхностно-активные вещества привели к изменению пластовых вод, газа, нефти, что позволило получить на опытном участке дополнительно около30% нефти. Таким образом, есть вероятность, что в Татарстане микробам найдут еще одно применение.

Опытно-промышленные работы по использованию подземных ядерных взрывов (ПЯВ) в интересах народного хозяйства были начаты в 1965 г. и продолжались до 1988 г. За этот период на территории России, Казахстана, Украины, Узбекистана и Туркмении был проведен 121 ядерный взрыв, из них 62 осуществлены на объектах нефтегазового комплекса.

· Мигрирующая опасность

Для отработки методов интенсификации добычи нефти и газа опытно-промышленные работы по использованию ядерно-взрывной технологии были проведены на четырех нефтяных месторождениях: Грачевском - 5 ПЯВ (Башкортостан), Осинском - 2 и Гежском - 5 (Пермская область), Средне-Балыкском - 1 (Тюменская область) и на одном газовом месторождении - Тахта-Кугультинском (Ставропольский край). Ядерные взрывы на этих месторождениях были осуществлены как непосредственно в самой углеводородной залежи, так и ниже продуктивных отложений в интервале глубин от 720 до 2860 м.

С целью ввода в промышленную разработку нефтяных и газовых залежей, связанных с низкопроницаемыми коллекторами, опытно-промышленные работы были проведены на Средне-Ботуобинском газовом месторождении - 6 ПЯВ (Республика Якутия-Саха) и Пальяновском нефтяном месторождении - 1 (Тюменская область). Ядерные взрывы на газовом месторождении проводились на глубинах от 1500 до 1545 м, на нефтяном - на глубине 2485 м.

Но изложенное выше мнение вовсе не означает, что в недрах министерства доминирует подобная же трактовка: дескать, у нас все делается правильно, а ошибки совершаются и ущерб идет исключительно из-за границы. Эксперты, аналитики, руководители подразделений не определяют ценовую политику - она целиком остается в ведении казначейства. Однако они при решении многих вопросов дают свои рекомендации. Кроме того, вовремя подмечают и отслеживают проблемы в самой британской нефтедобыче и переработке, обсуждают их и вместе с деловыми кругами, намечают пути исправления ситуации. Об этом мы предметно говорили с руководителями обеих нефтегазовых дирекций министерства - международной и внутренней - Кеном Форрестом и Джоном Бруксом. Но еще до рассказа о своем "быстром реагировании" на резкие, подчас болезненные вызовы рынка они обрисовали для нас ситуацию в самой отрасли.

Глушение открытых газовых фонтанов с использованием ядерно-взрывной технологии было проведено на пяти газовых месторождениях: Уртабулакском и Памукском - в Узбекистане, Майском - в Туркмении, Крестинском - в Украине и Кумжинском - в Архангельской области. Ядерные взрывы проводились выше продуктивных отложений в интервале глубин от 1470 до 2480 м.

Опытно-промышленная отработка технологии создания ядерными взрывами подземных емкостей в отложениях каменной соли для хранения углеводородной продукции была осуществлена на газоконденсатных месторождениях: Астраханском - 15 ПЯВ (Астраханская область), Оренбургском - 2 и Совхозном - 1 (Оренбургская область), Средне-Ботуобинском - 1 (Республика Якутия-Саха), Карачаганакском - 6 (Казахстан), а также на объектах: "Тавда" - 1 (Тюменская область) и "Азгир" - 1 (Казахстан). Ядерные взрывы проводились в отложениях каменной соли в интервале глубин от 160 до 1500 м.

Роль "черного золота" в британской экономике сродни паровозу и рельефнее всего видна на одной из крупнейших в Европе лондонской нефтяной бирже. В ее главном зале - настоящий людской муравейник, где больше всего заметны уверенно передвигающиеся под огромными светящимися табло парни в полосатых красно-желтых куртках. Их здесь 27, точно по числу специализированных брокерских фирм, которые, собственно, и содержат саму биржу, являясь действительными членами и акционерами этого незаменимого института цивилизованного товарообмена. До сих пор биржа была подчеркнуто бесприбыльной организацией, которая скромно взимала с сотен компаний, участвующих в здешних операциях, символическую плату - только за пользование помещением.

В настоящее время большинство подземных емкостей заполнены радиоактивным рассолом и обломками каменной соли, находятся в аварийном состоянии и не пригодны для промышленной эксплуатации. На устье скважин фиксируются рост пластового давления и выход радиоактивного рассола на поверхность.

Из 62 подземных ядерных взрывов, проведенных на объектах нефтегазового комплекса, 42 были осуществлены на территории России, 16 - в Казахстане, 2 - в Узбекистане, по одному - в Туркмении и Украине.

