Сотрудничество науки и производства

В результате многолетней сов-местной работы физиков Казанского физико-технического института и Казанского научного центра Академии наук РФ (КФТИ КазНЦ РАН) (М. Галяутдинов, К. Герасимов, Н. Курбатова), специалистов института «ТатНИПИнефть» (М. Мингазов, Г.Антонов) и ОАО «Татнефть» (И. Файзуллин, Н.Гумаров) в данной сфере разработан уникальный аппаратурный и методический комплекс, позволяющий эффективно контролировать процесс разработки нефтяных месторождений и состояние пресных питьевых вод. Эта работа была выдвинута на соискание Государственной премии Республики Татарстан 2012 года в области науки и техники. В ней представлены результаты исследований по разработке и промышленной реализации аппаратуры и методики, направленные на улучшение экологической обстановки и повышение эффективности нефтедобычи, которые основаны на оригинальных технических и технологических решениях, имеющих мировую новизну и защищенных патентами Российской Федерации.

При разработке нефтяных месторождений так или иначе оказывается воздействие на окружающую среду, в том числе и на пресные поверхностные и подземные воды. В настоящее время проводится большая работа по реализации эффективных мероприятий по их защите и оздоровлению. Но чтобы достичь успеха в ней, вначале необходимо точно установить источник загрязнения, ликвидировать его и затем приступать к оздоровлению загрязненных водоисточников (рек, речек и родников).

Точно определить источник загрязнения вод позволяют только индикаторные методы. Принципиальная основа метода индикаторов при решении этих задач достаточно проста. В скважину (шурф, траншею), пробуренную на территории предполагаемого загрязняющего объекта, вводят раствор индикатора (светящегося определенным образом под воздействием лазерного излучения). Затем наблюдают за его перемещением по пласту, исследуя с помощью соответствующей аппаратуры силу свечения индикатора в пробах воды, взятых в разных точках (родниках, к примеру) контролируемой территории.

Другим направлением индикаторных исследований является изучение движения вод, закачиваемых в нефтеносные пласты через нагнетательные скважины для вытеснения нефти по добывающим скважинам. Правильно ли установлены объемы закачиваемых вод, достаточна ли приемистость недр для закачки этих вод, нет ли на пути их движения вод по пласту геологических и иных преград, налажены ли необходимые скорость и направление их движения? Для эффективной эксплуатации нефтяной залежи на все эти вопросы необходимо находить правильные ответы. И в соответствии с этими данными настроить систему разработки месторождения.

В институте «ТатНИПИнефть» накоплен многолетний опыт индикаторных исследований по контролю за движением вод, закачиваемых в разрабатываемых пластах. В качестве индикаторов ранее использовались радиоактивный изотоп водорода тритий или растворы различных химических веществ. Однако в 1998 году производство трития в России было прекращено. Кроме этого, на радиоизотопные исследования налагаются серьезные ограничения санитарного и экологического характера.

В связи с этим перед наукой и производством в данной сфере встала важная и актуальная задача по созданию и внедрению нового высокочувствительного и экономичного аппаратурно-методического комплекса для использования химических индикаторов-красителей, не обладающих радиоактивным эффектом. Для того чтобы метод индикаторов-красителей по своей информативности мог конкурировать с радиоизотопными методами, необходима соответствующая высокочувствительная аппаратура чувствительностью не ниже 10-7 г/л (к примеру, в бассейне объемом 10 млн. литров обнаружить разведенный 1 грамм индикатора или если в Карабашском водохранилище объемом 52,6 млн. м3 развести не меньше 345 граммов порошка флуоресцеина, то данный прибор зафиксирует его наличие в водоеме).

Сотрудничество Казанского физико-технического института КФТИ КазНЦ РАН и института «ТатНИПИнефть» для решения проблемы практического использования флуоресцентных индикаторов началось в 1990 году. В результате этого был создан лазерный анализатор красителей (ЛАК-1).

Все это позволило добиться максимально высокой концентрационной чувствительности 10-7 г/л и сократить использование индикаторов на обследование, например, одного родника с 5-6 кг до 100-300 граммов, а для приготовления раствора, при решении некоторых геологических задач, индикатора-флуоресцеина вместо 10-30 кг/м3 стало достаточно 1-2 кг/м3.

Институт «ТатНИПИнефть» в течение 10 лет проводил индикаторные исследования в районах нефтедобычи нашей республики для решения различных технических и геологических задач. Прибор продемонстрировал высокую чувствительность и надежность в эксплуатации.

