Глава 1. Нетрадиционные нефтегазовые коллекторы

1. Состояние и проблемы научного обеспечения методов увеличения нефтеотдачи пластов

Повышение степени извлечения нефти из недр - одно из приоритетных направлений развития нефтяной промышленности. В России основным методом разработки является заводнение. Его применение позволило значительно повысить эффективность эксплуатации нефтяных месторождений. Дополнительное увеличение нефтеотдачи пластов при заводнении в определенных условиях обеспечивают гидродинамические методы: циклическое воздействие с переменой направления фильтрационных потоков; системная технология обработок призабойной зоны (ОПЗ), бурение горизонтальных скважин; выполнение гидроразрывов пласта в скважинах и др.

В последние годы объемы применения гидродинамических методов на месторождениях страны значительно возросли (добыча за счет них составляет 50-60 млн. т/год), что в определенной степени обусловило вовлечение в активную разработку юрских и ачимовских отложений месторождений Западной Сибири. Вместе с тем, по мнению большинства специалистов, кардинального повышения среднего коэффициента извлечения нефти (КИН) в стране можно достичь только при существенном увеличении масштабов применения третичных методов: тепловых, газовых и химических (достигаемый КИН равен 35-70 %). В настоящее время отмечается новый всплеск интереса к применению этих методов на месторождениях России, прогнозируются опытные работы и результаты их промышленного внедрения. При этом практически не обсуждаются проблемы степени готовности этих методов к промышленному внедрению, в том числе их научного обеспечения.

Методы увеличения нефтеотдачи являются гораздо более сложными, чем заводнение, процессами, основанными на механизмах дополнительного извлечения нефти из пористой среды. Эти технологии требуют как предварительного тщательного научного обоснования применительно к конкретным условиям, так и последующего научного сопровождения при их применении с использованием принципиально новых средств контроля и регулирования. На текущем этапе необходимо создание и освоение технологий, обеспечивающих много­факторное воздействие на коллектор и насыщающие его флюиды. Для этого требуется интегрированное использование достижений многих наук, в том числе микромеханики движения флюидов в пористых средах с учетом микро- и макронеоднородности пластов, поверхностных свойств коллектора, свойств пластовых жидкостей, динамики их взаимодействия с закачивае­мыми агентами. Однако зарубежный и отечественный опыт свидетельствует, что сложность и дополнительные затраты в конечном счете компенсируются повышенной эффективностью. По оценке зарубежных исследователей, внедрение МУН основными международными нефтедобывающими компаниями обеспечивает прирост извлекаемых запасов 4-12 %. Дополнительная годовая добыча за счет МУН по более чем 1500 проектам их применения в мире составляет 120-130 млн. т. В США общая добыча нефти за счет МУН равна 34,4 млн. т/год, доля добычи нефти за счет третичных методов в общей добыче в США - около 12 % .

Активное внедрение МУН всегда происходит на фоне существенного развития сопутствующих фундаментальных и прикладных научных исследований, многочисленные результаты которых ежегодно обсуждаются на международных конференциях. При этом затраты на инновационные технологии в крупных зарубежных нефтяных компаниях превышают 1 млрд. долл/год.

При рассмотрении состояния и перспектив применения МУН следует вспомнить об отечественном опыте активного внедрения этих методов в 80-е годы ХХ века.

В 1976 г. вышло специальное Постановление Правительства СССР, которое определяло объемы дополнительной добычи нефти за счет применения третичных МУН, а также объемы выпуска необходимых для этого материально-технических средств. Было также предусмотрено экономическое стимулирование осуществления опытно-промышленных работ нефтедобывающими предприятиями. В целях концентрации усилий по решению данной проблемы в 1985 г. был создан Межотраслевой научно-технический комплекс «Нефтеотдача» (с 1992 г. РМНТК «Нефтеотдача»).

Организационная структура комплекса обеспечивала как научное сопровождение проблемы, так и реализацию программы опытных работ. Переданные в структуру РМНТК «Нефтеотдача» сервисные компании («Термнефть», «Союзнефтепромхим», «Союзнефтеотдача», «Татнефтебитум») выполняли на опытных промыслах нефтедобывающих предприятий специальные комплексы работ, которые ранее не входили в практику деятельности этих предприятий (закачка химических агентов, генерирование и закачка теплоносителей и воздуха, закачка углеводородного газа, монтаж специального оборудования). В настоящее время крупные сервисные компании, выполняющие работы по внедрению МУН, отсутствуют.

