Холодные» способы добычи

К современным «холодным» методам добычи тяжелой нефти, в первую очередь, может быть отнесен метод CHOPS (Coldheavyoilproductionwithsand),предполагающий добычу нефти вместе с песком за счет осознанного разрушения слабосцементированного коллектора и создания в пласте соответствующих условий для течения смеси нефти и песка. Применение метода CHOPS не требует больших инвестиций на обустройство и обеспечивает незначительность эксплуатационных расходов, однако коэффициент нефтеотдачи в этом случае как правило не превышает 10% [5].

В числе «холодных» способов добычи ТН с использованием растворителей следует указать так называемый VAPEX (Vapourextractionprocess)метод – закачка растворителя в пласт в режиме гравитационного дренажа. Этот способ воздействия предполагает использование пары горизонтальных скважин. За счет закачки растворителя в верхнюю из них, создается камера-растворитель (углеводородные растворители, в том числе этан или пропан). Нефть разжижается за счет диффузии в нее растворителя и стекает по границам камеры к добывающей скважине под действием гравитационных сил. Коэффициент извлечения нефти этим методом доходит до 60%, однако темпы добычи чрезвычайно низки [5].

Таким образом, «холодные» методы разработки залежей ТН не лишены ряда существенных недостатков. В их числеограничения по максимальным значениям вязкости нефти и низкие темпы разработки. Поэтому, подавляющее число активноосуществляемых проектов разработки месторождений ТН связано с тепловыми методами воздействия на пласты.

Тепловые методы добычи

Традиционно, существующие тепловые методы разработки нефтяных месторождений (в различных их модификациях) принято объединять в три группы: внутрипластовое горение, паротепловые обработки призабойных зон скважин (ПЗС) и закачка в пласт теплоносителей – пара или горячей воды (неизотермическое вытеснение).

Внутрипластовое горение осуществляется частичным сжиганием нефти (тяжелых ее составляющих) в пласте. Очаг горения, инициируемый различными глубинными нагревательными устройствами (электрическими, химическими и т. п.), продвигается по пласту за счёт подачи в пласт воздуха. Благодаря экзотермическому окислению, в пласте в зоне горения достигается повышение температуры до 500— 700 °С [5].

Под действием высокой температуры уменьшается вязкость нефти, происходит термический крекинг, выпаривание легких фракций нефти и пластовой воды. Нефть из пласта извлекается путём вытеснения её образовавшейся смесью углеводородных и углекислых газов, азота, пара и горячей воды.

Существует вариация этого метода разработки – влажное внутрипластовое горение, которое производится путём ввода в пласт воды вместе с окислителем. При этом ускоряется процесс теплопереноса и извлечения нефти.

Тем временем, наиболее широко применяемыми методами добычи ТН являются паротепловые обработки призабойных зон скважин и закачка в пласт теплоносителей.

Процесс паротепловой обработки (ПТО) призабойнойзоны скважины заключается в периодической закачке пара в добывающие скважины для разогрева призабойной зоны пласта и снижения в ней вязкости нефти, т.е. для повышения продуктивностискважин. Цикл (нагнетание пара, выдержка, добыча) повторяетсянесколько раз на протяжении стадии разработки месторождения. Из-затого, что паротепловому воздействию подвергается только призабойнаязона скважины, коэффициент нефтеизвлечения для такого метода разработки остается низким (15-20%) [5]. Еще одним из недостатков метода является высокая энергоемкость процесса и увеличение объема попутного газа. Поэтому, в основном ПТО применяются как дополнительное воздействие на призабойную зону скважины при осуществлении процесса вытеснения нефти теплоносителем из пласта, т.е. нагнетания теплоносителя с продвижением теплового фронта вглубь пласта.

На месторождениях с тепловыми способами добычи ТН необходимо выполнять мониторинг изменения теплового режима пласта. Обычной методикой съема температурного профиля является каротаж по целевым интервалам, обычно в обсаженной скважине, или даже через насосно-компрессорные трубы в наблюдательных скважинах. Мониторинг теплового режима необходим для определения эффективности нагрева пласта и распределения теплового фронта, для выявления интервалов прорыва пара. Прорыв пара в добывающих скважинах может приводить не только к снижению их продуктивности, но также и к выходу оборудования из строя, например, к образованию свищей в НКТ, фильтрах, обсадной колонне, что кончается выходом из строя всей скважины.

Переработка тяжелой нефти

Одновременно с поиском новых технологий извлечения ТН из природных недр необходимо решать и проблемные задачи разработки новых технологических решений по их квалифицированной и энергоэффективной переработке. Необходимы поиск и разработка рентабельных технологий промысловой переработки ТН в облегченнуюмаловязкую синтетическую и полусинтетическую нефти. Остро стоят проблемы повышенияэффективности трубной перекачки ТН за счет снижения вязкости, повышения товарной сортности за счет снижения ее плотности, а также углубления переработки за счет извлечения максимального количества особо ценных светлых углеводородов.

Путем перевода ТН в облегченные дистиллятные фракции получают синтетическую нефть – облегченную маловязкую, не содержащую недистиллируемых остатков (их выделяют в отдельную фазу), или полусинтетическую нефть – без отдельного выделения тяжелых остатков [3].

