Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование способа добычи пласта нефти в месторождении пунгараяку
1.1. Природные данные заповедника Ясуни, содержащего месторождение высоковязкой нефти (ВВН) 16
1.2. Геология месторождения и выбор способа добычи пласта ВВН .18
1.3. Анализ опыта добычи и исследований способов подземного извлечения ВВН, выбор экологически безопасных вскрытия, подготовки
и технологии разогрева нефти 29
1.4. Обзор и анализ работ по экономической оценке возможного ущерба окружающей среде при разработке нефти в месторождении Пунгараяку 53
1.5. Направления и задачи дальнейших экспериментально-аналитических исследований экологически-безопасных способов извлечения ВВН под заповедником Ясуни месторождения Пунгараяку 62
2. Исследования структурных особенностей поверхности заповедника Ясуни и пласта нефти в месторождении Пунгараяку методом геоинформационных систем (ГИС)
2.1. Методика приложения ГИС к исследуемым вопросам 65
2.2. Построение объемной модели месторождения нефти в заповеднике Ясуни 70
2.3. Учёт и использование результатов, полученных с применением ГИС, в исследованиях подземной разработки нефти 73
2.4. Выводы 73
3. Теоретические и экспериментальные исследования параметров экологически безопасных способов извлечения (ВВН)
3.1. Определение вязкости нефти в лаборатории Petrogastrade в Эквадоре 75
3.2. Аналитические исследования параметров расположения вскрывающих и подготовительных выработок для подачи тепла к пласту с меньшим влиянием его на поверхность земли 79
3.3. Расчеты параметров парового способа разогрева коллектора и выбор оборудования с учетом защиты окружающей среды 84
3.4. Исследование разогрева коллектора электрическим током и распределение электропотенциала на физической модели 98
3.5. Определение параметров оборудования для электрического способа разогрева коллектора с учётом охраны окружающей среды в месторождении Пунгараяку 112
3.6. Выводы 114
4. Исследование и разработка мер по охране заповедника Ясуни при подземной добыче под ним ВВН
4.1. Исследования и меры по уменьшению влияния высокой температуры нагрева коллектора нефти на поверхность заповедника Ясуни 116
4.2. Исследование напряжённости электрического поля в атмосфере заповедника Ясуни, возникшей из-за электроразогрева 121
4.3. Разработка мер по охране окружающей среды от пустых пород, выдаваемых из нефтяной шахты 127
4.4. Выводы 129
5. Исследование эффективности добычи ВВН и охраны окружающей среды в месторождении пунгараяку с позиций развития республики Эквадор
5.1. Объём и оценка выполненных в настоящей работе исследований по охране окружающей среды 130
5.2.Технико-экономическая эффективность мер по охране окружающей среды и добыче ВВН в месторождении Пунгараяку 132
5.3. Общая оценка извлечения и экологической безопасности подземной добычи ВВН в месторождении Пунгараяку 145
5.4 Выводы 147
Заключение 148
Литература 150
Приложение
- Природные данные заповедника Ясуни, содержащего месторождение высоковязкой нефти (ВВН)
- Методика приложения ГИС к исследуемым вопросам
- Определение вязкости нефти в лаборатории Petrogastrade в Эквадоре
- Исследования и меры по уменьшению влияния высокой температуры нагрева коллектора нефти на поверхность заповедника Ясуни
Введение к работе
Эквадор - аграрно-индустриальная страна с устоявшимися торгово-экономическими и финансовыми связями в рамках хозяйственной системы Америки. По уровню экономического развития Эквадор находится на 8-м месте в Латинской Америке. Для экономики Эквадора характерна многоукладность: наряду с современными предприятиями иностранного, смешанного вида есть в меньшем количестве предприятия местного капитала. Большое влияние на состояние страны оказывают колебания мировых цен на сырьевые товары и сельскохозяйственную продукцию, преобладающие в структуре экспорта.
По запасам и объему добычи нефти Эквадор занимает 4-е место в Латинской Америке (35 млн. т в год), после Венесуэлы, Мексики и Аргентины.
Нефть, добываемая на северо-востоке страны, экспортируется по трубопроводу через Анды. Нефтедобывающая компания, принадлежащая государству, работает совместно с иностранными компаниями.
Экономика страны выживает только благодаря высоким мировым ценам на нефть - одному из основных источников валютных поступлений Эквадора. Эквадор полностью обеспечивает себя нефтью и экспортирует ее. С 1991 по 2001 гг. прирост добычи нефти составил свыше 70%. Эквадор экспортирует 60% своей нефти, а 40% использует на внутреннем рынке. Государственная нефтяная компания - "Петроэквадор" контролирует большую часть отрасли и производит около 80% всей нефти. В настоящее время "Петроэквадор" добывает 24,7 млн. т нефти, в то время как все вместе взятые частные компании только 8,8 млн. т.
Потребление и добыча нефти показано на рис. В.1, а баланс импорта и экспорта нефти на рис.В. 2.
I
>ПотреОление'
Дооычз
Рис. B.l. Потребление и добыча нефти в Эквадоре в 1991-2001 г.г.
