Трудноизвлекаемые запасы в условиях истощения традиционных энергетических ресурсов приобретают все большее значение в мировой экономике, в том числе и в России, где месторождения легкой нефти выработаны более чем наполовину. К трудноизвлекаемым относятся и запасы тяжелой нефти, которые более, чем в два раза превосходят запасы традиционной нефти.
Тяжёлой нефтью называется нефть, которая обладает повышенной плотностью и высокой вязкостью. Считается, что высоковязкая нефть (ВВН) является остатком более легкой нефти, которая утратила низкомолекулярные компоненты вследствие разрушения бактериями, вымывания водой и испарения. Эти свойства затрудняют её извлечение на поверхность, теми способами, которые используются при добыче традиционной нефти — возникают осложнения при добыче, транспортировке и переработке нефти, что приводит к росту затрат. Коэффициент извлечения такой нефти колеблется в пределах от 5 до 30%.
Тяжелая нефть подразделяется на несколько видов — на тяжелую и сверхтяжелую нефть, а также на природный битум. Из этой тройки самые большие значения плотности и вязкости имеет природный битум — он слаботекуч и почти что твёрдый. Плотность природных битумов более 1000 кг/куб. м при вязкости более 10000 мПа*с.
В тяжёлых нефтях в большом количестве содержаться:
- смолисто-асфальтеновые вещества;
- азот-, хлор-, кислород- и серосодержащие соединения;
- ванадий;
- никель;
- медь;
- железо;
- молибден;
- вольфрам;
- свинец и др.
Высоковязкая нефть = Тяжёлая нефть?
Хоть и существует прямая зависимость между вязкостью и плотностью нефтей, это не исключает наличия большого количества залежей, содержащих тяжёлые, но не высоковязкие и высоковязкие, но не тяжёлые нефти. Например, содержание металлов, механических примесей, серы приводит к увеличение плотности нефти, но вязкость нефти может и не увеличиться. А парафин увеличивает вязкость нефти, но не плотность.
Что способствует образованию тяжёлых и высоковязких нефтей?
- Образование асфальтового слоя в зоне древнего водонефтяного контакта (ВНК);
- Осаждение асфальтенов в слабопроницаемых пропластках при понижении ВНК в процессе заполнения ловушки нефтью;
- Выпадение асфальтово-смолистых веществ при резком снижении давления и уменьшении газонасыщенности нефти;
- Осаждение асфальтенов в пластовых условиях при смешении лёгких нефтей с более тяжёлыми.
Где высоковязкие нефти образуются?
Различные виды битумов и продукты их преобразования распространены чрезвычайно широко в осадочных породах земной оболочки. Рассеянные битуминозные вещества, возникшие в результате преобразования органики в процессе захоронении осадков, содержатся в большем или меньшем количестве во всех серо-и темно-цветных толщах глин и глинистых сланцев и в подавляющем большинстве карбонатных известняково-доломитовых отложений. Битуминозные вещества встречаются на огромных по протяжению территориях, во всех без исключения субаквальных свитах, от древнего палеозоя и до современных осадков, образовавшихся в условиях погружения дна бассейна, обеспечивавшего захоронение органики. Среди этих пород имеются отдельные слои, обогащенные битумами настолько, что сама порода приобретает способность гореть. Рассматривая распространение этих особо обогащенных битумами слоев в земной коре, можно констатировать их наличие в различных по геологическому возрасту системах.
59 % скоплений коллекторов контролируются терригенными коллекторами, 41 % — карбонатными.
Битуминозные слои распространены в разрезах осадочных пород, заполняющих платформенные впадины. Отложения, обогащённые битуминозными веществами образовались на тех этапах жизни бассейнов, которые характеризовались устойчивым прогибанием дна и быстрым захоронением осадков.
Строения залежей битумов схожи с нефтяными. Они представляют собой скопления с содержанием битумов от 1 до 20 % к весу породы (40-98 к объёму пор), с определенными границами, за которыми битумонасыщенность снижается до 1% и ниже.
Распределения высоковязких нефтей по вязкости и по плотности
Наиболее распространены залежи, содержащие нефти с вязкостью меньше 100 мПа*с, наименее — с вязкостью более 500 мПа*с.
Среднее значение плотности высоковязких нефтей в РФ и СНГ — 890 кг/м3.
ВВН с наименьшей плотностью (834 кг/куб. м в пластовых условиях) относятся к нижнетриасовым пластам VI—X месторождения Кенкияк в Казахстане. Наиболее высокие значения плотности — более 990 кг/куб. м — отмечаются для нефтей верейско-башкирских отложений Галактионовского и Владимирского месторождений Республики Татарстан. В целом же плотность 840—865 кг/куб. м характерна для 25 % залежей ВВН, в 75 % таких залежей она не превышает 910 кг/куб. м.