Научное сопровождение проблемы осуществлялось ВНИИнефтью с обеспечением соответствующего финансирования. Особое значение имела активная координация научно-исследовательских работ отраслевых и академических институтов на основе федеральных и отраслевых научно-технических программ. Эти программы включали исследования механизма новых процессов извлечения нефти из пластов и создание новых технологий, совершенствование методов проектирования и анализа, составление проектных документов и научно-методическое руководство опытными работами, обобщение опыта применения различных методов и определение перспектив их внедрения на месторождениях страны. В программах предусматривалось участие десятков производственных и научно-исследовательских организаций, для решения фундаментальных проблем извлечения нефти были привлечены институты АН СССР. В эти годы в нефтяном комплексе страны функционировали 74 научные организации (сейчас около 30 разрозненных научных центров, из них 20 в нефтяных компаниях). Были созданы десятки руководящих документов по исследо­ванию, проектированию и применению различных (в том числе принципиально новых) МУН, организованы работы по испытанию и промышленному внедрению МУН на более чем 200 объектах. В результате добыча нефти за счет применения МУН возросла с 1975 по 1991 г. более чем в 6 раз и достигла 11,5 млн. т, т.е. составила 2 % общей добычи нефти в стране.

С переходом нефтяной промышленности на новую систему хозяйствования перестали действовать механизмы стимулирования изучения проблемы увеличения нефтеотдачи, существенно уменьшилась активность научных исследований, объемы применения методов стали снижаться.

В настоящее время добыча за счет третичных методов лишь незначительно превышает 1 млн. т/год, не реализуются новые крупные проекты по применению тепловых и газовых методов, химические реагенты используются, как правило, только для ОПЗ пласта. Объемам и качеству работ по применению МУН соответствует их текущее научное обеспечение. Хотя отсутствие федеральных и отраслевых программ по данной проблеме не позволяет конкретно представить объемы исследований по отдельным методам, косвенные показатели (особенно в сопоставлении с показателями зарубежных компаний) достаточно красноречивы. По имеющимся данным, расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) в зарубежных нефтегазовых компаниях в 2008 г. в 6-10 раз превышали аналогичные расходы крупных российских компаний.

Компания «Шелл» в 2007 г. затратила на НИОКР 1,2 млрд. долл., в 2008 г. - 1,3 млрд. долл., в 2009 г. - 1 млрд. долл. Затраты всех нефтяных компаний России вместе с ОАО «Газпром» на НИОКР составили в 2009 г. 250 млн. долл.

Данные по патентованию в нефтегазовом секторе подчеркивают зависимость этого показателя от объемов финансирования НИОКР: число зарегистрированных патентов в российских компаниях в десятки раз меньше, чем в зарубежных. При этом такой показатель для нефтяной промышленности соответствует общему состоянию развития науки и па­тентования в целом по стране. В конце 80-х - начале 90-х годов число патентных заявок в России снизилось более чем в 4 раза, и пока эта тенденция по существу сохраняется.

В развитых нефтедобывающих странах научные исследования по применению МУН существенно отличаются от исследований в России по структуре и объемам финансирования. При этом развиваются как прикладные исследования, касающиеся конкретных технологий или конкретных объектов применения методов, так и поисковые по созданию принципиально новых технологий, а также фундаментальные исследования процессов извлечения нефти различными агентами из разнообразных по свойствам пористых сред. Есть ряд проблем, скорее прикладного характера, исследование которых нельзя откладывать, если ставить целью увеличение объема применения третичных методов в ближайшие годы:

• регулирование продвижения оторочек растворов химических реагентов по пласту;

• снижение адсорбции химических реагентов на пористой среде;

• создание адресных композиций химических реагентов для конкретных условий пласта;

• внутрипластовое снижение вязкости нефти химическими реагентами;

• моделирование процессов фильтрации различных агентов;

• регулирование процесса внутрипластового окисления нефти;

• определение влияния свойств пористой среды и закачиваемых в пласт агентов на кинетику окисления при закачке воздуха под высоким давлением;

• изучение влияния температуры на капиллярные свойства пористой среды и фазовые проницаемости для различных пористых сред;

• оценка эффективности воздействия различных газовых агентов;

• оптимизация объемов газовых агентов при закачке газа и воды;

• использование пенных систем и других реагентов для регулирования физико-химических, тепловых и газовых методов;

• оценка эффективности закачки слабоминерализованной воды в пласты, изменение смачиваемости пористой среды;

• оценка эффективности МУН по промысловым данным и др.

