Повышение нефтеотдачи - Enhanced oil recovery

Эта статья о процессах, применимых к обычным нефтяным месторождениям. Для процессов, применяемых к нефтеносным пескам, см. Нефтеносные пески .
Нагнетательная скважина, используемая для увеличения нефтеотдачи

Повышенная нефтеотдача (сокращенно EOR ), также называемая третичной добычей, - это добыча сырой нефти из нефтяного месторождения , которую невозможно извлечь другим способом. МУН может извлекать от 30% до 60% или более нефти из пласта, по сравнению с 20% -40% при использовании первичной и вторичной добычи . По данным Министерства энергетики США, закачка углекислого газа и воды осуществляется с использованием одного из трех методов повышения нефтеотдачи: термической закачки, закачки газа и закачки химикатов. Более продвинутые, спекулятивные методы увеличения нефтеотдачи иногда называют четвертичным извлечением .

Методы

Существует три основных метода увеличения нефтеотдачи: закачка газа, закачка термическим способом и закачка химикатов. Закачка газа, в которой используются такие газы, как природный газ , азот или двуокись углерода (CO 2 ), составляет почти 60 процентов добычи EOR в Соединенных Штатах. Тепловая закачка, которая включает введение тепла , составляет 40 процентов добычи EOR в Соединенных Штатах, большая часть которой приходится на Калифорнию. Закачка химикатов, которая может включать использование длинноцепочечных молекул, называемых полимерами, для повышения эффективности заводнения, составляет около одного процента добычи EOR в Соединенных Штатах. В 2013 году в США из России была внедрена технология под названием Plasma-Pulse . Этот метод может привести еще к 50-процентному увеличению добычи из существующих скважин.

Закачка газа

Закачка газа или смешивающееся заводнение в настоящее время является наиболее часто используемым подходом к увеличению нефтеотдачи. Смешивающееся заводнение - это общий термин для процессов закачки, которые вводят смешивающиеся газы в пласт. Процесс смешиваемого вытеснения поддерживает пластовое давление и улучшает вытеснение нефти, поскольку межфазное натяжение между нефтью и газом снижается. Это относится к удалению границы раздела между двумя взаимодействующими жидкостями. Это обеспечивает полную эффективность вытеснения. Используемые газы включают CO 2 , природный газ или азот. Жидкостью, наиболее часто используемой для смешиваемого вытеснения, является диоксид углерода, поскольку он снижает вязкость нефти и дешевле, чем сжиженный нефтяной газ . Вытеснение нефти путем закачки углекислого газа зависит от фазового поведения смесей этого газа и сырой нефти, которые сильно зависят от температуры пласта, давления и состава сырой нефти.

Тепловая инъекция

Основная статья: Закачка пара (нефтяная промышленность)
Техника парового заводнения

В этом подходе используются различные методы для нагрева сырой нефти в пласте с целью снижения ее вязкости и / или испарения части нефти и, таким образом, уменьшения коэффициента подвижности. Повышенный нагрев снижает поверхностное натяжение и увеличивает проницаемость масла. Нагретое масло также может испаряться, а затем конденсироваться с образованием улучшенного масла. Методы включают циклическую закачку пара, закачку пара и сжигание. Эти методы улучшают эффективность развертки и эффективность вытеснения. Закачка пара использовалась в коммерческих целях с 1960-х годов на месторождениях Калифорнии. В 2011 году в Калифорнии и Омане были начаты проекты по увеличению нефтеотдачи с использованием солнечной энергии. Этот метод аналогичен термическому МУН, но использует солнечную батарею для производства пара.

В июле 2015 года Petroleum Development Oman и GlassPoint Solar объявили о подписании соглашения на 600 миллионов долларов о строительстве солнечного месторождения мощностью 1 ГВт на месторождении Амаль. Проект, получивший название Miraah , станет крупнейшим в мире солнечным полем, измеряемым по пиковой тепловой мощности.

В ноябре 2017 года GlassPoint и Petroleum Development Oman (PDO) завершили строительство первого блока солнечной электростанции Miraah в соответствии с графиком и бюджетом и успешно доставили пар на нефтяное месторождение Amal West.

