Термогазовый метод и Баженовская свита

О термогазовом методе
В этой связи перспективы освоения в России все возрастающей доли трудноизвлекаемых запасов и нетрадиционных ресурсов в керогенонефтематеринских породах месторождений углеводородного сырья Баженовской свиты (БС) связаны с термогазовым МУН.
Термогазовый метод повышения нефтеотдачи (ТГВ) был впервые предложен в 1971 г. во ВНИИнефть. Он отличается от традиционных методов закачки воздуха, в том числе и метода внутрипластового горения - метод основан на закачке воздуха в пласт и его трансформации в эффективные вытесняющие агенты за счет низкотемпературных внутрипластовых окислительных процессов.
Температура пласта должна быть выше 65-70°C.
В результате низкотемпературных окислительных реакций непосредственно в пласте вырабатывается высокоэффективный газовый агент, содержащий азот, углекислый газ и ШФЛУ (ширукую фракцию легких углеводородов).
Высокая эффективность достигается за счет реализации полного или частичного смешивающегося вытеснения.
Преимущества метода - использование недорогого агента, значительное увеличение нефтеотдачи пласта (по фактическим проектам зафиксировано увеличение нефтеотдачи до 60% и более).
Исследования на кернах показали, что после закачки воздуха остаточная нефтенасыщенность за фронтом вытеснения снижается до 5-7%.



Механизм ТГВ

Принципиальные особенности термогазового воздействия:
- закачка воздуха и его трансформация в эффективные вытесняющие агенты (углекислый газ, легкие углеводороды) за счет внутрипластовых окислительных и термодинамических процессов;
- использование природной энергетики пласта – повышенной пластовой температуры (свыше 60-70°С) для самопроизвольного инициирования внутрипластовых окислительных процессов и формирования высокоэффективного вытесняющего агента;
- активные самопроизвольные окислительные процессы могут идти при более низких температурах, так как реальные пласты содержат катализаторы (CuO, MnO2, Cr2O3, NiO, CoO и др.).



Слева: время самовоспламенения нефти, справа: тепловой эффект реакций низкотемпературного окисления (НТО)

Быстрое инициирование активных внутрипластовых окислительных процессов является одним из важнейших следствий использования энергетики пласта для организации закачки воздуха на месторождениях легкой нефти.
Интенсивность окислительных реакций довольно быстро возрастает с увеличением температуры.



Результаты промысловых испытаний закачки воздуха на месторождениях легкой нефти (по международному соглашению «Интернефтеотдача» СССР – США)



Опыт применения термогазового воздействия в США



Добыча нефти в США за счет ТГВ

Термогазовый МУН в России
В последние годы в ряде российских нефтяных компаний ведется работа по обоснованию и подготовке промысловых испытаний термогазового МУН в различных геолого-промысловых условиях, в том числе:
- ОАО «Сургутнефтегаз» (Ай-Пимское и Маслиховское месторождения Баженовской свиты);
- ОАО «РИТЭК» (Галяновское и Средне-Назымское месторождения Баженовской свиты);
- ОАО «Газпром нефть» (Приобское месторождение);
- ОАО « Зарубежнефть» (залежи Центрально-Хоравейского поднятия с карбонатными и низкопроницаемыми коллекторами в Ненецком автономном округе и Висовое месторождение в ХМАО).
Баженовская свита (БС) представлена нефтематеринской породой, в которой еще не завершены процессы преобразования органического вещества – керогена в углеводороды.
Территория ее распространения – центральная часть Западно-Сибирской низменности – это более 1 млн км². Глубина залегания породы – 2500-3000 м. Толщина – 10-40 м. Температура пласта – 80-134°С. Геологические запасы нефти – 100-170 млрд. т.
Порода имеет сложные емкостные и фильтрационные свойства, а нефтеотдача пласта при работе традиционными способами не превышает 3-5%.

