Применение биополимеров для увеличения нефтеотдачи

Идея применения полимеров для повышения нефтеотдачи на месторождениях, разрабатываемых в режиме заводнения не нова. Несмотря на достаточно высокую технологическую эффективность этого процесса в последние годы отмечалась тенденция снижения объемов работ по полимерному заводнению. Год назад в этой же аудитории мы анализировали причины сокращения объемов работ по полимерному заводнению. В первую очередь - это высокая цена полимеров и ресурсные ограничения. Проводившиеся с 1988 года работы по импортозамещению полимеров для Российской нефтяной промышленности увенчались успехом. Создан и прошел промысловую апробацию отечественный биополимер - Продукт БП-92.

Отрицательное влияние неоднородности на эффективность заводнения пласта существенно усиливается по мере разработки месторождения. По мере замещения нефти фильтрационное сопротивление будет уменьшаться, а расход воды возрастать. Поэтому без применения соответствующих технологий, создающих для воды повышенное сопротивление, даже при наличии в пласте достаточного количества нефти, вновь пробуренные скважины вполне могут иметь очень высокое обводнение.

Предлагаемая технология как раз и предназначена для воздействия на объектах с сильно выраженной неоднородностью, как по толщине, так и по простиранию, со средней проницаемостью более 0,10 - 0,20 мкм^ и с температурами до 130° С.

Известно, что большинство нефтяных месторождений в России характеризуются низкими значениями конечной нефтеотдачи, что обусловлено различием коллекторских свойств нефтесодержащих пластов, неоднородностью по проницаемости различных пропластков, различием пластовых температур, минерализации пластовой воды, реологических характеристик нефти, нефтенасыщенности пласта и т.п.. Одним из способов увеличения нефтеотдачи в этом случае является оптимизация параметров нефтевытесняющего агента (закачиваемой в пласт жидкости), а именно: изменение его реологических свойств. Оптимальными могут считаться составы, вязкость которых в обычных условиях (на поверхности и в процессе закачки) имеет низкие значения, они хорошо фильтруются в пористой среде. В пластовых условиях реологические свойства композиции должны измениться, вязкость должна увеличиться многократно. Второе существенное требование - селективность. Для достижения значительных результатов по изменению профилей приемистости необходимо обеспечить проникновение композиции только (по крайней мере, преимущественное проникновение) в высокопроницаемые, высокообводненные пропластки.

Важно, чтобы закачиваемая в пласт композиция не ухудшала фильтрационных характеристик низкопроницаемой нефтенасыщенной зоны пласта. В обеспечение указанных требований, применительно к условиям месторождений Западной Сибири разработаны четыре базовых состава на основе биополимера ПРОДУКТ БП-92.

Используемые композиции на основе ПРОДУКТА БП-92 защищены патентами РФ.

Отработан технологический прием, обеспечивающий необходимую селективность.

Этот прием основан на зависимости изменения профиля приемистости от давления. Обычно, при уменьшении закачки снижение приемистости происходит неравномерно. Приемистость низкопроницаемых интервалов уменьшается сильнее, чем высокопроницаемых. При пониженном давлении закачки (на десятки атмосфер ниже устьевого давления при нагнетании в пласт жидкости) низкопроницаемые (нефтенасыщенные) пропластки перестают принимать закачиваемую воду. Для того, чтобы закачиваемая биополимерная композиция попала преимущественно в промытую водонасыщенную зону закачка композиции в пласт производится при давлении на 5-10 атмосфер ниже давления в линии ППД.

К настоящему времени биополимерные технологии прошли промысловую апробацию:

-обработка призабойной зоны добывающих скважин биополимерными составами с целью ограничения водопритока проводилась на месторождениях Украины (терригенные коллектора НГДУ "Черниговнефтегаз"), ПО Татнефть, и НГДУ "Кинельнефть" (карбонатные трещиноватые коллектора), а также на некоторых других месторождениях. Снижение обводненности в этих экспериментах достигало в отдельных случаях 40% (в зависимости от предыстории и начальной обводненности), суточный прирост добычи нефти в среднем 4-5 тонн (в отдельных случаях до 20 тонн - в зависимости от дебита по жидкости и начальной обводненности).

В Татарии дополнительная добыча нефти на одну скв.операцию, в среднем составляет 530 тонн (или около 300 тонн нефти на тонну товарной формы биополимера),

-закачка биополимерных композиций через нагнетательные скважины с целью изменения профиля приемистости и увеличения охвата заводнением (регулирование фильтрационных потоков) проводилось на ряде месторождений Западной Сибири:

• Талинское месторождение ("КОНДПЕТРОЛЕУМ"), Поточное, Покачевское и Нантеганское месторождения ("ЛАНГЕПАСНЕФТЕГАЗ"), Тарасовское и Барсуковское месторождения ("ПУРНЕФТЕГАЗ"), Ершовое и Самотлорское месторождения («НИЖНЕВАРТОВСК-НЕФТЕГАЗ»), Западно-Ноябрьское месторождение («НОЯБРЬСКНЕФТЕГАЗ»).