Мощность ядерных зарядов, использовавшихся для интенсификации добычи нефти и газа, глушения открытых газовых фонтанов, отработки технологии и создания подземных емкостей, изменялась от 1,1 до 100 кт. При этом объем образовавшихся после ядерных взрывов полостей составлял от 8 до 35 тыс. м3.

Кроме взрывов, произведенных на объектах нефтегазового комплекса, на территории России и других республик бывшего СССР 59 ядерных взрывов преследовали следующие цели:

· глубинное сейсмическое зондирование;

· создание искусственных каналов, плотин и водоемов;

· захоронение биологически опасных промышленных стоков нефтехимических предприятий;

· предупреждение выброса метана в угольных шахтах;

· дробление горных пород.

Практически все эти ядерные взрывы были осуществлены в пределах различных нефтегазоносных провинций. В результате в осадочном чехле Волго-Уральской, Предуральской, Прикаспийской, Предкавказской, Туранской, Западно-Сибирской, Тимано-Печорской, Ангаро-Ленской и Днепрово-Припятской нефтегазоносных провинций образовалось большое количество неконтролируемых твердых и жидких радиоактивных отходов и непрореагировавшего ядерного горючего.

В экологическом отношении каждый подземный ядерный взрыв, независимо от целей его использования, представляет собой значительную опасность для окружающей среды, так как он обусловил формирование первичного источника радиоактивного "загрязнения" недр. И этот источник необходимо рассматривать как неконтролируемое захоронение радиоактивных отходов, подвергающихся постоянному воздействию естественных и техногенных процессов, протекающих в недрах. Это особенно заметно при разработке нефтяных и газовых месторождений и эксплуатации подземных емкостей, когда радиоактивные отходы и непрореагировавшее ядерное горючее вместе с углеводородами и пластовой водой выносятся на поверхность. Налицо "загрязнение" промыслового оборудования, трубопроводов и территории нефтегазоперерабатывающих предприятий.

Исследования показали, что образовавшиеся после ядерных взрывов полости (независимо от литологии горных пород, в которых проводился подрыв ядерного заряда) являются проницаемыми и связаны с окружающей средой разветвленной системой искусственной трещиноватости, объединяющей полости ядерного взрыва с продуктивными и водонасыщенными пластами в единую гидродинамическую систему. Поэтому на нефтяных и газовых месторождениях одновременно с углеводородной залежью разрабатываются и радиоактивные отходы. Аналогичная ситуация наблюдалась при эксплуатации подземных емкостей, созданных ядерными взрывами в отложениях каменной соли.

Добываемая на этих объектах продукция "загрязнена" радионуклидами, активность которых зависит от литологии горных пород, в которых был осуществлен подрыв ядерного заряда, и поступления пластовой воды в полость ядерного взрыва.

При проведении ядерного взрыва в горных породах, содержащих значительное количество силикатных минералов, в полости ядерного взрыва образуется остеклованный труднорастворимый пластовой водой расплав, в котором содержится более 85% осколков деления и непрореагировавшего ядерного горючего.

Однако основное количество ядерных взрывов, произведенных в интересах народного хозяйства, было осуществлено в горных породах, в составе которых практически полностью отсутствуют силикатные минералы. В связи с этим остеклованный труднорастворимый расплав в полостях ядерных взрывов не образовался. Следствие - радиоактивные отходы и непрореагировавшее ядерное горючее оказались связаны с легкорастворимыми пластовой водой обломками горных пород, физико-химические свойства которых резко изменились под воздействием высокой температуры. При взаимодействии с пластовой водой, поступившей в полости ядерных взрывов, радиоактивные отходы легко растворяются в воде, выщелачиваются и в виде взвесей, аэрозолей и механических примесей перемещаются на большие расстояния и выносятся на дневную поверхность.

Миграция пластовой жидкости, "загрязненной" радионуклидами, в вышележащие водоносные горизонты, которые имеют широкое распространение в нефтегазоносных провинциях, приводит к повышению уровня и радиоактивному "загрязнению" грунтовых и пластовых вод, а также к образованию грифонов на соседних месторождениях, что значительно осложняет добычу углеводородов и проведение поисково-разведочных работ.

· Соляные емкости прикаспийских недр

Ровно половина ядерных взрывов, проведенных на объектах нефтегазового комплекса, приходится на Прикаспийскую нефтегазоносную провинцию. Все они были проведены для создания подземных емкостей в отложениях каменной соли. Из них 15 осуществлены на территории России и 16 - на землях Казахстана, в непосредственной близости от границы с Россией. Кроме того, в Прикаспийской впадине были произведены два ядерных взрыва для глубинного сейсмического зондирования.

