ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОВ ДОБЫЧИ БИТУМИНОЗНОЙ НЕФТИ

Современные тенденции таковы, что в ближайшие десятилетия добыча традиционных горючих полезных ископаемых будет дополняться разработкой нетрадиционных источников сырья (сланцевые нефть и газ, высоковязкие нефти, битумы, угольный метан, газогидраты и др.). Все эти ресурсы исследуются и повсеместно разрабатываются иностранными компаниями по всему миру.

Нефть битуминозных песков так же относится к так называемым нетрадиционным источникам углеводородного сырья. Битуминозные пески – это природный конгломерат из песка, воды, глины, сопутствующих минералов и битума (рисунок 1), это горючее полезное ископаемое, часть которого представляет собой природный битум  [1].

Рисунок 1. Традиционная модель распределения жидкостей

в пределах нефтеносных песков

Развитие технологий добычи битуминозных песков очень актуально, так как их геологические ресурсы в мире огромны и насчитывают около 500-1000 млрд. т. Запасы тяжелой нефти с плотностью более 0,9 г/см³ вполне успешно осваиваются. При современных технологиях их извлекаемые объемы превышают 100 млрд. т. Особенно богаты тяжелой нефтью и битуминозными песками Венесуэла и Канада [2].

Чрезвычайно высокая вязкость тяжелой нефти и битумов делает процесс их добычи очень трудоемким. Существующие природные условия сковывают битум внутри породы, что подразумевает значительные производственные затраты для эффективной разработки таких месторождений. Проблема сводится к уменьшению вязкости битумов и тяжелой нефти, чтобы обеспечить их миграцию сквозь пористую породу. Это может быть осуществлено разными способами, в том числе и с помощью инъекций растворителя, но наиболее популярным является метод снижения вязкости путем нагрева пласта. Вязкость жидкостей такого радо очень чувствительна к температуре и значительно варьируется в диапазоне от 0 до 300C⁰  . Эта зависимость продемонстрирована на рисунке 2.

Рисунок 2. Температурная зависимость тяжелой нефти и битумов песков

В естественных условиях тяжелая нефть находится при температуре приблизительно 10 C⁰   и нефть мигрирует слишком медленно. Эта проблема решается с применением различных стратегий, принципиальные отличия которых заключаются в основном лишь в способе нагрева пласта.

В истории разработки методов эксплуатации месторождений битуминозных песков есть такие интересные предложения, датированные 50-ми годами прошлого столетия, которые подразумевали использование контролируемого ядерного взрыва. К счастью, это предложение не было реализовано.

С тех пор методы разработки разделились на категории:

1. Добыча битуминозного песка (руды) карьерным методом и последующая обработка для отделения нефти.
2. Метод повышения натурной нефтеотдачи.

В настоящее время большая часть битуминозных месторождений разрабатывается именно карьерным методом. Вызвано это тем, что месторождения располагаются на относительно малой глубине, в силу чего возможно осуществить низко затратное вскрытие кровли пласта и добычу руды. Однако, было подсчитано, что только 10% всех битуминозных месторождений могут быть доступны для разработки этим методом. Поэтому так важно рассмотреть вопросы связанные с добычей тяжелых нефтей без эксплуатации карьера.

Существует целый ряд технологий, разработанных с целью добычи тяжелой нефти и битумов, которые варьируются от так называемой холодной добычи до дренажного метода с использование горячего пара.

Холодная добыча тяжелой нефти (рисунок 3) является мало затратным методом добычи тяжелой нефти без использования дорогостоящих добавок и методов восстановления. Однако, используя этот метод можно извлечь только 15% запасов месторождения. Метод включает в себя бурение вертикальных скважин, в которые опускается специальный нагнетательный разрушающий насос, состоящий из сверла и гребного винта.

Рисунок 3. Холодная добыча тяжелой нефти

Винт является единственной подвижной частью и выполнен из прочного материала, чтобы эффективно противостоять износу. При холодной добыче это является критически важным, так как в процессе  необходимо извлекать огромное количество песка, воды, нефти и газа.

Технология гравитационного дренажа с использованием пара включает в себя бурение двух горизонтальных скважин, одна из которых строится выше другой на расстоянии примерно 2 метра. Нижняя скважина проходится в основании месторождения битуминозных песков. В начальной стадии процесса горячий пар закачивается в стволы обеих скважин до момента пока нефть между ними не станет достаточно подвижной, чтобы обеспечить достаточный теплообмен. После достижения этой отметки инъекции пара продолжаются только в ствол верхней скважины. Инженерные модели дают возможность считать, что камера пара начинает расти как вбок от ствола скважины, так и вертикально вверх внутри пласта битуминозных песков. Рост этой зоны сопровождается снижением вязкости нефти, которая в свою очередь стекает в нижнюю часть месторождения, где она попадает в ствол нижней скважины и может быть извлечена на поверхность.

Рисунок 4. Концептуальная модель гравитационного дренажа вязких нефтей с использованием пара

Существует несколько вариаций этого метода. В пласт может быть введен метан для обеспечения области низкой теплопроводности в верхней части пласта, что может уменьшить потери тепла.

По другой методике, которая сейчас проходит предварительные полевые испытания, функцию пара выполняют легкие углеводородные газы, такие как этан и пропан.  Эти растворители также уменьшают вязкость нефти и позволяют ей стекать в нижнюю часть пласта аналогично пару. Но в отличие от использования горячего пара исключаются потери тепла, что может быть эффективным для месторождений имеющих слишком малую мощность.

Таким образом, особое внимание стоит уделить вопросу разведки битуминозных месторождений. Текущие методы разведки очень консервативны и основаны на осуществлении исследовательских скважин, что оказывается весьма затратным и обеспечивает относительно низкую эффективность получения данных. В решении таких задач могут помочь геофизические методы. В силу преимущественно поверхностного характера залегания месторождений, эффективно могут применяться электромагнитные методы. В дальнейшем для обеспечения более детальной информации о месторождении может использоваться и сейсморазведка. На данный момент в России эти методы не используются в настоящее время но их перспективность для многих месторождений не оставляет сомнений.

Список литературы:

1. Мамахатов Т.М. Битуминозные пески в сибири и их значение для топливно-энергетического комплекса стран мира / Мамахатов Т.М. // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2014. Т. 3. № 1. С. 116-120.

2. Мамахатов Т.М. Особенности освоения нетрадиционных источников углеводородов в России и мире / Мамахатов Т.М. // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2013. Т. 3. № 1. С. 109-113.

3. Douglas R. Schmitt. Heavy and Bituminous Oils: Can Alberta Save  the World? Edmonton, Institute for Geophysical  Research  Department of Physics  University of Alberta. 2005. 44 p.