М. Ю. Ащепков, Ю. С. Ащепков, А. А. Сухов

Научно-Производственная фирма «Недра-ЭСТЭРН», Москва

Качество разрабатываемых нефтяных месторождений резко ухудшается, а коэффициент нефтеизвлечения падает. Сегодня более 90% месторождений разрабатываются с применением заводнения пластов. При заводнении коэффициент извлечения нефти зависит от полноты вытеснения нефти водой, которая характеризуется коэффициентом вытеснения, представляющим отношение разности между начальной и остаточной нефтенасыщенностью к начальной нефтенасыщенности и коэффициентом охвата пласта вытеснением, представляющим отношение продуктивного объема, охваченного заводнением ко всему заводняемому объему пласта.

Коэффициент вытеснения зависит от микро- и нанонеоднородностей порового пространства и действующих капиллярных сил, удерживающих нефть в виде пленок на границах раздела сред в гидрофобных и (в виде глобул, занимающих крупные поры и каналы) в гидрофильных коллекторах. В обоих случаях причиной удержания нефти являются капиллярные силы.

Исследованиями доказано, что охват пласта заводнением во многом определяется отношением подвижностей нагнетаемой в пласт воды и вытесняемой нефти

М=μнκв/μвκн,

где μн, μв и κн, κв – вязкости и фазовые проницаемости для нефти и воды, которые определяются взаимодействием молекул-наночастиц – внутри жидкостей и между жидкостями [1].

Важное влияние на нефтеотдачу оказывает геологическая макро- и нанонеоднородность пласта, характеризующаяся наличием объемов и слоев с различной проницаемостью, развитых трещин, каверн и т. д.

Таким образом, выделяются три основные причины снижения нефьтеотдачи пластов при заводнении:
- проявление капиллярных сил, препятствующих вытеснению нефти из пор микронеоднородной пористой среды (адсорбция, поверхностное натяжение);
- неблагоприятное соотношение подвижностей вытесняющей и вытесняемой жидкостей (большая разница между вязкостью нефти и воды);
- неоднородность геологического строения коллекторов (разность сечений и прерывистость фильтрующих каналов, наличие каверн, трещин, различный характер смачиваемости).

Все три причины обусловлены отрицательным влиянием капиллярных сил, которые действуют на наноуровнях и являются главным фактором, препятствующим вытеснению нефти.

Установлено, что радикальное снижение капиллярных сил позволит извлекать из пластов до 90-95% содержащейся в них нефти. Поэтому основные силы исследователей должны быть направлены на борьбу с капиллярными силами, управлять которыми можно с помощью нанотехнологий, основанных на использо-вании для воздействия на свойства и поведение отдельных наночастиц и их коллективов, полей различной физической природы.

Разнообразные эффекты, возникающие в нефтеводонасыщенных пористых средах при волновом воздействии физическими полями являются следствием изменения поведения и свойств наночастиц. По единому мнению руководителей Центра нанотехнологий МЭИ, нанотехнологии – системообразующее начало Третьей НТР, которая началась в конце ХХ века и вскоре изменит облик мира. Это, в полной мере, относится и к волновым нанотехнологиям, которые призваны сыграть и неизбежно сыграют революционизирующую роль в нефтедобыче.

Продолжительное волновое воздействие на пластовую систему механическими полями приводит к резкому ослаблению действия капиллярных сил и межмолекулярных связей, к снижению вязкости нефти и деструкции сложных молекул, замедляет, останавливает или обращает процесс полимеризации, вызывая в определенных условиях деполимеризацию, препятствует кольматации коллектора, снижает потери подвижной нефти при остановках скважин, вследствие снятия трения покоя.

Механические волновые поля вызывают наноразмерные эффекты, которые активизируют среду, стимулируют и усиливают процессы, естественные и искусственно вызываемые с целью увеличения КИН и оптимизации разработки, существенно повышают эффективность МУН, не вызывая никаких негативных последствий.

В научно – производственных предприятиях «Недра-ЭСТЭРН», Москва, «Ойл-Инжиниринг», Уфа, и других создан значительный арсенал технических средств и технологий волнового воздействия на геосреду. Практически отработана серия простых, дешевых устройств и методов возбуждения в нефтяных пластах волновых, дилатационно-волновых, импульсных, дилатационно-импульсных, депресионно-репрессионных, поличастотных и квазистационарных механических полей.

