Применение лазеров для повышения отдачи нефтегазовых месторождений

Повышение отдачи нефте- и газоконденсатных месторождений одна из самых актуальных проблем добывающей отрасли России. Например, коэффициент извлечения нефти – КИН – у нас один из самых низких в мире. Не более 40%. Коэффициент газоотдачи также не высок: шестая часть голубого топлива остается в недрах.

Современные волоконные лазеры способны увеличить добычу на нефтегазовых месторождениях. Используя мощное лазерное излучение, можно добиться значительного увеличения добычи нефти и газа, как на осваиваемых, так и на действующих месторождениях.  Например, коэффициент извлечения нефти может вырасти в 1,5 - 2 раза и достичь 70%. Лазерное бурение позволяет в боковых стволах скважин призабойной зоны нефтеносных пластов  создавать разветвленную сеть шпуров диаметром от 50 до 70 миллиметров длиной до 10 до 100 метров.

В результате, при разбуривании сразу нескольких боковых стволов на мелкие разветвленные каналы, растет объем охвата всего нефтеносного слоя от одной вертикальной скважины. Гидроразрыв такой разветвленной сети каналов приводит к более значительному разрушению пород нефтеносного пласта, и как следствие повышению нефтеотдачи скважины. Поскольку предварительному лазерному разрыхлению подвергается породы нефтеносного пласта, гидроразрыв локализуется исключительно внутри нефтеносного слоя и не выходит за его пределы. Лазерная обработка нефтеносного пласта может осуществляться необходимое число раз  до полного извлечения нефти и газа.

В результате проведения инициативных  опытно-конструкторских работ был  создан буровой инструмент с каналом лазерной обработки призабойной области. В лабораторных условиях проведены многочисленные исследования по лазерно-механическому бурению кернов нефтеносного песчаника волоконным лазером мощностью 2 кВт. В экспериментах  имитировалось лазерное  бурение бокового канала скважины внутри нефтеносного пласта. Лазерное излучение включалось  всего на 10 секунд, а глубина шпура составила 4 см.           В сравнении со скоростью работы обычных буровых инструментов, лазерный инструмент   оказался эффективнее почти в 10 раз.

Инновационная технология лазерного бурения на нефть защищена патентами на изобретение в России и в США.

Технология повышения отдачи месторождений легко адаптируется к уже существующей системе добычи углеводородов. С поверхности земли в вертикальный ствол опускается буровая штанга с оптическим волокном. Также, в горизонт нефтяного пласта под давлением более 100 атмосфер подается углекислый газ. Он предотвращает возникновение горения. Лазер работает в импульсном режиме, не более 1 минуты, нагревая породу до 1200 градусов. После его отключения в рабочую зону подается вода, которая охлаждает породу до 200 градусов. Резкий перепад температур ослабляет прочность нефтеносной породы и дальнейшее механическое бурение легче и быстрее формирует разветвленную сеть каналов в призабойной зоне. Десятки таких микротоннелей значительно увеличивают объём охвата нефтеносного слоя.

По оценкам экспертов, увеличение коэффициента извлечения нефти хотя бы на 1% равноценно открытию сразу нескольких нефтяных месторождений, а рост газоотдачи на 1% полностью окупает обустройство месторождений и доставку голубого топлива потребителям.

Сегодня нет технических ограничений для быстрого внедрения лазерных комплексов в нефтегазодобычу. Например, налажен серийный выпуск энергоэффективных волоконных лазеров мощностью от 20 до 50 киловатт. Они доступны по цене и надежны: наработка на отказ достигает 100 000 часов. Массово выпускаются  волоконно-оптические световоды, передающие излучение без потерь на расстояние около 2-х километров. А фундаментальные научные разработки в создании специальной контрольно-измерительной аппаратуры для спектрального анализа породы во время бурения и добычи, открывает широкие возможности для всего добывающего комплекса России.

Проведенные исследования показали перспективность инновационной технологии.