На стадии испытания и внедрения важно также обеспечить полное выполнение проектных решений по применению МУН, которые из-за сложности требуют более тщательного контроля выполняемых мероприятий.

Так, по данным ЗапСибНИИГГ, фактическая плотность сетки скважины на месторождениях Западной Сибири почти в 2 раза меньше проектной, решения по контролю разработки выполняются по гидродинамическим исследованиям на 12-47 %, по контролю выработки запасов - на 20 %.

Необходимо отметить, что в последнее время появился ряд об­надеживающих факторов. Озабоченность состоянием полноты извлечения нефти на месторождениях России высказана руководством страны, государственными органами проводятся мероприятия и принимаются решения по проблеме увеличения степени выработки трудноизвлекаемых запасов. Наблюдается некоторое повышение активности нефтяных компаний в этой области. Оценки свидетельствуют, что при благоприятных условиях к 2030 г. извлекаемые запасы страны за счет промышленного применения МУН могут быть приращены на 2-4 млрд. т с годовой дополнительной добычей 30-60 млн. т. Однако без достаточного внимания к научному обеспечению данной проблемы на отраслевом и государственном уровнях эти прогнозы невыполнимы.

При рассмотрении перспектив усиления научного обеспечения отрасли иногда высказывается предложение возложить решение отраслевых проблем на нефтяные компании и их научные центры. Следует, однако, учитывать, что научно-аналитические центры нефтяных компаний ориентированы на решение текущих прикладных задач. Кроме того, общемировая практика показывает, что любая экономически развитая страна проводит свою промышленную политику, которая без системно организованной отраслевой науки невозможна. Объясняется это тем, что горизонт технологического прогноза корпорации редко превышает 7-10 лет, а фундаментальные исследования приносят экономически значимый результат через 20-30 лет. В образовавшемся 20-летнем промежутке как раз и работает система прикладной (отраслевой) и академической науки - именно в это время за­даются ориентиры для прорывных инноваций, передающихся на следующем шаге в подразделения НИОКР корпораций.

Известны также предложения о концентрации нефтяной науки в вузах, что частично практикуется в ряде зарубежных стран.

Перспективы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений страны и применения МУН связаны с необходимостью возрождения системы научного обеспечения этой проблемы на базе комплекса отраслевых и учебных институтов с привлечением в ряде случаев институтов Российской академии наук.

ОАО «ВНИИнефть имени акад. А.П. Крылова» многие годы являлся лидером в создании и исследовании МУН. В настоящее время возможности института в этой области модернизируются при активной поддержке ОАО «Зарубежнефть». В первую очередь это касается экспериментальной исследовательской базы по тепловым и газовым методам воздействия, развития исследований в области технологий физико-химического воздействия на нефтяные пласты, программного обеспечения исследования и проектирования методов. Активизируется деятельность РМНТК «Нефтеотдача».

В целом, анализируя отечественный и зарубежный опыт развития МУН, можно сформулировать необходимые условия реализации проблемы научного обеспечения МУН.

• Государственное регулирование проблемы.

• Концентрация научных, методических и технологических усилий на основе научно-технических программ.

• Научное сопровождение опытных работ на базе специальных промысловых приборов и оборудования.

• Создание на базе отраслевых институтов и вузов научных центров, оснащенных уникальными лабораторным оборудованием и программными средствами.

Механизм организационно-финансового обеспечения внедрения МУН в России может основываться на государственных программах опытных и научно-исследовательских работ при реализации программы внедрения МУН через лицензионные и проектные документы. Важной составляющей этого механизма могут также стать совместные программы (пулы) нефтяных компаний по исследованию и испытанию МУН.