Все построенные западные заводы по переработке битумов в синтетическую нефть (заводы БСН) базируются на комбинировании известных, традиционных для нефтеперерабатывающих заводов технологиях переработки нефтяных остатков: коксование, гидрокрекинг, гидроочистка, извлечение серы,производство водорода. В последние годы появились и новые варианты схемпереработки на основе процессов висбрекинга,деасфальтизации, гидрокрекинга остатков, гидроочистки газойлей и газификации тяжелого нефтяного сырья.

Полноценную высококачественную малосернистую синтетическую нефть без недистиллируемых остатков обеспечивают процессы глубокой переработки тяжелых нефтяных остатков, прежде всего коксование и гидрокрекинг в сочетании с гидроочисткой дистиллятных фракций. Остальные процессы дают полусинтетическую нефть различного качества[3].

При поиске аппаратурно-технологических решений необходимо учитывать и такие специфические свойства ТН, как повышенное содержание смол и асфальтенов, а также высокие показатели коксуемости. Эти свойства косвенно указывают на то, что классические способы вторичной переработки тяжелых нефтяных остатков (термический крекинг, деасфальтизация и коксование) будут иметь ограниченный предел возможного максимального отбора светлых дистиллятных фракций.

Ярегскаянефть при любых способах переработки может обеспечить не более 9% светлых нефтепродуктов в виде дизельной фракции. Из этой нефти нельзя получать моторные топлива. Для ее переработки необходимы специальные способы. Смешивание этой нефти с любой другой по составу приводит к тому, что она практически теряет свои ценные качества и пополняет собой наиболее тяжелые и дешевые фракции [2]. Но при специальных способах переработки она превращается в ценное сырье для производства таких продуктов, как дорожные битумы, хрупкие и лаковые битумы, трансформаторные, белые технические и медицинские масла, арктическое дизтопливо, низко застывающие газойли, мазуты и др.

В настоящее время из всего перечня продуктов глубокой переработки ярегской нефти на Ухтинском нефтеперерабатывающем заводе производится мазут и битумы различного назначения, отвечающие требованиям мировых стандартов [2].

Надо признать, что для российской действительности строительство заводов по переработке ТН большой удельной мощности в ближайшей перспективе из-за дороговизны нереально. Рациональные решения необходимо искать в строительстве малых установок по переработке ТН в синтетическую или полусинтетическую нефть непосредственно на промысле. При этом будут сняты проблемы трубной перекачки высоковязкой нефти и одновременно повышена сортность нефти. Промысловая переработка ТН должна быть направлена на максимальную конверсию тяжелых углеводородов в среднедистиллятные фракции с плотностью не выше 860–870 кг/м³, так как при более высоких показателях аномально быстро возрастет вязкость, что негативно скажется на энергозатратах при трубной перекачке [3].

В результате промысловой переработки могут быть получены высоколиквидные и весьма востребованные нефтепродукты, такие как, к примеру, высококачественные дорожные битумы, тяжелые котельные топлива и легкие маловязкие (синтетические) нефти.

Разработки в области технологий переработки ТН по их переводу в облегченные маловязкие нефти являются весьма актуальными, необходимыми, энергетически и коммерчески значимыми.

Заключение

Несмотря на то, что в распределенном фонде недр есть крупные месторождения ТН, их промышленно освоение идет медленными темпами. Одна из основных причин – низкая рентабельность их освоения и отсутствие мощностей по переработке.

Себестоимость добычи, транспортировки и переработки ТН по сравнению с обычной нефтью выше, а качество товарной нефти и продукции ее обработки ниже. Снижение эксплуатационных затрат и повышение конкурентоспособности добычи достигается за счет применения эффективных технологий, нового оборудования и государственных мер экономического стимулирования.

Рентабельная разработка месторождений ТН в современных условиях напрямую зависит от наличия достаточных мощностей по переработке сырья. При этом большое значение должно уделяться обеспечению экологической безопасности текущей производственной и хозяйственной деятельности.

Удельный вес месторождений ТН неуклонно растет и преобладает в структуре запасов, особенно в регионах с падающей добычей. Однако часть запасов ТН все еще слабо изучена, требует доразведки, находится в нераспределенном фонде недр.

Положительная динамика просматривается в переработке ТН и связана с вводом новых мощностей по выработке широкой гаммы нефтепродуктов с соблюдением современных экологических требований, но объемы переработки также пока не удовлетворяют текущие потребности.

Основой повышения экономической эффективности освоения ТН является возможность расширения ассортимента товарной продукции, получаемой в процессе добычи и переработки: «синтетическая» нефть и нефтепродукты, металлы (ванадий, никель), сера, строительные материалы, т.д.

Таким образом, к основным направлениям ускорения темпов освоения ТН можно отнести:

-разведка и ввод в разработку новых месторождений;

-внедрение эффективных технологий добычи;

-решение проблем сдачи товарной нефти в магистральный трубопровод;

-создание новых мощностей по переработке ТН, позволяющих получать высокотехнологичные товары;

-предотвращение потерь ценных попутных компонентов, содержащихся в ТН;

-решение экологических проблем, возникающих в процессе добычи и переработки ТН;

-государственное стимулирование различных направлений освоения месторождений с трудноизвлекаемыми запасами.