В статье автор рассматривает вопрос возможного использования сверхкритического диоксида углерода для увеличения нефтеотдачи пластов в рамках методов третичной нефтедобычи.
Ключевые слова: нефть, нефтедобыча, диоксид углерода, сверхкритический флюид.
Как мы знаем, нефтедобыча — одна из самых важных составляющих не только российской экономики, но и экономик многих других стран с большими залежами углеводородов. Долгое время нефть добывалась с использованием первичного и вторичного методов, заключающихся в извлечении нефти за счет потенциальной энергии естественного давления сопутствующего газа в пласте и последующего направления в пласт воды под внешним давлением, соответственно. Однако, эти подходы в какое-то время становятся неэффективными с точки зрения возможности извлечения всей имеющейся в пласте нефти, и на замену им стали использоваться различные варианты, так называемого третичного метода добычи нефти.
На данный момент существуют прогнозы, что через 10 лет уровень добычи лёгкой нефти в РФ упадет на 75–80 % по сравнению с нынешним, а выявленные запасы высоковязких углеводородов будут выше 50 %. Из-за повышения количества запасов труднодобываемых нефтей создается необходимость по увеличению эффективности их добычи [1].
Считается, что третичные методы добычи нефти могут повысить коэффициент извлечения нефти до 30–60 %, что превосходит возможности первичного и вторичного методов, которые составляют 20–30 % и 30–50 % соответственно. Можно констатировать, что в настоящем в США добывается до 10 % от общего количества добываемой нефти за счет третичных методов [2].
Одним из третичных методов увеличения нефтеотдачи пластов (УНП) является использование диоксида углерода (CO₂). Диоксид углерода может закачиваться в пласт, как в жидком, так и в газообразном состояниях, включая сверхкритическое флюидное ( далее — СКФ). Что же такое СКФ?
СКФ — это газофазное состояние вещества, характеризуемое условиями: Т›Ткр, Р›Ркр. В таком состоянии CO₂ способен легко проникать в пористые коллекторы, где сосредоточена большая часть запасов нефти в мире, растворяться в нефти, снижая ее вязкость, а также создавать условия для набухания нефти, способствуя тем самым самопроизвольному вытеканию нефти из пористой матрицы. Все это, включая и режисм полного смешения с нефтью при длительном контакте [3] увеличивает нефтеотдачу пластов.
Для того, чтобы CO₂ перешло в состояние СКФ, оно должно иметь параметры, превышающие параметры термодинамической критической точки. Для CO₂ давление Pкр=7.38 МПа и температура Tкр=31.1 °C. Фазовая диаграмма диоксида углерода приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Диаграмма фазового перехода CO₂
CO₂ был выбран для использования как СКФ не случайно. Он имеет относительно низкое значение критической температуры, довольно низкую стоимость и, что не маловажно в век зеленой экономики, он экологически чистый.
В качестве реального примера снижения вязкости нефти благодаря газоциклической закачке CO₂ в пласт можно привести результаты экспериментов, которые были проведены на Марьинском месторождении Самарской области. Результаты этих экспериментов приведены в таблице 1 [4].
Таблица 1 [4]
Снижение динамической вязкости нефти в пластовых условиях при газоциклической закачке сжиженного диоксида углерода
|
Нефть |
Давление, МПа |
Температура, ° C |
Содержание CO ₂ , % масс |
Вязкость, мПа·с |
|
Скважина 301 (до обработки CO₂) |
0,1 |
20 |
0 |
481,6 |
|
25,7 |
0 |
330,9 |
||
|
46 |
0 |
103,5 |
||
|
Скважина 301 (после обработки CO₂) |
12,9 |
25,7 |
5 |
217,2 |
|
25,7 |
20 |
76,9 |
||
|
25,7 |
40 |
35,2 |
||
|
Скважина 401 (до обработки CO₂) |
0,1 |
20 |
0 |
1197 |
|
25,7 |
0 |
785,1 |
||
|
46 |
0 |
218 |
||
|
Скважина 401 (после обработки CO₂) |
15,9 |
46 |
5 |
151,9 |
|
46 |
20 |
55,6 |
||
|
46 |
40 |
12,4 |
Расчеты показали, что при закачке CO₂ в пласт динамическая вязкость нефти падает с ростом содержания газа в ней. Можно заметить, что значения давления и температуры в скважине 401 отвечают сверхкритическому флюидному состоянию CO₂, что дает нам право утверждать, что сверхкритическое флюидное состояние CO₂ способствует снижению вязкости нефти значительно более эффективно.
Таким образом, мы можем сделать вывод, что использование третичного метода нефтедобычи и, в частности, СКФ CO₂-УНП является эффективным методом добычи нефтепродуктов и имеет тенденции к дальнейшему развитию.
Литература:
- Фомкин А. В., Жданов С. А. Тенденции и условия развития технологий повышения эффективности нефтеизвлечения в России и за рубежом. Нефтепромысловое дело, 2015. № 12. — С.3–5.
- Добыча нефти третичным методом. — Текст: электронный // neftegaz.ru: [сайт]. — URL: https://neftegaz.ru/tech-library/nefteotdacha/147486-dobycha-nefti-tretichnymi-metodami/.
- Гумеров Ф. М., Сверхкритические флюидные технологии. Экономическая целесообразность. Монография. Серия «Бутлеровское наследие». — Казань: Издательство Академии наук РТ, 2019. — С.102.
- Патент RU № 2652049. Способ газоциклической закачки жидкого диоксида углерода при сверхкритических условиях в нефтедобывающую скважину /Опубл. 2018 г.
