Кіріспе
Бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD; "Sag D") – ауыр шикі мұнай мен битум өндіруге арналған мұнайды күрделендірудің жетілдірілген технологиясы. Бұл – бумен ынталандырудың жетілдірілген түрі, онда мұнай қоймасына бірінен бірнеше метр жоғары орналасқан екі көлденең ұңғыма бұрғыланады. Жоғары қысымды бу үнемі жоғарғы ұңғымаға мұнайды қыздыру және оның тұтқырлығын азайту үшін жіберіледі, нәтижесінде қыздырылған мұнай төменгі ұңғымаға ағып түсіп, содан шығарылады. 1955 жылдан 1982 жылға дейін Imperial Oil компаниясының инженеры доктор Роджер Батлер 1970 жылдары бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD) процесін ойлап тапты. Батлер "көлденең жұп ұңғымаларды пайдалану және қазып алуға тым терең деп есептелген битум кен орындарын игеру үшін бу инъекциялау тұжырымын жасады". AOSTRA – Альбертаның премьер-министрі Лугхидтің мұнай құмдары мен ауыр шикі мұнай өндірісінің жаңа технологияларын дамыту үшін құрған мемлекеттік корпорация. AOSTRA SAGD-ді мұнай құмдарын өндіру технологиясының перспективті инновациясы ретінде жылдам қолдады. Геологиялық формациялардың ішкі бөлімдері, мысалы, Grand Rapids Formation, Clearwater Formation, McMurray Formation, Mannville тобының General Petroleum Sand, Lloydminster Sand, Батыс Канада шөгінді алабындағы стратиграфиялық диапазоны. Канада – АҚШ-қа импортталатын мұнайдың ең ірі жеткізушісі, АҚШ импортының 35%-дан астамын қамтамасыз етеді, бұл Сауд Арабиясынан немесе Венесуэладан, сондай-ақ барлық ОПЕК елдерінен де көп. Жаңа өндірістің көп бөлігі Альбертаның кең мұнай құмдарынан келеді. Мұнай құмдарын өндірудің екі негізгі әдісі бар. Ашық карьерлік әдіс жалпы жұртшылыққа көбірек таныс, бірақ оны тек беткі битум кен орындарында ғана қолдануға болады. Дегенмен, соңғы бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD) әдісі, беткі кен орындарын қоршап тұрған терең кен орындарына жақсырақ сәйкес келеді. Канаданың мұнай құмдарындағы өндірістің күтілетін болашақ өсуінің көп бөлігі SAGD есебінен болады деп күтілуде. "Канаданың мұнай құмдарынан ашық карьерлік әдіспен алынған мұнайға дәстүрлі мұнай бұрғылаудан 20 есе көп су жұмсалады. Деректердің әлсіздігінің нақты мысалы ретінде, бұл көрсеткішке үнемі маңызды болатын бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD) әдісі кірмейді." |The Water Energy Nexus 2011. Бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD) шығарылымдары Калифорниядағы Kern River мұнай алабында және әлемнің басқа да аймақтарында ауыр мұнай өндіру үшін ұзақ жылдар бойы қолданылып келген бумен тасқындау жобаларынан шығарылатын шығарылымдарға тең.
Steam Assisted Gravity Drainage emissions are equivalent to what is emitted by the steam flood projects which have long been used to produce heavy oil in California's Kern River Oil Field and elsewhere around the world.
