georesГеоресурсыGeoresources1608-50431608-5078Georesursy LLC10.18599/grs.2023.4.7geores-12Research ArticleСТАТЬИRESEARCH ARTICLESОценка эффективности добычи сверхвязкой нефти методом внутрипластового каталитического облагораживания при пароциклической стимуляции: от лабораторного скрининга до гидродинамического моделированияEfficiency estimation of super-viscous oil recovery by in-situ catalytic upgrading in cyclic steam stimulation: from laboratory screening to numerical simulationСафинаР. Э.SafinaR. E.

Регина Эдуардовна Сафина – инженер, Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111, Казань, ул. Большая Красная, д. 4

Regina E. Safina – Engineer

4, Bolshaya Krasnaya st., Kazan, 420111

safinar101@gmail.comУсмановС. А.UsmanovS. A.

Сергей Анатольевич Усманов – старший преподаватель, Институт геологии и нефтегазовых  технологий

420111, Казань, ул. Большая Красная, д. 4

Sergey A. Usmanov – Senior Lecturer

4, Bolshaya Krasnaya st., Kazan, 420111

МинхановИ. Ф.MinkhanovI. F.

Ильгиз Фаильевич Минханов – старший преподаватель, Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111, Казань, ул. Большая Красная, д. 4

Ilgiz F. Minkhanov – Senior Lecturer

4, Bolshaya Krasnaya st., Kazan, 420111

МухаматдиновИ. И.MukhamatdinovI. I.

Ирек Изаилович Мухаматдинов – кандидат техн. наук, старший научный сотрудник, Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111, Казань, ул. Лобачевского, д. 1/29

Irek I. Mukhamatdinov – Cand. Sci. (Technology), Senior Researcher

1/29, Lobachevskogo st., Kazan, 420111

СимаковЯ. О.SimakovYa. O.

Ярослав Олегович Симаков – руководитель направления НТЦ Управления МУН НТЦ

127422, Москва, Дмитровский проезд, д. 10

Yaroslav O. Simakov – Head of Research and Development Center, EOR Department

10, Dmitrovsky pr., Moscow, 127422

ВахинА. В.VakhinV. A.

Алексей Владимирович Вахин – кандидат техн. наук, ведущий научный сотрудник

420111, Казань, ул. Лобачевского, д. 1/29

Alexey V. Vakhin – Cand. Sci. (Technology), Senior Researcher

1/29, Lobachevskogo st., Kazan, 420111

СудаковВ. А.SudakovV. A.

Владислав Анатольевич Судаков – директор НОЦ «Моделирование ТРИЗ»

420111, Казань, ул. Большая Красная, д. 4

Vladislav A. Sudakov – Head of Research Educational Center “Hard-to-Recover Reserves Simulation”

4, Bolshaya Krasnaya st., Kazan, 420111

ВарфоломеевМ. А.VarfolomeevM. A.

Михаил Алексеевич Варфоломеев – кандидат хим. наук, заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов

420111, Казань, ул. Кремлевская, д. 4/5

Mikhail A. Varfolomeev – Cand. Sci. (Chemistry), Head of  the Department of Development and Operation of  Hardto-Recover Hydrocarbon Deposits

4/5, Kremlevskaya st., Kazan, 420111

НургалиевД. К.NurgalievD. K.

Данис Карлович Нургалиев – доктор геол.-минерал. наук, проректор по направлениям нефтегазовых  технологий, природопользования и наук о Земле

420111, Казань, ул. Чернышевского, д. 7

Danis K. Nurgaliev – Dr. Sci. (Geology and Mineralogy), Vice-Rector for Petroleum Technologies, Environmental management and Earth Science

7, Chernyshevskogo st., Kazan, 420111

Казанский (Приволжский) федеральный университетРоссияKazan Federal UniversityRussian FederationАО «ВНИИнефть»РоссияVNIIneft JSCRussian Federation202328032024254106114Copyright © Сафина Р.Э., Усманов С.А., Минханов И.Ф., Мухаматдинов И.И., Симаков Я.О., Вахин А.В., Судаков В.А., Варфоломеев М.А., Нургалиев Д.К., 20242024Сафина Р.Э., Усманов С.А., Минханов И.Ф., Мухаматдинов И.И., Симаков Я.О., Вахин А.В., Судаков В.А., Варфоломеев М.А., Нургалиев Д.К.Safina R.E., Usmanov S.A., Minkhanov I.F., Mukhamatdinov I.I., Simakov Y.O., Vakhin V.A., Sudakov V.A., Varfolomeev M.A., Nurgaliev D.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geors.ru/jour/article/view/12