Также в ноябре 2017 года GlassPoint и Aera Energy объявили о совместном проекте по созданию крупнейшего в Калифорнии месторождения повышения нефтеотдачи солнечной энергии на нефтяном месторождении Южный Белридж , недалеко от Бейкерсфилда, Калифорния . Предполагается, что установка будет производить около 12 миллионов баррелей пара в год с помощью теплового солнечного парогенератора мощностью 850 МВт. Это также сократит выбросы углерода на предприятии на 376 000 метрических тонн в год.

Паровое затопление

Заводнение паром (см. Рисунок) является одним из способов подачи тепла в пласт путем закачки пара в скважину по схеме, аналогичной закачке воды. В конце концов пар конденсируется в горячую воду; в зоне пара масло испаряется, а в зоне горячей воды масло расширяется. В результате масло расширяется, вязкость падает, а проницаемость увеличивается. Для обеспечения успеха процесс должен быть цикличным. Это основная программа повышения нефтеотдачи, используемая сегодня.

  • Solar EOR - это форма затопления пара, при которой солнечные батареи используютсядля концентрации солнечной энергии для нагрева воды и генерации пара. Использование солнечной энергии для увеличения нефтеотдачи оказалось жизнеспособной альтернативой производству пара на газе для нефтяной промышленности .
Солнечная установка для повышения нефтеотдачи

Пожарное наводнение

Противопожарное заводнение работает лучше всего при высокой нефтенасыщенности и пористости. При сгорании выделяется тепло внутри самого резервуара. Непрерывное нагнетание воздуха или другой газовой смеси с высоким содержанием кислорода будет поддерживать фронт пламени. По мере того, как огонь горит, он движется через пласт к добывающим скважинам. Тепло от огня снижает вязкость масла и помогает превратить пластовую воду в пар. Пар, горячая вода, горючие газы и скопление дистиллированного растворителя - все действуют, чтобы направить нефть перед огнем к добывающим скважинам.

Существует три метода сжигания: сухое прямое, обратное и мокрое горение. Сухой форвард использует воспламенитель, чтобы поджечь масло. По мере развития пожара нефть отталкивается от огня к добывающей скважине. В обратном направлении нагнетание воздуха и зажигание происходят с противоположных сторон. При мокром горении вода впрыскивается сразу за переднюю часть и превращается в пар горячей породой. Это тушит огонь и равномерно распределяет тепло.

Химическая инъекция

Введение различных химикатов, обычно в виде разбавленных растворов, использовалось для улучшения подвижности и снижения поверхностного натяжения . Закачка щелочных или щелочных растворов в резервуары с нефтью, которая содержит органические кислоты, встречающиеся в масле в естественных условиях, приведет к получению мыла, которое может снизить межфазное натяжение до уровня, достаточного для увеличения добычи. Закачка разбавленного раствора водорастворимого полимера для увеличения вязкости закачиваемой воды может увеличить количество нефти, извлекаемой в некоторых пластах. Разбавленные растворы поверхностно-активных веществ, таких как нефтяные сульфонаты или биосурфактанты, такие как рамнолипиды, могут вводиться для снижения межфазного натяжения или капиллярного давления, которое препятствует перемещению капель масла через резервуар, это анализируется с точки зрения числа связей , связывающего капиллярные силы с гравитационными. . Специальные составы масла, воды и поверхностно-активного вещества, микроэмульсии , могут быть особенно эффективными для снижения межфазного натяжения. Применение этих методов обычно ограничено стоимостью химикатов, их адсорбцией и потерями на породе нефтесодержащего пласта. Во всех этих методах химикаты закачиваются в несколько скважин, а добыча происходит в других соседних скважинах.

Полимерное заводнение

Полимерное заводнение заключается в смешивании длинноцепочечных молекул полимера с закачиваемой водой с целью увеличения вязкости воды. Этот метод улучшает эффективность вертикального и площадного охвата за счет улучшения отношения подвижности вода / нефть.