Литолого-физическая характеристика пород БС и вмещающих ее отложений

Основные особенности нефтекерогеносодержащих пород БС
Углеводородные ресурсы БС содержатся в двух формах:
- в органическом веществе – керогене (ср. сод. 23,3% от V породы);
- в форме легкой нефти (продукт генерации органического вещества – керогена), ср. сод. 7,2% от V породы.
Нетривиальный характер фильтрационно-емкостных свойств пород БС:
а) нефтекерогеносодержащие породы представлены двумя принципиально отличными типами: микротрещиноватым (порово-трещиноватым) коллектором – практически непроницаемой матрицей; макротрещиноватым (трещинно-кавернозным) коллектором;
б) микротрещиноватый коллектор (матрица) является нефтеотдающим в макротрещиноватый коллектор легкую нефть, образующуюся в процессе генерации керогена.



Фильтрационно-емкостные характеристики пород БС (зависимость от пластовой температуры)

Согласно результатам экспериментальных исследований кернов пород БС, при их нагреве до 250-350°С из микротрещиноватой породы извлекается легкая нефть, объем которой сопоставим и даже может превышать количество легкой нефти из макротрещиноватых пород.
Количество образующихся при окислении керогена углеводородных газов и легкой нефти может достигать 60% от массы разложившегося керогена.



Зависимость выхода нефти из пород БС от температуры

Основные задачи составных компонентов ТГВ на нефтекерогеносодержащие породы БС:
- максимально возможное извлечение легкой нефти из дренируемых в основном макротрещиноватых пород благодаря формируемому эффективному смешивающемуся агенту;
- вовлечение в активный процесс максимально возможного извлечения легкой нефти из микротрещиноватой матрицы вследствие преодоления её негативных фильтрационно-емкостных особенностей в результате управляемого теплового воздействия из дренируемых зон;
- вовлечение в разработку керогеносодержащих зон и извлечение из них углеводородов за счет термического крекинга и пиролиза.
При закачке водовоздушной смеси в пласты БС в трещиноватых пропластках продвигается зона генерации тепла, которая разогревает окружающие слои нефтематеринской породы.
Увеличение водовоздушного отношения (ВВО) приводит:
- к увеличению размера тепловой оторочки → к увеличению глубины прогрева окружающих слоев нефтематеринской породы;
- к увеличению скорости продвижения тепловой оторочки → к уменьшению глубины прогрева окружающих слоев нефтематеринской породы.
Следовательно, должно существовать оптимальное значение для ВВО.



Зависимость объема прогретой матрицы от водовоздушного отношения ВВО при ТГВ

Регулирование ВВО осуществляется на основе конкретного геологического строения залежей БС с необходимостью учета соотношения объемов дренируемых и недренируемых зон, а также их взаимного расположения.
Современный потенциал технико-технологических средств реализации технологии ТГВ:
- применение горизонтальных и горизонтально-разветвленных скважин;
- бурение боковых стволов;
- формирование разветвленных боковых дрен;
- применение гидроразрыва пласта различного дизайна, в том числе направленного;
- производство щелевой разгрузки призабойных зон;
- тепловое и термогазохимическое воздействие на призабойную зону;
- циклическое воздействие;
- применение различных технических устройств для закачки в пласт водогазовых смесей, в частности, насосно-компрессорных бустерных установок;
- производство и применение парогенераторов и забойных парогазогенераторов на основе монотоплива.



Строение БС: а) – схема, полученная по результатам многочисленных лабораторных экспериментов; б) - схематизация температурного процесса, который происходит в пласте БС при закачке водовоздушной смеси




Принципиальная схема строения коллектора Баженовской свиты Средне-Назымского месторождения:
1 – слой χ нефтематеринской породы;
2 – плотный карбонатизированный трещиноватый прослой;
3 – перфорированный ствол скважины;
4 – битуминозные глины;
5 – пути миграции нефти в скважину