В статье представлен метод оценки эффективности разработки залежи сверхвязкой нефти с использованием технологии внутрипластового каталитического облагораживания при пароциклической стимуляции и результаты его применения в масштабе пилотного участка. Данная технология предполагает закачку нефтерастворимого катализатора в пласт после нескольких циклов закачки пара и добычи нефти. По результатам проведенных лабораторных исследований, преобразование нефти в пласте в присутствии катализатора выражено в динамическом снижении вязкости нефти и увеличении нефтевытеснения. Для оценки эффективности технологии в масштабе пилотного участка использовалась термическая гидродинамическая модель, созданная на основе результатов лабораторных исследований. Процесс облагораживания нефти представлен в модели реакцией перехода от исходной нефти к преобразованной, при этом учитывались снижение вязкости нефти и снижение остаточной нефтенасыщенности в зависимости от степени облагораживания. В предлагаемом в статье подходе к описанию процесса облагораживания кинетические параметры реакции и свойства преобразованной нефти настраивались по результатам экспериментов в реакторе высокого давления и на фильтрационной установке.Гидродинамическое моделирование в масштабе пилотного участка показывает зависимость эффективности каталитического облагораживания от равномерности распределения температуры по стволу скважины, наличия остаточной нефти и от коллекторских свойств в радиусе дренирования скважины. Показано, что эффект каталитического облагораживания в случае пароциклической обработки скважины определяется не только физико-химическими изменениями состава нефти, но и адсорбционной возможностью катализатора, прогревом по стволу скважины и взаимодействием матрица-порода. Согласно результатам моделирования, выбор оптимального объема катализатора и сценария закачки позволяет извлекать до 25% дополнительной нефти, что открывает значительные перспективы повышения эффективности паротепловых методов воздействия при использовании внутрипластового каталитического облагораживания.

This article describes a method of predicting super-viscous oil deposit development performance by catalytic aquathermolysis process in cycling steam simulation (CSS). This technology involves the injection of an oilsoluble catalyst into the reservoir after several cycles of steam injection and oil production. According to the results of laboratory studies, the effect of catalytic oil upgrading in the reservoir is expressed in non-instantaneous reduction in oil viscosity and increase in sweep efficiency. To assess the effectiveness of the technology on the field-scale thermal numerical simulation model, based on the results of laboratory studies, is used. The oil upgrading process is represented in the model by the oil upgrading reaction and dependence of oil viscosity and residual oil saturation on the degree of oil upgrading. The kinetic parameters of the reaction and the properties of the converted oil are adjusted according to the results of experiments in a high-pressure reactor and tube tests.Field scale numerical simulation resulted in dependance of catalytic upgrading efficiency on the uniformity of well temperature profile, presence of residual oil and reservoir properties at the effective wellbore radius. It is shown that the effect of catalytic upgrading on a CSS well is determined not only by physical and chemical changes in oil composition but also by adsorption properties of the catalyst itself, heating the wellbore region and matrix and fracture interaction in reservoir. According to simulation results, choosing an optimal catalytic volume and injection scenario allows the recovery of up to 25% of additional oil, that reveals good perspectives of improving steam-based technologies by in-situ catalytic upgrading.

