К оглавлению журнала

УДК 553.04:553.982'985 ©Э.М.Халимов, Н.В.Колесникова, 1997

Освоение альтернативных источников УВ-сырья в начале XXI в. представляется одной из важнейших проблем топливно-энергетической отрасли. По прогнозу Мирового агентства по энергетике до 2010 г. рост потребления первичных энергоносителей в мире составит около 2 % в год. Одно из направлений научно-технического прогресса в энергетике наряду с развитием энергосберегающих технологий базируется на вовлечении в хозяйственный оборот альтернативных источников энергии, среди которых в качестве наиболее перспективных рассматриваются природные битумы (ПБ) и сверхвысоковязкие нефти (СВВН).

Важнейший аспект выбора стратегии освоения ПБ и СВВН основан на количественной оценке и качественной структуре ресурсной базы. На территории России выявлено и разведано 5,2 млрд т промышленных геологических запасов ПБ и СВВН. Запасы ПБ (0,9 млрд т) на 98 % приурочены к Волго-Уральской провинции (рис. 1). В других нефтегазоносных провинциях запасы ПБ составляют всего 2 % от общих запасов битумов России и по объему и состоянию изученности несопоставимы с Волго-Уральской провинцией. Начальные суммарные ресурсы ПБ — 20,6 млрд т — характеризуются крайне низкой разведанностью (4,3 %); ни одно из месторождений не введено в промышленную эксплуатацию, и только на двух месторождениях Татарстана проводятся опытно-промышленные работы, в результате которых накопленная добыча более чем за 15-летний период составила всего 0,12 млн т.

Промышленные геологические запасы СВВН (вязкость > 1 000 мПа-с в пластовых условиях) оцениваются в 4,3 млрд т и на 67 % сосредоточены в Западно-Сибирской провинции (см. рис. 1). В целом по России в разработку введено 20 % запасов СВВН, при этом в Западно-Сибирской НГП — главнейшем регионе концентрации запасов СВВН — они характеризуются нулевой освоенностью.

Таким образом, выявленные и разведанные весьма значительные объемы промышленных запасов ПБ и СВВН — важнейший резерв стабилизации нефтедобычи в условиях прогрессирующего сокращения доли запасов легких высококачественных нефтей.

На основании сопоставления указанных показателей с вязкостными характеристиками СВВН подразделены на две группы:

1) нафтеновые малосернистые нефти с относительно меньшей вязкостью: 1 000 ± 200 мПа *с;

2) нафтеновые высокосернистые нефти с вязкостью n(10³—10⁴) мПа-с. К первой группе относятся запасы СВВН Северо-Кавказско-Мангышлакской и Западно-Сибирской НГП, всего 2,85 млрд т, к второй — СВВН Тимано-Печорской НГП — 1,44 млрд т (таблица).

Анализ результатов экспериментальных исследований и опыта разработки СВВН показывает, что уже при вязкости, превышающей 200 мПа-с, необходимо применение тепловых методов, а при вязкости более 1 000 мПа *с разработка месторождения проблематична даже с использованием современных методов воздействия на пласт. В связи с этим из общей суммы запасов СВВН по вязкостным показателям наиболее благоприятны для освоения 2,85 млрд т запасов, 99 % которых приходятся на Западно-Сибирскую НГП.

Однако месторождения СВВН Западной Сибири размещаются в районах с осложненными природно-географическими условиями: 96 % запасов приходятся на зону развития многолетней мерзлоты, в связи с чем термические методы разработки для них неперспективны.

В качестве одного из возможных вариантов разработки этих запасов может быть предложен способ снижения вязкости пластовой нефти путем закач ки в пласт конденсата, добываемого на соседних месторождениях. При расчетах рассмотрены варианты разработки Русского месторождения СВВН с использованием конденсата Заполярного месторождения (рис. 2), Северо-Комсомольского месторождения СВВН — с задействованием конденсата Северо-Губкинского месторождения, Ваньеганского месторождения СВВН — с использованием конденсата Варьеганского месторождения. Расстояния между указанными месторождениями СВВН и газоконденсатными 30-70 км; на Северо-Комсомольском и Ваньеганском месторождениях СВВН возможно применение конденсата из нижезалегающих пластов.

