Легко ли добыть нефть. Битум - это не только сырье для производства асфальта, но и ценный альтернативный энергоноситель. Часть 3⁠⁠

Часть 1: Легко ли добыть нефть. Битум - это не только сырье для производства асфальта, но и ценный альтернативный энергоноситель. Часть 1

Часть 2: Легко ли добыть нефть. Битум - это не только сырье для производства асфальта, но и ценный альтернативный энергоноситель. Часть 2

Кроме битумных писков, которые можно добывать открытым способом, существует масса месторождений, которые находятся далеко от поверхности земли, поэтому их разработка карьерным способом невозможна. Та применяют шахтный или скважинный метод добычи. Но как и при разработке битумных песков надо приложить немало усилий, чтобы извлечь битум на свет Божий для дальнейшего его использования. Существует несколько способов для уменьшения его вязкости.

Первый способ подходит для высоковязких мальт, которые ещё не потеряли подвижность, но поднять с помощью обычного насоса их очень трудно – слишком большая нагрузка. Для этого применяется циклическая закачка в нефтеносный пласт углекислого газа. Английское название этой технологии Huff & Puff, не смотря на то, что практически она применяться стала в нашей стране компанией РИТЭК (входит в АО «Лукойл»). Она заключается в том, что в пласт циклически закачивается углекислый газ, который смешивается с нефтью и ее вязкость снижается до десяти раз

Но как вы понимаете, этот способ неприменим для уже затвердевшего битума. Поэтому на помощь приходят старые, но эффективные тепловые методы в различных вариациях. В настоящее время доминируют два основных метода теплового воздействия с использованием пара в качестве теплоносителя:

• Циклическая закачка пара;

• Парогравитационный дренаж.

Но надо учитывать, что все эти тепловые методы эффективны только на небольших глубинах, не превышающих 500 метров, т. к. потери на нагревание настолько велики, что пар конденсируется, еще не попав на забой. Но в то же время глубина должна быть достаточной, чтобы не было прорывов пара на поверхность.

Наиболее старым из распространенных в современной практике нефтедобычи методов извлечения тяжелых нефтей является метод циклической закачки пара. Технология подразумевает чередование циклов стимуляции призабойной зоны пласта горячим паром и добычи нефти. Продолжительность таких циклов может исчисляться месяцами.

Схема разработки месторождения методом циклической

закачки пара

Сначала с помощью парогенераторов создают перегретый пар, который закачивают в пласт определенное время, достаточное для прогрева определенного объема нефтеносной мощи И затем выкачивают разогретый битум, который, как и всякое аморфное вещество, меняет свою вязкость при нагреве.

Данный метод отличается сравнительной технологической простотой и нетребовательностью к характеристикам пласта. При этом использование одной вертикальной скважины означает небольшой охват пласта прогревом и, соответственно, невысокий коэффициент извлечения на уровне 15-25 %. Дополнительным недостатком является цикличность процесса, что, по сути, означает продолжительный простой в добыче в 1 и 2 фазы цикла.

Парогравитационный дренаж, или SAGD (Steam-Assisted Gravity Drainage) представляет собой дальнейшее развитие технологии циклической закачки пара. SAGD подразумевает бурение двух горизонтальных скважин, расположенных параллельно, в среднем в 5 метрах друг от друга.

Схема разработки месторождения методом парогравитационного дренажа

Верхняя используется для нагнетания пара в пласт и создания высокотемпературной паровой камеры, нижняя для добычи разогретой смеси нефти и воды.

Разработка технологии SAGD позволила преодолеть основные недостатки метода циклической закачки пара, сделав добычу постоянной после стадии предварительного прогрева и доведя коэффициент нефтеизвлечения до значительных 40-60 %.

Для эффективного применения SAGD существуют определенные требования к структуре пласта. В частности, пласт должен иметь достаточно большую мощность и быть однородным на протяжении горизонтального участка длиной несколько сотен метров.

Не смотря на страшную иностранную аббревиатуру, эта технология разрабатывалась одновременно канадскими и нашими нефтяниками и сейчас применяется на экспериментальных скважинах в Татарстане. Например, на Ашальчинском месторождении так работает 18 скважин, средний дебит составляет порядка 20 тонн в сутки, что в 8-10 раз больше, чем вертикальные скважины на этом же месторождении, но вертикальные и работающие по методу циклической закачки пара.

Следующий метод – это внутрипластовое горение. Честно говоря, никогда не слышал про практическое применение этого способа. Может он существует только на бумаге, но так как мы рассматриваем различные методы добычи битумов и сверхвязких нефтей, не могу не упомянуть его.

Схема разработки месторождения тяжелой или сверхтяжелой нефти, нефтяного

битума методом внутрипластового горения

Технология основана на инициации и поддержании процессов горения углеводородов внутри пласта при помощи закачки окислителя (воздух, кислород). Процессы горения обеспечивают разогрев пласта, крекинг тяжелых фракций, повышение внутрипластового давления и подвижности нефти. При этом считается, что такой способ затронет только самые тяжелые фракции нефти, по сути коксовый остаток, а все ценное тепленьким поднимется наружу.

