New Production Technologies1 Новые технологии нефтедобычи Морис Дюссо Университет Ватерлоо Ватерлоо, Онтарио, Канада SPE Distinguished Lecture Series 2002-2003. - презентация

1 New Production Technologies1 Новые технологии нефтедобычи Морис Дюссо Университет Ватерлоо Ватерлоо, Онтарио, Канада SPE Distinguished Lecture Series

2 ЗАСЛУЖЕННЫЙ ЛЕКТОР ОБЩЕСТВА ИНЖЕНЕРОВ НЕФТЯННИКОВ Финансирование осуществляется Выделением грантов Фондом Общества Инженеров Нефтяников Общество выражает признательность тем компаниям, которые поддерживают программу предоставляя возможность членам общества выступать с лекциями Особая благодарность Американскому Институту Горного Дела, Металлургии и Нефтяной Инженерии за его вклад в программу.

3 New Production Technologies3 Новые Технологии Добычи Низкотемпературная Добычи Тяжелой Нефти с Песком (CHOPS) Технологии Импульсного Давления (PPT) Дренирование пласта в гравитационном режиме (GAD) Закачка Инертного Газа (IGI) Дренирование пласта в гравитационном режиме с закачкой пара (SAGD) Добыча Нефти при помощью паров (VAPEX) Предполагается комбинированное применение методов Методы применяются на различных этапах эксплуатации месторождений

4 New Production Technologies4 Революционные технологии позволят: Резко увеличить коэффициент извлечения на коллекторах всех типов Возобновить добычу на старых месторождениях с извлечением значительной части остаточной нефти Обеспечить рентабельность добычи высоковязких нефтей ( > 100 сП в пластовых условиях) Резко увеличить извлекаемые запасы по всему миру

5 New Production Technologies5 Мировые запасы В настоящее время, 90% мировой добычи нефти приходится на добычу традиционной нефти Объемы не извлеченной тяжелой нефти и битума быстро растут В Канаде и Венесуэле сосредоточено более 35% мировых запасов трудноизвлекаемой нефти в нефтеносных песках Геологический запасы в мире Очень тяжелая нефть и битум 55% Тяжелая нефть 15% Традиционная нефть - 30% Стандартная нефть 10,000 cP Мировые балансовые запасы

6 New Production Technologies6 Будущее Стандартной Нефти Прогноз на 2001: Спрос +1,5%/год Замещение извлекаемых запасов разведанными сокращаться Q- млрд.бар/год 20 ~29-31 Традиционная нефть - прогноз красным Общий спрос - прогноз синими точками Кэмпбелл и Лаэррер Март 1998 Научная Aмерика, стр. 78 Тяжелая нефть, битум, и другие источники Мировая добыча достигает пика ~ Доля Ближнего Востока сейчас - 30%, к %

7 New Production Technologies7 Технология добычи вязкой нефти 1985 Коммерчески эффективной оказалась только технология циклической закачки пара (ЦНП) и только в самых лучших коллекторах (> 25 м, однородная, гомогенная нефть) Isaacs, 1998 Горизонтальные скважины Вертикальные скважины Термический X X X Не термический Циклическая закачка пара

8 New Production Technologies8 Статус развития технологий Промышленные технологии появляются во всех категориях Обновлено в 1998 Циклическое Закачка пара Горизонтальные скважины Вертикальные скважины Термический SAGD Cold Flow IGI (VAPEX?) CHOPS PPT Не термический

9 New Production Technologies9 Движущие силы развития технологий Лучше понимание физики процессов Усовершенствование оборудования Применение винтовых насосов Применение гибких НКТ для бурения и КРС Горизонтальные скважины Применение усовершенствованных технологий контроля процесса Улучшенные методы хранения и утилизации отходов Канадский опыт по добыче тяжелой нефти и битума из нефтеносных и битуминозных песков

10 New Production Technologies10 Добыча битума в канадской провинции Альберта 2.2 MB/сутки 0.75 MB/day Courtesy: Alberta EUB Факт Прогноз Открытый способ

