Смаилова Г.Ж.

Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева, Казахстан

Особенности добычи высоковязких и тяжелых нефтей на примере месторождений Казахстана

Многие месторождения тяжелых высоковязких нефтей и битумов, как на территории Казахстана, так и за рубежом, содержат промышленные концентрации ванадия, никеля и других металлов. Для повышения эффективности разработки месторождений, содержащих нефти повышенной вязкости, широко применяются термические методы воздействия на пласт. Применение различных их модификаций позволяет значительно увеличить нефтеотдачу пластов и вовлечь в разработку трудноизвлекаемые запасы углеводородов. Вместе с тем при доказанной технологической эффективности применения термических методов остаются нерешенными вопросы комплексного освоения месторождений металлсодержащих тяжелых нефтей и битумов, в том числе попутного извлечения ванадия и никеля. В частности, существовавшими до последнего времени проектами разработки месторождений промышленно ванадиеносных высоковязких нефтей п-ова Бузачи (Каражанбас, Северные Бузачи, Жалгизтюбе) добыча ванадия не предусматривалась. Экономический ущерб от неизвлечения пятиокиси ванадия, содержащегося в этих нефтях, может превысить более миллиарда тенге. В целях изучения влияния различных термических методов разработки на степень извлечения металлов были проведены исследования по анализу концентраций ванадия и никеля в нефти из добывающих скважин на опытно-промышленных промыслах Каражанбасского месторождения. При этом исходили из следующей модели изменения концентрации ванадия и никеля в нефти в процессе осуществления технологии внутрипластового горения. При формировании фронта горения металлы должны концентрироваться в коксовом остатке из сгорающего топлива. По мере перемещения фронта горения и формирования зоны пара и вала горячей воды и легких углеводородов должно наблюдаться резкое уменьшение концентрации ванадия и никеля в добываемом продукте по сравнению с нефтью, полученной вне зон реагирования. Далее в зоне, не охваченной тепловым воздействием, наблюдаемое относительное снижение вязкости и плотности нефти должно также отразиться в уменьшении концентрации асфальтово-смолистых компонентов и связанных с ними металлов .Рассмотренная модель достаточно хорошо подтверждается результатами выполненных исследований, которые базируются на анализе 89 проб нефти из добывающих скважин промысла ВГ. Концентрации ванадия и никеля в нефти определялись без озоления проб методом флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа с использованием полупроводникового спектрометра и рентгеновской трубки по методике, разработанной во ВНИГРИ (В.С. Пономарев, А.Р. Назаров). На основании полученных аналитических данных были построены карты распределения концентраций ванадия и никеля, и по величине потерь металлов оконтурены зоны, которые должны соответствовать зонам с различной интенсивностью воздействия. При этом направление фронтов горения, вероятно, можно трассировать по минимальным значениям величин концентрации заключенных в нефти металлов. Однако при сетке скважин 200x200 м, как правило, не удается проследить резкого изменения содержания металлов от нагнетательных к добывающим скважинам, поскольку очаги горения и зона конденсации не достигают последних. В целом по промыслу в результате внутрипластового горения происходит безвозвратная потеря металлов в добываемой нефти, которая составляет для ванадия в среднем 36,3 % от его извлекаемых запасов, достигая в зонах интенсивного воздействия 70–75 %. Среднее содержание (% от исходного) ванадия и никеля в нефти при осуществлении ВГ в зоне сильного воздействия составляет 39,5 и 38,6, среднего – 64,2 и 77,2, слабого – 81,5 и 91,7, без воздействия – 100 и 100 соответственно. Соотношение по площади распространения этих зон следующее: сильное воздействие– 11%, среднее – 61, слабое – 28.

Таким образом, принятые как у нас, так и за рубежом способы разработки тяжелых высоковязких нефтей, обогащенных ванадием, не обеспечивают комплексной и высокоэффективной их эксплуатации. Поэтому были проведены теоретические и экспериментальные исследования в поисках новых путей разработки ванадиево-нефтяных месторождений. Например, метод термальной добычи вязкой нефти с использованием процесса висбрекирования добытой нефти. Способ основан на территориальном и технологическом совмещении процессов добычи и переработки вязкой нефти. Он включает ее переработку непосредственно на промысле на установке термической переработки нефти (УТП), отбор с установки и закачку в пласт теплоносителя на углеводородной основе. С некоторыми дополнениями и изменениями этот способ позволяет извлекать и полезные попутные компоненты, в частности ванадий. Проведенные исследования и технико-экономические расчеты показывают, что внедрение технологии территориального и технологического совмещения добычи, переработки и попутного извлечения металлов позволяет более комплексно использовать богатства недр на экономически рентабельной основе с щадящим экологическим режимом. Предложенная технология может быть распространена на другие месторождения высоковязких промышленно ванадиеносных нефтей и битумов. В то же время, металлы – это единственный компонент товарных нефтей, который нежелателен или, по крайней мере, безразличен для всех без исключения продуктов нефтепереработки; т.к. они уменьшают долю отбора светлых продуктов (т.е. глубину переработки нефти), отравляют многие катализаторы нефтепереработки, снижают качество многих товарных нефтепродуктов, вызывают в ряде случаев выход из строя нефтезаводской аппаратуры (например, за счет ванадиевой коррозии) и, наконец, являются основным носителем зольности котельных топлив. С другой стороны, соединения нефти, в состав которых входит основное количество металлов, являются основными источниками вязкости и природными эмульгаторами. Таким образом, разработка и внедрение в нашу действительность технологий деметаллизации не только может существенно улучшить качество товарных нефтей, но и позволит получить немалое количество остродефицитных металлов. Однако, это нелёгкий процесс, т.к. спектр соединений нефти, содержащих металлы, необычайно широк и включает элементоорганические соединения, соли карбоновых кислот, внутримолекулярные комплексы (например, порфирины), а также смолы и асфальтены. И тем не менее на сегодняшний день разработано немало технологий по извлечению из нефтей металлов, но все они в качестве сырья используют, как правило, лишь наиболее тяжелые компоненты нефти – в основном, смолы и асфальтены – где концентрация металлов наиболее высока. Ниже приведен перечень месторождений Казахстана, где возможно применение предлагаемого метода с учетом характеристики нефтей этих месторождений.