Распределение пластовой температуры на месторождениях ВВН
Вязкость и плотность нефтей связаны с пластовой температурой, которая в свою очередь прямо зависит от глубины нахождения залежей. Невысокие температуры характерны для неглубокозалегающих залежей, содержащих нефти повышенной вязкости и плотности.
Наибольшее число залежей ВВН имеют температуру от 20 до 30 °C.
Пластовая температура залежей ВВН изменяется от 8 °C (девонский пласт III Ярегского месторождения) до 68 °C (подкирмакинская свита месторождения Старое Кала в Азербайджане, глубина залегания 2300-2370 м). Наибольшее число залежей — 68 %, — имеет температуру от 20 до 30°C, среднее значение – 27 °C. Повышенные величины пластовой температуры (более 50 °C) характерны для залежей ВВН Узбекистана и Таджикистана, причём на относительно небольших глубинах — от 1000 до 1250 м.
Распределения вязкости и запасов ВВН по глубине их залегания
Диапазон глубин залегания залежей ВВН – от 80 м (пласт III окобыкайской свиты месторождения Оха на о-ве Сахалин) до 3720 м (неогеновые отложения на месторождении Шорбулак в Узбекистане). Наибольшая концентрация залежей ВВН отмечается на глубине от 800 до 1600 м. Почти треть — 31 %, — рассматриваемых залежей находится на глубине до 800 м (о-ва Caхалин и Западного Казахстана, а также отдельные залежи Азербайджана и Республики Коми).
Неглубокое залегание залежей ВВН обусловливает в целом невысокие значения пластового давления, которое в 90 % залежей не превышает 15 МПа, а в 45% находятся в диапазоне от 10 до 15 МПа.
Поиск и разведка залежей ВВН
При изучении битумовмещающих отложений проводится стандартный комплекс геофизических исследований скважин (ГИС), который включает следующие методы:
- нейтронный каротаж (нейтронный гамма и компенсационно-нейтронный методы);
- гамма-каротаж;
- КС, ПС;
- индукционный каротаж;
- боковой каротаж.
Стандартный комплекс ГИС решает следующие задачи:
- выделение пластов и оценка их коллекторских свойств;
- оценка по значениям удельного сопротивления пласта коэффициента насыщенности ТВВН.
Методы НГК, ГК, КНК используются с целью получения информации об ёмкостных характеристиках коллекторов и расчленения разреза. Электрометрия (ПС, КС, БК, ИК) применяется для оценок удельного сопротивления пластов и характера их насыщенности.
Стоит отметить, что на территории распространения залежей битумов подземные воды являются более минерализованными — они содержат повышенное количество хлоридов и брома. Также наличие гидрохимической инверсии в разрезе служит поисковым показателем для выявления залежей битумов.
Как подсчитать запасы ВВН?
Для подсчёта запасов высоковязкой нефти можно использовать формулу, с помощью которой подсчитывают запасы традиционной нефти:
- F – площадь нефтеносности, м2;
- h – эффективная нефтенасыщенная толщина, м;
- m – коэффициент пористости, д. ед.;
- Кнн – коэффициент нефтенасыщенности, д. ед.;
- ρ – плотность нефти, кг/м3;
- θ = 1/b – пересчётный коэффициент, учитывающий усадку нефти, д. ед.;
- b – объёмный коэффициент пластовой нефти.
Опыт и перспективы разработки месторождений ВВН
Запасы ТВВН более, чем в два раза превосходят традиционные (810 млрд тонн). В тройку лидеров по доказанным запасам ТВВН входят: Канада (365 млрд т), Венесуэлы (206 млрд т.) и Россия (9 млрд т). Также запасы ТВВН имеют США, Индонезия, Колумбия, Мадагаскар.
Основные запасы битумов в Канаде сосредоточены на месторождениях Атабаска, Коулд-Лейк и Пис-Ривер. Ресурсы битумов в Канаде оцениваются в 365 млрд т. По извлекаемым запасам битумов Канада фактически занимает первое место в мире: запасы оцениваются в 35,6 млрд т. При добыче битумов в объеме 145 млн т/г их запасов в Канаде хватит на 200 лет.
Венесуэла располагает самыми крупными запасами сверхтяжелых нефтей в мире. Основные запасы сверхтяжелых нефтей сосредоточены в Поясе Ориноко. Геологические запасы оцениваются в 206 млрд т. Продуктивные пласты на месторождении Ориноко располагаются на глубине от 150 до 1300 м при их толщине от 15 до 130 м. Пористость продуктивного пласта находится в пределах от 30 до 34 % и проницаемость свыше 1 Дарси. Плотность нефти колеблется от 979 до 1010 кг/куб. м.
