Понимание физики может привести к значительному увеличению добычи сланцевой нефти
Нефтяные компании упускают большие объемы извлекаемой нефти в нетрадиционных пластах, по мнению экспертов Penn State.
Исследователи предполагают, что компании применяют проверенные транспортные механизмы для обычной добычи нефти, но сталкиваются с камнем преткновения для извлечения, потому что они не учитывают разницу в физике, обнаруженную в нетрадиционных пластах. Их исследование было опубликовано в Интернете в декабре в журнале Общества инженеров-нефтяников.
«Нетрадиционные залежи огромны и предлагают значительные запасы углеводородов», — сказал Хамид Эмами-Мейбоди, доцент кафедры нефтегазовой инженерии в штате Пенсильвания. «Масштаб этих запасов означает, что даже изменение добычи на 1 процент приводит к ошеломляющему количеству нефти. Это неиспользованное масло мотивировало исследования по улучшению добычи нефти из нетрадиционных пластов с использованием некоторых традиционных методов».
Более половины суточной нефти, добываемой в Соединенных Штатах, поступает из нетрадиционных пластов. И это число растет, когда компании используют более 35 миллиардов баррелей нефти в стране в виде нетрадиционных запасов, согласно данным Управления энергетической информации США.
Компании разрабатывают нетрадиционные пласты путем бурения длинных горизонтальных скважин и создания гидроразрывов, чтобы позволить нефти течь для первичной добычи, которая в настоящее время составляет от 3 до 10 процентов от первоначальной массы нефти на месте. Они используют коммерческое программное обеспечение, разработанное на основе закона Дарси, для прогнозирования добычи нефти и ее запасов. Но на практике они не понимают, что закон Дарси, где поток основан на разнице давлений, может не подходить для сланцевых коллекторов, говорят исследователи.
После первичного извлечения, Emami сказал, что существующая отраслевая практика заключается в использовании обычной технологии закачки газа, известной как «huff ‘n’ puff», которая улучшает подвижность нефти и увеличивает извлечение. Во время «гудения» скважина и трещины заполняются газом высокого давления, таким как углекислый газ или метан, после чего следует короткий период «выдержки», когда скважина закрывается. Затем скважина открывается во время «затяжки», чтобы дать возможность добывать нефть. Однако эта традиционная методика плохо работает для пластов сланца, говорят исследователи, потому что диффузия, а не перепады давления, — это то, что главным образом помогает добыче нефти в этих пластах, содержащих поры нанометрового размера.
«Представьте, что духи распыляются в углу комнаты с очень тихим воздухом», — сказала Эмами. «Со временем аромат будет распространяться от угла ко всем частям комнаты. Это распространение».
Применительно к извлечению нефти диффузия — это когда молекулы газа движутся случайным образом внутри нефти и уменьшают ее плотность. Это создает концентрационный дисбаланс между нефтью в трещинах и нефтью в пласте сланца, контактирующей с трещинами, что увеличивает транспортировку нефти в скважину.
«Диффузия требует значительного времени выдержки, чтобы быть эффективными, чего в настоящее время компании не делают, потому что они по-прежнему предполагают, что перепады давления приводят к тому, что нефть поступает в скважины», — сказал Рассел Джонс, председатель Отделения наук о Земле и минералах им. Джорджа Э. Тримбла и профессор нефтяное и газовое машиностроение в штате Пенсильвания.
Компании быстро переходят в период пропитывания между «раздражением» и «затяжкой», потому что закрытие скважины считается слишком дорогостоящим. Тем не менее, используя теоретические расчеты, исследователи обнаружили, что закачка газа низкой плотности для выдержки в течение двух месяцев или более может привести к значительному увеличению извлечения даже при учете времени простоя. Например, исследователи подсчитали, что извлечение в одной скважине можно удвоить или утроить, используя более длительные периоды выдержки. Они обнаружили, что метан или азот работают лучше, чем углекислый газ, потому что метан легче диффундирует, а общая масса этих жидкостей, которые необходимо вводить, меньше.
Эмами сказал, что можно добиться дальнейших успехов, если сосредоточить внимание на улучшении транспорта, вызванного главным образом диффузией, а не перепадами давления. Исследователи работают над созданием экспериментов, позволяющих им независимо рассчитывать вклады конвекции — разности давлений — и диффузии — разниц концентрации — а также в методы ускорения процесса диффузии.
Этот метод особенно актуален, но не ограничен, огромными сланцевыми ресурсами США. Джонс сказал, что это новое понимание физики имеет серьезные последствия для будущей экономической деятельности, связанной с устойчивым развитием нетрадиционных пластов. Вполне вероятно, что извлечение может быть увеличено в два-три раза в пластах сланцевой нефти с помощью предложенных методов, в то же время демонстрируя улучшения для конденсатов, которые содержат значительное количество этана.
Подход может быть реализован в западной части Пенсильвании Марцелл или в сланцах Ютики, добавил он.
«Понимание физики было бы похоже на включение света в темной комнате, в которую вы бросали дротики», — сказала Эмами. «Теперь, когда вы увидите цель, вы узнаете, как правильно спроектировать метод извлечения, чтобы получить максимально возможные результаты и извлечь максимальную пользу из каждого испытания».