Основное производство нефти в Эквадоре находится в восточном регионе страны в бассейне Ориенте. Входящие в этот бассейн месторождения Шушуфинди, Либертадор, Лаго Агрио, Кононако и Куябено производят около 70% всей нефти. "Петроэквадор" надеется значительно увеличить объемы добычи.
15,00
10,00
Е 5,00
^-
0.00
1996 1997 1996 1999 2000 200 X
И мпорт
'Экспорт
Баланс
Рис. В.2. Баланс импорта и экспорта нефти в Эквадоре в 1996-2001 г.г.
Нефть в новых месторождениях является в основном тяжелой битуминозной, поэтому для ее транспортировки необходимы специальные трубопроводы. Правительство ведет переговоры о строительстве подобного трубопровода с частными компаниями из разных стран. Строительство
займет 18-20 месяцев и обойдется примерно в 500 млн. долл. На первых порах новый нефтепровод сможет перекачивать около 7,4 млн. т сырой нефти в год. В дальнейшем его мощность планируют увеличить. Трубу проложат параллельно уже существующему трансэквадорскому нефтепроводу из Лаго-Агрио к порту Бальена. С этим строительством связываются надежды на то, что иностранные инвесторы обратят более пристальное внимание на слабо изученные нефтяные районы Эквадора и активизируют разведочные работы на новых участках.
Кроме того, постепенно развертывается деятельность по приведению уже существующих нефтепроводов к стандартам, позволяющим перевозить тяжелую нефть. Крупнейший в стране нефтепровод "Сотэ", который входит в трансэквадорскую систему нефтепроводов, сейчас может транспортировать до 20 млн. т сырой нефти в год из продуктивного бассейна Ориенте к тихоокеанскому порту Эсмеральдас, где имеется нефтеперерабатывающий завод.
В настоящее время Эквадор производит примерно 400 тыс. баррелей нефти в сутки и экспортирует около 60% всей добываемой нефти. Основными импортерами эквадорской нефти являются США (100 тыс. баррелей в сутки) и Чили. Приоритетными направлениями энергетической политики Эквадора являются бесперебойное обеспечение США энергоносителями, стратегический альянс с США (а не со странами Латинской Америки) и привлечение иностранного капитала в энергетическую отрасль страны.
Компания Occidental Petroleum объявила об открытии двух месторождений в Эквадоре, в блоке 15: Янакинча-Восток (Yanaquincha Este) и Янакинча-Запад (Yanaquincha Oeste) скважинами YE-1 и YO-1. Нефть плотностью 21-27.2о АНИ обнаружена на трех горизонтах, залегающих на глубинах 9758-10200 футов. Суммарная мощность залежей в каждой скважине превышает 90 футов. При тестировании получен свободный
суммарный приток нефти с трех горизонтов через полудюймовый штуцер в объеме 590 барр/сут. С использованием насосов выкачивалось, соответственно, 2300 и 3320 барр/сут. Вслед за поисковыми скважинами были пробурены две оконтуривающие. В текущем году будут пробурены еще две новые оконтуривающие скважины и семь новых поисково-разведочных.
По оценкам отчета Экологической Программы ООН на 2001 год, человечество использовало 75 млн. баррелей нефти и 220 млрд. кубических футов газа в день. ООН предсказывает, что к 2010-ому году, даже при небольших темпах экономического роста, мировое потребление нефти возрастет на 20%, а спрос на газ поднимется на 27%. Однако, с ростом спроса возрастает также риск нарушений правил безопасности и экологических катастроф.
Возрастающий уровень потребления нефти в Эквадоре вызывает в последнее время все большую обеспокоенность правительства в связи с неизбежностью скорого истощения ее запасов. В то время, когда нефть стала практически основным видом химического и энергетического сырья для Эквадора, значительно возросло ее экономическое и политическое значение, так как Эквадор является экспортером нефти. Прогнозы об исчерпании нефтяных запасов легкой нефти все больше заставляют задуматься о необходимости её «компенсации» путем привлечения альтернативных источников углеводородного сырья и энергии.Постоянство объемов добычи нефти, возрастающий уровень ее потребления и наметившийся, согласно последним прогнозным оценкам, рост цен на нефть и нефтепродукты позволяет сегодня приступить к широкомасштабному освоению и практической реализации проектов, связанных с разведкой и переработкой сырья, в наибольшей мере приближенного по составу к обычной нефти.
Результаты научных исследований и практика последних десятилетий показывают, что наиболее перспективным шагом в этом направлении
является привлечение таких ископаемых, как нефтебитуминозные породы и высоковязкие нефти (ВВН), запасы которых соизмеримы или превышают запасы обычной нефти. Поэтому правительство Эквадора стало обращать внимание на месторождения высоковязкой нефти. Одним из них является месторождения Пунгараяку, в котором запасы нефти составляют более 1,4 млрд. кубометров и в которых содержится не только нефть, но и ценные минералы, такие как никель и ванадий.
