Оценка эффективности применения забойных электротермических комплексов для добычи высоковязкой нефти в условиях низких мировых цен на нефть

Мировые запасы высоковязкой нефти (ВВН) приблизительно семикратно превышают разведанные запасы легкой нефти. В естественном режиме эксплуатации скважин нефтеотдача составляет не более 6-15%. Безальтернативными методами повышения нефтеотдачи отечественными и зарубежными специалистами признаны термические методы воздействия на продуктивные пласты [1,2]. Наиболее распространенными технологиями для разработки месторождений ВВН являются технологии паротеплового воздействия с применением наземных парогенераторов, работающих на сжигании углеводородного топлива. Эта технология обладает рядом недостатков, основными из которых являются низкая степень сухости пара на забое, высокая капиталоемкость, большое количество выбросов вредных веществ в атмосферу, что и ограничивает ее широкое применение [3].

Энергетическая стратегия России до 2030 года устанавливает создание и освоение технологий и оборудования, обеспечивающих высокоэффективную разработку трудноизвлекаемых запасов нефти, и в первую очередь высоковязких нефтей, в качестве приоритетного направления. Огромным ресурсом для повышения уровня добычи является фонд простаивающих мелких и мельчайших месторождений, а также месторождений с осложненными геологическими условиями.

Забойные электротермические устройства, мощностью 1,0-2,5 МВт, разработанные в Горном университете, могут применяться в составе электротермических комплексов для тепловой обработки продуктивных пластов высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин, а также возобновления эксплуатации нерентабельных скважин на нефть, природный газ, на пресные, минеральные и термальные воды [4-9]. Разработки экспонировались на международных выставках в Брюсселе, Женеве, Париже, Дюссельдорфе, Сеуле, Москве и отмечены медалями всех достоинств.

Основные преимущества предлагаемой технологии:

1. Ресурсосбережение; технология не предполагает сжигания добытого полезного ископаемого в качестве топлива, в отличие от традиционной технологии.

2. Малая металлоемкость и капиталоемкость; технология может применяться малыми нефтяными компаниями для разработки мелких и мельчайших месторождений высоковязкой нефти, для введения во вторичную эксплуатацию и борьбы с кольматацией.

3. Простота конструкции забойных электротермических устройств.

4. Возможность генерировать в призабойной зоне насыщенный пар со степенью сухости 0.8, что недостижимо для традиционных методов. Это позволяет вносить в пласт равное количество тепловой энергии при нагнетании меньшего объема пара на 10-15% по сравнению с традиционными методами.

5. Экологически чистая технология. Не производится выбросов вредных веществ в атмосферу, в отличие от традиционной технологии.

6. Возможность использования комбинированного парогазового теплоносителя.

7. Разработанные и разрабатываемые электротермические комплексы могут найти применение со значительным экономическим эффектом:

- на крупных месторождениях ВВН РФ (например: Усинское, Гремихинское, на месторождениях Татарстана и т.д.);

- в нефтедобывающих странах (Венесуэла, США, Канада, Китай, ОАЭ и т.д.);

- на мелких месторождениях ВВН (1-10 млн. тонн) в малых нефтедобывающих компаниях;

- при вводе в эксплуатацию нерентабельных простаивающих добычных скважин;

- для декальматации призабойных зон скважин на пресную и минеральную воды, а также для борьбы с асфальтосмоловыми парафиновыми отложениями в добычных нефтяных скважинах.

В республике Коми (РК) сосредоточены в крупных и мелких месторождениях ВВН более 50% всех запасов. Проектом разработки пермокарбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения, рассчитанным на 20 лет, предусмотрено увеличить годовую добычу в четыре раза (до 4 млн. тонн), закачку пара в пласт – более чем в 10 раз, фонд работающих парогенераторов – в 10 раз. Запасы ВВН этого месторождения составляют 500÷600 млн. тонн. В то же время запасы малых месторождений в РК составляют приблизительно 40 - 50%.

Следует отметить уникальную особенность компактного размещения месторождений углеводородов (нефть, газ, уголь) и источников электроэнергии на территории Республики Коми: Усинск – крупнейшее месторождение ВВН, электростанция на попутном нефтяном газе (ПНГ) мощностью 100 МВт; Инта – крупнейшие месторождения энергетических углей и запланированное строительство угольной КЭС мощностью 1800 МВт; Печора – крупная ГРЭС мощностью 1100 МВт. В настоящее время электроснабжение Усинска выполняется по двум ЛЭП-220 кВ. Расстояние между указанными пунктами не превышает 200 км.