И последний метод – CHOPS , метод холодной добычи тяжелой нефти с песком (Cold Heavy Oil Production with Sand, CHOPS).

Этот метод нельзя однозначно классифицировать как внутрипластовый, или внепластовый, поскольку добыча хоть и ведется внутри пласта, поступающая на поверхность смесь нефтяного сырья и песка нуждается в разделении, аналогично продукции карьерной разработки.

При традиционной добыче попадание песка и фрагментов нефтесодержащей породы в скважинную жидкость крайне нежелательно, поскольку приводит к абразивному повреждению эксплуатационных труб и механизмов, появлению песчаных пробок, которые забивают проход труб. Однако, при разработке месторождений тяжелых нефтей было сделано интересное наблюдение, что извлечение связанного с нефтью песка позволяет дольше поддерживать высокие уровни добычи и достигать сравнительно высоких коэффициентов извлечения нефти.

Развитие и внедрение насосов и труб, устойчивых к механическим повреждениям и позволяющих беспрепятственно перекачивать многофазные смеси в 1980-х и 1990-х годах сняло основное технологическое ограничение для этого метода добычи.

Схема разработки месторождения тяжелой нефти, или нефтяного битума методом

CHOPS

Этот метод заключается в намеренном создании в рыхлом битумном песке чети трещин, червоточин, размывов с помощью закачки воды под давлением, а затем его подъем с помощью насосов.

Из всех технологий разработки месторождений тяжелых нефтей, CHOPS является наименее энерго- и трудоемкой, при удовлетворительном коэффициенте извлечения нефти на уровне 10-20 %. Воздействие на окружающую среду значительно ниже, чем у карьерных методов, отсутствует необходимость в тепле, присущая методам теплового воздействия, можно вести разработку на гораздо больших глубинах (порядка 800 метров).

Но этот метод имеет и большие ограничения. В качестве скелета пласта должен быть рыхлый песчаник, т. к. другую породу разрушить весьма проблематично. И добыть таким способом можно только высоковязкую нефть, твердый битум просто останется под землей.

После того, как мы добыли битум, возникает вопрос – а что с ним можно сделать. Ну, во-первых, его можно использовать традиционно – для создания асфальта, строительных кровельных материалов, битумных мастик и тд.

Но ведь битум, в контексте этих статей, выступает не как сырье доя строительной промышленности, а энергоноситель. Поэтому первое, что приходит в голову – сжечь. Естественно не в машине, а вот на тепловой электростанции. Ведь все видели, как он горит, когда делают кровельные работы. Только коптит, но горит хорошо.

Но тут тоже, как говорят в Крыму дочери некоторых офицеров, не все так однозначно. Во-первых, как его жечь. Ведь на холоде он твердый, а в жаре плавится. Кинуть его в топку как уголек – не получится, стечет с колосников. Только если предварительно расплавить и сжечь распыляя, как мазут в ТЭЦ. Только затратится энергия на его расплавление, да еще и битум не обладает высокой теплотворной способностью, а чтобы максимально его жечь надо создать интенсивную подачу кислорода, иначе коптит похлеще угля. А если учесть современный тренд энергетики на экологичность (зачастую вопреки экономическому и здравому смыслу), то сомнительно его применение в этом качестве. По крайней мере я ни разу не слышал про ТЭЦ на битуме.

Остается только одно – переработать его в синтетическое топливо (нефть). Для этого на помощь придет старый добрый и ламповый процесс Фишера-Тропша (Легко ли добыть нефть. Трудно быть Богом. Часть-3). Только вот из 4 тонн битума получается всего 1 баррель нефти. 4 тонн= 1 бочка нефти. Такая вот математика.

Всем, кто прочитал до конца – спасибо. Бонус - видео про добычу тяжелой нефти в России

В планах написать про геологию пласта, освоение скважин, сбор, учет и подготовку нефти и газа, а также про КРС (ремонтные работы). Кому интересно – подписывайтесь. Правда я уезжаю на вахту, но постараюсь писать в свободное время

Источники материала для написания статьи:

1. SPE International PetroWiki. [Электронный ресурс] Энциклопедия сообщества инженеров-нефтяников - https://petrowiki.org/Cold_heavy_oil_production_with_sand

2. Призабойная зона [Электронный ресурс] Горная энциклопедия: http://news-mining.ru/analitika/21343_prizaboynaya-zona/

3. Разработка залежей тяжелых нефтей и природных битумов [Электронный ресурс]Портал «Все о нефти». http://vseonefti.ru/upstream/sagd.html

4. Seeking Alpha Oil&Gas Investor Showcase 2013 [Электронный ресурс] Сайт Seeking alpha

5. Canadian Heavy Oil Association. Recovery Process - Cold Heavy Oil. [Электронный ресурс]Официальный сайт Canadian Heavy Oil Association,  https://www.albertacanada.com/mexico/

documents/P5_Recovery_Processes_-_Cold_Sept_23.pdf

6. Oil sands magazine. From Diluted Bitumen to Synthetic Crude: Upgrading Explained[Электронный ресурс] Журнал Oil sands magazine.: https://www.oilsandsmagazine.com/