Так как нефтебитуминозные породы сегодня следует рассматривать как комплексное минеральное сырье, которое может служить дополнительным источником топливно-энергетического, химического, металлургического, строительного и других видов сырья, подход к ВВН с традиционных позиций какой-либо одной отрасли без учета интересов других отраслей народного хозяйства означал бы неэффективное и нерациональное расходование невозобновляемого природного сырья. Большинство зарубежных программ по использованию ВВН стоимостью от нескольких миллионов до нескольких миллиардов долларов составлены с учетом всех особенностей полезного ископаемого, а также размеров месторождений, условий извлечения, возможностей переработки и получения ценных продуктов, реализация которых обеспечит высокую рентабельность производств. Очень важными и особо ценными компонентами месторождений тяжелых нефтей являются металлы, многие из которых - стратегические и потребности в них не удовлетворяются из-за отсутствия сырьевой базы.
Новое месторождение Пунгараяку находится в джунглях гористой части Эквадора между горным отрогом и Амазонской долиной в восточной части страны. Природные богатства этого района, заповедник Ясуни, выделяются как особые в стране.
Нефтяной коллектор по данным геологоразведки имеет: угол падения пласта 25-30 градусов, среднюю мощность около 70 м и производительность
пласта 5,8-9,6 т/м . Выход пласта под наносы располагается на глубине 40-50 м. Вязкость нефти высокая, равная 3320 мПа.с, при пластовой температуре 22 С. В связи с высокой вязкостью нефти месторождения Пунгараяку, для придания ей текучести требуется интенсивный разогрев пласта. Способов разогрева имеется несколько, поэтому для выбора эффективного способа необходимо сравнение различных вариантов его с учётом экологического фактора.
Особенности залегания пласта в гористой местности, нахождение его под заповедником Ясуни выдвигает ряд экологических требований к разработке: как вести саму добычу - открытым или подземным способами, какие необходимы при этом мероприятия по уменьшению влияния разработки на окружающую среду.
Отмеченные выше положения по месторождению, находящемуся в заповеднике Ясуни, качеству нефти, её добыче и охране окружающей среды определили актуальность исследований диссертации.
Цель работы: научное обоснование природоохранных мероприятий, по добыче в месторождении Пунгараяку (Эквадор) ВВН и охране государственного природного заповедника Ясуни.
Идея работы: рациональное использование горногеологических и геоэкологических особенностей месторождения нефти Пунгараяку и заповедника Ясуни для создания технологии разработки ВВН с помощью подземных выработок и разогрева коллектора нефти электрическим способом с минимальным влиянием на окружающую среду по сравнению с паровым способом.
Методы исследования: анализ мирового опыта разработки подобных залежей, экспериментально-аналитические исследования природоохранной технологии добычи ВВН, а также технико-экономическое обоснование технологии с учетом природоохранных требований и потребностей Эквадора.
Задачи исследования:
выбор наиболее природосберегающего способа добычи нефти в месторождении Пунгараяку (Эквадор), находящемся в природном заповеднике Ясуни, охраняемом государством, выявление структурных особенностей рельефа заповедника Ясуни и условий залегания пласта нефти с использованием ГИС-технологий;
выбор экологически минимально безопасного способа вскрытия и подготовки к подземному извлечению нефти с учетом полученных аналитических зависимостей по заложению вскрывающих стволов, расположению подготовительных выработок и параметрам панели;
экспериментальные исследования: а) температуры снижения вязкости нефти до её текучего состояния; б) характера распределения электрического потенциала в объёме коллектора при его электроразогреве;
расчеты: а) рациональных параметров сетки скважин при паровом и электрическом способах разогрева коллектора; б) количества пара или электроэнергии, подаваемых в коллектор;
определение влияния на поверхность и атмосферу заповедника Ясуни тепла коллектора нефти и напряжённости электрического поля при его электроразогреве;
определение характера возможного загрязнения заповедника Ясуни отходами нефтяной шахты и разработка мер по борьбе с ними;
сравнение разных способов разогрева коллектора нефти с технико-экономической оценкой добычи нефти и охраны окружающей среды с учетом развития Республики Эквадор.
На защиту выносятся;
- научное обоснование экологически наиболее безопасных способов
подземной добычи и подготовки к извлечению ВВН в месторождении
Пунгараяку (Эквадор), находящемся в природном заповеднике Ясуни,
охраняемом государством;
расчетные параметры разогрева коллектора нефти в месторождении Пунгараяку при паровом способе: расположение нагнетательных и добычных скважин, количество пара и время его нагнетания;
выявление характера распределения электропотенциалов в коллекторе при разогреве его электрическим током при соотношении расстояния между нагнетательными скважинами-электродами по простиранию к расстоянию до добычных скважин-электродов по падению, как 1:2;
научное обоснование выявленного периода (10-30 суток), в течение которого тепло разогреваемого коллектора начинает влиять на поверхность заповедника Ясуни в зависимости от глубины разработки пласта;
научное обоснование вывода о том, что в связи с электроразогревом коллектора переменным электрическим током промышленной частоты, напряжённость электрического поля в атмосфере заповедника Ясуни в пределах 2-600 В/м является минимально безопасным, так как в сотни раз меньше международных норм напряженности указанных полей.