В исходных параметрах расчетов принято, что вязкость добываемой смеси (нефть+конденсат) необходимо снизить до 50 мПа *с (что соответствует плотности 0,88 г/см³ ). Расчеты показали, что при годовой добыче конденсата на указанных газоконденсатных месторождениях в объеме 2 % от извлекаемых запасов (0,1-1,8 млн т/год) добыча СВВН может быть обеспечена в объеме 0,2-0,4 млн т/год на каждом месторождении СВВН, или 0,2-1,0 % от извлекаемых запасов.

Перспективность рассмотренного варианта основывается также и на учете особенностей состава СВВН, характеризующихся низким содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов, что способствует взаиморастворению нефти и конденсата и предотвращает возможное выпадение асфальтенов в пласте.

Рассмотренный способ добычи СВВН перспективен для апробации на Русском, Севере-Комсомольском и Ваньеганском месторождениях; запасы Айяунского месторождения (4 % запасов СВВН провинции), находящиеся вне зоны вечной мерзлоты, могут быть освоены с применением термических методов.

Месторождения СВВН Тимано-Печорской НГП в целом характеризуются неблагоприятными показателями для освоения как в силу более худших вязкостных характеристик, так и по природно-географическим условиям. К районам с аномальными природно-географическими условиями (зона вечной мерзлоты) приурочено 37 % запасов СВВН провинции, а 63 % запасов, находящиеся вне зоны вечной мерзлоты, введены в разработку (Усинское и Ярегское месторождения) .

СВВН провинции характеризуются вязкостью, превышающей 1000 мПа'с, при этом только 4 % (55 млн т) имеют вязкость менее 5 000 мПа-с и в перспективе могут рассматриваться как возможные объекты для освоения (Лабоганское, Падимейское, Среднемакарихинское месторождения). В связи с их приуроченностью к зоне вечной мерзлоты разработка месторождений термическими методами неперспективна. Для разработки Лабоганского и Падимейского месторождений теоретически возможно применение варианта разработки, аналогичного описанному для западно-сибирских месторождений, с использованием конденсата Лаявожского газоконденсатного месторож дения. Однако практическая применимость данного варианта проблематична ввиду более высокой вязкости нефти и высокого содержания асфальтенов (8-12 %), которые могут выпадать в пласте при разбавлении нефти легкими фракциями.

Освоение оставшихся 33 % запасов СВВН провинции, характеризующихся вязкостью 5 000-10 000 мПа-с и более, приуроченных к районам развития вечной мерзлоты, в настоящее время и в ближайшей перспективе представляется малореальным.

При планируемом освоении запасов ПБ по топливно-энергетическому варианту для получения "синтетической" нефти наиболее целесообразно применение скважинных внутрипластовых методов добычи, при небольшой глубине залегания (< 50 м) перспективен также карьерный способ добычи с последующим разделением битума и породы. При использовании битумного сырья в качестве дорожно-строительных материалов полезным ископаемым является не собственно битум, а битумосодержащие породы, добыча которых ведется карьерным способом. Разработка ПБ с целью их использования как химического сырья предполагает различные способы добычи, в том числе штольни и другие горные выработки, при этом целесообразность разработки определяется ценностью получаемого сырья.

На территории России промышленные запасы ПБ географически распределяются более благоприятно, чем СВВН, однако характеризуются менее положительными геолого-физическими показателями. Так, в районах с нормальными природно-географическими условиями и развитой инфраструктурой (Волго-Уральская провинция) сконцентрировано 98 % запасов ПБ. В распределении запасов по вязкости отмечается преобладание малоподвижных битумов класса асфальтов с вязкостью > 10⁵ мПа-с — 68 % запасов; доля запасов с относительно более благоприятными вязкостными показателями весьма незначительна: всего 2 % запасов характеризуются вязкостью < 1 000 мПа-с, 12 % — от 10³ до 10⁴ мПа-с и 18 % — от 10⁴ до 10⁵ мПа-с.

Для освоения термоскважинными методами к первоочередным отнесено 210 млн т запасов, приуроченных к терригенным коллекторам, при массовой доле битумонасыщенности > 8 %, вязкости от ~ 10³ до 10⁴ мПа-с и однородном строении пласта. Для разработки карьерным способом в качестве наиболее перспективных выделено 33 млн т запасов с глубиной залегания < 50 м и битумонасыщенностью > 5 %. Общая сумма запасов ПБ, перспективных для освоения по топливно-энергетическому варианту, составляет 243 млн т (27 %), которые сконцентрированы в уфимском и казанском комплексах Южно-Татарского свода и Мелекесской впадины.