11 New Production Technologies11 Горизонтальные скважины (холодная добыча) С 1990 года в Канаде пробурено большое количество горизонтальных скважин Применяется ряд технологий добычи: Прямая «холодная» добыча Закачка инертного газа Термические методы (паровой гравитационный дренаж (SAGD), вытеснение паром и т.д.) Но, в конечном итоге, наибольшее применение вероятно получит технология гравитационного дренажа

12 New Production Technologies12 Старые технологии Старые технологии

13 New Production Technologies13 Старые технологии 1. Пароциклическая обработка паром 2. Вытеснение паром (многочисленные разновидности) 3. Процессы, основанные на создании перепада давления ( p) Закачка воды, растворителей и др.. под высоким давлением 4. Процессы, включающие горение под давлением «Мокрые», «сухие», прямые, обратные, воздушные, кислородные Все эти процессы имеют следующие недостатки: Адвективная нестабильность (нестабильность p и ) Низкая коэффициент извлечения, высокие расходы на производство тепла, проблемы с эксплуатацией скважин

14 New Production Technologies14 Процессы вытеснения паром Вид в разрезе Гравитационная блокировка «Обойденные» запасы Низкий КИН Большие потери тепла «Расслоение» скважин Зона закачки воздуха или горячей воды Добывающие скважины

15 New Production Technologies15 CHOPS C – Cold – холодная H – Heavy – тяжелая O – Oil – нефть P – Production with Sand – добываемая с песком В Канаде этим способом извлекают более баррелей нефти 20% Возможно ли применение в мировом масштабе? (Я думаю, да)

16 New Production Technologies16 История становления CHOPS Luseland Field, Saskatchewan Применение технологии добычи тяжелой нефти холодным способом из нефтеносных песков (CHOPS) позволило повысить производительность скважин В среднем, в 5-6 раз Дано физическое обоснование повышению качества процесса Показано, что применение горизонтальных скважин на этих нефтеносных песках не столь эффективно Рассматриваемое месторождение имеет много аналогов по всему миру, с такими же слабосцементированными пластами

17 New Production Technologies17 Luseland Field History 30 вертикальных скважин пробурено за период С помощью станков-качалок извлекается нефть с низким содержанием песка (

18 New Production Technologies18 Характеристики Luseland Field Структура Bakken(слабосцементированный) Z = 800 м = 28 – 30%, k = 2-4 D API = 11,5-13°, = 1400 cP (нефть с растворенным газом, газ в растворе) S o = 0,72, S w = 0,28 (высокая!), S g = 0 Мощность пласта: 5-15 м в центре Начальное пластовое давление: p o ~ 6-7 MPa, T ~ 30°C Давление насыщения газа: p b p o

19 New Production Technologies19 Типичная Горизонтальная СкважинаТипичная Горизонтальная Скважина дебит - барл/сут Добыча нефти Добыча воды Месторождение Luseland, скважина длиной 600 м Янв-93 Янв-94Янв -95Янв -96Янв -97Янв -98

20 New Production Technologies20 График Добычи Feb-82Feb-86Feb-90Feb-94Feb-98 Oil and Water Rates - m 3 /mo Месторождение Luseland, месячные объемы добычи нефти и воды Добыча нефти Добыча воды Внедрение штанговых насосов, малый вынос песка Начало интенсивного внедрения технологии CHOPS 20,000

21 New Production Technologies21 Характеристика работы Скважины 14-8 Янв-81 Янв-85Янв-89Янв-93Янв-97Янв-01 дебит (барлю/сут Центральная скважина 14-8 Начало внедрения технологии CHOPS Добыча нефти Добыча воды Месторождение Luseland

22 New Production Technologies22 Общая Добыча Воды и Нефти Сравнение суммарных объемов добычи нефти и воды до декабря 1998 года на всех вертикальных скважинах месторождения Luseland Общий объем добычи, нефть или вода - б/сут Добыча нефти Добыча воды Mean = 161,947 bbl/oil/well Mean = 58,750 bbl/H 2 O/well Месторождение Льюслэнд В основном, недавно открытые проблемные скважины

