К оглавлению журнала

 

УДК 622.276.05.003.13

© Коллектив авторов, 1990

Повышение эффективности комплексного освоения месторождений тяжелых металлоносных нефтей и битумов

М.Д. БЕЛОНИН, И.С. ГОЛЬДБЕРГ, В.В. ГРИБКОВ, Н.И. ИСКРИЦКАЯ (ВНИГРИ)

Многие месторождения тяжелых высоковязких нефтей и битумов, как на территории СССР, так и за рубежом (Венесуэла, США, Канада и др.) содержат промышленные концентрации ванадия, никеля и других металлов. Для повышения эффективности разработки месторождений, содержащих нефти повышенной вязкости, широко применяются термические методы воздействия на пласт. В СССР наибольшее распространение получили методы паротеплового воздействия (ПТВ) и внутрипластового горения (ВГ). Применение различных их модификаций позволяет значительно увеличить нефтеотдачу пластов и вовлечь в разработку трудноизвлекаемые запасы УВ. Вместе с тем при доказанной технологической эффективности применения термических методов остаются нерешенными вопросы комплексного освоения месторождений металлсодержащих тяжелых нефтей и битумов, в том числе попутного извлечения ванадия и никеля. В частности, существовавшими до последнего времени проектами разработки месторождений промышленно ванадиеносных высоковязких нефтей п-ова Бузачи (Каражанбас, Северные Бузачи, Жалгизтюбе) добыча ванадия не предусматривалась. Экономический ущерб от неизвлечения пятиокиси ванадия, содержащегося в этих нефтях, может превысить 350 млн. руб.

В целях изучения влияния различных термических методов разработки на степень извлечения металлов были проведены исследования по анализу концентраций ванадия и никеля в нефти из добывающих скважин на опытно-промышленных промыслах ВГ и ПТВ Каражанбасского месторождения. При этом исходили из следующей модели изменения концентрации ванадия и никеля в нефти в процессе осуществления технологии ВГ. При формировании фронта горения металлы должны концентрироваться в коксовом остатке из сгорающего топлива. По мере перемещения фронта горения и формирования зоны пара и вала горячей воды и легких УВ должно наблюдаться резкое уменьшение концентрации ванадия и никеля в добываемом продукте по сравнению с нефтью, полученной вне зон реагирования. Далее в зоне, не охваченной тепловым воздействием, наблюдаемое относительное снижение вязкости и плотности нефти должно также отразиться в уменьшении концентрации асфальтово-смолистых компонентов и связанных с ними металлов [2].

Рассмотренная модель достаточно хорошо подтверждается результатами выполненных исследований, которые базируются на анализе 89 проб нефти из добывающих скважин промысла ВГ. Концентрации ванадия и никеля в нефти определялись без озоления проб методом флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа с использованием полупроводникового спектрометра и рентгеновской трубки по методике, разработанной во ВНИГРИ (В.С. Пономарев, А.Р. Назаров). На основании полученных аналитических данных были построены карты распределения концентраций ванадия и никеля, и по величине потерь металлов оконтурены зоны, которые должны соответствовать зонам с различной интенсивностью воздействия (рис. 1, рис.2). При этом направление фронтов горения, вероятно, можно трассировать по минимальным значениям величин концентрации заключенных в нефти металлов. Однако при сетке скважин 200x200 м, как правило, не удается проследить резкого изменения содержания металлов от нагнетательных к добывающим скважинам, поскольку очаги горения и зона конденсации не достигают последних.

В целом по промыслу в результате ВГ происходит безвозвратная потеря металлов в добываемой нефти, которая составляет для ванадия в среднем 36,3 % от его извлекаемых запасов, достигая в зонах интенсивного воздействия 70–75 %. Среднее содержание (% от исходного) ванадия и никеля в нефти при осуществлении ВГ в зоне сильного воздействия составляет 39,5 и 38,6, среднего – 64,2 и 77,2, слабого – 81,5 и 91,7, без воздействия – 100 и 100 соответственно. Соотношение по площади распространения этих зон следующее: сильное воздействие– 11%, среднее – 61, слабое – 28. При этом наиболее значительная по площади зона резко пониженных концентраций ванадия в нефти связана с элементами нагнетательных скважин (82, 80а, 78), где процесс горения осуществляется с 1981 –1982 гг. Эта зона оконтуривается также по пониженным концентрациям в нефти никеля (см. рис. 2).