Научная новизна: впервые научно выявлены структурные особенности рельефа заповедника Ясуни и условия залегания коллектора нефти, а также параметры экологически безопасной добычи высоковязкого пласта нефти в месторождении Пунгараяку: способов вскрытия и подготовки коллектора, разогрева ВВН паром и электрической энергией (на способ электроразогрева имеется положительное решение Роспатента от 29.11.05 на выдачу патента РФ по заявке № 2004135370/03 от 06.12.04); впервые установлено влияние подземной добычи ВВН на окружающую среду: напряжённость электрического поля атмосферы заповедника Ясуни и температуру поверхности земли в зависимости от глубины разогреваемого коллектора.
Практическое значение работы:
Сформированная геоинформационная база данных по характеру рельефа поверхности и условия залегания пласта нефти позволяют
использовать их для добычи и охраны заповедника Ясуни в течение всего срока эксплуатации месторождения.
Применение разработанного и научно обоснованного, экологически
безопасного способа вскрытия и подготовки к извлечению ВВН, а также ее
разогрева, позволяют эффективно и с меньшим риском для природы освоить
добычу нефти в месторождении Пунгараяку, находящемся в
государственном заповеднике Ясуни, что является важным в эколого-экономическом отношении для развития государства Эквадор.
Рекомендуемое при разогреве нефти использование электрического тока максимально уменьшает отрицательное воздействие на экосистему заповедника Ясуни при подаче её к коллектору и разогреве нефти по сравнению с выбросами тепла и техногенных газов при паровом разогреве с применением парогенераторов.
Рекомендуемое получение электрической энергии с помощью мини-ГЭС на горной реке Оллин в отроге рельефа на территории месторождения Пунгараяку характеризуется низкой себестоимостью и минимальным влиянием его на экосистему заповедника Ясуни.
Разработанные меры по борьбе с выбросами и загрязнениями заповедника Ясуни нефтяной шахтой: с пустой породой, газами и пылью, а также с повышением температуры поверхности земли из-за разогрева коллектора ВВН, отвечают высоким природоохранным требованиям к региону.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций; подтверждается комплексным подходом к решению задач диссертации, высокой надежностью использованных методов экспериментальных и теоретических исследований и удовлетворительной сходимостью их результатов.
Реализация работы: результаты исследований приняты компанией Петроэквадор с целью внедрения, а также использованы при преподавании
курса «Горное дело и окружающая среда» на кафедре горного и нефтяного дела инженерного факультета РУДН.
Апробация работ: Материалы диссертации докладывались на международных конференциях "Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр", Москва-Россия 15-18 сентября 2003 г., Москва-Бишкек 13-18 сентября 2004 г. и Москва-Навойи 16-23 сентября 2005 г.; на международной конференции «Производство, технология, экология (ПРОТЭК'2005)», Москва 14-16 сентября 2005 г.; на 2-м международном симпозиуме «Геотехнология: скважинные способы освоения месторождений полезных ископаемых, Москва 11-14 октября 2005 г.; на конференциях преподавателей и аспирантов инженерного факультета РУДН 2003-2005 г.г.; на семинарах и отчетах на кафедре горного и нефтяного дела РУДН 2003-2004 г.г.
Публикации: по теме диссертации: опубликовано 9 работ, в том числе 2 патента, на один из которых по способу добычи вязкой нефти из пласта с применением для разогрева коллектора электрического тока, отвечающему теме диссертации, получено положительное решение Роспатента:
Машковцев И.Л., Марко Антонио Салдумбиде Вердесото. К вопросу вскрытия и подготовки месторождения Пунгараяку (Эквадор) к подземной добыче нефти/ Материалы второй международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», Москва 15-18 сентября 2003 г.- М.: изд-во РУДН, 2003.-С.45-46.
Marco Antonio Zaldumbide Verdezoto. (Universidad de la amistad de los pueblos Russia) "Campo de petroleo pesado Pungarayaku''/Материалы второй международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр.» Москва 15-18 сентября 2003 г. - М.: изд-во РУДН, 2003.-С.227-228.
Антонио М., Машковцев И. Л., Перов Н.В. Природоохранная
технология добычи вязкой нефти месторождения Пунгараяку (Эквадор)
/Материалы третьей международной конференций
«Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», Москва-Бишкек, 13-18 сентября 2004 г. - М.: изд-во РУДН, 2004.-С. 107-110.
Машковцев И.Л., Перов Н.В., Саумитра Нараян Деб, Марко Антонио Салдумбиде Вердесото. К вопросу безопасности горных работ и охраны окружающей среды при подземной добыче пласта высоковязкой нефти месторождения Пунгараяку (Эквадор)/»Научн. сообщ.» ИГД им. А.А.Скочинского, вып. 8. М.: изд-во ИГД. им. А.А. Скочинского, 2005. -С.55-56.
Перов Н.В., Машковцев И.Л., Марко Антонио Салдумбиде Вердесото. Исследование распределения потенциала электрического поля на натурном блоке в связи с электроразогревом нефтяного коллектора/Материалы четвертой международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр. Москва-Навоий, 18-25 сентября 2005 г.- М.: изд-во РУДН, 2005.-С. 157-158.