23 New Production Technologies23 Почему возрастает добыча нефти?? В подвижном песке снижается гидравлическое сопротивление потоку флюида Вспенивание нефти ускоряет фильтрацию и разуплотняет песок Вокруг скважины образуется увеличивающая зона с повышенной проницаемостью Непрерывное удаление любых механических корок (асфальтены, глины)

24 New Production Technologies24 Характеристики работы скважины при применении технологии CHOPS Баррелей в сутки % Песка After Wong & Ogrodnick Бар/день % Песка Месяц

25 New Production Technologies25 Что требуется для успешного применения технологии CHOPS Активный механизм вспенивания нефти (достаточное количество растворенного газа) Непрерывное нарушение слоя песка (неуплотненный песок) Отсутствие зон свободной воды в коллекторе Обязательно применение винтовых насосов Интегрированная система обработки песка Эффективная технология утилизации песка

26 New Production Technologies26 Винтовой насос Полированный шток Ременный привод с регулируемым крутящим моментом Патрубок Устьевое оборудование Всасывающая труба или штанга в НКТ Хромированный ротор в фиксированном статоре Электромотор (или гидравлический мотор) Обсадная колонна (обычно диаметром 175 мм) Эксплуатационная колонна (обычно диаметром от 72 до 88 мм)

27 New Production Technologies27 Технология CHOPS Новая Идея? При равнозначности всех остальных факторов, максимальная добыча нефти из рыхлых пластов напрямую зависит от максимального выноса самого песка. … Чем выше вязкость и ниже давление газа в коллекторе, тем большее значение приобретает создание и поддержание движения песка по направлению к добывающей скважине. В. Коббе, Совещание АЙМЕ в Нью-Йорке, Февраль, АЙМЕ, Том. LVI, стр Courtesy Ed Hanzlik, ChevTex

28 New Production Technologies28 Основные преимущества технологии CHOPS Более высокая экономическая эффективность по сравнению с термическими методами Очень низкие капитальные расходы (дешевые вертикальные скважины) Операционные расходы снижены до ~$4,00/баррель Решена проблема насосов (винтовые насосы способны работать при значительном выносе песка) Решена проблема утилизация песка На данный момент, единственным ограничивающим фактором являются: Возможности модернизации

29 New Production Technologies29 Технологии импульсного давления, PPT Технологии импульсного давления, PPT P Pressure - Давление P Pulsing Пульсация T Technologies Технологии Скважинные флюиды подвергаются резким импульсам давления Снижает адвективные нестабильности Снижает эффекты капиллярного закупоривания Снижает эффекты порового закупоривания

30 New Production Technologies30 Схема лабораторной установки для испытания с пульсацией давления Емкость с песком

31 New Production Technologies31 Нефть – Вода – Заводнение Время = 139,2 сВремя = 138,7 с 35 cP легкая нефть заводнение 0,5 м гидроста- тическое давление идентичные испытания Без пульсацииС пульсацией

32 New Production Technologies32 Эффекты пульсации Увеличивают базовую фильтрацию Повышает КИН Снижает образование водяного конуса и образование языков в результате разности вязкостей Снижает эффекты закупоривания твердой фазой и асфальтенами Позволяет преодолеть проблему капиллярного закупоривания Является новой технологией, в которой еще многое предстоит оптимизировать

33 New Production Technologies33 Пульсация поддерживает стабильное извлечение нефти Пульсация поддерживает стабильное извлечение нефти Май-9931-Май-9930-Июнь-9930-Июль-9929-Авг-9928-Сент-9928-Окт-99 Добыча нефти - 7 соседних скважин (барл./сут) Предварительная пульсация Пульсация Пост-пульсация Месторождение Линдбора, заводнение; 9800 сП нефть + песок

34 New Production Technologies34 Пример: увеличения добычи тяжелой нефти 500 Коллектор с характеристиками, близкими к пределу применения технологии CHOPS: сП, = 30% Заводнение в одной скважине с пульсацией Nov-98Mar-99Jul-99Nov-99Mar-00 Дополнительная нефть Дебит нефти – м 3 /сутки – 6 соседних скважин Перед пульсацией Начало пульсации Прекращение пульсации Экономический предел 6 месяцев

