Технология повышения нефтеотдачи может разрушить месторождение горючих сланцев, показывают эксперименты

Исследователи Сколтеха изучили эффект от закачки двух химических агентов для увеличения нефтеотдачи в горючие сланцы. Оказалось, что оба исследуемых флюида — водные растворы наночастиц и мылоподобное вещество (сурфактант) — не являются подходящими вариантами для проектов по добыче сланцевой нефти. Более того, эти агенты могут «запереть» нефть в пласте вместо того, чтобы помочь её извлечь. Учитывая этот риск, ученые предлагают изучить эффективность других агентов. Результаты опубликованы в журнале Energy & Fuels.

В течение срока эксплуатации нефтяной скважины пластовое давление, выталкивающее нефть на поверхность, постепенно падает. В какой-то момент дальнейшая добыча становится возможной только с использованием технологий увеличения нефтеотдачи, которые предполагают закачку в пласт пара, химических реагентов и других агентов. Для трудноизвлекаемых сланцевых залежей такие методы часто являются необходимостью с самого начала.

Команда из Сколтеха, включая младшего научного сотрудника Александру Щербакову и старшего научного сотрудника Елену Мухину (ведущих авторов исследования), под руководством Алексея Черемисина провела численное моделирование и два сложных лабораторных эксперимента на образцах горючих сланцев. Целью было определить, целесообразно ли закачивать в сланцевые коллекторы водные растворы, содержащие наночастицы диоксида кремния или сурфактант, для повышения нефтеотдачи.

В исследовании было рассмотрено 13 флюидов, два из которых отобрали для тестов на цилиндрических образцах нефтенасыщенной породы из баженовской свиты Западной Сибири. Сначала закачка рассола (воды с очень высоким содержанием соли) дала коэффициент извлечения нефти около 53%, что стало базовым значением для оценки эффективности двух агентов.

Выбранный сурфактант (сульфонат метилового эфира жирных кислот натрия) повысил нефтеотдачу, но итоговое значение составило те же 53%, что и при закачке рассола. Таким образом, этот конкретный агент экономически нецелесообразен, поскольку он намного дороже доступной воды. Кроме того, эксперимент выявил негативный эффект, не учтенный в численном моделировании: часть пор в породе закупорилась, снизив её проницаемость.

С агентом на основе наночастиц проблема снижения проницаемости породы оказалась ещё острее. «Из-за малого размера пор и каналов в породе, которые не превышают размер наночастиц… фильтрация нанофлюидов может в конечном итоге привести к критическому повреждению сланцевой породы», — предупреждает исследование.

Учёные показали, что закачка воды или сурфактанта — относительно дешёвый и эффективный метод для традиционных коллекторов — несёт значительные риски для горючих сланцев в целом и баженовской свиты в частности. Необходимы дальнейшие исследования для поиска альтернативных сурфактантов и других методов, например, газового воздействия, которые могут оказаться пригодными для сланцевых резервуаров.