Месторождение Аралтобе. Расположено в Жылыойском районе в 70 км. От Кульсары.Открыт в 1926 году.

Ванадий 0,0045 % Никель 0,0030%

Месторождение Колжан. Расположено в Жылыойском районе .Открыт в 1957 году.Ванадий 0,0041% и никель 0,0041%

Месторождение Есенжол..Расположено на территории Жылыойского района.в 65 км. от Кульсары.Открыто в 1957 году. Наличие ванадия 0,0038% и никеля 0,0022%

Месторождение Жубантам. Расположено в Жылыойском районе, в 90 км от Кульсары.Открыто в 1972 году.Введено в разработку в 1980-1981 годах.Содержит большое количество ванадия(15,3*10 %), который в значительной степени преобладает над никелем (0,26*10 %)

Местрождение Караарна. Расположено в Жылыойском районе, в 180 км к юго-востоку от г.Атырау. Месторождение открыто в 1960 году.Введено в разработку в 1974 году.Содержит в золе нефти ванадии 3,2*10 и никеля 1,2*10

Месторождение Каражанбас. Расположено в Прикаспийской нефтегазоностной провинции.Открыто в 1974 году. Технологические обеспечения ванадия на 70%

Северное Бузачи. Расположено в 175 км.к Северу отАктау. Открыто в 1974-1975т годах.

Месторождение Шиликты. Расаположено в Алгинском районе в 65 км отг. Актобе. Открыто в 1979 году.Ванадий 0,0019% и никель 0,0032%

Месторождение Карамурут. Расположен в Жылыойском районе в 205 км.от горы Иманқара.Открыт вт 1981 году. Наличие ванадия 0,014% и никеля 0,029%

Месторождение Қырықмылтық. Расположено в Жылыойском районе в 60км к Северо-Востоку от пос.Кульсары.Месторождение открыто в 1988 году.Содержит ванадий (7-54г/т),никеля (до 76г/т)

Месторождение Каратурун. Расположено в 270 км от г. Актау.Открыто в 1988 году.

При коллориметрическом методе в золах нефти обнаружен ванадий 3580*10 %

При нейтрально-активационном определении-никель в количестве 941*10%

Месторождение Зайсан.Расположено в Восточно-Казахстанской обл..Открыто в 1985 году..Пропитаны очень вязкой коричневато-черной нефтью.

Благодаря высокой температуре и давлению, прикладываемым при озолении при высоком давлении, можно добиться полного разложения даже проблемных органических проб. Риск загрязнения минимизируется благодаря использованию закрытых сосудов и малых количеств реактивов. Очень низкое содержание остаточного углерода после озоления позволяет получить растворы проб, которые подходят для анализа даже с использованием высокочувствительных приборных методик. Микроволновое озоление, используемое для сравнения, выполнялось в системе микроволнового озоления при высоком давлении компании Anton Paar с использованием сосудов из кварцевого стекла, рассчитанных на работу при высоком давлении. В микроволновых системах с низкими эксплуатационными показателями разложение проб сырой нефти недостаточно. С точки зрения безопасности и надежности, озоление при высоком давлении является предпочтительным методом, так как колебания веса пробы или хода реакции не оказывают большого влияния на результаты анализа.

Список литературы

1. Боксерман А.А., Савельев Ю.С., Подкин А.А. Применение влажного внутрипластового горения на месторождениях тяжелых высоковязких нефтей.– М.: ВНИИОЭНГ.– 1982.

2. Гольдберг И.С., Каплан З.Г., Пономарев В.С. Закономерности накопления ванадия в нефтях и природных битумах // Советская геология.– 1986.– № 6.–С. 100–111. .

3. Токарева Р.В. Определение состава продуктов термического воздействия на битуминозный пласт с помощью комплекса хроматографических методов // Автореф. дисс. на соиск. учен, степ. канд. хим. наук.– М.– ВНИИ НП.– 1995.