В перспективе при совершенствовании термоскважинных методов добычи, внедрении горизонтального бурения мо жет быть освоено еще 70 млн т запасов ПБ, приуроченных к казанскому комплексу Мелекесской впадины. В настоящее время их разработка осложняется высокой вязкостью битума, а также карбонатным и смешанным типами коллекторов, менее благоприятными для применения термических методов.

Запасы битумов, перспективные для освоения с целью получения дорожно-строительного сырья, выделены в объеме 32 млн т (3,5 %). Запасы приурочены к глубине < 50 м и характеризуются битумонасыщенностью 3-5 %. Эта группа запасов рассматриваетсякак самостоятельное минерально-органическое сырье — битумосодержащие породы. Наиболее перспективный способ разработки — карьерный Запасы сконцентрированы преимущественно в Волго-Уральской провинции

В особую группу запасов битумов выделено 12 млн т (1,5 %) в залежах жильного и трещинно-кавернозного типов, где они локализуются в виде твердой фазы (асфальтит) в трещинах или крупных кавернах пород. Запасы известных залежей невелики, однако битумы отличаются высокой концентрацией ванадия, никеля и других ценных компонентов, что позволяет рассматривать их как потенциальное металлургическое и химическое сырье. В настоящее время промышленные технологии извлечения металлов из битума в нашей стране не разработаны, а известный мировой опыт характеризуется экспериментально-полупромышленной стадией разработок. Потребности народного хозяйства удовлетворяются за счет традиционных источников. В связи с указанным освоение запасов ПБ по варианту химического и металлургического сырья в ближайшей перспективе не предусматривается.

На основании проведенных исследований намечены приоритетные направления освоения ПБ и СВВН (рис. 3) Для ПБ приоритетным является освоение их запасов по топливно-энергетическому варианту в центральных районах страны с развитой инфраструктурой и нормальными природно-географическими условиями (Волго-Уральская провинция). Уже в ближайшие годы в освоение термоскважинным и карьерным способами может быть вовлечено 243 млн т запасов ПБ

Приоритетное направление в освоении СВВН — опытно-промышленные работы по разработке запасов СВВН Западно-Сибирской НГП, где возможно апробирование способа добычи СВВН путем закачки в пласт конденсата. Дальнейшие перспективы освоения 2,8 млрд т запасов СВВН Западной Си бири будут определяться результатами опытно-промышленных работ.

В ближайшее время в освоение может быть вовлечено еще 70 млн т запасов ПБ Волго-Уральской провинции и 55 млн т запасов СВВН Тимано-Печорской НГП.

Рентабельность освоения ПБ и СВВН будет обеспечиваться совместной эксплуатацией групп месторождений ПБ, совмещением их добычи с переработкой, применением современных технологий нефте- и битумопереработки с получением высокоценных продуктов переработки. Наиболее эффективен комплексный вариант переработки, при котором получаемая продукция: масла индустриальные зимние, мягчители для резины, полярные компоненты, сульфоны и сульфоксиды — характеризуется высокой рентабельностью производства, компенсирующей высокую стоимость добычи ПБ и СВВН.

Запасы ПБ: 1 - категории С₂, 2 - категорий А+В+С₁, запасы СВВН. 1 - находящиеся в разработке, 2 - подготовленные к разработке, 3 - находящиеся в разведке, 4 - накопленная добыча

Q - дебит нефти, отношение количества нефти к количеству конденсата 7:.3, плотность добываемой смеси 0,880 г/см3

Запасы ПБ(%) 1 неперспективные для освоения при существующих технологиях добычи (60,2), 2 перспективные для освоения по топливно-энергетическому варианту (27,1), 3 - возможно перспективные для освоения (7,8), перспективные для получения 4 - дорожно-строительного (3,6),

5 - химического (1,3) сырья, запасы СВВН (%) 6 первоочередные для постановки опытно промышленных работ (65,5), 7 находящиеся в разработке (22,2), 8 неперспективные для освоения в ближайшем будущем (11,1), 9 - возможно перспективные для освоения (1,3)