Практически все подземные емкости, созданные ядерными взрывами, оказались заполненными радиоактивным рассолом. Этот рассол по продолжающему формироваться столбу обрушения и заколонному пространству в технологических скважинах поступает в вышележащие водонасыщенные горизонты, имеющие широкое распространение на обширной территории Прикаспийской впадины. Об этом свидетельствует появление радионуклидов в колодцах с питьевой водой в 18 км от подземных емкостей, созданных ядерными взрывами на Карачаганакском месторождении. На Астраханском месторождении в скважине, находящейся в 1400 м от полости ядерного взрыва, в пластовой воде, полученной из апшеронского горизонта, содержатся следы трития и цезия-137.

В полости ядерных взрывов, образованных на нефтяных и газовых месторождениях, пластовая вода может поступать из водонасыщенных горизонтов, находящихся ниже водонефтяного контакта и связанных с полостью взрыва системой искусственно созданных трещин. Это происходит в результате подъема водонефтяного контакта, а также при разработке месторождения с использованием системы заводнения.

В подземные емкости, созданные ядерными взрывами для хранения углеводородной продукции, пластовая вода поступает из проницаемых водонасыщенных горизонтов, находящихся в мощной толще каменной соли. Пластовая вода в эти полости может поступать и из вышележащих водоносных горизонтов по заколонному пространству в технологических скважинах.

Основными каналами распространения радионуклидов в недрах и выноса их на поверхность являются зоны разрушения горных пород, искусственно созданные трещины и проницаемые пласты, связанные с центральной зоной ядерного взрыва, а также стволы, межколонные и заколонные пространства в технологических скважинах. При этом наибольшая вероятность обильного выноса радионуклидов на поверхность связана с коррозией обсадных колонн и разрушением цементного камня в технологических скважинах.

Исследования показали, что у большинства технологических скважин еще до ядерного взрыва связь цементного камня с породой и колонной в целом ряде значительных интервалов была частичной или полностью отсутствовала. Кроме того, в ряде технологических скважин фиксировались межколонные перетоки. После проведения в этих скважинах ядерных взрывов связь цементного камня с колонной и породой, скорее всего, только ухудшилась, а межколонные перетоки увеличились. Не исключено и нарушение целостности обсадных колонн в технологических скважинах.

Нахождение большинства технологических скважин в течение 20-30 лет в агрессивной среде только значительно ускорило коррозию обсадных колонн и разрушение цементного камня и, тем самым, способствовало выносу радионуклидов на поверхность.

· Последний шанс пресечь распространение радионуклидов

Учитывая вышеизложенное, в ближайшие годы на территории России и стран СНГ можно ожидать возникновения около сотни прямых выходов радионуклидов на поверхность и резкого обострения экологической обстановки. При этом радиоактивным "загрязнением" будут охвачены основные нефтегазодобывающие районы и территории, перспективные для проведения поисково-разведочных работ.

Очаги выхода радионуклидов на поверхность появятся также в непосредственной близости от крупных населенных пунктов и промышленных предприятий, а также в бассейнах Волги, Енисея, Иртыша Камы, Лены, Оби и других рек. Ближайший от Москвы неконтролируемый очаг выноса радионуклидов на поверхность находится в Ивановской области, у деревни Галкино, в 5 км от Волги.

В связи с тем, что на объектах нефтегазового комплекса, в недрах которых сосредоточено большое количество неконтролируемых радиоактивных отходов и непрореагировавшего ядерного горючего, постоянно работают люди, а добываемая ими продукция широко используется в народном хозяйстве, то эти объекты должны быть особо выделены и иметь особый статус - объект с чрезвычайно опасной экологической ситуацией, которая легко может перейти в катастрофическую. Такие объекты должны быть освобождены от всех налогов и взяты под постоянный контроль. Причем, контроль должен осуществляться не только за радиоактивным "загрязнением" земной поверхности, но и, самое главное, за изменением состояния геологической среды и насыщающих ее флюидов, техническим состоянием технологических скважин и полостей ядерных взрывов. Кроме того, необходимо контролировать состояние основных каналов выноса радионуклидов в окружающую среду и на поверхность, радиоактивное "загрязнение" добываемой продукции и добывающих скважин, а также обводнение полостей ядерных взрывов и добывающих скважин.

Решение проблемы охраны окружающей среды, безопасной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, ликвидации подземных емкостей и других объектов использования ядерно-взрывной технологии может быть связано только с разработкой специальной технологии. Ее задача - перекрыть каналы распространения радионуклидов, локализовать радиоактивные отходы в недрах, а также ликвидировать технологические скважины.