Сипаттама
Ауыр мұнай немесе битум өндірудің SAGD процесі – Калифорниядағы Керн-Ривер мұнай алабында ауыр мұнай өндіру үшін бастапқыда әзірленген бу инъекциясы әдістерінің жетілдірілген нұсқасы болып табылады. Бумен су басудың барлық процестерінің кілті – өндіріс қабатына жылу жеткізу, арқылы ауыр мұнайдың тұтқырлығын төмендетіп, оны өндіру ұңғымасына қарай қозғалуына мүмкіндік беру. Калифорнияның ауыр мұнай кен орындары үшін әзірленген циклдік бумен ынталандыру (CSS) процесі Альбертаның мұнай құмдарының кейбір бөліктерінен, мысалы, Салқын көл мұнай құмдарынан мұнай өндіре алды, бірақ Альбертаның мұнай құмдарының басым бөлігі орналасқан Атабаска мұнай құмдары мен Бейбітшілік өзені мұнай құмдарының ауыр және терең жатындарынан битум өндіру үшін тиімді болмады. Осы үлкен қорларды өндіру үшін SAGD процесін негізінен Imperial Oil компаниясының доктор Роджер Батлер, Альберта мұнай құмдары технологиясы және зерттеулер басқармасының және өнеркәсіптік серіктестердің көмегімен әзірледі. Ұлттық энергетикалық кеңес (National Energy Board) мұнай бағасы барреліне кем дегенде 30-35 АҚШ долларын құрағанда SAGD процесінің экономикалық тиімді екенін бағалайды. SAGD процесінде қабатқа бір-бірінен 4-6 метр жоғары орналасқан екі параллель көлденең мұнай ұңғымасы бұрғыланады. Жоғарғы ұңғыма буды инъекциялайды, ал төменгі ұңғыма ауырлық күшімен төмен ағып келетін қыздырылған шикі мұнайды немесе битумды, сондай-ақ инъекцияланған будың конденсациясынан түскен суды жинайды. SAGD процесінің негізі – инъекцияланған бу арқылы резервуармен жылу байланысын орнату, нәтижесінде "бу камерасы" пайда болады. Будың жылуы ауыр шикі мұнайдың немесе битумның тұтқырлығын төмендетеді, бұл оның төменгі ұңғымаға ағуына мүмкіндік береді. Бу және оған байланысты газ төмендегі ауыр шикі мұнаймен салыстырғанда төмен тығыздыққа ие болғандықтан жоғары көтеріледі, бұл төменгі өндіріс ұңғымасынан будың шығуына жол бермейді, керісінше, бу камерасында жоғары көтеріліп, мұнай қалдырған бос кеңістікті толтырады. Бірге шығатын газ будың үстінде (және айналасында) белгілі бір деңгейде жылу оқшаулағыш қабатты құрайды. Мұнай мен су ағыны – төменгі ұңғымаға ауырлық күшімен және кері ағыммен жүзеге асырылады. Конденсатталған су мен шикі мұнай немесе битум жоғары тұтқыр сұйықтықтарды, ішінде қатты бөлшектер бар күйде жылжытуға жарамды прогрессивті қуысты сорғылар сияқты сорғылармен қайта қалпына келтіріледі. Судың салқындау деңгейі – өндірушідегі судың қанығу температурасы (қайнау температурасы) мен сол жерде қысым өлшенгендегі нақты температура арасындағы айырмашылық. Өндірушінің үстіндегі сұйық деңгейі неғұрлым жоғары болса, температура соғұрлым төмен болады және салқындау деңгейі жоғарылайды. Дегенмен, нақты резервуарлар әдетте гетерогенді болады, сондықтан ұңғыманың бүкіл көлденең ұзындығы бойынша біркелкі салқындау деңгейін қол жеткізу өте қиын. Осы себепті көптеген операторлар бу