Инновационные технологии в нефтяной отрасли

Инновационные технологии в нефтяной отрасли

Введение

История отрасли

Современное состояние вопроса

Методы увеличения нефтеотдачи

Заключение

Введение. Нефтяная промышленность России является одной из ведущих отраслей в нашей стране, а нефть – главной статьёй российского экспорта (около 33%). Кроме того, ожидаемая цена на нефть определяет прогнозируемый рост благосостояния населения и бюджет нашей страны на год.

История отрасли. Первое обнаружение нефти в России произошло в 1684 году в районе Иркутского острога. Уже в 1745 году была налажена добыча и переработки нефти со дна Ухты. Но ещё в течение долгого периода времени данная отрасль оставалась убыточной в силу малой применимости данного продукта. После изобретения керосиновой лампы в середине XIX века, спрос на нефть вырос многократно и не падал вплоть до первой мировой войны и революции, приведших данную отрасль в упадок. Только в 1920-е гг. отрасль заново восстанавливается и наращивает мощности. Послевоенные 50-60-е годы СССР характеризуются бурным развитием нефтедобычи и освоением огромных месторождений по всей стране.

Современное состояние вопроса. К настоящему моменту из недр нашей планеты было извлечено около 150 млрд тонн нефти, среди которых на долю России приходится почти 18 млрд тонн. Несмотря на то, что около 30% нефти в мире добывается при помощи технологии поддержания пластового давления (Рис. 1б), более 99% добычи в нашей стране приходится на долю технологии заводнения. Таким образом, долгие годы Россия отдавала предпочтение единственной, но чрезвычайно эффективной технологии по добыче лёгкой маловязкой нефти. Однако запасы такой доступной нефти постоянно уменьшаются, и следует признать, что время дешёвой нефти практически на исходе, и наступает этап по добыче трудноизвлекаемой нефти.

Решение данной проблемы может быть найдено за счёт открытия новых месторождений нефти (Восточная Сибирь, арктический шельф) и создания эффективных технологий добычи трудноизвлекаемых нефтяных запасов.

Рис. 1. Естественная энергия пласта (а), закачка воды или газа (б), применение методов увеличения нефтеотдачи (в).

Методы увеличения нефтеотдачи. К сожалению, эффективность извлечения нефти по всему миру находится на низком уровне и колеблется от 25 до 40%. Таким образом, больше половины от первоначальных запасов составляет остаточная или неизвлекаемая нефть. Интенсификация добычи нефти направлена, прежде всего, на увеличение доли нефти, извлекаемой из скважины. Для этого появляется необходимость использования современных инновационных методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Потенциальные возможности увеличения нефтеотдачи за счёт МУН выглядят следующим образом: газовые методы – 5-15%, тепловые методы – 15-30%, химические методы – 25-35%, физические методы – 9-12%.

Закачка того или иного газа в коллектор является наиболее популярным из всех методов увеличения нефтеотдачи во всём мире. Обычно таким газом является углекислый газ. При этом подвижность нефти благодаря смешиванию закаченного газа и пластовой нефти увеличивается. Двуокись углерода, во-первых, является очень эффективным реагентом, стимулирующим нефтеотдачу, а, во-вторых, его применение позволяет снизить отрицательное воздействие на климат, уменьшая долю этого газа в атмосфере. В той или иной ситуации, в скважину также могут быть закачаны и другие газы, такие как  воздух, азот и пр.

Увеличение притока нефти и повышения эффективности эксплуатационных скважин может вестись за счёт искусственного увеличения температуры в их стволе и призабойной зоне. Данный тип добычи характерен для высоковязкой парафинистой и смолистой нефти Прогрев приводит к разжижению нефти, расплавлению парафина и смолистых веществ. При этом подвижность нефти увеличивается, и её можно эффективно извлекать. Помимо этого, в ходе подогрева возникает дополнительная движущая сила, способствующая добычи. Такими тепловыми методами являются паротепловое воздействие на пласт, а также внутрипластовое горение.

Химический подход используется для дополнительного извлечения нефти из сильно истощённых, заводнённых нефтяных пластов с рассеянной, нерегулярной нефтенасыщённостью. Одним из характерных реагентов в таких методах являются полимеры. Полимеры сгущают воду, что приводит к уменьшению соотношения вязкости нефти и воды в пласте, и сокращают риск прорыва воды из-за различий в вязкости или неоднородности пласта.

Интересной в этом ключе технологией является применение микробных биологических организмов. Биораствор может закачиваться в пласт, при этом микроорганизмы метаболизируют углеводороды нефти и выделяют полезные продукты жизнедеятельности, такие как спирты, уменьшающие вязкость нефти; биополимеры, повышающие плотность нефти, что облегчает ее извлечение при заводнении; биологические поверхностно-активные вещества, уменьшающие поверхностное трение нефти; газы, помогающие двигать нефть по стволу скважины.

Помимо перечисленных выше общих МУН, существуют методы, формально называемые физическими. К этой категории относятся гидравлический разрыв пласта (ГРП) и бурение горизонтальных скважин. Под гидравлическим разрывом понимается создание трещин в горных породах путём закачивания в них вязкой жидкости. Нефть из гидроразрыва попадает в скважину, тем самым увеличивая нефтеотдачу. Нефтеотдача также повышается, если производить бурение по возможности горизонтально, в результате чего площадь контакта продуктивного пласта со стволом скважины становится больше. Также представляют особый интерес электромагнитное и волновое воздействие на пласт. Применение СВЧ приводит к деэмульсации нефти, противодействует кристаллизации парафинов и вызывает дополнительный градиент давлений за счёт своего силового воздействия. Путём воздействия на изолированные участки пласта упругими волнами, распространяющимися на значительные расстояния и с достаточной интенсивностью, повышается проникающая способность нефти из малопроницаемых областей пласта.

Результаты анализа нефтедобывающей отрасли в целом по миру показывают, что востребованность современных методов увеличения нефтеотдачи непрерывно растёт. Первичная нефтеотдача (потенциал пластовой энергии) обеспечивает извлекаемость нефти не более, чем на 20-25%, вторичная нефтеотдача (заводнение и закачка газа) – на 25-35%. Использование методов увеличения нефтеотдачи позволяют увеличить извлекаемость нефти примерно в 1,5 раза. Если в 1985 такая добыча составляла в районе 70 млн. т./год, то в 2006 она достигла уже 140 млн. т./год (Табл. 1).

Табл. 1. Динамика применения современных МУН в мире.

МУН, млн. т./года	1985	1990	1995	2000	2006
Тепловые	40,6 (59,0%)	53,2 (57,1%)	61,5 (65,5%)	86,2 (64,1%)	89,5 (63,9%)
Газовые	25,5 (37,1%)	33,4 (35,9%)	30,9 (32,9%)	43,9 (32,7%)	48,3 (34,5%)
Химические	2,7 (3,9%)	6,5 (7,0%)	1,5 (1,6%)	4,3 (3,2%)	2,3 (1,6%)
Всего	68,8	93,1	93,9	134,4	140,1

Заключение. Инновационному развитию в таких странах, как США, Канада и Норвегия, способствуют специальные государственные программы, обеспечивающие изучение и внедрение методов увеличения нефтеотдачи. В период с 2004 по 2006 гг. благодаря успешной реализации программы поддержки отрасли добыча нефти в США за счёт применения одного лишь термогазового метода выросла в четыре с лишним раза. К сожалению, в России инновационные технологии в данной отрасли пока остаются на низкой стадии развития и на сегодняшнем этапе требуют серьёзных инвестиций.