В настоящее время для поддержания уровня добычи жидких углеводородов включают в разработку запасы нефти формирующихся за счет месторождений с вязкой, высоковязкой, сверхвязкой нефтью (далее по тексту – вязкая нефть). Большая часть таких месторождений находятся в регионах с развитой инфраструктурой поэтому их разработка сегодня становится реальной задачей и необходимым условием для развития нефтяного бизнеса.
Запасы месторождений с нефтью вязкостью более 10 сантипуаз истощены у нас в стране всего на 10-30% (в зависимости от степени вязкости). По оценкам ГКЗ РФ запасы такой нефти по категориям АВС1+С2 составляют в России порядка 1,7 млрд тонн, т.е. около 10% от общих запасов «черного золота» в стране. А начальные запасы превышают 5 млрд тонн.
Сложности с разработкой месторождений с вязкой нефтью связаны с извлечением ее из пласта и транспортировкой от пласта до места переработки. Для их решения применяют специальные методы воздействия на пласт. К ним относятся тепловые (вытеснение паром, парогаз, сочетание горизонтального бурения с парогравитацией (SAGD), внутрипластовое горение), физические (гидравлический разрыв пласта), химические, специальные методы заводнения, микробиологические. Реализация перечисленных методов сопряжена со значительными энергетическими затратами, трудностями в технической реализации, что приводит к снижению эффективности и удорожанию добычи.
Для увеличения эффективности и снижения энергозатрат используемых методов можно использовать акустическое воздействие на пласт. Также акустическое воздействие можно использовать как самостоятельный вид обработки пласта.
Предлагаемый метод основан на щадящем и длительном воздействии на пласт акустическими колебаниями, которые сопровождаются значительными знакопеременными нагрузками, что дает:
- Увеличение отбора жидкости. За счет «поршневого» эффекта увеличивается объем фильтрации подвижного флюида;
- Интенсификацию отбора нефти. За счет преодоления вязкопластических сил, удерживающих флюид в процесс фильтрации, вовлекается неподвижный флюид;
- Снижение вязкости нефти и уменьшение обводненности продукции. За счет деполяризации молекул и ослабления межмолекулярных связей разрушается реологическая структура нефти, вследствие чего увеличивается ее фазовая проницаемость, тогда как для воды она остается неизменной;
- Повышение коэффициента вытеснения нефти водой. За счет уменьшения угла смачивания между водой и нефтью преодолеваются силы поверхностного натяжения;
- Перераспределение нефтенасыщенности и более полное нефтеизвлечение. За счет ускорения гравитационного разделения фаз разных плотностей в акустическом поле происходит сегрегация (разделение) нефти и воды в высокообводненных пластах;
- Увеличение проницаемости коллектора и коэффициента нефтеизвлечения. За счет сейсмоэлектрического эффекта, который разрушает пристеночные неподвижные слои жидкости (нефти), имеющих электростатическую природу, увеличиваются эффективные сечения поровых и перфорационных каналов. Таким образом происходит очистка их от механических примесей, вязких отложений и срывов поверхностных слоев жидкости, а также вовлечение в процесс фильтрации застойных зон пласта.
Проведенные опытно-промышленные испытания по акустическому воздействию на пласт при одновременном вызове притока струйным насосом, с целью очистки призабойной зоны пласта дали положительные результаты. Работы проводились в подразделениях Роснефти, Лукойла, Газпром нефти. Акустический излучатель спускали на геофизическом кабеле и производили обработку призабойной зоны пласта (1 час на 1 метр интервала, f= 10-11 кГц) при работе струйного насоса на стабильном режиме, параллельно производили оценку изменения притока от акустической обработки. Средний эффект составил дополнительных 4 тонны в сутки, продолжительность эффекта от 4 до 18 месяцев.
Не смотря на положительные результаты акустической обработки недропользователи насторожено относятся к акустическому воздействию. Это связано с особенностями технологии:
- технология наукоемкая и требует слаженной работы специалистов различного профиля (ученых, инженеров, геологов);
- технология «капризная» и требует детального изучения геологического строения участков на соответствие применяемых параметров обработки реальным геологическим условиям;
- малое количество промышленных испытаний (не хватает статистической оценки опыта применения);
- высокая стоимость, которая на сегодня обусловлена единичными работами.