Перов Н.В., Любимов А.А., Машковцев И.Л., Марко Антонио Салдумбиде Вердесото. Расчеты температур нагрева поверхности земли от тепла коллектора высоковязкой нефти, добываемой подземным способом, и меры по уменьшению его экологической опасности для Заповедника Ясуни (ЭквадорУПроизводство, технология, экология. Сборник научных трудов №8, т.З //Труды международной конференции «ПРОТЭК,05» 14-16 сентября 2005 г., г. Москва.- М.: изд-во МГТУ «Станкин», 2005.- С.583-591.
Перов Н.В., Машковцев И.Л. Марко Антонио Вердесото. Перспективы развития технологии разогрева нефти при добыче /Материалы 2-го Междунар. симпозиума «Геотехнология: скважинные способы освоения
месторождений полезных ископаемых, Москва 11-14 октября 2005 г.- М: Изд-во РУДН, 2005 - С. 54-55.
Патент РФ №2260694 Способ многослоевой выемки сверхмощного, более 30 м, пласта угля наклонными слоями в восходящем порядке с полной закладкой выработанного пространства/Машковцев И.Л., Саумитра Нараян Деб, Марко Антонио и др.- М.: Бюл.№26, 20.09.2005.
Балыхин Г.А., Перов Н.В., Воробьёв А.Е., Машковцев И.Л., Марко Антонио, Саумитра Нараян Деб. Способ добычи вязкой нефти из пласта/Положительное решение Роспатента от 29.11.2005 о выдаче патента по заявке №2004135370/03 от 06.12.2004.
Автор приносит искреннюю благодарность проректору РУДН А.П.Ефремову, заведующему отделом геоинформационных систем Государственного геологического музея им. В.И.Вернадского РАН В.М.Ряховскому, генеральному директору фирмы Иггеко (Эквадор) Умберто Coca, зарубежному представителю Петроэквадор Хуан Пабло Алмеида и научному руководителю И.Л.Машковцеву за неоценимую помощь, оказанную ими при подготовке и апробации работы. Необходимо выделить и особенно поблагодарить генерального директора ассоциации АБЭТ Н.В.Перова, по сути являющегося вторым научным руководителем. Совместно с ним выполнены все расчёты параметров и выбор оборудования (включая мини-ГЭС) для электроразогрева коллектора. Проведены необходимые экспериментальные работы на натурном блоке по определению равномерного распределения электропотенциалов в коллекторе при разогреве нефти. Были эффективно продолжены исследования ГИХСа по электротехнологии, в которых Н.В.Перов принимал непосредственное участие с конечной целью внедрения электроразогрева в месторождении Пунгаряку (Эквадор). Это тем более достижимо в настоящее время, так как на электроразогрев получено положительное решение на выдачу патента, о чём поставлена в известность фирма Petrogastrade (Эквадор).
Природные данные заповедника Ясуни, содержащего месторождение высоковязкой нефти (ВВН)
А находится оно в богатейшем природными данными заповеднике Ясуни, которое располагается между горным отрогом и Амазонской равниной, поэтому имеет различные топографические характеристики (от 500 до 1500 метров над уровнем моря). Рельеф местности в районе очень обрывистый с сильным уклоном, который постепенно выполаживается до района Тена и Амазонской равнины. Заповедник Ясуни занимает примерно половину территории месторождения, включает северо-западные предгорья Сьерры и плоские или волнистые равнины к востоку от них. Большая ее часть покрыта густыми тропическими лесами, а под ними буйно развиваются лианы, эпифитные орхидеи, растения-паразиты, папоротники и кустарники.
Район местности, входящий в заповедник Ясуни, является богатым и разнообразным по фауне и флоре. Это затрудняет освоение месторождения в данной местности из-за возможного большого нарушения природной среды. Флора данной зоны представлена преимущественно густыми джунглями, имеется незначительная часть местности в виде пастбищ.
Наиболее важными являются реки Оллин, Чонтаяку, Хондачи, Пунгарайо с множеством своих притоков. Между собой они образуют гидрографическую сеть по типу субпараллельной. Все они впадают в южную часть реки Мисагуалли. Река Оллин формирует глубокие ущелья (глубиной от 100 до 200 метров), имеет гидравлический режим с субгорными быстрыми паводками.
Приведенная характеристика заповедника Ясуни не оставляет сомнений в выборе способа извлечения коллектора нефти. Выбор будет сделан после описания геологии месторождения.
Начало детального исследования геологии месторождения датируется 1974-1975 г., когда проводилась геологическая разведка района Пуерто Напо-Тена. В результате была составлена карта масштаба 1:100000 с первыми данными о нефтеносности геологического строения. В месторождении Пунгараяку было пробурено более 20 разведочных скважин. В 1984 году была описана зона Субандина вместе с проектом об углеводородном сырье. Анализ петрологических, литологических и геологических характеристик материнской породы и углеводородного потенциала показал, что обнаружено месторождение нефти высокой вязкости (15-5 АПИ), которое в будущем может играть важную роль в экономике страны.