Поверхностно-активные вещества можно использовать в сочетании с полимерами; они уменьшают поверхностное натяжение между маслом и водой. Это снижает остаточную нефтенасыщенность и улучшает макроскопическую эффективность процесса.

Первичные поверхностно-активные вещества обычно содержат вспомогательные поверхностно-активные вещества, усилители активности и сорастворители, добавленные к ним для улучшения стабильности состава.

Каустическая закачка - это добавление гидроксида натрия к закачиваемой воде. Это достигается за счет снижения поверхностного натяжения, изменения смачиваемости породы, эмульгирования нефти, мобилизации нефти и помощи в извлечении нефти из породы.

Микробная инъекция

Микробиологические инъекции являются частью повышения нефтеотдачи с помощью микробов и редко используются из-за их более высокой стоимости и из-за того, что эта разработка не получила широкого распространения. Эти микробы функционируют либо путем частичного переваривания длинных молекул углеводородов , либо путем образования биосурфактантов , либо путем выделения углекислого газа (который затем функционирует, как описано выше в разделе «Закачка газа» ).

Для получения микробной инъекции использовались три подхода. В первом подходе бактериальные культуры, смешанные с источником пищи ( обычно используется углевод, такой как патока ), вводятся в нефтяное месторождение. Во втором подходе, используемом с 1985 года, питательные вещества вводятся в почву для развития существующих микробных тел; Эти питательные вещества заставляют бактерии увеличивать производство естественных поверхностно-активных веществ, которые они обычно используют для метаболизма сырой нефти под землей. После того, как введенные питательные вещества потребляются, микробы переходят в режим, близкий к отключению, их внешние поверхности становятся гидрофильными , и они мигрируют в область границы раздела нефть-вода, где вызывают образование капель масла из большей массы масла, что повышает вероятность образования капель. мигрировать к устью. Этот подход использовался на нефтяных месторождениях около четырех углов и на нефтяном месторождении Беверли-Хиллз в Беверли-Хиллз, Калифорния .

Третий подход используется для решения проблемы парафиновых парафиновых компонентов сырой нефти, которые имеют тенденцию выпадать в осадок по мере того, как нефть течет к поверхности, поскольку поверхность Земли значительно холоднее, чем нефтяные залежи (падение температуры на 9–10–10 ° C). 14 ° C на тысячу футов глубины обычно).

Жидкая сверхтекучая двуокись углерода

Основная статья: Затопление углекислым газом

Двуокись углерода (CO 2 ) особенно эффективна в резервуарах глубже 2000 футов, где CO 2 находится в сверхкритическом состоянии. В условиях высокого давления с более легкими маслами CO 2 смешивается с нефтью, что приводит к набуханию нефти и снижению вязкости, а также, возможно, к снижению поверхностного натяжения породы-коллектора. В случае резервуаров низкого давления или тяжелой нефти CO 2 будет образовывать несмешивающуюся жидкость или будет только частично смешиваться с нефтью. Может произойти некоторое набухание масла, а вязкость масла все равно может быть значительно снижена.

В этих случаях от половины до двух третей закачанного CO 2 возвращается с добытой нефтью и обычно повторно закачивается в пласт, чтобы минимизировать эксплуатационные расходы. Остаток улавливается в масляном резервуаре различными способами. Диоксид углерода в качестве растворителя имеет то преимущество, что он более экономичен, чем другие аналогично смешивающиеся жидкости, такие как пропан и бутан .

Вода-газо-переменный (WAG)

Закачка воды с чередованием газа (WAG) - еще один метод, применяемый при увеличении нефтеотдачи пластов. Помимо углекислого газа используется вода. Здесь используется физиологический раствор, чтобы не нарушать карбонатные образования в нефтяных скважинах. Вода и диоксид углерода закачиваются в нефтяную скважину для увеличения нефтеотдачи, так как они обычно плохо смешиваются с нефтью. Использование воды и диоксида углерода также снижает подвижность диоксида углерода, делая газ более эффективным для вытеснения нефти в скважине. Согласно исследованию, проведенному Ковшеком, использование небольших порций двуокиси углерода и воды позволяет быстро извлекать нефть. Кроме того, в исследовании, проведенном Дангом в 2014 году, использование воды с более низкой соленостью позволяет лучше удалить нефть и улучшить геохимические взаимодействия.