К решению этой проблемы необходимо приступить уже в самое ближайшее время, так как дальнейшее промедление повлечет за собой рост финансовых затрат и может привести к тому, что процесс распространения радионуклидов в окружающей среде станет неуправляемым.

Государственное финансирование научно-исследовательских и производственных работ, сопровождавших проведение ядерных взрывов, в начале 90-х годов было прекращено. В связи с этим ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефть" и ООО "Вишеранефтегаз" смогли лишь частично, за счет собственных средств, продолжить финансирование исследований, проводимых ВНИПИпромтехнологии и РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина на Осинском и Гежском месторождениях.

На территории Пермской области, кроме семи ядерных взрывов, проведенных на Осинском и Гежском месторождениях, в Чардынском районе и примерно в 100 км от Гежского метсорождения было подорвано еще три ядерных заряда для создания канала для переброски вод северных рек в Каспий. В настоящее время в непосредственной близости от этих мест запроектировано проведение поисково-разведочного бурения.

Проблема обеспечения экологической безопасности Предуралья стоит весьма остро. Учитывая это, руководители Пермской области, ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефть", ООО "Вишеранефтегаз", а также Красоновишерского района неоднократно обращались в правительство РФ, Государственную Думу, Минтопэнерго, МЧС и Минэкологии по вопросам финансирования научно-исследовательских и производственных работ на Осинском и Гежском месторождениях и в Чардынском районе. Однако никаких позитивных мер по данному вопросу принято не было.

Исходя из оценки осложняющейся экологической обстановки на Гежском нефтяном месторождении и аналогичной ситуации на других объектах использования ядерно-взрывной технологии, администрация Красновишерского района, специалисты ООО "Вишернефтегаз" и РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина разработали "Положение о Гежском научно-производственном геоэкологическом полигоне". Из всех рассмотренных нами объектов нефтегазового комплекса, на которых были проведены ядерные взрывы, наиболее подходящим для организации первого в России научно-производственного геоэкологического полигона оказалось Гежское нефтяное месторождение.

На этом месторождении в пяти технологических скважинах проведены ядерные взрывы. Из них три скважины восстановлены, освоены и имеют прямую связь с полостью ядерного взрыва. Две технологические скважины восстановить не удалось, но в полость ядерного взрыва одной из них пробурена прокольная скважина, которая фонтанирует углеводородной продукцией, "загрязненной" радионуклидами. Кроме того, пробурены три исследовательские скважины, расположенные на разных расстояниях от источника ядерного взрыва.

Здесь выполнен большой объем научно-исследовательских работ, причем на всех этапах: до, в момент и после проведения каждого ядерного взрыва. Осуществлены также многочисленные радиохимические, геолого-промысловые и геоэкологические исследования. Они являются солидной базой для дальнейшего анализа и производственной отработки технологии локализации радиоактивных отходов ядерных взрывов и непрореагировавшего ядерного горючего непосредственно в полостях ядерных взрывов.

Речь идет также об использовании возможностей для перекрытия каналов выноса радионуклидов в зону свободного водообмена и на земную поверхность и путей поступления пластовой воды в полости ядерных взрывов. Кроме того, будет отработана технология ликвидации технологических, прокольных, исследовательских и добывающих скважин, продукция которых "загрязнена" радионуклидами выше предельно допустимых концентраций.

Следует также отметить, что специалисты Гежского месторождения уже более 20 лет работают в условиях радиационной опасности и, естественно, накопили соответствующий опыт.

Взять, к примеру, тампонажные работы. Установлено, что для локализации неконтролируемых радиоактивных отходов ядерных взрывов, перекрытия каналов выноса радионуклидов в зону свободного водообмена и на поверхность, а также для ликвидации технологических и других скважин, "загрязненных" радионуклидами, может быть успешно использован целый ряд материалов. Среди них - цемент, бентонитовые и монтмориллонитовые глины, цеолиты, различные смолы и разбухающие полимеры. К ним можно добавить силикатные минералы, а также боросиликатное жидкое стекло и керамику, которые способны надежно удерживать радиоактивные отходы. Тампонирующие материалы закачиваются в технологические, прокольные и специально пробуренные скважины на нефтяной основе.