В связи с возросшим объемом индикаторных исследований был создан автоматизированный лазерный анализатор красителей с соответствующим программным обеспечением (ЛАК-2). Автоматизация позволила не только ускорить рутинные измерения, но и создать обширную базу данных для контролируемой территории и проводить непрерывный мониторинг окружающей среды.

В процессе почти 20-летней эксплуатации анализаторов красителей в институте «ТатНИПИнефть» была накоплена обширная база исследовательских материалов, получен большой опыт в работе с индикаторами-красителями в области экологии водных ресурсов и нефтедобычи, разработаны соответствующие методики. Эти данные послужили основой для дальнейшего усовершенствования приборной базы, направленной на увеличение чувствительности и достоверности измерений.

Исследователями установлено, что органические и неорганические примеси в пластовых водах существенно влияют на достоверность измерений. Однако физико-химические свойства попутно добываемых вод нефтяных месторождений хорошо изучены, что дает возможность вводить необходимые поправки, тем самым увеличивая точность и достоверность проводимых измерений. Исходя из этого, в КФТИ был разработан и изготовлен многофункциональный прибор нового поколения для регистрации низких (до 10-8 г/л) концентраций индикаторов-красителей в водах различного химического состава.

Эколого-гидрогеологические исследования с применением индикаторов-красителей и разработанного аппаратурно-методического комплекса проводились с целью выявления источников загрязнения родников и разработки проектов водоснабжения населенных пунктов Альметьевского, Азнакаевского, Бугульминского, Сармановского и других районов Республики Татарстан. Проведенные исследования показали, что экологический мониторинг поверхностных и грунтовых вод методом флуоресцентных индикаторов является чрезвычайно точным и эффективным.

Естественное оздоровление источников водоснабжения населения после ликвидации причин загрязнения, выявленных путем индикаторных исследований, происходит через 8-12 лет. Перевод ряда сельских населенных пунктов и городов - Бугульмы, Лениногорска, п.г.т. Карабаш - на полное обеспечение родниковой водой сократил потребление населением некачественной воды из реки Камы в объеме около 9 660 000 м3 в год. При этом и ОАО «Татнефть» получило экономический эффект около 260 млн. рублей.

Другим весьма важным направлением индикаторных исследований является изучение фильтрационных свойств нефтенасыщенных коллекторов - одного из важнейших геологических и геофизических параметров. Детальное изучение характеристик нефтяных залежей позволяет организовать надежный контроль за нефтяными пластами. Полученные данные служат основой для решения ряда нефтепромысловых задач, например, применения различных методов повышения нефтеотдачи пластов или регулирования систем заводнения, что позволит исключить лишнюю закачку воды.

В целом индикаторные исследования позволяют получить уникальную информацию, которая используется при решении обширного круга задач, в том числе и в процессе разработки нефтяных месторождений.

За период с 1976 по 2012 годы на нефтяных месторождениях ОАО «Татнефть» с применением индикаторов было исследовано около 130 опытных участков очагового и избирательного заводнения 45 нефтяных залежей, в том числе с применением флуоресцентных красителей проведено 37 исследований. Общее количество отобранных, обработанных, подготовленных к измерениям и измеренных на наличие индикаторов проб составляет несколько сот тысяч.

И спользование индикаторных исследований для контроля закачки воды для поддержания пластового давления (ППД) и выявления непроизводительной закачки приносит ощутимый экономический эффект. В частности, при разработке продуктивных отложений плановая закачка воды для ППД на завершение разработки этих залежей к 2086 году составит 445,6 млн. м3. Но индикаторными исследованиями, проведенными в 1998-2000 годах, установлено, что закачка воды для ППД на некоторых участках неэффективна. За 12 лет полного вывода системы ППД в бездействие только за счет сокращения непроизводительной закачки воды экономический эффект составил более 1,7 млрд. рублей.

По результатам информации, полученной при индикаторных исследованиях на Абдрахмановской площади, за счет применения методов увеличения нефтеотдачи дополнительно получено 5210 тонн нефти.

Общий экономический эффект от использования информации, полученной по результатам индикаторных исследований на объектах НГДУ «Лениногорскнефть» и НГДУ «Альметьевнефть», составил 2,6 млрд. рублей.

Разработанный аппаратурно-методический комплекс экспериментально опробован и широко внедрен в практическую деятельность ОАО «Татнефть». Результаты работы опубликованы в 64 статьях, защищены 12 патентами, внедрены в виде 4 руководящих документов.

На снимке (слева направо): начальник отдела ТатНИПИнефть по экологической безопасности при разработке нефтяных месторождений, кандидат геолого-минералогических наук М.Мингазов и ведущий научный сотрудник ООО «Наука», кандидат технических наук Г.Антонов.