каталитическое облагораживаниесверхвязкая нефтьгидродинамическое моделированиекаталитический акватермолизcatalytic upgradingsuper-viscous oilnumerical simulationcatalytic aquathermolysisReferencesКудряшов С.И., Афанасьев И.С., Соловьев А.В., Петрашов О.В., Сансиев Г.В., Дубровин К.А., Волик А.И., Симаков Я.О., Вахин А.В., Мухаматдинов И.И., Ситнов С.А., Минханов И.Ф., Варфоломеев М.А., Болотов А.В., Нургалиев Д.К. (2022). Технология каталитического акватермолиза на месторождении Бока де Харуко: от идеи до практического применения. Нефтяное хозяйство, (9), с. 37–41. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2022-9-37-41Alonso-Ramírez G. et al. (2018). Analysis of the thermal hydrocracking of heavy fuel oil. Petroleum Science and Technology, 36(7), pp. 507–513. https://doi.org/10.1080/10916466.2018.1428627Минханов И.Ф., Болотов А.В., Аль-Мунтасер А.А., Мухаматдинов И.И., Вахин А.В., Варфоломеев М.А. и др. (2021). Исследования эффективности вытеснения нефти паром с использованием растворителя и катализатора. Нефтяное хозяйство, (6), с. 54–57. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-6-54-57Alonso-Ramírez G. et al. (2021). Catalytic hydrocracking of a Mexican heavy oil on a MoS2/al2o3catalyst: II. Study of the transformation of isolated aromatics fraction obtained from SARA analysis. Fuel, 288, pp. 119541. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119541Alonso-Ramírez G. et al. (2018). Analysis of the thermal hydrocracking of heavy fuel oil. Petroleum Science and Technology, 36(7), pp. 507–513. https://doi.org/10.1080/10916466.2018.1428627Anikin, O.V., Bolotov, A.V., Minkhanov, I.F. et al. (2022). Factors influencing hydrogen peroxide decomposition dynamics for thermochemical treatment of bottomhole zone. J Petrol Explor Prod Technol, (12), pp. 2587–2598. https://doi.org/10.1007/s13202-022-01507-zAlonso-Ramírez G. et al. (2021). Catalytic hydrocracking of a Mexican heavy oil on a MoS2/al2o3catalyst: II. Study of the transformation of isolated aromatics fraction obtained from SARA analysis. Fuel, 288, pp. 119541. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119541Askarova A. et al. (2020). Thermal enhanced oil recovery in deep heavy oil carbonates: Experimental and numerical study on a hot water injection performance. Journal of Petroleum Science and Engineering, 194, 107456. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107456Anikin, O.V., Bolotov, A.V., Minkhanov, I.F. et al. (2022). Factors influencing hydrogen peroxide decomposition dynamics for thermochemical treatment of bottomhole zone. J Petrol Explor Prod Technol, (12), pp. 2587–2598. https://doi.org/10.1007/s13202-022-01507-zBueno Zapata N., Morales Mora O.A., Mejía Cárdenas J.M. (2019). Practical kinetic coupling to multi-component and multi-phase flow transport during in-situ heavy oil upgrading processes using an equation of statebased numerical reservoir simulation. SPE Reservoir Characterisation and Simulation Conference and Exhibition, Abu Dhabi, UAE. https://doi.org/10.2118/196667-MSAskarova A. et al. (2020). Thermal enhanced oil recovery in deep heavy oil carbonates: Experimental and numerical study on a hot water injection performance. Journal of Petroleum Science and Engineering, 194, 107456. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107456Kudryashov S.I., Afanasiev I.S., Solovyev A.V., Petrashov O.V., Sansiev G.V., Dubrovin K.A., Volik А.I.;, Simakov Ia.O., Vakhin A.V., Mukhamatdinov I.I., Sitnov S.A., Minkhanov I.F.; Varfolomeev M.A., Bolotov A.V., Nourgaliev D.K. (2022). Application of catalytic aquathermolysis technology in Boca de Jaruco oilfield: spotlight from theory to field test. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (9), pp. 37–41. (In Russ.) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2022-9-37-41Bueno Zapata N., Morales Mora O.A., Mejía Cárdenas J.M. (2019). Practical kinetic coupling to multi-component and multi-phase flow transport during in-situ heavy oil upgrading processes using an equation of statebased numerical reservoir simulation. SPE Reservoir Characterisation and Simulation Conference and Exhibition, Abu Dhabi, UAE. https://doi.org/10.2118/196667-MSMaity S.K., Ancheyta J., Marroquín G. (2010). Catalytic aquathermolysis used for viscosity reduction of heavy crude oils: A review. Energy & Fuels, 24(5), pp. 2809–2816. https://doi.org/10.1021/ef100230kMaity S.K., Ancheyta J., Marroquín G. (2010). Catalytic aquathermolysis used for viscosity reduction of heavy crude oils: A review. Energy & Fuels, 24(5), pp. 