Наиболее полно апробация биополимерных технологий проводилась на месторождениях «МЕГИОННЕФТЕГАЗ'а». Работы выполнялись на Покамасовском месторождении (пласт Ю₁) Северо-Покурском месторождении (пласты Б₆ и Б₈), Аганском месторождении (Б₈ и Б₉), Южно-Аганском месторождении (Б₉), Ватинском месторождении (A_1-2 и Б₈), Мегионском месторождении (А_1-2 и Б₈), Мыхпайском месторождении (A₁). При закачке биополимерных композиций в нагнетательные скважины на опытном участке через один - три месяца после закачки наблюдается прогрессирующее снижение обводненности и прирост добычи нефти. Дополнительная добыча от проведенных обработок во многих случаях превышает 500 тонн нефти на 1 тонну товарной формы биополимера ПРОДУКТ БП-92.

Различия в удельной эффективности на различных объектах связаны как с субъективными причинами (неточность определения необходимого объема закачки, вариации состава композиций и т.п. - естественна при ограниченности информации о геолого-промысловых особенностях объекта), так и с объективными (степень выработанности залежи, начальная неФтенасышенность. степень неоднородности коллектора и проч.).

После обработки, в течение 2-3 месяцев имеет место увеличение средних дебитов, максимальная амплитуда эффекта достигает 100%, в дальнейшем происходит постепенное уменьшение эффекта. На рисунках 10, 11 представлены результаты изменения уровней добычи после биополимерных обработок на опытных участках перечисленных месторождений в 1998 году. Несмотря на отмеченные различия геологического строения, степени выработанности запасов и предыстории разработки, средний (в течение года) прирост добычи после закачки биополимерных композиций составляет 15-20% по отношению к базовому уровню добычи.

Аналогичные результаты, полученные в 1999 году на Ершовом месторождении (пласт ЮB₁) и опытных участках Самотлорского месторождения (пласты БВ₈ и БВ₁₀), представлены в таблицах.

Особого внимания заслуживают результаты, полученные на Ершовом месторождении в 1997 и 1999 годах. Отличительная особенность этого промыслового эксперимента заключалась в одновременном воздействии, практически, на весь пласт. Закачка полимерной композиции в пласт осуществлялось по высоконапорным водоводам линии ППД с использованием центробежных насосов КНС, что позволило за короткий срок обработать около 60 нагнетательных скважин и охватить воздействием значительную часть месторождения. Есть основания считать, что такая технология воздействия на нефтяной пласт намного эффективнее, чем обработка отдельных скважин, так как обеспечивает саморегулируемое поступление изолирующего состава в пласт через систему ППД. Это достигается тем, что количество биополимерной композиции попадающей в пласт из линии ППД через конкретную нагнетательную скважину, очевидно, пропорционально ее приемистости. Следовательно, в наиболее высокопроницаемые и обводнившиеся зоны пласта поступит большее количество тампонирующего материала, чем в нефтенасыщенные и малодренируемые зоны. Кроме того, имеются чисто технологические преимущества. Обработка через КНС принципиально уменьшает потребность в технике и персонале для проведения работ (цементировочные агрегаты, автоцистерны и т.д.), сокращает время обработки и снижает стоимость всего процесса.

Уместно отметить, что закачка через КНС возможна при использовании ограниченного количества составов, не образующих гелеобразной структуры непосредственно при смешении компонентов, с одной стороны, и не подверженных сдвиговой деградации, с другой. Указанным требованиям отвечают составы на основе Продукта БП-92.

Эффективность проведенных в 1997 году биополимерных обработок оценивалась специалистами отдела ПНП ОАО «Нижневартовскнефтегаз» и составила более 100 тыс.тонн. Существенно, что продолжительность положительного воздействия по их оценке превысила 1,5 года. На рисунке графически представлены данные о добыче нефти до 1996 года, включительно, и проведена компьютерная экстраполяция кривой падения добычи на 1997-2000г.г. Закачка биополимерной композиции изменила динамику добычи нефти. В 1997 не только не произошло ожидаемого снижения добычи нефти, но и впервые после 1989 г. отмечен рост количества извлекаемой нефти. Положительное воздействие биополимерной обработки, судя по отклонению данных о фактической добыче от расчетной кривой, продолжилось и в 1998 году. Что касается обводненности добываемой продукции, то впервые наблюдалось ее некоторое снижение. Применение полимерных композиций позволяет подключать к заводнению неохваченные ранее участки пласта. На ранних стадиях разработки при опережающем обводнении продукции за счет кинжальных прорывов нагнетаемой в пласт воды по высокопроницаемым пропласткам эффективность применения биополимерных композиций может оказаться более высокой (до 100% прироста добычи). На ранних стадиях разработки нефтяного месторождения эффект от биополимерного воздействия выражается в абсолютном приросте добычи нефти. Однако, по мере выработки запасов эффект может проявляться в снижении темпов падения добычи нефти. В этом случае необходимо учитывать естественное падение добычи. Таким образом, использование биополимерных композиций на поздней стадии выработки запасов позволяет существенно замедлить темп падения добычи, существенно продлить срок разработки и повысить нефтеотдачу пластов.