Плазма-импульс

Плазменно-импульсная технология используется в США с 2013 года. Технология была создана в Российской Федерации в Санкт-Петербургском государственном горном университете при финансовой поддержке и поддержке Инновационного центра « Сколково» . Команда разработчиков в России и группы внедрения в России, Европе, а теперь и в США протестировали эту технологию на вертикальных скважинах, и почти 90% скважин показали положительный эффект.

Плазменно-импульсная технология повышения нефтеотдачи нефтяных скважин использует низкие выбросы энергии для создания того же эффекта, что и многие другие технологии, за исключением того, что они не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду. Практически в каждом случае объем воды, вытягиваемой с нефтью, фактически уменьшается после обработки до ПНП, а не увеличивается. Текущие клиенты и пользователи новой технологии включают ConocoPhillips , ONGC , Газпром , Роснефть и Лукойл .

Он основан на той же технологии, что и российский импульсный плазменный двигатель, который использовался на двух космических кораблях и в настоящее время совершенствуется для использования в горизонтальных скважинах.

Экономические затраты и выгоды

Добавление методов извлечения нефти увеличивает стоимость нефти - в случае CO 2 обычно составляет 0,5-8,0 долларов США за тонну CO 2 . С другой стороны, увеличение добычи нефти представляет собой экономическую выгоду, поскольку выручка зависит от преобладающих цен на нефть . Плата за повышение нефтеотдачи на суше составляет 10–16 долларов США за тонну закачиваемого CO 2 при цене на нефть 15–20 долларов США за баррель . Преобладающие цены зависят от многих факторов, но могут определять экономическую пригодность любой процедуры, при этом большее количество процедур и более дорогие процедуры являются экономически жизнеспособными при более высоких ценах. Пример: при ценах на нефть около 90 долларов США за баррель экономическая выгода составляет около 70 долларов США за тонну CO 2 . По оценкам Министерства энергетики США, 20 миллиардов тонн уловленного CO 2 могут дать 67 миллиардов баррелей экономически извлекаемой нефти.

Считается, что использование уловленного антропогенного углекислого газа , полученного в результате эксплуатации запасов бурого угля, для выработки электроэнергии и поддержки повышения нефтеотдачи существующих и будущих нефтяных и газовых скважин предлагает многогранное решение для энергетики, окружающей среды и экономики США. проблемы. Несомненно, ресурсы угля и нефти исчерпаны. США имеют сильные позиции для использования таких традиционных источников энергии для удовлетворения будущих потребностей в электроэнергии, в то время как другие источники исследуются и разрабатываются. Для угольной промышленности CO 2 EOR создает рынок для побочных продуктов газификации угля и снижает затраты, связанные с секвестрацией и хранением углерода .

С 1986 по 2008 гг. Квотируемая добыча нефти, рассчитываемая по ПНП, увеличилась с 0,3% до 5% благодаря растущему спросу на нефть и сокращению предложения нефти.

Проекты повышения нефтеотдачи с CO 2 от улавливания углерода

Электростанция на пограничной дамбе, Канада

SaskPower «s плотины станции Пограничная Мощность проекта модернизированы свою угольную электростанцию в 2014 году с захватом углерода и технологии секвестрации (CCS). Завод будет улавливать 1 миллион тонн CO.
2ежегодно, который он продал Cenovus Energy для увеличения нефтеотдачи на своем нефтяном месторождении Вейберн до продажи активов Cenovus в Саскачеване в 2017 году компании Whitecap Resources. Ожидается, что в рамках проекта будет закачано 18 миллионов тонн CO 2 и извлечено дополнительно 130 миллионов баррелей (21 000 000 м 3 ) нефти, что продлит срок эксплуатации месторождения на 25 лет ( Brown 2001 ) . Прогнозируемый объем выбросов CO составляет 26+ миллионов тонн (без учета производства).
2для хранения в Уэйбурне, плюс еще 8,5 миллионов тонн ( без учета производства), хранящихся в Уэйберн-Мидейлском проекте углекислого газа , что приведет к чистому сокращению выбросов CO 2 в атмосфере за счет хранения CO 2 на нефтяном месторождении. Это эквивалентно снятию с дорог почти 7 миллионов автомобилей за год. С момента начала закачки CO 2 в конце 2000 года проект EOR в основном выполнялся в соответствии с прогнозами. В настоящее время с месторождения добывается около 1600 м 3 (10 063 баррелей) дополнительной нефти в сутки.

