Будущее нефтегазовой отрасли: «трудные» запасы углеводородов и как к ним подступиться
Эпоха «легких» углеводородов подходит к концу. Существенная часть эксплуатируемых месторождений нефти и газа вступила в позднюю стадию разработки, то есть снижения добычи. Для поддержания ее объемов необходимо вовлекать в разработку так называемые трудноизвлекаемые запасы (ТрИЗ).
В чем их специфика и какие технологии используются для добычи «Красному Северу» рассказали сотрудники Института геологии и нефтегазодобычи Тюменского индустриального университета (ТИУ).
Трудноизвлекаемые запасы и их особенности
Когда идет речь о ТрИЗ, то имеются ввиду такие запасы нефти и газа, которые невозможно эффективно и рентабельно добывать с помощью традиционных технологий. Эти месторождения или отдельные залежи отличаются сравнительно неблагоприятными для извлечения геологическими условиями залегания и (или) физическими свойствами углеводородов — вязкостью, наличием большого количества примесей, нахождением в коллекторах с низкой пористостью и проницаемостью. Запасы, которые залегают на труднодоступных территориях, например, в Арктике, на шельфе, где отсутствует инфраструктура для добычи и транспортировки, также относятся к категории ТрИЗ.
Как отметил кандидат наук, заместитель директора Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ Дмитрий Леонтьев, в России средний коэффициент извлечения нефти составляет 30 — 35%. Даже используя современные технологии, большую ее часть добыть пока не удается.
Добычу затрудняет вязкость самой нефти, пласты с низкой проницаемостью, в которых она находится. То, что остается в недрах, тоже относится к трудноизвлекаемым запасам. С газом ситуация другая, там почти стопроцентная отдача. Добычу ТрИЗ поможет активизировать модернизация имеющихся в арсенале компаний технологий, появление новых, нестандартных подходов.
Дмитрий Леонтьев
кандидат наук, заместитель директора Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ
Проблема не столько в глубине залегания запасов, сколько в сложности строения геологических пластов, неоднородности залежей. Компаниям приходится порой индивидуально к разным ТрИЗам подбирать «ключи». Конечно, это неизбежно связано повышенными финансовыми затратами, поэтому учитывается, насколько рентабельной окажется добыча.
«Трудная» нефть Мессояхи. Фото: пресс-служба АО «Мессояханефтегаз»
По словам кандидата наук, доцента кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ Тимергалея Апасова, к категории трудноизвлекаемых запасов также относятся нефтяные оторочки месторождений. Компании долгое время шли к тому, чтобы начать их разрабатывать, считали это невыгодным.
Нефтяные оторочки — это когда в одной залежи мощность запасов нефтяного пласта существенно меньше, чем у газовой шапки. В большинстве случаев рядом еще находятся подошвенные воды, что осложняет разработку. Правильный подход в этих случаях — начать добычу с нефти, а не с газа. Для этого бурят сложные горизонтальные скважины. Главная задача специалистов — выбрать оптимальный режим их эксплуатации, чтобы не допустить прорыва как подошвенных вод, так и газа. Если же начать добычу с газа, то нефть по пласту может перетекать в газовую залежь, извлечь ее потом будет очень трудно.
Тимергалей Апасов
кандидат наук, доцент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ
Сейчас новые подходы и налоговые льготы позволяют успешно разрабатывать нефтяные оторочки на месторождениях, в том числе в ЯНАО.
По словам ученого, отдельная проблема — вязкость нефти, чтобы сделать ее текучей, нужны технологии подогрева. Вариантов несколько, чаще используют пар, горячую воду или реагенты, которые при смешивании создают термическую реакцию в пласте. Для этих целей у компании должно быть оборудование, предварительно проведены расчеты и моделирование.
Один из газовых промыслов Уренгойского месторождения. Фото: Юлия Терешина / АНО «Ямал-Медиа»
На Ямале многие месторождения были открыты еще советскими геологами. В то время хватало и «легких» запасов углеводородов. Для добычи ТрИЗ не было технологических возможностей, да и необходимости, когда стране начали давать газ такие гиганты, как Медвежье, Уренгойское, Ямбургское месторождения. Сейчас в Надым-Пур-Тазовском районе Ямала, где они находятся, для поддержания уровня добычи ведется работа по максимальному вовлечению в разработку сложных залежей углеводородов: ачимовских, юрских отложений и низконапорного газа. Это обеспечит будущее отрасли в регионе на годы вперед.
По словам Дмитрия Леонтьева, при эксплуатации месторождений, даже старых, постоянно ведется доразведка. Благодаря современным методам компании уточняют информацию о запасах и строении недр, иногда обнаруживают залежи, о которых ранее не подозревали.