Угол падения пласта 20-25 градусов, мощность 50-70 м и производительность пласта 5,8-9,6 т/м . Длина поля по простиранию 60 км, по падению 50 км.
Отдельные характеристики месторождения и нефти Пунгараяку даны в Приложении 1, (табл. 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.6).
Для определения понятия тяжелой нефти используются два критерия: вязкость и плотность. Вязкость при пластовой температуре - более важное понятие для специалистов-разработчиков, так как оно является показателем возможности извлечения нефти из коллектора. Плотность является показателем продукта, полученного прямой перегонкой. Оба эти понятия нелегко коррелируются. Вязкость, как и плотность, зависит от пластовой температуры и свойств нефти.
На ранних этапах развития нефтяной промышленности определяющим показателем качества нефтей была плотность, в зависимости от величины которой, нефти подразделялись на легкие (относительная плотность до 0,884), утяжелённые (0,828-0,884).
Позднее к тяжелым нефтям относили нефти плотностью 0,9042 и выше. Далее был установлен диапазон от 0,9042 до 1,000 и даже до 1,0143, а более тяжелую нефть причисляли к сверхтяжелым или битумам. [6,69]
Опыт теплового воздействия на нефтяные пласты показал, что методы повышения нефтеотдачи наиболее эффективны применительно к высоковязким нефтям, так как при увеличении температуры снижается вязкость нефти и она приобретает свойства ньютоновской жидкости. При обычных температурах высоковязкие, тяжелые нефти не подчиняются законам Ньютона, характеризуются малой газонасыщенностью, значительным окислением, а также относительно неглубоким залеганием продуктивных горизонтов, рыхлостью нефтесодержащего коллектора.
Высокая вязкость нефти определяет относительно низкие дебиты скважин, сокращение периода безводной эксплуатации залежи и увеличение обводненности продукции скважин. Это отражается на сроках разработки месторождений и затратах на добычу и подготовку нефти. Обычно разработка таких месторождений невозможна без применения дополнительного воздействия на пласт теплоносителями, растворителями и др. реагентами, снижающими вязкость нефти, добыча и промысловая подготовка таких нефтей связаны с необходимостью усовершенствования и создания новых технологий и технических средств. Переработка же таких нефтей также должна осуществляться на отдельных участках, предусматривающих производство битумов и получение ценных металлов (ванадий, никель и др.). Ценность ВВН зависит не только от их свойств и состава, но также от способа их разогрева. Тепловые методы пока остаются основными методами воздействия на пласты содержащие ВВН.
Серьезным препятствием для интенсивной добычи битумной нефти является низкое пластовое давление на глубине до 100 м.
Вязкие нефти очень чувствительны к изменению температуры. Например, вязкость нефти месторождения Пунгараяку при температуре 30С равна 1300 мПа.с, а при 120С, вязкость ее составит всего 3,949 мПа.с.
В качестве рабочего теплового агента для снижения вязкости могут быть использованы как газы, электрический ток, так и жидкости. При добыче применяют преимущественно водяной пар и горячую воду. Эти рабочие агенты характеризуются высокой удельной теплоемкостью и хорошими нефтевытесняющими качествами.
Одним из рапространенных способов разогрева, вытеснения высоковязкой нефти и создания необходимой энергии в пласте является способ закачки парогазовой смеси с помощью парогазогенераторов. Благодаря закачке парогазовой смеси (пар, азот, углекислый газ) происходит снижение вязкости нефти, повышается пластовое давление, создаются благоприятные условия для притока нефти к скважинам.
Методика приложения ГИС к исследуемым вопросам
На стадии проектирования ГИС из значительных объемов данных на бумажных носителях по конкретным площадям выбирают и переводят в векторный формат наиболее информативные материалы, которые отражали бы детально структурно-вещественное строение площади Заповедника Ясуни, пласта и др. На следующей стадии, для формирования ГИС-проектов необходимо создание программно-технологических комплексов. Это позволит в реальном времени проводить моделирование объектов и ситуаций, когда диалог проходит на языке, близком к естественному, с реализацией функций по общим и специальным вопросам.
Для работы с распределенными базами данных по месторождению Пунгараяку была создана система управления данными СУБД, которая поддерживает записи переменной длины. При разработке этой системы придерживаются следующей последовательности:
- формирование специализированных ГИС-проектов 1, 2 и 3 уровней; - статистическая обработка, сравнение, корреляция, сопоставление и визуализация; определение поверхностных объектов, возможный прогноз нефтеносных пластов, подсчет запасов и объёмов добычи. На этом основывается принятие управленческих решений.
Отличительными особенностями системы являются развитые возможности кодируемого типа данных и максимально возможный контроль ввода данных. Программно-технологический комплекс реализует произвольные запросы с пересекающимися наборами показателей по различным типам объектов и обеспечивает вывод данных в атрибутивные таблицы. Все данные в таблицах имеют координатную привязку и адаптированы в программе Arc/View GIS к широкому спектру специализированных и тематических электронных карт. Эти же таблицы могут использоваться в распространенных программах обработки данных MS Excel, MS Access и Surfer.