Петра Нова, США

В проекте Petra Nova используется абсорбция амина после сжигания для улавливания части выбросов углекислого газа от одного из котлов на электростанции WA Parish в Техасе и транспортировки его по трубопроводу на нефтяное месторождение West Ranch для использования в целях повышения нефтеотдачи.

Kemper Project, США (отменено)

Энергетический объект округа Кемпер в штате Миссисипи Пауэр , или проект Кемпер , должен был стать первым в своем роде заводом в США, который, как ожидалось, будет запущен в 2015 году. Его компонент газификации угля с тех пор был отменен, а завод была преобразована в обычную электростанцию ​​с комбинированным циклом, работающую на природном газе, без улавливания углерода. Southern Company дочерняя компания работала с Министерством энергетики США и другими партнерами с целью разработки чище, менее дорогостоящие, более надежные методы для производства электроэнергии с углем , который также поддерживает производство ПНП. Технология газификации предназначена для использования в качестве топлива для электростанции комбинированного цикла с интегрированной газификацией . Кроме того, уникальное расположение проекта Кемпер и его близость к запасам нефти сделали его идеальным кандидатом для увеличения нефтеотдачи.

Уэйберн-Мидейл, Канада

Добыча нефти Weyburn-Midale с течением времени, как до, так и после того, как на месторождении были введены МУН.

В 2000 году Саскачеван «ы Вейбурн-Мидейл месторождения нефти начали использовать EOR в качестве метода добычи нефти. В 2008 году месторождение стало крупнейшим в мире хранилищем углекислого газа. Двуокись углерода поступает по трубопроводу протяженностью 320 км от объекта газификации Дакоты . Предполагается, что в рамках проекта EOR будет храниться около 20 миллионов тонн углекислого газа, генерироваться около 130 миллионов баррелей нефти и увеличиваться срок эксплуатации месторождения более чем на два десятилетия. Сайт также примечателен тем, что на нем проводилось исследование воздействия МУН на близлежащую сейсмическую активность.

CO 2 EOR в США

Соединенные Штаты используют CO 2 EOR в течение нескольких десятилетий. За более чем 30 лет нефтяные месторождения в Пермском бассейне внедрили CO
2Увеличение нефтеотдачи с использованием CO из естественных источников
2из Нью-Мексико и Колорадо. Министерство энергетики (DOE) подсчитало, что полное использование CO 2 -EOR «следующего поколения» в Соединенных Штатах может дать дополнительные 240 миллиардов баррелей (38 км 3 ) извлекаемых запасов нефти. Развитие этого потенциала будет зависеть от наличия коммерческого CO 2 в больших объемах, что может стать возможным благодаря широкому использованию улавливания и хранения углерода. Для сравнения, общие неразвитые внутренние запасы нефти в США, все еще находящиеся в недрах, составляют более 1 триллиона баррелей (160 км 3 ), большая часть из которых остается неизвлекаемой. По оценкам Министерства энергетики , что если потенциал ПНПА должны были быть полностью реализован, государственные и местные казначейства получат 280 $ млрд доходов от будущих гонораров , выходных налогов и государственных налогов на доходы от добычи нефти, в стороне от других экономических выгод.