Указанная уникальность региона позволяет в широких масштабах использовать электроэнергию как высококачественный экологически безопасный энергоноситель при практически безальтернативных термических методах добычи ВВН. Расход электроэнергии на производство в ЭПГ 1 тонны пара со степенью сухости x=0,8 составляет 650-680 кВтч. Так, например, для добычи 1,0 млн. тонн нефти в год с помощью электротехнологий потребуется источник с годовой выработкой электроэнергии (500-600) тыс. МВт×ч мощностью 60-80МВт. (Для примера: Красноярский алюминиевый завод с годовой производительностью 0,9-1,0 млн. тонн потребляет в год приблизительно 15 млрд. кВт∙ч. Выработка электроэнергии Красноярской ГЭС с установленной мощностью 6000 МВт составляет 19-21 млрд. кВт∙ч, при этом алюминиевый завод потребляет ≈70% вырабатываемой электроэнергии с удельным расходом 15300 кВт∙ч/т)

Скважинное электротермическое оборудование (забойные электропарогенераторы (ЭПГ) [9,14-18] и скважинные электронагреватели (СЭН) [6,8,10]) могут обеспечивать тепловое воздействие на призабойные зоны добычных и нагнетальных скважин, а также допускать применение термохимических методов повышения нефтеотдачи пластов ВВН Мощность теплового потока СЭН, диаметром 127-130 мм и длиной 6-10 м, составляет не менее 800-1500 кВт [10]. Использование этого СЭН в составе электротермического комплекса (рис.1) позволит выполнять операции нагрева пластовой жидкости, паротепловое воздействие (ПТВ), импульсно-дозированное тепловое воздействие (ИДТВ), термогидродинамическое и термохимическое воздействия. Режим ИДТВ обеспечивается чередующимися импульсами ПТВ и подачей котловой воды с увеличенными Режим ПТВ реализуется при заданных часовых расходах тепловой энергии и часовыми расходами, чем достигается ускоренное продвижение теплового фронта и снижение ПНФ.

Проведена сравнительная технико-экономическая оценка эффективности пароциклического воздействия на пласты ВВН при традиционной и предлагаемой электротермической технологиях для условий Усинского месторождения в ценах на энергоносители в январе – феврале 2015 года. Сравнения проводились для двух термических добычных участков с равной паропроизводительностью 20 т/ч по двум статьям: «капитальные затраты» и «стоимость энергоносителей». Условия термического воздействия на продуктивный пласт: глубина залегания продуктивного пласта ВВН – 1200 м; давление нагнетания пара в пласт – 12 МПа.

При определении капитальных затрат учтено основное оборудование, используемое при добыче ВВН традиционными термическими методами: блочная автоматизированная установка ПГ-50-26, паспортная произво­дительность 20 т/ч, расход топлива (нефть) – 1,5 т/ч, теплоизолированные насосно-компрессорные трубы (9000 м), устьевая арматура АТП 65-16-350 (6 шт.), термостойкий пакер (6 шт). Термообработкой одновременно подвергаются 6 скважин. Суммарные затраты на указанное оборудование составляют ~ (22-25)10⁶ руб.

При электротермической технологии добычи ВВН: принятая паропроизводительность 20т/ч обеспечивается электротермическим комплексом, который включает в себя: трансформатор ТДН – 16000/110/10, погружной кабель КППБПТ 3х25, забойный электропарогенератор (6 шт), насоснокомпрессорные трубы (7800 м), устьевую арматуру АНК 165-210 (6 шт), термостойкий пакер (6 шт), питательный насос (6 шт). Суммарная стоимость основного оборудования электротермического комплекса составляет

(7-10)·10⁶ руб. Одновременно обрабатываются 6 скважин.

Сравнительную оценку энергетической и экономической эффективности можно получить из условия равенства вносимой в продуктивный пласт удельной тепловой энергии и реализуемой нефти рассматриваемых способов термического воздействия.

При сравнении приняты следующие экономические показатели:

- курс доллара 69 руб. (на 30.01.2015);

- цена нефти 50 $ за баррель (на 30.01.2015);

- стоимость электроэнергии: 3004 руб./МВт×ч (ОАО «Коми энергосбытовая компания» на декабрь 2014);

- число рабочих часов в году - 7000;

- часовой расход пара - 20 тонн.