35 New Production Technologies35 Технология импульсного давления и горизонтальные скважины Скважины с применением технологии импульсного давления (дешевые вертикальные скважины) Усиление потока Добыча Горизонтальная, разветвленная

36 New Production Technologies36 Технология гравитационного дренажа, GAD G Gravity Гравитация A Assisted Способствовать D Drainage Дренаж Необходимы горизонтальные скважины Поток создается из-за разности плотностей Технология наиболее эффективна при наличии газовой фазы Производительность скважин невысока, но процент нефтеотдачи может доходить до более 90%

37 New Production Technologies37 Закачка инертного газа (IGI) dmdm нефть газ вода p В общем случае, это процесс смещения сверху вниз, стимулируемый гравитацией и стабилизируемый плотностью Примечание: в гидрофильных пластах, всегда существует трехмерная нефтяная пленка, при условии, что wg > og + wo Газ нагнетается сверху в нефтеносный пласт для понижения нефтяного горизонта Может достигаться высокий процент нефтеотдачи

38 New Production Technologies38 Технология IGI, Схема Зона залегания нефти, двухфазная зона, гидрофильный песок Горизонтальные скважины, параллельные структуре Закачка инертного газа Перепад давления p поддерживается на минимальном уровне Темп закачки газа регулируется таким образом, чтобы избежать прорыва газа (или воды) в скважину Трехфазная зона В основном, газ Вода, однофазная зона Необходим баланс пористости Необходим баланс пористости !

39 New Production Technologies39 Применение технологии IGI в горизонтальных пластах нет p, нет прорыва воды нет p, нет прорыва газа V / t ] нефть + вода = V / t] газ (поры заполнены) CO 2, N 2, CH 4, другие газы 3-фазная область 2-фазная область Горизонтальные скважины Вертикальные скважины p ~ 0

40 New Production Technologies40 Гравитационый дренаж на рифах Газовая шапка Траектория новой горизонтальной скважины Вытеснение подошвенной воды (некоторые скважины переходят в режим водонагнетательных скважин) Закачка газа Нефтяной вал выжат в горизонтальную скважину под действием давления, когда фильтрация управляется плотностью низкое p Эксплуатационные скважины используются для выравнивания пористости и предотвращения конусообразования

41 New Production Technologies41 Основные моменты применения технологии закачки инертного газа Метод имеет промышленное применение в Канаде Не пригоден для термической тяжелой нефти Необходимо хорошее k v (при отсутствии структуры) Идеаленаяа технология для перевода старых стандартных месторождений на технологию гравитационного дренажа Низкие операционные расходы Следует рассматривать этот метод для применения на новых месторождениях и для возобновления эксплуатации старых месторождений

42 New Production Technologies42 Физические основы технологии SAGD Пар + нефть + вода + CH 4 Уровень жидкости Нефть и вода Боковое расширение паровой зоны «изолированная» область Обратный поток CH 4 + нефть Обратный поток Поддержание низкого перепада давления p для максимальной стабильности Перекрывающие породы Водяной подпор Пробка холодного битума

43 New Production Technologies43 Процессы в порах Минеральные зерна Минеральные зерна Минеральные зерна Минеральные зерна Пар + газы H 2 O CH 4 CO 2 oil нефть Обратный поток в порах и горловинах приводит к образованию стабильной 3- фазной системы. Приток нефти интенсифицируется эффектом поверхностного натяжения на «тонкопленочной» поверхности, который эффективно способствует фильтрации. Для поддержания гравитационного потока, необходимо обеспечить полную связь фаз и избегать ускорения процесса за счет более высокого давления. вода

44 New Production Technologies44 Глиняные пропластки и SAGD V T дегидроксилация? дегидрация Песчаник V Реакция глины разрывы обход Применение технологии SAGD позволяет преодолеть глиняные барьеры благодаря влиянию V/ T и t Глины непроницаемы для пара и их поведение отлично от поведения песков >300°C >125°C

45 New Production Technologies45 Термические процессы гравитационного дренажа, GAD Лучшая технология для тяжелых нефтей ( 15 m) Необходима оптимизация