Расчеты показывают, что убытки от безвозвратных потерь пятиокиси ванадия и никеля в результате горения за весь период эксплуатации опытного промысла могут составить в действующих оптовых ценах более 40 млн. руб. При вовлечении в разработку методом ВГ всех месторождений высоковязкой нефти п-ва Бузачи (Каражанбас, Северные Бузачи, Жалгизтюбе) предполагаемый экономический ущерб от потерь пятиокиси ванадия оценивается в 135,5 млн. руб., в том числе по Каражанбасу – около 70.

Наряду с ВГ на опытном участке месторождения Каражанбас отрабатывается метод добычи нефти с помощью ПТВ. Как показали исследования, потери металлов (ванадий, никель) при ПТВ незначительны и не превышают 10–15 % от извлекаемых запасов. Учитывая, что коэффициент нефтеотдачи при ВГ и ПТВ приблизительно одинаков, при разработке месторождения Каражанбас более экономически оправданным следует считать метод ПТВ.

Таким образом, представленные расчеты показывают, что разработка месторождений высоковязкой нефти с промышленным содержанием металлических компонентов, в частности ванадия, при применении метода ВГ приводит к значительным экономическим потерям, которые усугубляются еще и тем, что сгорает 10–40 кг нефти (топливо) на 1 м3 пласта [1]. Кроме того, ВГ сопровождается протеканием деструктивно-окислительных процессов, приводящих к изменению химического состава и молекулярной структуры нефти [3], т. е. к получению качественно новых продуктов, требующих дополнительных этапов переработки для получения компонентов масел и дизельного топлива.

Наряду с положительным эффектом паротепловой способ имеет и негативные стороны: потребность в больших объемах воды, пригодной для производства пара; сооружение и эксплуатация парогенерационного производства со значительными энергозатратами; прогрессирующее обводнение добываемой нефти на определенном этапе эксплуатации; затруднения с транспортировкой добытой высоковязкой нефти.

Таким образом, принятые как у нас, так и за рубежом способы разработки тяжелых высоковязких нефтей, обогащенных ванадием, не обеспечивают комплексной и высокоэффективной их эксплуатации. Поэтому были проведены теоретические и экспериментальные исследования в поисках новых путей разработки ванадиево-нефтяных месторождений. Метод термальной добычи вязкой нефти с использованием процесса висбрекирования добытой нефти (В.К. Хант, 1984 г.) не имеет отмеченных выше недостатков паротеплового воздействия на пласты, экономически более эффективен и обеспечивает более полное извлечение нефти из пластов. Способ основан на территориальном и технологическом совмещении процессов добычи и переработки вязкой нефти. Он включает ее переработку непосредственно на промысле на установке термической переработки нефти (УТП), отбор с установки и закачку в пласт теплоносителя на УВ-основе. С некоторыми дополнениями и изменениями этот способ позволяет извлекать и полезные попутные компоненты, в частности ванадий.

Осуществление предлагаемого способа на месторождении промышленно ванадиеносных высоковязких нефтей обеспечивает: получение теплоносителя-разбавителя на УВ-основе, химически однотипного с пластовой нефтью; необходимую температуру закачиваемого в пласт теплоносителя; деасфальтизацию и деметаллизацию добываемой нефти, так как асфальтены, тяжелые смолы и металлы остаются в получаемом на установке углерод-металлическом концентрате (УМК); подачу с УТП в транспортный трубопровод “облагороженной” нефти, очищенной от асфальтенов и металлов; экономию дорогостоящего топлива; более глубокую переработку нефти, что дает дополнительные количества товарных полупродуктов (компоненты бензинов, реактивного и дизельного топлива и т. д.) и, главное, обеспечивается наработка УМК, обогащенного легирующими металлами (V, Ni и др.), пригодного для непосредственного использования в металлургических процессах.