камерасының біркелкі дамымауына тап болғанда, битумды бүкіл ұңғымада ыстық ұстап тұру үшін өндірушіге аз мөлшерде бу жіберуге рұқсат береді, осылайша оның тұтқырлығын төмендетеді және ұңғыма бойымен резервуардың салқын бөліктеріне жылу берудің қосымша артықшылығын қамтамасыз етеді. Кейде ішінара SAGD деп аталатын тағы бір нұсқа операторлар ұзақ уақыт жабылып қалғаннан кейін немесе іске қосу процедурасы ретінде өндірушіде буды әдейі айналдырғанда қолданылады. Салқындау деңгейінің жоғары мәні жылу тиімділігі тұрғысынан қажет болса да, өйткені ол әдетте бу инъекциясының жылдамдығын азайтады, бірақ сонымен қатар төмен температураға байланысты битумның жоғары тұтқырлығы мен төмендеген қозғалғыштығына байланысты өндірістің де төмендеуіне әкеледі. Өте жоғары салқындау деңгейінің тағы бір кемшілігі – бу қысымының ақырында инжектордың үстіндегі бу камерасының дамуын ұстап тұру үшін жеткіліксіз болуы, кейде бу камерасының құлауына әкеледі, онда конденсатталған бу инжекторды басып, камераның одан әрі дамуына кедергі келтіреді. Инъекциялық және өндіріс ұңғымаларын резервуарлық қысымға жуықтап үздіксіз жұмыс істету барлық жоғары қысымды және циклдік бу процестерінде кездесетін тұрақсыздық проблемаларын жояды және SAGD қолайлы резервуарларда мұнайдың 70-80% дейін тегіс, біркелкі өндірілуін қамтамасыз етеді. Бұл процесс шиферлік қабаттарға және бу мен сұйықтық ағынына кедергі келтіретін басқа да тік бөгеттерге салыстырмалы түрде сезімтал емес, өйткені тау жынысы қызған кезде дифференциалдық жылулық кеңею бу мен сұйықтықтардың ауырлық күшімен өндіріс ұңғымасына ағуына мүмкіндік береді. Бұл көптеген жұқа шиферлік бөгеттері бар қабаттарда да мұнайдың 60-70% дейін өндірілуін қамтамасыз етеді. Жылу тиімділігі тұрғысынан SAGD ескі CSS процесінен әдетте екі есе тиімді, және ол CSS процесімен байланысты жоғары қысымнан зардап шеккен ұңғымалардың азаюына да себеп болмайды. Жоғары мұнай өндіріс деңгейлерімен байланысты, бұл SAGD қабаттың қалыңдығы шартты түрде жеткілікті болғанда циклдік бу процестерінен әлдеқайда экономикалық тиімді екенін білдіреді.
Тарих
Гравитациялық дренаж идеясы алғаш рет 1970 жылдары Imperial Oil компаниясының инженеры доктор Роджер Батлер тарапынан ұсынылды. AOSTRA-ның негізгі мақсаттарының бірі – Атхабаска мұнай құмдарының дәстүрлі ашық карьерлік технологияларды қолдану арқылы өндірілуі мүмкін емес бөлігі үшін қолайлы технологияларды анықтау болды.
AOSTRA жерасты сынақ қондырғысы 1984
1984 жылы AOSTRA Syncrude зауытының батысында, MacKay және Devon өзендері арасында орналасқан Athabasca мұнай құмдарындағы жер асты сынақ алаңын SAGD әдісімен битумды өндірудің орнындағы сынақ нысаны ретінде іске қосты. Осы жерде қос (көлденең) SAGD ұңғымаларының алғашқы сынағы жүргізілді, бұл концепцияның мүмкіндігін дәлелдеді және 1992 жылы үш ұңғыма жұбынан алынған өнімнің шамамен 3 бірлігі көлемінде қысқа мерзімге оң ақша ағынына қол жеткізді.
