Интенсификация добычи нефти
Нефть, как известно, чёрное золото, то есть фактически — деньги. А ведь совсем не дело, когда деньги идут тоненьким ручейком, а не мощным потоком. Что приводит к уменьшению отбора нефти и как с этим бороться?
В начальной фазе разработки месторождения давление в продуктивном пласте высокое, по мере эксплуатации оно начинает снижаться. Очевидный способ поддержать давление в пласте — закачать в него что-нибудь. Для этого обычно используется самая доступная жидкость на Земле — вода. На месторождении строятся нагнетательные скважины, через которые в пласт подаётся вода в объёме равном или немного превышающем объём извлекаемой нефти. Если нагнетательные скважины расположены по периметру залежи, то такой способ поддержания пластового давления называется законтурным заводнением, если вода подаётся прямо в пласт, то внутриконтурным.
Заводнение способствует увеличению дебита скважин, но возникает другая проблема — растёт содержание воды в скважинной жидкости. Более высокотехнологичный подход основан на использовании растворов полимерных материалов. Одной из наиболее известных в России полимерно-гелевых систем является РИТИН-10, выпускаемый компанией РИТЭК. Попадая в пласт, полимер образует гель, который уменьшает подвижность находящейся в нём воды. Благодаря этому, повышение дебита скважины достигается при меньшей обводнённости продукции.
Бывает и так, что давление в пласте высокое, но нефть не может проникнуть к скважине из-за плохой проницаемости коллектора. Если природа не потрудилась сделать в пласте достаточно пор и трещин, этим должны заняться люди. Вначале на пласт пробовали воздействовать взрывами, такой метод назывался торпедированием. В результате торпедирования на короткое время дебит скважины увеличивался в 5-10 раз, но очень быстро снижался до прежней величины. Причина в том, что трещины от взрыва расходились недалеко от призабойной зоны, оставляя нетронутыми удалённые участки. При этом увеличить мощность заряда было невозможно, поскольку его габариты ограничивались диаметром скважины. Для достижения лучшего эффекта требовалось что-нибудь посильнее тротила.
В 1965 году на Грачёвском нефтяном месторождении в Башкирии было применено стимулирование пласта путём подрыва трёх промышленных ядерных зарядов. Результат оказался неплохим, после этого было проведено несколько десятков подобных взрывов. Ядерные заряды применялись на Осинском, Тяжском, Еси-Еговском, Среднебалыкском, Среднеботуобинском месторождениях.
«В зоне ядерного взрыва начальная температура превышает 10 миллионов градусов, а давление достигает миллиарда атмосфер. Мощный фронт ударной волны движется радиально — от центра заряда. Происходит испарение, плавление, дробление, смещение и растрескивание окружающей породы. В зоне испарения пород образуется сферическая полость, которая расширяется до тех пор, пока давление заключенных в ней газов не уравновесится горным давлением налегающих пород. Расплавленная порода стекает с кровли и стенок полости вниз; здесь она собирается в прудок и постепенно затвердевает в нерастворимую стеклообразную массу.» — так описывается воздействие ядерного взрыва на пласт в февральском номере журнала «Наука и Жизнь» от 1973 года.
В США благодаря применению ядерного стимулирования появилась надежда начать добычу газа из сланцев и уплотнённых песчаников. В рамках программы Plowshare американцы провели три испытания (Gasbuggy в 1967 году, Rulison в 1969-м и Rio Blanco в 1973-м) для отработки технологии добычи сланцевого газа.
Как в СССР, так и в США одним из негативных побочных эффектов применения ядерных зарядов было некоторое увеличение радиоактивности полученного углеводородного сырья. «Напрашивается вывод — не начинать отбор нефти из зоны ядерного стимулирования, пока не завершится естественный распад всех радиоактивных изотопов. Но тогда пришлось бы ждать многие годы, что неприемлемо с технико-экономической точки зрения. Какой же выход?» — обсуждается эта проблема всё в той же статье журнала «Наука и Жизнь». Ничего лучше, чем разбавление полученной продукции нефтью и газом с других месторождений и использование смеси только для промышленных нужд (в качестве котельного топлива или сырья на нефтехимическом производстве) придумано не было. Был у ядерных взрывов недостаток и посерьёзней радиации. Эффект от такого стимулирования оказывался недолгим, образовавшиеся в коллекторе трещины быстро схлопывались и проницаемость пласта уменьшалась.
Серьёзным прорывом в области повышения продуктивности скважин стало изобретение гидроразрыва. С помощью мощных насосов в пласт закачивается жидкость разрыва, а в образовавшиеся трещины подаётся расклинивающий агент, не позволяющий смыкаться стенкам трещин. Гидроразрыв был изобретён в СССР и США примерно одновременно — на рубеже 40-х и 50-х годов прошлого века. Первый ГРП осуществила компания Halliburton, используя в качестве жидкости разрыва обычную воду, а в качестве расклинивающего агента — речной песок.
Наряду с гидроразрывом разработаны и применяются другие методы воздействия на пласт. Среди них — щелевая разгрузка прискважинной зоны, кислотное воздействие, азотно-импульсная обработка, виброволное воздействие, объёмное волновое воздействие, электрическая обработка, закачивание в скважину различных реагентов, газодинамический разрыв пласта. Методы могут комбинироваться, например при проведении гидроразрыва в пласт может закачиваться кислота.