Возможности волновых нанотехнологий не ограничиваются решением задач по увеличению нефтеотдачи пластов они открывают новые стратегические направления развития нефтедобывающей отрасли, к которым можно отнести:
- поддержание пластового давления (ППД) без заводнения пластов за счет многократного усиления диффузионных процессов и интенсификации поступления УВ в месторождение из глубинных зон генерации и за счет консолидации коллекторов;
- профилактика нефтегазовых месторождений замедлением или полной остановкой процессов естественного и техногенного ухудшения свойств пластов, вызванного полимеризацией нефтей, кольматацией и засорением коллекторов;
- инициирование и усиление процессов подпитки нефтегазовых залежей углеводородами, поступающими из глубинных слоев земной коры, а в перспективе, достижение сбалансированных режимов отбора и притока углеводородов;
- регулирование флюидопотоков воздействием на продуктивные пласты сейсмоакустическими и эмиссионными полями;
- разогрев сфокусированными и суперпозиционными электромагнитными и сейсмоакустическими полями пород, насыщенных высоковязкой нефтью в местах их естественного залегания и др.

Перечисленные технологии реализуются созданием в геосреде управляемых сейсмоакустических, и других физических полей высокой интенсивности, которая достигается фокусированием волн.

Технические и технологические возможности фокусирования сейсмический волн в настоящее время имеются. Современный метод фокусирования сейсмических волн – фокусирующее преобразование сейсмического волнового поля (ФП-технология) разработан в целях изучения геосреды еще в конце 1950-х, начале 1960-х годов Ю.А Тарасовым и, в последующем. развиты Л.А. Рябинкиным, Ю.Г. Раевским, А.Г Курочкиным, А.Б.Лавриненко, Ю.В.Тимошиным,Э.Д Бакировым, С.И. Шлен-киным, В.И. Шленкиным и др. Идея базировалась на интенсивно развиваемой в те годы теории интерференционного приема с использованием волновых фронтов большой протяженности. В основу такого подхода положена концепция фокусирования сейсмических волн в заданных зонах геосреды, в которой фокусирующий источник системы ФП обеспечивает пространственную локализацию (сгустки) энергии падающих волн.

В разведке используют результаты анализа вторичных волн с последующей фокусировкой информативных компонент поля на базе приема. На основе таких подходов группой ученых (О.Л.Кузнецов, И.А.Чиркин, Ю.А.Курьянов, С.И.Шленкин, С.Л. Арутюнов, В.П.Дыбленко, Г.В.Рогоцкий) созданы уникальные технологии высокоточного мониторинга геосреды СЛОЭ (Сейс-мическая Локация Очагов Эмиссии), СЛБО (Сейсмическая Лока-ция Бокового Обзора) и обнаружения залежей УВ АНЧАР (Аку-стическая Низкочастотная Разведка) и др.

В технологиях волнового воздействия используются локализо-ванные в пространстве сгустки (пучности) поля. Регулирование частоты и фазы первичных источников поля дает возможность управлять как пространственным положением пучностей, так и интенсивностью поля в этих пучностях.

К настоящему времени авторами совместно ОАО «Татнефть» получено положительное решение о выдаче патента на способ подпитки нефтегазового месторождения глубинными УВ, подготовлены заявки на способы профилактики месторождений и ППД.

Однако, реальные ОПР по этим направлением сдерживаются отсутствием должного финансирования. Несмотря на достигнутые успехи, имеющиеся возможности и, поистине, грандиозные перспективы волновых нанотехнологий должного внимания им не уделяется, как по объективным (ограниченные возможности финансирования проектов), так и субъективным (трудность понимания сложных, зачастую парадоксальных, механизмов волнового воздействия на пористые флюидонасыщенные среды и, как следствие, недоверие к ним) причинам. Важной фактором ослабленного внимания крупных недрапользователей, располагающих активными запасами, к новым технологиям увеличения нефтеотдачи остается концентрация внимания на активных запасах, интенсивная разработка которых быстро дает большую прибыль.

Инновационная политика таких компаний отстает от времени и ведет в тупик. При современной интенсивной выработке активные запасы быстро закончиваются и проблема добычи трудноизвлекаемой нефти, встает неотвратимо и с новой силой.