Основным препятствием для дальнейшего использования CO 2 EOR в Соединенных Штатах было недостаточное предложение доступного CO 2 . В настоящее время существует разрыв в расходах между тем, что нефтедобывающая компания может позволить себе платить за CO 2 при нормальных рыночных условиях, и затратами на улавливание и транспортировку CO 2 от электростанций и промышленных источников, поэтому большая часть CO 2 поступает из естественных источников. Однако использование CO 2 от электростанций или промышленных источников может уменьшить углеродный след (если CO 2 хранится под землей). Для некоторых промышленных источников, таких как переработка природного газа или производство удобрений и этанола, разрыв в стоимости невелик (потенциально 10–20 долларов за тонну CO 2 ). Для других искусственных источников CO 2 , включая производство электроэнергии и различные промышленные процессы, затраты на улавливание выше, и разрыв в стоимости становится намного больше (потенциально 30–50 долларов США за тонну CO 2 ). Инициатива по повышению нефтеотдачи пластов объединила лидеров промышленности, экологического сообщества, профсоюзов и правительств штатов, чтобы продвинуть меры по увеличению нефтеотдачи CO 2 в Соединенных Штатах и ​​сократить разрыв в ценах.

В США правила могут как помочь, так и замедлить разработку ПНП для использования в улавливании и утилизации углерода, а также в добыче нефти в целом. Одним из основных нормативных актов, регулирующих повышение нефтеотдачи, является Закон о безопасной питьевой воде 1974 года (SDWA), который предоставляет Агентству по охране окружающей среды большую часть регулирующих полномочий в отношении повышения нефтеотдачи и аналогичных операций по добыче нефти . Агентство, в свою очередь, делегировало часть этих полномочий своей собственной Программе контроля подземных инъекций, а большую часть остальных регулирующих полномочий - правительствам штатов и племен, сделав большую часть регулирования МУН в соответствии с минимальными требованиями SDWA. Затем EPA собирает информацию от этих местных органов власти и отдельных скважин, чтобы гарантировать, что они соблюдают общие федеральные правила, такие как Закон о чистом воздухе , который диктует правила отчетности для любых операций по связыванию углекислого газа. Помимо проблем с атмосферой, большинство этих федеральных директив призвано гарантировать, что закачка углекислого газа не нанесет серьезного ущерба водным путям Америки. В целом, местность регулирования МУН может затруднить проекты МУН, поскольку разные стандарты в разных регионах могут замедлить строительство и вынудить отдельные подходы к использованию одной и той же технологии.

В феврале 2018 года Конгресс принял решение, и президент подписал расширение налоговых скидок на улавливание углерода, определенных в разделе 45Q Налогового кодекса IRS. Ранее эти кредиты были ограничены 10 долларами на тонну и ограничены в общей сложности 75 миллионами тонн. В рамках расширения проекты по улавливанию и утилизации углерода, такие как EOR, будут иметь право на налоговый кредит в размере 35 долларов США за тонну, а проекты по секвестрации получат кредит в размере 50 долларов США за тонну. Расширенная налоговая льгота будет предоставляться в течение 12 лет любому заводу, построенному к 2024 году, без ограничения объема. В случае успеха эти кредиты «могут помочь секвестрировать от 200 миллионов до 2,2 миллиардов метрических тонн углекислого газа» и снизить затраты на улавливание и связывание углерода с оцениваемых в настоящее время 60 долларов за тонну в Петра Нова до всего лишь 10 долларов за тонну.

Воздействие на окружающую среду

Скважины с увеличенной нефтеотдачей обычно закачивают большие количества попутной воды на поверхность. Эта вода содержит рассол, а также может содержать токсичные тяжелые металлы и радиоактивные вещества . Это может нанести большой ущерб источникам питьевой воды и окружающей среде в целом, если не контролировать их должным образом. Колодцы для сброса отходов используются для предотвращения поверхностного загрязнения почвы и воды путем закачки добываемой воды глубоко под землю.

В США деятельность нагнетательных скважин регулируется Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и правительствами штатов в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде . EPA издало правила контроля подземной закачки (UIC) для защиты источников питьевой воды. Скважины с увеличенной нефтеотдачей относятся к скважинам «Класса II» Агентством по охране окружающей среды. Правила требуют, чтобы операторы скважин закачивали рассол, использованный для добычи, глубоко под землей в сбросные скважины класса II.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки