По данным Международного энергетического агентства (EIA), рост потребления нефти в мире потребует почти 50%-го увеличения нефтедобычи к 2025 году. Возможно, увеличение мирового потребления нефти будет связано с экологической оценкой допустимости атомной энергетики в связи с трагедией в Японии. Поэтому объемы добычи нефти в России приобретают все большее значение.

Россия занимает первое место в мире по добыче нефти, но анализ международных данных по обеспеченности России доказанными запасами нефти составляет 17 лет. Отметим, что российские оценки запасов нефти несколько больше международных оценок.

Хотя российское законодательство о недрах требует наиболее полного извлечение нефти (т.е. обеспечение наиболее высокого из возможных значение КИН), в «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» (ЭСР-2030) в качестве индикатора стратегического развития нефтяного комплекса предусмотрена следующая динамика КИН: 2008 год (факт) – 0,3, за 1-й этап (2013–2015 годы) планируется достичь КИН=0,3–0,32, за 2-й этап (2020–2022 годы) – 0,32–0,35, к 2030 году планируется достичь КИН=0,35–0,37 .

Данные показатели невысоки. Значительно более высокий КИН, достигаемый западными странами, является ориентиром для аналогичных месторождений в России.

По мнению автора, КИН должен быть национальным приоритетом России. Для обеспечения высоких КИН следует углубленно изучать особенности вытеснения нефти из продуктивных пород, прежде всего, на наноуровне, поскольку эффективность нефтевытеснения определяется наноразмерами: поверхность пор имеет нанометровую шероховатость, а смачивающие свойства пород определяются именно шероховатостью. Иными словами, регулирование свойств нефтегазовых пластов на уровне электрических взаимодействий, смачивания, изменения структуры минералов (размеры которых 20–40 нанометров), решаются с применением технологий управления наноявлениями (нанотехнологий).

Поэтому нефтяная наука, ставящая своей целью рациональную разработку углеводородных залежей, являющаяся частью наук о Земле, и объединяющая такие научные дисциплины, как геология, математика, физика, химия, имеет свой специфический объект исследований – физико-химические наноявления в геологических телах, пластовых флюидах и промысловом оборудовании, который охватывает как сами наноявления, так и способы их учета при геолого-гидродинамических и технико-экономических расчетах разработки и эксплуатации нефтегазовых залежей.

К нанотехнологическим мероприятиям увеличения нефтеотдачи (НТМУН) относятся мероприятия (способы, методы), механизм которых определяется наноразмерными явлениями или при которых применяются наноразмерные частички. К НТМУН, в первую очередь, относятся технологии на основе воздействий температурными и физическими полями, а также биовоздействий. Группа технологий на основе применения химических и газовых агентов, имеющих наноразмерный механизм воздействия на пластовые системы, также относятся к НТМУН. Приведем некоторые примеры современных НТМУН.

1. Одной из проблем нефтегазовой отрасли является сохранение коллекторских свойств призабойной зоны скважин после технологических операций (по смене насоса, проведения ОПЗ, глушения скважин на определенное время, других). Потери производительности скважин при каждой такой операции могут достигать 20–30%. Разработанная гидрофобная эмульсия, стабилизированная наночастичками, позволяет получить плотность за счет изменения процентного содержания утяжеляющих добавок в водной фазе в диапазоне

1 050–1 500 кг/м3, обладает высокой устойчивостью во времени (более 40 сут), термостойкостью до +80 ºС, термостабильностью более 50 ч, низкой температурой застывания (менее−8 ºС).

2. Нарушение герметичности цементного кольца приводит к преждевременному попаданию в продукцию скважин подошвенных вод, газо-водо-нефтеперетокам, загрязнению горизонтов с пресной водой и т.п. Добавление в цемент нанодисперсных модификаторов позволяет повысить прочность бетонов и пенобетонов в 1,5–2 раза. Преимущества нанобетонов обусловлены особой структурой, формируемой вследствие самоорганизации цементного камня на наноуровне. Предложенная автором комбинация магнитной обработки нанобетонов улучшает их качество еще в 1,5–2 раза.