С целью отработки термогазового МУН в ОАО «РИТЭК» выбрано Средне-Назымское месторождение, на опытном участке которого с августа 2009 г. ведутся промысловые испытания и освоение техники и технологии закачки воздуха и воды, а также системы контроля за процессом ТГВ.
После разработки и утверждения технологической схемы в конце 2010 г. предусматривается начать опытные работы по реализации термогазовой технологии.
Для прогноза возможных технологических результатов была создана геолого-гидродинамическая модель опытного участка, а также методика расчета процесса ТГВ применительно к геолого-гидродинамическим условиям опытного участка.
Результаты компьютерного моделирования подтвердили перспективность применения термогазового метода и целесообразность его развития для ввода в промышленную разработку месторождений БС, а именно:
- нефтеотдача от применения ТГВ на опытном участке может достигнуть 60%;
- накопленная доля добычи нефти из дренируемых зон может составить примерно 60%, в том числе за счет пиролиза содержащегося в этих зонах керогена -10-15%, а за счет термогидродинамического воздействия на недренируемые зоны – 25-30%.



Изменение КИН для пластов БС Средне-Назымского месторождения в зависимости от темпа закачки воздуха и его прирост за счет притока нефти из матрицы и керогена:
- синий – КИН без учета притока нефти из матрицы и керогена;
- красный – КИН с учетом притока нефти из матрицы и керогена;
- желтый – прирост КИН за счет притока нефти из матрицы и керогена



Промысловые испытания закачки воздуха на опытном участке Средне-Назымского месторождения. Увеличение газового фактора при ТГВ за счет выхода дополнительных углеводородных газов. Влияние выхода азота на газовый фактор не учитывалось:
- синие столбики – базовый дебит газа (при газовом факторе 85);
- красные столбики – прирост дебита газа при ТГВ за счет возрастания газового фактора (до 140-190);
Линиями обозначены среднесуточные дебиты (синяя – базовый, красная –при ТГВ).

Изменение состава добываемого газа при термогазовом воздействии:
- выход азота;
- увеличение дебита CO2 и углеводородов;
- отсутствие кислорода.






Изменение состава нефти при термогазовом воздействии. Анализ данных о фракционном составе нефти (3000 скв). Сравнение данных за 01.2009 г. и 01.2010 г.

Вязкость и плотность нефти снизились в 3 и 1,05 раз соответственно. Фракционный состав изменился в течение года в сторону большего содержания легких фракций.

Результаты промысловых исследований на опытном участке Средне-Назымского месторождения
К настоящему времени полученные данные промысловых исследований подтверждают рассмотренные выше теоретические положения по ТГВ, а именно:
- протекание активных внутрипластовых окислительных процессов (наблюдается значительное увеличение в добываемых газах доли азота до 45%, углекислого газа до 7%, отсутствие кислорода);
- использование керогена в качестве основного топлива во внутрипластовых окислительных процессах (как результат возможного пиролиза и крекинга керогена наблюдается увеличение, до двукратного, объема добываемых углеводородных газов);
- формирование в пластовых условиях смешивающегося вытеснения (наблюдается существенное увеличение в составе нефти легких фракций, по сравнению с данными, полученными до начала закачки воздуха и связанное с этим снижение плотности и вязкости нефти в 3 и 1,05 раз соответственно).

Потенциал прироста извлекаемых запасов нефти за счет освоения и развития термогазового МУН
Освоение и промышленная реализация термогазового МУН имеет принципиальное значение для увеличения российской сырьевой базы нефтедобычи и кардинального повышения эффективности разработки нефтяных месторождений, особенно в Западной Сибири.
Потенциал прироста извлекаемых запасов нефти за счет освоения и развития термогазового метода может составить:
- на месторождениях БС – 35-50 млрд. т;
- на месторождениях легкой нефти низкопроницаемыми коллекторами – 5-6 млрд. т.

Владимир Плынин, начальник отдела математического моделирования повышения нефтеотдачи ОАО «Зарубежнефть»
По материалам доклада на конференции «Энеркон – 2010» (Москва)
На первом рисунке: механизм извлечения нефти из пород БС