Фостер сағасы
Канаданың Альберта штатындағы Фостер-Крик зауыты 1996 жылы салынған және Cenovus Energy компаниясы басқаратын алғашқы коммерциялық Бу көмегімен гравитациялық дренаж (SAGD) жобасы болды. 2010 жылға қарай Фостер-Крик "Альбертадағы роялти төлеу статусына жеткен ең ірі коммерциялық SAGD жобасы" атанды. Алғашқы UTF SAGD ұңғымалары әктас тау-кен астындағы туннельден горизонталь бұрғыланды, оған тік шахталар арқылы қол жеткізілді. Бұл концепция, компанияларға горизонталь ұңғымаларды дәл, арзан және тиімді түрде бұрғылауға мүмкіндік берген бағытталған бұрғылау техникасының дамуымен бірге келді, нәтижесінде дәстүрлі тік ұңғыманы бұрғылаудың қажеттілігі азайды. Горизонталь ұңғыма жұптарын бұрғылаудың төмен құны және SAGD процесінің өте жоғары өнімділігі (орналасқан мұнайдың 60% дейін) SAGD-ны мұнай компаниялары үшін экономикалық тұрғыдан тартымды етеді. Фостер-Крикте Cenovus өзінің патенттелген 'кене ұңғымасы' технологиясын қолданып, қалыпты SAGD операцияларымен айналып өтілген қалдық ресурстарды қалпына келтірді, бұл операцияның жалпы қалпына келтіру деңгейін жақсартады. 'Кене ұңғымасы' технологиясы, SAGD бу камералары бірігіп, сұйық байланысқа келгеннен кейін, екі жұмыс істеп тұрған SAGD ұңғымасының арасына қосымша ұңғыма бұрғылау арқылы жұмыс істейді. Осы резервуарлық аймақтағы жұмыс істеп тұрған SAGD ұңғымаларының арасында қалған мұнайдың 'кеуіні' қалпына келтіріледі. 'Кене ұңғымасы' технологиясы жалпы өнімділікті 5-10% арттырады, себебі бу камералары сұйық байланысқа келгеннен кейін бу қажеттілігі азаяды. Әдетте, өндіріс процесінің осы кезеңінде, сонымен қатар 'төмендету' фазасы деп те аталатын, таңылған бу метан сияқты конденсацияланбайтын газбен ауыстырылады, бұл өндіріс шығындарын одан әрі төмендетеді.
Қазіргі қолданылулары
Бұл технология бастапқыда коммерциялық тұрғыдан тиімді болған жоқ. 2000 жылдары мұнай бағасының өсуі кезінде ол тиімді бола бастады. Дәстүрлі бұрғылау әдістері 1990 жылдарға дейін басым болса, 21-ші ғасырдың жоғары мұнай бағалары шикі мұнайды өндірудің дәстүрлі емес әдістерін (мысалы, SAGD) қолдануға ынталандырып отыр. Канаданың мұнай құмдарында көптеген SAGD жобалары жүргізілуде, себебі бұл аймақта әлемдегі ең ірі битум кен орындарының бірі орналасқан (Канада мен Венесуэла әлемдегі ең ірі кен орындарына ие). SAGD процесі Альберта Энергия ресурстарын сақтау жөніндегі кеңеске (ERCB) мұнайдың дәлелденген қорын 179 миллиард баррельге дейін арттыруға мүмкіндік берді, бұл Канаданың мұнай қорын Венесуэла және Сауд Арабиясынан кейін әлемдегі үшінші орынға көтерді және Солтүстік Американың мұнай қорын шамамен төрт есеге ұлғайтты. 2011 жылғы мәліметтер бойынша, мұнай құмдарының қоры шамамен 169 миллиард баррельді құрады.
Мұнай мен су байланысы
SAGD термикалық өндіріс процесі су мен табиғи газдың көп мөлшерін пайдаланады. Дегенмен, буландар көп көлемдегі тұзды суды (blowdown) шығарады, оны қосымша басқару қажет. Судың көп мөлшерде қолданылуының мәселесі су мөлшеріне емес, су сапасына байланысты. Дәстүрлі түрде, SAGD процесінде қолданылған су көлемінің шамамен 70 миллион текше метрі таза, жер беті суларынан құралған. 2010 жылдан бастап таза суды пайдалану айтарлықтай азайды, сол кезде шамамен 18 миллион текше метр қолданылды. Таза суды пайдаланудың күрт азаюын толықтыру үшін, индустрия тұзды жер асты суларын қолдану көлемін айтарлықтай арттыра бастады. Бұл, сондай-ақ, суды үнемдеудің басқа да жалпы техникалары мұнай құмдарынан өндіріс басталғаннан бері жер беті суларын қолдануды үш еседен астам азайтуға мүмкіндік берді. Гравитациялық ағынға негізделген SAGD салыстырмалы түрде қалың және біртекті қоймаларды талап етеді, сондықтан ол барлық ауыр мұнай өндіріс аймақтарына жарамды емес.