71 % от общего объёма залежей России находятся в Волго-Уральском и Западно-Сибирском нефтегазоносных регионах. При этом в Приволжском и Уральском регионах содержится 60 % от общероссийских запасов тяжёлых и 71 % вязких нефтей. Серьезные запасы тяжелых нефтей и битумов расположены в Татарстане, они составляют, по разным оценкам, от 1,5 до 7 млрд т. По качеству — нефть разрабатываемых месторождений преимущественно сернистая, высокосернистая (80 %) и высоковязкая (67 % остаточных извлекаемых запасов), а по плотности — средние и тяжелые (68 % остаточных извлекаемых запасов). В последние годы активно разрабатывается Ашальчинское месторождение: с начала 2007 года производят опытно-технологические работы по добыче тяжелой нефти. Арктический регион России богат нефтегазовыми месторождениями: на шельфе и побережье Печорского и Карского морей разведано 19 месторождений тяжелых и битуминозных нефтей. Их общие извлекаемые запасы составляют 1,7 млрд т. Непосредственно на шельфе, в Печорском море, на пяти открытых месторождениях сосредоточено 0,4 млрд т извлекаемых запасов, 85 % которых представлены тяжелыми и битуминозными нефтями. Стоит отметить, что поиски запасов ТВВН как России, так и в мире ещё не завершились — потенциально запасов таких нефтей намного больше.
Заметим, что одной из наиболее важных тенденций, наблюдаемых в современном нефтедобывающем секторе, является снижение добычи легкой нефти и нефти средней плотности. Запасы нефти, удобные для добычи, истощаются ускоренными темпами. В РФ степень выработанности запасов осваиваемых нефтегазовых месторождений достигла 60 %, при этом добыча ведется с использованием сверхинтенсивных технологий. Другие месторождения находятся в северных районах и содержат трудноизвлекаемые запасы тяжелой нефти и сложные подгазовые залежи.
По прогнозам к 2035 г. добыча нетрадиционных нефтей будет расти высокими темпами – примерно 10 % в год. Доля потребления нетрадиционных нефтей в общем объеме потребления нефти к 2035 г. вырастет до примерно 9 %. Мир располагает огромными геологическими запасами нетрадиционных нефтей и, несмотря на высокие издержки, это позволяет наращивать добычу нетрадиционных нефтей и за пределами 2035 г. Однако коэффициент извлечения нефти для таких месторождений колеблется в пределах от 5 до 30 %. и для извлечение ТВВН необходимы льготы на добычу и переработку.
ИСТОЧНИКИ
- Тяжёлая нефть [Электронный ресурс] // PetroDigest.ru URL: https://petrodigest.ru/articles/neft/heavy-crude-oil
- Ибатуллин Р.Р. Технологические процессы разработки нефтяных месторождений, 2010. – 325 с.
- Муслимов Р.Х. Нефтеотдача: прошлое, настоящее, будущее: учебное пособие. – Казань: Изд-во «Фəн» Академии наук РТ, 2014. – 750 с.: 798 с. ил.
- Халимов Э.М., Климушин И.М., Фердман Л.И. Геология месторождений высоковязких нефтей СССР: Справочное пособие. – М.: Недра, 1987. – 174 с., ил.
- Корнилова Д.И., Соловьёв Д.Ю. Особенности распространения и освоения залежей тяжёлых и высоковязких нефтей на юге пермского края // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. – 2016. — №1. – с. 40-44.
- Юсупова Т.Н., Ганеева Ю.М., Петрова А.М., Мухаметшин Р.З., Галеев А.А. Геохимические особенности и условия образования битумов в нефтяных залежах (на примере месторождений Татарстана) // Геология нефти и газа. – 2009. – №2.
- Высоковязкие нефти и природные битумы: проблемы и повышение эффективности разведки и разработки месторождений // Материалы Международной научно-практической конференции. – 2012. – 35-37 с.
- Брод И.О., Левинсон В.Г., Еременко Н.А. Геологические условия битумообразования и нефтегазонакопления. – Изд-во МГУ, 1948. – 28 с.
- Лазарев В.В. Геология: учеб. пособие для СПО / В.В. Лазарев. – Волгоград: Издательский Дом «Ин-Фолио», 2010. – 384 с: илл.
- Милосердова Л.В. Геология, поиск и разведка месторождений нефти и газа: Учебное пособие. Книга 1. – М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. – 216 с.: ил.
- Захаров И.В. Определение местоположения и метод доразработки трудноизвлекаемых запасов нефти в слабодренируемых зонах нефтяных залежей находящихся на поздней стадии разработки // Геология, разработка и эксплуатация нефтяных месторождений с ТИЗ,. – М., 2007
- Тяжёлые нефти России [Электронный ресурс] // Всё о нефти, 2009. – URL: https://vseonefti.ru/neft/tyazhelye-nefti-Rossii.html
- Мы в Telegram: t.me/abouthydrocarbons