Также при закачке в пласт теплоносителя-разбавителя на УВ-основе значительно повышается коэффициент извлечения высоковязких нефтей, предотвращается техногенное обводнение добываемой нефти и исключаются нежелательные вторичные химические, физические и биологические явления в пласте.

Опыт закачки в пласт легкой нефти в качестве растворителя имеется на опытном участке пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения в Тимано-Печорской НГП. Положительные результаты были также получены при закачке в пласт растворителя на Миннибаевской площади. По результатам этих исследований во ВНИГРИ были проведены технико-экономические расчеты возможности применения УВ-теплоносителя в качестве рабочего агента для повышения нефтеотдачи пластов на месторождении Каражанбас. Метод закачки УВ-теплоносителя, получаемого на промысле, сравнивается с методами ВГ, с паротепловым воздействием на пласт, а также с разработкой месторождений на естественном режиме (таблица).

Наибольший уровень добычи нефти при минимальных приведенных затратах обеспечивается по варианту с применением УВ-теплоносителя, т. е. этот вариант является наиболее экономически целесообразным. Экономический эффект от получения дополнительной нефти составляет около 6 млн. руб. в год, а от попутного извлечения пятиокиси ванадия – 3,7. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, необходимых для осуществления комплексной технологии добычи и переработки высоковязкой нефти с извлечением попутных компонентов, по предварительным расчетам не превышает два-три года.

Проведенные исследования и технико-экономические расчеты показывают, что внедрение технологии территориального и технологического совмещения добычи, переработки и попутного извлечения металлов позволяет более комплексно использовать богатства недр на экономически рентабельной основе с щадящим экологическим режимом.

Предложенная технология может быть распространена на другие месторождения высоковязких промышленно ванадиеносных нефтей и битумов, и в первую очередь Волго-Уральской, Тимано-Печорской и, возможно, Западно-Сибирской провинций.

Одновременно необходимо пересмотреть вопрос о применении ВГ на подобных месторождениях ввиду невосполнимых потерь ванадия, никеля и других металлов, выгорания части нефти в пласте и ухудшения товарных характеристик получаемого продукта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Боксерман А.А., Савельев Ю.С., Подкин А.А. Применение влажного внутрипластового горения на месторождениях тяжелых высоковязких нефтей.– М.: ВНИИОЭНГ.– 1982.
  2. Гольдберг И.С., Каплан З.Г., Пономарев В.С. Закономерности накопления ванадия в нефтях и природных битумах // Советская геология.– 1986.– № 6.–С. 100–111. .
  3. Токарева Р.В. Определение состава продуктов термического воздействия на битуминозный пласт с помощью комплекса хроматографических методов // Автореф. дисс. на соиск. учен, степ. канд. хим. наук.– М.– ВНИИ НП.– 1985.

Abstract

The most important task of the petroleum industry is the fullest economically efficient oil recovery with an acount for the combined use of associated components. In order to solve this problem, the authors have performed technical / economic calculations of the application of hydrocarbon heat carrier for enhanced recovery of high-viscosity commercially vanadium-bearing oils.

Рис. 1. Карта распределения концентраций ванадия в нефти пласта Г промысла ВГ Каражанбасского месторождения.

Скважины 1 – нагнетательные, 2 – нагнетательные, временно добывающие, 3 – добывающие, 4–контрольные, 5 – изолинии концентраций, %, 6 – внешний контур нефтеносности, зоны потерь элемента 7 – максимальных, 8 – средних, 9 – слабых

Рис. 2. Карта распределения концентраций никеля в нефти пласта Г промысла ВГ Каражанбасского месторождения.

Усл. обозн. см. на рис. 1

Сравнительные технико-экономические показатели (%) методов разработки опытного участка месторождения Каражанбас

Наименование показателей

Базовый вариант

Вариант с применением

УТП

ВГ

ПТВ

Добыча нефти за весь период

100

970

641

584

Капитальные вложения

100

102

103

126

Эксплуатационные затраты

100

352

326

190

Приведенные затраты

100

30

46

32

Срок разработки месторождения, лет

36

49

41

42