Роль применения сайклинга на газовых месторождениях

Разработка газоконденсатных месторождений представляет собой сложную научно-техническую проблему, от эффективности решения которой зависит полнота извлечения ценнейшего углеводородного сырья — газового конденсата. Нефтегазовая промышленность, являющаяся фундаментом экономики Российской Федерации и многих других стран, сталкивается с объективной закономерностью: месторождения с высоким содержанием тяжелых углеводородов (фракции C5+ с концентрацией свыше 250-300 г/м3) при разработке традиционным способом на истощение демонстрируют неудовлетворительные коэффициенты извлечения конденсата (КИК), редко превышающие 30-40% [1]. Это означает, что значительная часть потенциально извлекаемых ресурсов безвозвратно теряется в пласте, что наносит прямой экономический ущерб и снижает ресурсную базу углеводородов. В основе этой проблемы лежит сложное физико-химическое явление — ретроградная конденсация, которое делает исследование методов поддержания пластового давления, и в частности сайклинг-процесса, исключительно актуальным.

Физико-химические основы ретроградной конденсации и необходимость поддержания пластового давления.

Для понимания роли сайклинг-процесса необходимо прежде всего рассмотреть физико-химические процессы, происходящие в газоконденсатном пласте при снижении давления. Газоконденсатная смесь представляет собой многокомпонентную углеводородную систему, находящуюся в термодинамическом равновесии. При снижении пластового давления поведение такой системы существенно отличается от поведения идеального газа или обычной нефти. Ключевым понятием здесь является ретроградная конденсация — явление, при котором при изотермическом снижении давления в определенном интервале происходит выпадение жидкой фазы из газовой, причем дальнейшее снижение давления приводит не к испарению, а к дополнительной конденсации [2].

Мировой и российский опыт применения сайклинг-процесса

Технология сайклинга имеет достаточно длительную историю развития. Впервые метод обратной закачки газа начали применять в годы Второй мировой войны в США и Канаде. Уже на 1944 год в США разрабатывались 244 газоконденсатных месторождения с применением закачки газа на тех из них, где содержание конденсата составляло 150-180 г/м. В послевоенное время, в связи с изменением структуры потребления углеводородов, пороговое содержание конденсата для применения сайклинга повысилось до 250-300 г/м3.

Наиболее впечатляющим примером эффективности сайклинга является месторождение Арун в Индонезии — одно из крупнейших газоконденсатных месторождений в мире. Даже при относительно невысоком содержании фракции C5+ (около 80 г/м3) применение сайклинг-процесса позволило достичь рекордных показателей извлечения. На месторождении Отаке-Групп в Новой Зеландии закачка сухого газа началась с 1989 года после трех лет разработки на истощение. В результате трехмерного гидродинамического моделирования показатели извлечения газового конденсата были увеличены с 43 до 77% [7] Этот пример наглядно демонстрирует, что сайклинг эффективен не только на начальной стадии разработки, но и на более поздних этапах, позволяя мобилизовать ранее выпавший конденсат.

В Российской Федерации опытно-промышленные работы по сайклинг-процессу впервые были проведены в 70-х годах XX века на Вуктыльском газоконденсатном месторождении. Однако в то время технология не получила широкого распространения из-за значительных капитальных затрат на строительство компрессорных станций и отсутствия экономических стимулов. Ситуация кардинально изменилась после 2011 года, когда были приняты поправки в Налоговый кодекс, обнуляющие ставку НДПИ для газа, закачиваемого в пласт при добыче конденсата [3]. Это создало условия для реализации масштабных проектов на таких месторождениях, как Ямбургское, Медвежье, Уренгойское, Оренбургское и Астраханское.

Ключевым российским проектом в области сайклинга является Ямбургское газоконденсатное месторождение — одно из уникальных недр мира. Ожидаемый технологический эффект от внедрения сайклинг-процесса здесь составляет 13,5 млн тонн конденсата дополнительно к извлекаемым запасам [12, с. 28]. Помимо этого, компания «Газпром» реализует проекты по закачке газа на Оренбургском и Астраханском газоконденсатных месторождениях. На

Астраханском месторождении, которое характеризуется сложными термобарическими условиями (глубина залегания 4000-4200 м, пластовая температура 100-110°C), закачка газа позволяет поддерживать продуктивность скважин и увеличить выработку сероводорода [13, с. 54].

Сравнительный анализ эффективности различных агентов закачки представлен в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнительный анализ агентов закачки для сайклинг-процесса

Помимо выбора агента закачки, важнейшим технологическим параметром является время начала сайклинг-процесса. Оптимальным считается начало закачки с самого начала разработки, когда пластовое давление не снизилось ниже давления начала конденсации. Однако капитальные затраты на обустройство компрессорных мощностей могут отодвинуть начало закачки на более поздние сроки. Как показывает опыт, даже при задержке с началом закачки положительный эффект сохраняется, хотя и снижается: на месторождении Отаке закачка была начата через 3 года после начала разработки, и это позволило увеличить КИК с 43% до 77% [7].

Перспективы развития технологий сайклинга.

Современное развитие методов гидродинамического моделирования открывает новые возможности для повышения эффективности сайклинг-процесса. Композиционное моделирование в симуляторах (ECLIPSE 300, Tempest MORE, CMG-GEM) позволяет с высокой точностью прогнозировать фазовое поведение многокомпонентных систем и оптимизировать параметры закачки. Особый интерес представляют нейросетевые технологии, которые позволяют оперативно подбирать оптимальные сценарии закачки на основе анализа больших массивов данных [6,].

Сдерживающим фактором для широкого внедрения технологии в России остаются высокие капитальные затраты на строительство компрессорных станций и нагнетательных скважин. Однако введение налоговых стимулов (нулевая ставка НДПИ для закачиваемого газа) создало благоприятные экономические условия. Для дальнейшего развития сайклинга в Российской Федерации необходимо совершенствование методов гидродинамического моделирования, включая использование нейросетевых технологий, а также проведение дополнительных экспериментальных исследований по закачке альтернативных агентов — азота и диоксида углерода.