Особенности разработки месторождений высоковязких нефтей и природных битумов

Условия залегания природных битумов разведанных месторождений на территории России, в частности на территории Татарстана, отличаются сравнительно малыми глубинами, низкими величинам пластовых давлений и температур, высокой вязкостью битума в пластовых условиях, сравнительно малыми мощностями битумонасыщенных пластов, сильной неоднородностью  битумонасыщенности по толщине пласта, слабой сцементированностью песчаных коллекторов, близким расположением и существенным влиянием водоносных горизонтов, содержащих пресную воду и т.п.

В этих условиях притоки вязкого битума в скважины на естественном режиме работы пласта малы и рациональным признано применение уже на первом этапе разработки скважинных тепловых методов. Наиболее богатый научно-практический опыт добычи природных битумов накоплен в Татарстане, где ведется опытно-промышленная разработка Мордово-Кармальского и опытные работы на Ашальчинском месторождениях природных битумов. Добыча битума осуществляется с применением внутрипластового горения, циклической закачки пара, циклической закачки парогаза, площадной закачкой парогаза, циклической закачкой воздуха. Процесс эксплуатации скважин при разработке месторождений с помощью внутрипластового горения может быть разделен на три характерных этапа, отличающихся по свойствам откачиваемой среды и условиями работы скважинного оборудования.

Добыча пластовой жидкости с первоначальными параметрами, как правило, мало обводненной, высоковязкой, с невысоким газосодержанием, возможно с мехпримесями. Вследствие влияния процесса горения происходит постепенное повышение температуры и обводненности, снижение вязкости, рост дебита и повышение температуры и обводненности, снижение вязкости,рост дебита и содержание мехпримесей в продукции, поступление продуктов горения в добывающие скважины, рост газового фактора до тысяч м³/м³. Резкое увеличение температуры на забое при приближении фронта горения. Дальнейшее понижение вязкости, увеличение обводненности, увеличение выноса механических примесей. Резкая интенсификация процесса абразивно-коррозионного износа оборудования. Для создания гидродинамической связи между скважинами и для добычи битумов на стадии разработки, предшествующей площадному тепловому воздействию, применяются технологии термоциклического воздействия на битумонасыщенные пласты паром и парогазом.

Способы извлечения природных битумов

Основными способами извлечения природных битумов являются скважинные и рудничные.

При скважинных способах природные битумы добываются после предварительного увеличения их подвижности в пласте путем разогрева.  Разогрев может быть осуществлен нагнетанием пара, парогаза, внутрипластовым горением и др.

К рудничным способам относятся шахтные и карьерные методы.  При этом способе порода извлекается на поверхность, а природные битумы и высоковязкие нефти, содержащиеся в ней, можно экстрагировать растворителями, горячей водой, паром с добавками ПАВ, щелочами и др.

Основными методами добычи природных битумов являются тепловые методы - внутрипластовое горение, закачка пара, парогаза и их модификации.

Внутрипластовое горение

Различают две модификации процесса внутрипластового горения: “сухое” и “влажное”.

При “сухом” ВГ в пласт подается только воздух.  В пласте образуется фронт горения, позади которого остается сухая, сожженная порода.  Температура на фронте горения достигает 600-800 °С.  В пласте можно выделить несколько температурных зон: выжженная, горения остаточного топлива, термической реакции, пароводяная, горячей воды и конденсата, начальной пластовой температуры.

Коэффициент вытеснения при “сухом” ВГ может достичь 90 %.  Его величина зависит от пористости, нефтенасыщенности и количества сгорающего топлива.  Практически, из пласта вытесняется вся нефти, за исключением того, что сгорает на фронте.

Теплоемкость закачиваемого агента можно повысить, нагнетая в пласт воду совместно с воздухом.  Если количество нагнетаемой воды таково, что впереди фронта горения образуется большое паровое плато, то процесс называется влажным внутрипластовым горением.

Вода и воздух должны закачиваться попеременно, такое нагнетание агентов способствует увеличению охвата пласта.  Благодаря снижению фазовой проницаемости и соответствующему повышению давлений нагнетаний закачиваемые агенты поступают в большее число пропластков.  Рост градиентов давления способствует вытеснению высоковязких нефтей и природных битумов из малопроницаемых пропластков.

Выбор системы воздействия  на  ПБ и ТН рекомендуется   на основании критериев применимости  методов повышения  нефтеотдачи (табл.16).

Таблица 16.

Критерии выбора объектов для разработки

методом внутрипластового горения

Закачка пара

При закачке теплоносителя в пласте образуются две области - область, охваченная теплом, и область, неохваченная теплом.  Эти области непостоянные и изменяются во времени.  При этом в процессе нагнетания теплоносителя область, охваченная теплом, возрастает по направлению от нагнетательных скважин к добывающим.  Наличие в пласте двух областей формирует механизм вытеснения нефти.

В связи с высокими температурами в зоне пара из высоковязкой нефти, вследствие ее перегонки, выделяются легкие компоненты, способствующие повышению коэффициента вытеснения.  Количество легких компонентов зависит от состава высоковязкой нефти.  Чем “легче” нефть, тем больше количество легких компонентов образуется в пласте и тем выше коэффициент нефтеотдачи.

Важным фактором в улучшении технологии применения закачки пара для увеличения нефтеотдачи пластов является использование тепловых оторочек.  Закачиваемая вслед за паром холодная вода регенерирует часть ушедшего тепла и перемещает образованный ранее углеводородный вал.

Выбор системы воздействия  на  ПБ и ТН рекомендуется   на основании критериев применимости  методов повышения  нефтеотдачи (табл.17).

Таблица 17

Критерии выбора объектов для разработки

методом закачки пара