2809–2816. https://doi.org/10.1021/ef100230kMinkhanov I.F., Chalin V.V., Tazeev A.R., Bolotov A.V., Mukhamatdinov I.I. et al. (2023). Integrated Modeling of the Catalytic Aquathermolysis Process to Evaluate the Efficiency in a Porous Medium by the Example of a Carbonate Extra-Viscous Oil Field. Catalysts, 13(2), p. 283. https://doi.org/10.3390/catal13020283Minkhanov I.F., Chalin V.V., Tazeev A.R., Bolotov A.V., Mukhamatdinov I.I. et al. (2023). Integrated Modeling of the Catalytic Aquathermolysis Process to Evaluate the Efficiency in a Porous Medium by the Example of a Carbonate Extra-Viscous Oil Field. Catalysts, 13(2), p. 283. https://doi.org/10.3390/catal13020283Minkhanov I.F., Bolotov A.V., Al-Muntaser A., Mukhamatdinov I., Vakhin A., Varfolomeev M. (2021). Experimental study on the improving the efficiency of oil displacement by co-using of the steam-solvent catalyst. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (6), pp. 54–57. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-6-54-57Morrow, A.W., Mukhametshina, A., Aleksandrov, D., Hascakir B. (2014).Environmental Impact of Bitumen Extraction with Thermal Recovery. SPE Heavy Oil Conference-Canada, Calgary, Alberta, Canada. https://doi.org/10.2118/170066-MSMorrow, A.W., Mukhametshina, A., Aleksandrov, D., Hascakir B. (2014).Environmental Impact of Bitumen Extraction with Thermal Recovery. SPE Heavy Oil Conference-Canada, Calgary, Alberta, Canada. https://doi.org/10.2118/170066-MSNazarova G.Y. et al. (2021). A model of catalytic cracking: Product distribution and catalyst deactivation depending on saturates, aromatics and resins content in feed. Catalysts, 11(6), p. 701. https://doi.org/10.3390/catal11060701Nazarova G.Y. et al. (2021). A model of catalytic cracking: Product distribution and catalyst deactivation depending on saturates, aromatics and resins content in feed. Catalysts, 11(6), p. 701. https://doi.org/10.3390/catal11060701Tirado A. et al. (2022). Kinetic modeling of aquathermolysis for upgrading of heavy oils. Fuel, 310, 122286. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122286Tirado A. et al. (2022). Kinetic modeling of aquathermolysis for upgrading of heavy oils. Fuel, 310, 122286. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122286Vakhin A.V., Aliev F.A., Mukhamatdinov I.I., Sitnov S.A., Kudryashov S.I., Afanasiev I.S., Petrashov O.V., Nurgaliev D.K. (2021). Extra-heavy Oil Aquathermolysis Using Nickel-based Catalyst: Some Aspects of in-situ Transformation of Catalyst Precursor. Catalysts, 11(2), 189, pp. 1–22. https://doi.org/10.3390/catal11020189Vakhin A.V., Aliev F.A., Mukhamatdinov I.I., Sitnov S.A., Kudryashov S.I., Afanasiev I.S., Petrashov O.V., Nurgaliev D.K. (2021). Extra-heavy Oil Aquathermolysis Using Nickel-based Catalyst: Some Aspects of in-situ Transformation of Catalyst Precursor. Catalysts, 11(2), 189, pp. 1–22. https://doi.org/10.3390/catal11020189Vakhin А.V., Aliev F.A., Mukhamatdinov I.I., Sitnov S.A., Pyataev A.V., Kudryashov S.I., Afanasiev I.S., Solovev A.V., Sansiev G.V., Antonenko D.A. et al. (2023). Catalytic activity of bimetallic nanoparticles based on iron and nickel sulfides for hydrogenolysis of heavy oil in case of Boca de Jaruco reservoir. Molecular catalysis, 546, 113261. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113261Vakhin А.V., Aliev F.A., Mukhamatdinov I.I., Sitnov S.A., Pyataev A.V., Kudryashov S.I., Afanasiev I.S., Solovev A.V., Sansiev G.V., Antonenko D.A. et al. (2023). Catalytic activity of bimetallic nanoparticles based on iron and nickel sulfides for hydrogenolysis of heavy oil in case of Boca de Jaruco reservoir. Molecular catalysis, 546, 113261. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113261Vakhin A.V., Mukhamatdinov I.I., Aliev F., Feoktistov D., Sitnov S.A., Gafurov M., Minkhanov I.F., Varfolomeev M.A., Nourgaliev D.K., Simakov Ia.O., Latypov A., Petrashov O., Solovev A., Sansiev G. (2021). Industrial Application of Nickel Tallate Catalyst During Cyclic Steam Stimulation in Boca De Jaruco Reservoir. SPE Russian Petroleum Technology Conference. https://doi.org/10.2118/206419-MSVakhin A.V., Mukhamatdinov I.I., Aliev F., Feoktistov D., Sitnov S.A., Gafurov M., Minkhanov I.F., Varfolomeev M.A., Nourgaliev D.K., Simakov Ia.O., Latypov A., Petrashov O., Solovev A., Sansiev G. (2021). Industrial Application of Nickel Tallate Catalyst During Cyclic Steam Stimulation in Boca De Jaruco Reservoir. SPE Russian Petroleum Technology Conference. https://doi.org/10.2118/206419-MS

The authors declare that there are no conflicts of interest present.