46 New Production Technologies46 КИН при использовании технологии GAD лабораторных условиях > 75-95% от начальных запасов нефти. Почему? Трехфазная последовательность нефть не отделяется от системы -потока (никакого пинцирования) Даже нефть, находящаяся в зонах низкого k будет медленно дренироваться, и этому процессу будут способствовать температура и смешивание газов В условиях p отсутствует образование языков; коэффициент вытеснения заметно высок, а фронты устойчивы

47 New Production Technologies47 Ганглии и технология GAD wg > og + wo Изолированные ганглии (иммобилизованные) нефть газ Генерирование 3-фазной связанной системы в 2-фазных областях Гравитационные силы на верхней кромке газового канала воздействуют только на уровне пор нефть газ Быстрое распространение нефти (разделяющая пленка) Изначально отсутствует нефтяная пленка

48 New Production Technologies48 Основные моменты технологии GAD Для обеспечения стабильности процесса необходимо поддерживать низкий перепад давления p Наилучшими условиями процесса является трехфазное состояние нефть-вода-газ Скважины должны располагаться у основания продуктивного коллектора Продуктивные коллекторы должны быть достаточно мощными Имеет место плотный обратный поток Успешной реализации технологии способствует закачка газа, пара и конденсирующихся жидкостей и надлежащий контроль за давлением

49 New Production Technologies49 Время движется вперед SAGD не найдет практического применения (1984) В установлено более 200 пар Добыча при выносе песка 20% невозможна (1988) В 2002 более 550,000 барл/сут (CHOPS) VAPEX не может быть экономически выгодной (1995) Начинаются первые полевые испытания Усиление потока при помощи импульса давления невозможно (1999) на сегодняшний день 3 небольших успешных проектов Не следует слишкои легко сбрасывать новые идеи со счетов!

50 New Production Technologies50 Новые технологии SAGD PPT VAPEX Года ~ Статус (2002) $ рентабельный $$ на начальной стадии ? Тесты еще не проводили Применимость Вероятно требует зон мощнее, > CHOPS>10 $$$ - пром-е применение Наилучший для зон 5-20,без подвижной воды Полезен вкупе с другими методами ( холодная добыча, CHOPS) Метод Наилучший при >20°API, вкупе с SAGD IGI>10$$$ Необходим хороший k v & низкий

51 New Production Technologies51 Выводы Традиционные методы добычи нефти достигнут пика в ближайшие 4-6 лет? Хорошо для тяжелой нефти, повышения коэффициента извлечения и получения прибыли Недавно достигнуты значительные результаты по развитию технологии (в основном, в Канаде) Нам необходимо укрепить и улучшить достигнутые результаты Будущее технологий извлечения тяжелой нефти и повышения коэффициента извлечения выглядит многообещающим на данный момент

52 New Production Technologies52 Благодарности Общество Инженеров Нефтянников Местное отделение Общества Инженеров Нефтянников Донна Ньюкум, - устроитель Шерил Старк, - редактов Коллег и компании

53 New Production Technologies53 Translation Priority 1. Titles 2. Not 3. Last 2 lines beginning with Hybrid 4. All 5. Bullet Points Only 6. Bullet Points Only 7. All ( But not Cyclic Steam Stimulation) 8. Only the axis of the graph 9. All 10. All 11. Title ( or all if the word Bitumen has a convenient Russian Translation) 12. All 13. All 14. All 15. All 16. Bullet Points 17. Bullet Points 18. Bullet Points 19. Bullet Points 20. Bullet Points 21. Curve Labels, not graph axis 22. Curve Labels, not graph axis 23. Curve Labels, not graph axis 24. Words in Green 25. All 26. Title Only 27. All 28. All 29. Title 30. All 31. All 32. All 33. All 34. All 35. Green Text and Title 36. Green Text and Title 37. All 38. All 39. All 40. All 41. All 42. All 43. All 44. All 45. All 46. Green Text and Title 47. All 48. All 49. All 50. All 51. Title Only 52. Title and Split Slide into two if needed 53. All 54. Title Only