При оцифровке покрытий и адаптации предметно-ориентированных банков данных были использованы программные продукты Института исследований окружающей среды (ESRI) США ARC/INFO 8.1 и PC ARC/VIEW 8.0, а также векторизаторы ArcScan (на рабочей станции) и Map Edit (на персональном компьютере).
Таким образом, комплексная автоматизированная система, ориентированная на обработку геологической и промысловой информации, представляет собой единство компьютерного оборудования, программного обеспечения, распределенных баз данных и произвольного проектирования исследований, а также для эффективного накопления, хранения, видоизменения, обработки, анализа и визуализации всех форм информации. Представляется возможным моделирование объектов и ситуаций на месторождении по узким и специальным вопросам. Такая многоконтурная система на аналитическом уровне способна согласовывать различные информационные модели с эталонными, что может повысить значимость принятия управленческих решений.
Визуализация отдельных элементов проекта на экран и обработка запросов позволяет, с одной стороны, уточнить взаимоотношения геологических границ, тектонических разломов, структурное положение пласта, а с другой стороны определить активность дизъюнктивных нарушений, его морфологию и глубину залегания. Это достигается последовательным включением отдельных ГИС-проектов, анализ которых позволяет подтвердить правильность исходных предположений, выявить несогласованность ассоциаций и парадигмы.
Последовательность выполнения запросов и правил построения таблиц и графиков образует так называемый сценарий анализа, который в последствии можно распространить на другие месторождения. На основе этих многомерных таблиц могут создаваться иерархические структуры данных по каким-либо измерениям.
Математическое моделирование с элементами прогноза основано на методе индукции, который в основе своей имеет временную привязку. В этой связи все геологические процессы можно моделируются с высокой степенью достоверности конечного результата.
Подготовка исходной информации для построения модели состоит из двух этапов: векторизация картографического материала и ввод данных векторизованных объектов. Основой для векторизации является общегеографическая карта с обязательным содержанием характера рельефа заповедника Ясуни.
Все слои геоинформационного проекта получены путем ввода через дигитайзер (Grid arc) и - путём полуавтоматической векторизации. Индексация объектов проводилась ручным способом на экране по сканированному изображению. Сканирование отдельных объектов проводилось с разрешением 300 точек на дюйм и более. Результаты векторизации конвертировались в реальные географические координаты равнопромежуточной конической проекции. Затем результат проектировался на плоскую градусную систему географических координат, таким образом, формировались базы данных для каждого тематического цифрового слоя и на последнем этапе были объединены в единую информационную систему.
Отдельные цифровые покрытия представляют собой математическое описание географических и геологических объектов и отношений между ними с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекциях и системе координат, по содержанию и точности соответствующих данному масштабу.
Был использован пакет Arc/View GIS 3.2. В этой программе организуется быстрый доступ к картам, схемам профилям и т.д., причем многоаспектную информацию можно одновременно представить на дисплее компьютера, манипулируя «включение» и «выключение» отдельных тематических слоев.
Определение вязкости нефти в лаборатории Petrogastrade в Эквадоре
Определение вязкости нефти месторождения Пунгараяку и зависимости её от температуры нагрева проводилось в частной лаборатории Эквадора.
Для определения вязкости нефти были отобраны пробы пластовой нефти из разведочных скважин №2-4. Объем всех проб составил 1000 cm3 при температуре отбора окружающей среды равной -25 С.
В начале пробы были очищены от бурового раствора и помещены в увлажненный целлофановый пакет, который затем был покрыт парафинированной марлей. После этого пробы были помещены в контейнеры для транспортировки.
Прибор предназначен для нефтепродуктов и других жидкостей при нормальной температуре. В этих жидкостях напряжение сдвига должно быть пропорционально скорости деформации так называемых ньютоновских жидкостей. Сущность замера на вискозиметре состоит в определении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести.
При замере используются штативы для закрепления вискозиметра; термостат, термометр ртутный стеклянный лабораторный с ценой деления шкалы 0,05 С; секундомер по ГОСТ 5072-72; шкаф сушильный, обеспечивающий нагрев до 100-200С; бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026-66. Растворители и реактивы: бензин-растворитель для резиновой промышленности по ГОСТ 443-76; эфир петролейный по ГОСТ 11992-66; ацетон по ГОСТ 2603-79; спирт этиловый ректификационный технический высшей очистки по ГОСТ 18300-72; смесь хромовая; вода дистиллированная; сульфат натрия безводный.
Перед проведением испытания вискозиметр тщательно промывают соответствующим растворителем, затем горячей водой и заливают не менее чем на 6 часов хромовой смесью. После этого вискозиметр промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-200 С.
В термостате устанавливают температуру, необходимую для измерения вязкости испытуемого нефтепродукта. При наличии воды пробу сушат безводным сульфатом натрия и фильтруют через бумажный фильтр.