При системном использовании технологии акустической обработки на базе геофизического предприятия позволит существенно сократить стоимость проведения данных работ. Использование геолого-геофизического подхода к выбираемым скважинам кандидатам позволит решить проблему «капризности» технологии.
Проведенные работы по очистке призабойной зоны пласта дало толчок к возможности применения акустического воздействия в постоянном режиме при добыче углеводородов, в том числе и вязкой нефти. Как при самостоятельном применении, так и в комплексе с существующими методами добычи вязкой нефти акустическое воздействие позволит повысить эффективность за счет сокращения энергопотребления, предотвращения кольматации призабойной зоны пласта, увеличения межремонтного периода глубинного насосного оборудования, увеличения нефтеизвлечения. В общем итоге акустическое воздействие становится одним из шагов на пути снижения себестоимости добычи вязкой нефти, что является важным фактором в современном мире.
Для подбора необходимого оптимального режима эксплуатации скважины, можно использовать акустический комплекс и струйный насос. Это позволит провести гидродинамические исследования:
- на различных режимах работы акустического комплекса путем регулирования времени и мощности акустической обработки пласта;
- в широком диапазоне забойных давлений путем регулирования давления закачки рабочей жидкости на входе струйного насоса.
Гидродинамические исследования позволят подобрать глубинное насосное оборудование, необходимые эксплуатационные параметры работы пласта и его акустической обработки, что очень важно при работе в многофазных средах.
Акустический комплекс позволит повысить эффективность существующих методов по оптимизации энергозатрат для транспортировки вязкой нефти от пласта до места ее переработки.
Проведенные нами лабораторные испытания по снижению вязкости проводились с нефтяной эмульсией (обводненностью 30%). Нефтяная эмульсия подвергалась акустической обработке частотой 17 кГц в течение 60 и 300 секунд. В результате обработки получили снижение вязкости на 30% и снижение нагрузки на электродвигатель перекачивающего насоса на 38%, при сохранении температурного режима. Восстановление до исходных параметров вязкости составило 5 часов. Причем, время обработки на результат не повлияло. После акустической обработки получили гомогенизированную нефтяную эмульсию со сниженной вязкостью с временем гравитационного разделения на нефть и воду в течение 8 часов (у исходной нефтяной эмульсии 1-2 часа). В лабораторных испытаниях было исключено влияние температуры, чтобы оценить влияние акустического воздействия. Затрачиваемая энергия на работу акустического излучателя составляет 30-40% потребляемой энергии, а 60-70% затрачивается на нагрев. Для охлаждения целесообразно использовать обрабатываемую нефтяную эмульсию, что дополнительно приведет к снижению ее вязкости за счет теплообмена.
Снижение вязкости и гомогенизация объясняется явлением кавитации. Фактически это образование и схлопывание пузырьков газа в жидкой среде. Результатом этого, при обработке высокой степени интенсивности, является разложение высокоплавких высокомолекулярных парафинов, в следствии чего изменяются физико-химические (эксплуатационные) свойства нефти. Также кавитационные эффекты, которые возникают при акустической обработке нефти, препятствуют объединению поляризованных ассоциатов в крупные структуры, диспергируя их на более мелкие группы молекул.
Результаты лабораторных работ показывают возможность использования акустической обработки в постоянном режиме при транспортировке вязкой нефти от пласта до места ее переработки как самостоятельный метод воздействия, так и в комплексе с существующими. Например, при добавлении химических реагентов, реагирование будет происходить быстрее и с меньшим расходом реагентов, лучше гомогенизируя смесь.
На сегодня есть проекты разработок оборудования для акустического воздействия на перекачиваемые вязкие нефтяные эмульсии, которые требуют промышленного исполнения и испытаний. Обратная связь с разработчиками позволит улучшить технологию и удешевить производство оборудования за счет оптимального подбора рабочих параметров и серийного производства.
Массовое применение акустического комплекса при добыче и транспортировке углеводородов позволит говорить о новом витке в освоении месторождений с вязкой нефтью.