Баламалы әдістер
2009 жылға қарай коммерциялық қолданылатын екі бастапқы жылумен қалпына келтіру процесі, бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD) және циклдық бумен ынталандыру (CSS), Альбертадағы Салқын көл аймағындағы Клируотер және Төменгі Гранд Рапидс формацияларында мұнай құмдарын өндіруде қолданылды. Циклдық бумен ынталандырудың бірнеше CSS ілеспе немесе жақсарту процестері де бар, оның ішінде қысымды көтеру және төмендету (PUBD), аралас ұңғымалық бумен жетегі және дренаж (MWSDD), буды алу (Vapex), битумды жақсарту үшін буға сұйықтық қосу (LASER) және HPCSS көмегімен SAGD және гибридтік процесс. Альберта Энергиялық Регуляторының (AER) баспасөз хабарламасында жоғары қысымды циклдық бумен ынталандыру (HPCSS) және бумен көмектесетін гравитациялық дренаж (SAGD) арасындағы айырмашылық түсіндірілді. "HPCSS Альбертада 30 жылдан астам уақыттан бері мұнайды қалпына келтіруде қолданылып келеді. Бұл әдіс резервуардың нормативтік қысымынан әлдеқайда жоғары қысымды буды ұзақ уақыт бойы резервуарға енгізуді қамтиды. Жылу битумды жұмсартады, ал су оны сұйытып, құмнан бөліп алады, қысым сынықтар, жарықтар мен ашылулар жасайды, олар арқылы битум бу инъекциялық ұңғымаларына кері ағып түседі. HPCSS бумен қамтамасыз етілген гравитациялық дренаж (SAGD) операцияларынан өзгеше, онда бу резервуарды бұзбай, төмен қысымда үздіксіз инъекцияланады және гравитациялық дренаж негізгі қалпына келтіру механизмі ретінде қолданылады". Альберта штатының Колд-Лейк маңындағы Клируотер формациясында жоғары қысымды циклдық бумен ынталандыру (HPCSS) қолданылады. ET DSP – электр энергиясын пайдаланып мұнай құмдарының кен орындарын қыздыру арқылы битумды жұмылдырып, қарапайым тік ұңғымаларды пайдалану арқылы өндіріске мүмкіндік беретін патенттелген процесс. ISC мұнайдың тұтқырлығын азайтатын жылуды өндіру үшін оттегін пайдаланады; сондай-ақ ауыр шикі мұнайдан бөлінетін көмірқышқыл газы мұнайды өндіру ұңғымаларына қарай ығыстырады. ISC тәсілдерінің бірі – "ТАЙ" (THAI) – "Табаннан таққа дейін ауа инъекциясы". Саскачеван провинциясындағы THAI нысаны 2017 жылы Proton Technologies Canada Inc. компаниясы сатып алды, ол осы жерде таза сутегін бөлуге қол жеткізді. Proton компаниясының мақсаты көміртекті топырақта қалдырып, көмірсутектерден тек сутегін ғана алу. Бұл SAGD өндірушілерінің биіктігінде, жақын орналасқан SAGD ұңғымаларының арасында орналасқан қосымша өндірушілерді пайдалану арқылы SAGD-нің жылу тиімділігін жақсартуға бағытталған SAGP-нің өңделген түрі. Бұл қосымша өндірушілер, көбінесе "толықтыру ұңғымалары" деп аталады, eMSAGP қалпына келтіру жүйесінің маңызды бөлігі болып табылады.