Ученые из Казахского национального исследовательского технического университета имени К. И. Сатпаева провели серию лабораторных экспериментов, чтобы оценить потенциал газа в повышении нефтеотдачи на месторождениях с тяжелой нефтью. Объектом исследования стало казахстанское месторождение Восточный Молдабек, где в продуктивных пластах содержится нефть с очень высокой вязкостью. Такие залежи особенно сложно разрабатывать, так как нефть плохо фильтруется, с трудом движется по порам породы и почти не реагирует на привычные методы вытеснения, включая закачку воды. Обычно значительная часть запасов так и остается недоступной для извлечения.
Чтобы понять, насколько в этих условиях могут быть эффективны газовые методы, исследователи смоделировали процесс разработки в лабораторных условиях. Были подготовлены образцы пород из продуктивного пласта, очищенные и насыщенные пластовой жидкостью. Эксперименты проходили при температуре и давлении, близких к реальным условиям залежи. Сначала из кернов вытесняли нефть с помощью воды, как это делается на промысле. Затем в те же образцы закачивали углекислый газ (CO2), азот (N2), метан (CH4) или пропан (C3H8), чтобы определить, какой из агентов позволяет извлечь из породы больше остаточной нефти.
Наиболее эффективным оказался CO2. При его закачке коэффициент вытеснения нефти увеличивался более чем на 5%, если сравнивать с заводнением. Такой эффект объясняется способностью углекислого газа растворяться в нефти, снижая ее вязкость и межфазное натяжение. Благодаря этому нефть становится более подвижной и легче проходит через пористую среду. Кроме того, CO2 вызывает разбухание нефти, что также способствует улучшению фильтрации. Эти механизмы позволяют газу проникать в ранее недоступные участки пласта и вовлекать в разработку дополнительные объемы нефти.
Азот, напротив, практически не растворяется в нефти и не вступает в химическое взаимодействие с породой. Его действие ограничивается физическим вытеснением нефти, как поршнем. Эффективность ниже (прирост составил около 2,5-3,6%), но есть и преимущества. Азот доступен, прост в обращении и не вызывает коррозию оборудования. Это может быть важным фактором при выборе технологии в условиях ограниченного бюджета или при отсутствии готовой инфраструктуры для обращения с CO2.
Метан и пропан показали промежуточные результаты. Особенно интересен пропан. Благодаря своей высокой растворимости он обеспечил прирост нефтеотдачи до 3,6%. Метан оказался менее эффективным. Однако оба газа могут применяться на практике, если на месторождении есть попутный нефтяной газ, который можно использовать как источник, снижая издержки и одновременно повышая рентабельность разработки.
Таким образом, исследование показало высокий потенциал использования газов для повышения нефтеотдачи в сложных условиях, характерных для месторождений с тяжелой нефтью. При грамотной инженерной адаптации такие методы позволяют существенно увеличить объем извлекаемых запасов и продлить срок активной разработки зрелых или слабо дренируемых залежей.