Перед проведением опытно-промышленных работ по локализации радиоактивных отходов в недрах и ликвидации технологических и других скважин, "загрязненных" радионуклидами, необходимо провести ряд научно-исследовательских и производственных работ. Их цель - изучение технического состояния полостей ядерных взрывов, технологических, прокольных и других скважин, установление основных каналов распространения продуктов ядерного взрыва в недрах месторождения и выноса их на дневную поверхность. Следует также выявить основные пути поступления пластовой воды в полости ядерных взрывов и в добывающие скважины. Кроме того, целесообразно выполнить специальные лабораторные и опытно-промышленные работы по подбору тампонирующего материала для данной полости ядерного взрыва и конкретной технологической скважины.

Назрел вопрос о системе постоянного мониторинга за экологической обстановкой на месторождении. Результаты научно-исследовательских работ и технологические решения, полученные на Гежском научно-производственном геоэкологическом полигоне, в дальнейшем могут быть широко использованы не только в нефтегазовом комплексе, но и на других объектах народного хозяйства, где была применена ядерно-взрывная технология.

Учитывая серьезную экологическую обстановку, складывающуюся на объектах Пермской области, экологические работы по обеспечению радиационной безопасности все же продолжаются, хотя и в малом объеме, за счет местных ресурсов, которых явно недостаточно для предотвращения чрезвычайной экологической ситуации. В организации и финансировании этих работ, мы полагаем, обязательно должны принять участие органы государственной власти.

Значение такой поддержки для повышения эффективности проводимых в Пермской области работ трудно переоценить. Особенно если учесть, что большинство ядерных взрывов в интересах народного хозяйства было осуществлено либо в бассейнах крупных водных артерий и в непосредственной близости от населенных пунктов, либо в пределах нефтегазоносных территорий и на объектах активно действующего нефтегазового комплекса. Во всех этих местах работают люди. Производимая же ими продукция широко используется в народном хозяйстве.

Заключение

Необходимо проанализировать геолого-промысловый материал по большому количеству пластов, законченных разработкой или находящихся в конечной стадии эксплуатации. Надо пробурить ряд специальных оценочных скважин для отбора керна, чтобы выяснить коэффициент нефтенасыщения (или водонасыщенности) на новых, еще не разрабатываемых месторождениях и коэффициент остаточной нефтенасыщенности на разработанных залежах и заводненных частях нефтяных пластов в условиях, сохраняющих пластовое соотношение водонасыщения. Дальнейшее развитие должны получить теоретические и экспериментальные работы по изучению процессов движения нефти, воды и газа в пористой среде.

Большое научное и практическое значение приобретает изучение геологичкритериев неоднородности нефтесодержащих пластов. Известно, что степень неоднородности существенно влияет на установление оптимальных скоростей вытеснения нефти, на характер движения контуров, на плотность размещения скважин и на величину конечного коэффициента нефтеотдачи пласта. По материалам детально разбуренных пластов должна быть получена методика количественного выражения степени неоднородности пластов.

Научные исследования по определению достигнутых коэффициентов нефтеотдачи и решение проблемы повышения нефтеотдачи являются актуальными. Разнообразие геологических условий разработки месторождений обусловливает необходимость широких исследований, охватывающих все газо-нефтяные районы. Наряду с развитием исследований на местах необходима координация работ местных и центральных институтов, что ускорит решение восьми важных научных и практических задач по увеличению нефтеотдачи пласта.

Придавая исключительно важное значение установлению фактической величины нефтеотдачи пластов по геолого-промысловым данным для определения извлекаемых запасов, оценки эффективности применения новых методов разработки, а также планировании перспективных и прогнозных запасов и объема поисковых работ, необходимо по всем нефтяным залежам, находящимся в длительной разработке, произвести генеральный пересчет запасов нефти для определения истинной величины коэффициента нефтеотдачи. Такой генеральный пересчет должен быть произведен силами всех научно-исследовательских институтов и нефтепромысловых управлений по единым методике и программе.

Необходимо ценнейшие данные почти вековой разработки нефтяных залежей Бакинского, Грозненского, Краснодарского и других районов научно обобщить и сделать достоянием всей промышленности.

Список литературы

1)"Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений», В.С. Бойко, Москва «Недра», 1990г.

2)"Нефтегазопромысловая геология», М.А. Жданов, Москва 1962г.

3)"Нефтегазопромысловая геология и нефтеотдача пласта», Гостоптехиздат 1963, под. ред. Крымов А.П.

4)"Расчеты в технологии и технике добычи нефти», К.Г. Оркин, П.К. Кучинский, Гостоптехиздат 1959г.

5)"Эффективность современных методов разработки нефтяных залежей», Б.Ф. Сургучев, В.И. Колганов.

6) «Повышение нефтеотдачи пластов физико-химическими методами», М., Недра, 1998. Л.Е.Ленченкова

Размещено на Allbest.ru