3. Пенные системы, стабилизированные наночастичками, оказались высокоэффективным направлением снижения доли воды в добываемой продукции как нефтяных, так и газовых месторождений. На нефтяных месторождениях эта технология применялась на ряде российских месторождений и показала высокую эффективность: снижение обводненности составляло 15–20%, увеличение дебитов по нефти  – 1,5–1,7 раз, технологический эффект – 0,5–10 тыс. тонн дополнительно добытой нефти на одну обработанную скважину.

На газовом месторождении (Уренгойском) эта технология (рис. 1) применялась на пяти скважинах для предотвращения пескопроявлений из-за преждевременного их обводнения. Технологический эффект составил 16 млн м3 на одну скважину.

4. Для термохимического воздействия на призабойную зону пласта применяются термогенерирующие системы. Экзотермической реакции частиц металла и щелочи или кислоты происходят с выделением тепла в количествах 4 000 ккал/кг металла. Для подачи этих систем вглубь нефтяного пласта размеры частиц металла должны быть менее 50 нм, что обеспечивается специальным их капсулированием.

5. Заводнение является самым распространенным в России методом вытеснения нефти. Как показали исследования, применение специальных реагентов, препятствующих падению проницаемости за счет набухания (диспергирования) глин, позволит сохранить или восстановить проницаемость после ее уменьшения . Были проведены опытно-промысловые испытания этой нанотехнологии (НТМУН), показавшей увеличение коэффициента приемистости скважин в среднем на 27% . Результаты экспериментов показали, что применение глиностабилизаторов значительно (на 10–15 пунктов) увеличивает коэффициент вытеснения нефти, что приведет к росту КИН на 0,08–0,10.

Промысловые исследования показали, что достигаемый КИН существенно зависит от коэффициента глинистости коллектора Кгл: при увеличении глинистости коллектора с 2,5% до 5,5% значение достигнутого КИН при тех же условиях уменьшается с 0,6 до 0,2 . При глинистости 3–4% значение достигнутого КИН составляет 0,40–0,50. Значит, уменьшение влияния глин на проницаемость пластов (за счет НТМУН) приведет к росту нефтеотдачи.

Таким образом, при использовании НТМУН можно снизить влияние минерализации воды на проницаемость. Применение НТМУН, регулирующих поведение глин, позволит даже для низкопроницаемых пластов увеличить КИН до 0,40–0,45, хотя при заводнении таких объектов при любых затратах достичь КИН более 0,25 не удастся.

В мире уже существует огромное поле НТМУН, обеспечивающих КИН более 0,4 при себестоимости $15 за баррель. Поскольку в цене российской нефти себестоимость составляет 25%, то при цене нефти выше $60 за баррель достижение КИН более 0,4 становится рентабельным. Массовое применение НТМУН еще более рентабельно и даст самую быструю и самую максимальную финансовую отдачу из всех направлений капиталовложений, повысит эффективность отрасли и КИН. Поэтому стратегической целью нефтяной отрасли должно быть массовое применение уже разработанных НТМУН для повышения ее энергоэффективности и опытно-промышленная апробация новых НТМУН.

В ЭСР-2030 для уже открытых месторождений на территории России должны быть следующие ориентиры по КИН: как минимум 0,35 к 2013 году, 0,4 – к 2020 году, 0,5 – к 2030 году.

Научный потенциал КИН за счет НТМУН в России следующий: для активных запасов КИН может быть увеличен на 0,15–20 – до 0,6–0,7, для трудноизвлекаемых запасов на 0,25–0,35 – до 0,40–0,55. В этом случае, значения КИН составят 0,4 к 2013 году, 0,45 к 2020 году, 0,6–0,65 к 2030 году. Годовые объемы добычи нефти в России при этом могут быть увеличены.

Автор: Хавкин Александр Яковлевич, ИПНГ РАН