Для измерения времени истечения на колено 2 вискозиметра устанавливают воронку и заполняют нефтью нижнюю часть вискозиметра на 1/3 - 1/2 объема. Вискозиметр устанавливают в термостат так, чтобы расширение 4 было ниже уровня жидкости в термостате. Правильность установки вискозиметра проверяют отвесом в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.После выдержки в термостате не менее 15 минут жидкость с помощью надетой на колено резиновой трубки и груши засасывают в колено 1 примерно на 1/3 высоты расширения 4. Снимают с колена 1 резиновую трубку и секундомером определяют время перемещения мениска жидкости от метки МІ до М2 при свободном истечении с точностью до 0,2 с. Результаты трех последовательных измерений не должны отличаться более чем на 0,02 %.
Для определения зависимости вязкости нефти от температуры в вискозиметр вставляют калиброванную трубку и шарик.
Вискозиметр устанавливается в положении «соленоид внизу». Тумблер «Питание» переводят в положение «Выкл.». Ожидают 1-2 минуты, пока нагреваются лампы усилителя. Переключают тумблер в положение «Электромагнит», при этом шарик притягивается и электромагниту. Поворачивают вискозиметр в рабочее положение -«Соленоид наверху». Шарик, будучи, притянутый к электромагниту, находится в верхнем конце трубки. Переводят тумблер в сторону надписи «Секундомер». При этом отключается электромагнит, шарик начинает двигаться по трубке вниз и, одновременно, включается секундомер. При достижении шариком крайнего нижнего положения секундомер автоматически останавливается, фиксируя время качения шарика. Определение времени качения шарика производят несколько раз, для чего вискозиметр поворачивают в положение «соленоид внизу» и повторяют все операции, указанные выше. Время качения шарика определяется при разных углах наклона прибора.
Исследования и меры по уменьшению влияния высокой температуры нагрева коллектора нефти на поверхность заповедника Ясуни
Из рис.3.9 видно, что температура в пласте, при радиусе 15 м, остается на отметке около 100С, в течение длительного времени. Таким образом, рациональное расстояние между скважинами равняется около 30 м, что используется в дальнейших исследованиях.
Данные для расчётов Аь Ц,, Ro, Rn, Ryc„, q, Vn0p5 а также для зависимости температуры коллектора от времени приведены в Приложении 3 (табл.7-20).
В результате исследований составлена сетка скважин, рис.3.10.
Плотное расположение добывающих и нагнетательных скважин и соотношения их числа является важным при паровом воздействии на пласт с целью увеличения нефтеотдачи. Это касается как непрерывного ввода в пласт теплоносителя, так и создания тепловых оторочек. С ростом расстояния между скважинами (т.е. с уменьшением плотности сетки скважин) необходимый размер тепловых оторочек увеличивается. [32,44,61].
По расчёту на одну нагнетательную скважину приходится приблизительно на 1 тыс. м поврхности коллектора . На эту же площадь попадает три добычные скважины. Однако каждая добычная скважина находится между двумя нагнетательными. Это положение способствует лучшей нефтеотдаче коллектора.
При линейной схеме воздействия. Между рядами нагнетательных скважин размещается нечетное число рядов добывающих скважин. Расстояния между нагнетательными и добычными скважинами определяются зоной пласта с температурой 100-120С. Это обусловлено тем, что при температуре равной 100-120 С, вязкость нефти значительно уменьшается, это создает благоприятные условия для активного вытеснения ее горячим конденсатом, а затем паром.
По результатам расчета нам известно, что средний радиус нагрева одной скважины составляет 15-16 м, при этом с учетом того, что между скважинами должна быть в среднем температура 100-120 С в пласте. Исходя из этих принципов и, зная, что ширина одной выработки составляет 100м, а средняя мощность пласта - 60 м, не сложно рассчитать общее количество нагнетательных и добычных скважин на одной выработке. На рисунке ЗЛО показано расположение скважин и расстояние между ними, таким образом, количество добычных скважин составляет 19 шт. А количество нагнетательных - 6 шт., исходя из принципа наибольшей тепловой эффективности.
Основным оборудованием парового способа нагрева пласт являются парогенераторы. Параметры парогенераторов рассчитаны и подобраны в соответствии с экологически безопасным способом вскрытия и подготовки шахтного поля для извлечения высоковязкой нефти.
Для месторождения Пунгараяку при выборе оборудования принимаются следующие условия: степень сухости пара Х=0,8; температура пара Т=178С; необходимое количество пара в сутки на одну буровую камеру - 400 т. В качестве агента используется насыщенный пар, что упрощает систему подготовки воды для паровых котлов. Пар можно получить от полустационарных и стационарных паровых котельных и передвижных парогенераторных установок.
Конструктивные особенности арматуры устья нагнетательного скважины: Арматура устья состоит из устьевого сальника 1, предназначенного для компенсации теплового расширения колонны насосно-компрессорных труб 2; устьевого шарнирного устройства 4 и стволового шарнира 3. Устьевое шарнирное устройство обеспечивает компенсацию термических удлинений колонны и паропровода от парогенератора. Стволовой шарнир предназначен для компенсации температурных деформаций, а также для компенсации действия возможного момента сил от подводимого паропровода.