Как известно, мировая и отечественная практика разработки нефтяных месторождений в режиме заводнения свидетельствует о том, что все многообразие факторов, влияющих на конечную нефтеотдачу, сводится к двум параметрам:

- темп выработки запасов,

- удлинение сроков безводной (или маловодной) добычи. В этой связи особого внимания заслуживает такой аспект применения биополимерных технологий как продление безводного периода эксплуатации нефтяных скважин. Расчеты показывают, что превентивная закачка загущаещего состава должна препятствовать развитию кинжальных прорывов воды. В настоящее время на Покамасовском месторождении проводится эксперимент, целью которого является продление безводного периода эксплуатации. Для эксперимента выделен литологически обособленный участок месторождения на островной части. На протяжении четырех лет на участке введено в эксплуатацию около 40 нефтяных скважин. Добыча нефти без поддержания пластового давления привела к тому, что пластовое давление снизилось по отношению к первоначальному почти на 100 атм Это, естественно, привело к снижению дебитов. Как показывает опыт разработки на соседних участках этого месторождения, обводнение добывающих скважин наступает в течение 6-8 месяцев после начала закачки воды. На островном участке, с учетом того, что пластовое давление значительно снижено правомерно было бы ожидать более раннего обводнения. Однако, в июне 1999 года в 4 нагнетательные скважины, практически, одновременно с включение закачки воды в закачиваемую воду через дозирующий насос начата подача биогюлимерногс раствора.

К настоящему времени (прошло 8 месяцев) увеличение обводненности не фиксируется.

Необходимо отметить, что обсуждавшиеся выше результаты получены при закачке в пласт очень небольших объемов водоизолирующих составов, составляющих миллионные доли порового объема, однако сопоставимых с объемом «суперколлекторов», о существовании которых говорилось в первой части доклада. Естественно, что эффект от таких работ начинается в первые месяцы после проведения обработки, но, несмотря на значительный прирост добычи (десятки и сотни тысяч тонн дополнительной добычи на опытном участке в течение 1-1,5 года) увеличение конечной нефтеотдачи при этом составляет доли процента (в лучшем случае до 1,5%).

Стратегическая задача - увеличение КИН на 5-10%. Возможность получения такого результата за счет полимерного заводнения обсуждалась ранее в работах ВНИИ, ГипроВостокНефть, ИГИРГИ и др. Промысловые эксперименты, проведенные в Союзе и за рубежом в 70-е годы, подтвердили обоснованность концепции полимерного заводнения. Вместе с тем, в 80-е годы наметилась тенденция сокращения работ по полимерному заводнению. Основная причина -высокая стоимость использовавшегося полимера - полиакриламида. В отличие от работ по ограничению водопритока путем закачки малых объемов реагентов, когда эффект от обработки наблюдается уже в первые месяцы после обработки, создание высокообъемной оторочки (до 30% порового объема) - процесс, занимающий несколько лет, а эффект от полимерного заводнения (увеличение КИН) реализуется за все время дораэработки месторождения, т.е. десятки лет. Кроме того, имеют место существенные ограничения технологического характера при использовании полиакриламида на «горячих» пластах Западной Сибири.

Ситуация изменилась в последние годы в связи с тем, что в России налажено производство биополимера ПРОДУКТ БП-92. Прежде всего, доказана возможность применения нового биополимера и композиций на его основе в процессах нефтедобычи на объектах с достаточно широким спектром геолого-физических условий. Отличательная особенность растворов этого биополимера - устойчивость к сдвиговой деградации (возможность прохождения через центробежные насосы без ухудшения реологических свойств) и термостабильность композиций (до 130°). Второе существенное свойство растворов биополимера - влияние не только на коэффициент охвата заводнением, но и увеличение коэффициента нефтевытеснения. В лабораторных экспериментах на кернах и насыпных моделях показано увеличение нефтевытесняющей способности по сравнению с водой на 6-16% (в зависимости от начального нефтенасыщения образца и свойств нефти). Совокупность перечисленных факторов заставляет вернуться к вопросу о целесообразности биополимерного заводнения. Важно, что цена Продукта БП-92 почти на порядок ниже цены полиакриламида.