Распространенные технологии для добычи ТрИЗ
В России доля добычи трудноизвлекаемых запасов медленно, но растет. Задача становится все более актуальной для компаний ТЭК, им приходится искать рентабельные методы. Из применяемых для добычи ТрИЗ наиболее известна технология гидроразрыва пласта (ГРП).
ГРП — не новая технология, уже несколько десятилетий применяется в добыче углеводородов по всему миру, но постоянно совершенствуется. В продуктивный пласт для создания в породе трещин под давлением закачивают специальную жидкость с пропантом. Эти маленькие керамические шарики не дают закрываться образовавшимся при гидроразрыве трещинам, чтобы через них могло проходить добываемое сырье.
Дмитрий Леонтьев
кандидат наук, заместитель директора Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ
Трещины в породе могут доходить до 100 метров, это позволяет существенно расширить зону добычи и, соответственно, увеличить продуктивность скважины. При недостаточном однократном эффекте может применяться многостадийный гидроразрыв пласта.
ГРП — технологически сложная и дорогая, но самая распространенная операция для того, чтобы искусственно увеличить проницаемость коллекторов и повысить дебит скважины, отметил Тимергалей Апасов. Но подходит она не для всех месторождений, иногда не позволяет строение пласта. Когда есть риск, что вместо нефтяной залежи трещина затронет газовую или водяную прослойку, то это может привести к аварии на скважине. Поэтому для проведения ГРП требуются высококвалифицированные специалисты. Из минусов этой технологии эксперты отмечают возможный вред природе, если закачиваемые с пропантом химические вещества попадут в водоносные пласты.
Для повышения эффективности добычи компании активно используют многозабойные и многоствольные скважины, в том числе их разновидность — фишбоны (от англ. — «рыбья кость»). У них от горизонтального ствола в разные стороны отходят многочисленные ответвления. Такая форма напоминает рыбий скелет. Эксплуатация фишбона по сравнению с традиционной скважиной позволяет существенно увеличить охват нефтенасыщенных участков пласта. Минусы у этой технологии тоже есть, отмечает Дмитрий Леонтьев. Ответвления представляют собой открытые стволы, трубой они не обсаживаются, поэтому песчаник может обрушиться. С учетом опыта компании ТЭК уже совершенствуют фишбоны: ставят фильтры, укрепляют боковые ответвления.
Иллюстрация: Татьяна Бояринова/«Ямал-Медиа»
К примеру, с 2016 года эту технологию успешно применяют на Восточно-Мессояхском месторождении в ЯНАО. Сейчас фишбоны составляют примерно треть от общего числа пробуренных там скважин. В октябре 2022 года на Восточной Мессояхе построили первую в России горизонтальную скважину с использованием технологий искусственного интеллекта. Интегрированный в буровую установку программный комплекс в режиме автопилота контролировал технологический процесс с учетом особенностей пласта и заданных параметров.
Системная цифровизация всех этапов бурения на автономном нефтепромысле продолжается. В начале августа 2023 года на Восточной Мессояхе завершили строительство первой многоствольной скважины для разработки ТрИЗ ачимовских толщ с использованием технологий искусственного интеллекта. У этого фишбона три боковых ответвления от горизонтального ствола, которые вовлекают в добычу дополнительные запасы нефтяных пластов малой мощности.
Цифровое бурение. Фото: пресс-служба АО «Мессояханефтегаз»
Новые технологии и трудности их внедрения
Большинство компаний ТЭК до сих пор используют ранее закупленное зарубежное оборудование для добычи, отмечают эксперты.
Чем лучше оборудование, тем качественнее процесс, а мы и в советское время, и сейчас отстаем в этой части. Если у компаний что-то ломается, то запчасти покупают у китайских производителей. Специалисты этой страны, когда-то отстававшей от СССР, вышли на ведущие позиции в мире. Нам надо развивать импортозамещение, продвигать отечественные разработки, технологии, изобретения. Их надо апробировать, проводить эксперименты, но компании не готовы идти на затраты, боятся рисковать.
Тимергалей Апасов
кандидат наук, доцент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ
По словам Тимергалея Апасова, в советские годы научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы государство поддерживало на системной основе. Выделялись средства, на производстве был план по рацпредложениям, специальные базы, где их можно было испытать. И сейчас, по мнению ученого, государство должно стимулировать компании ТЭК внедрять российские технологии, создавать полигоны для испытаний и обеспечивать возможность апробировать на них разработки сервисных компаний, научных организаций и вузов.
Дмитрий Леонтьев согласен с коллегой. Он считает, что производство и наука должны идти рядом.
Лаборатория ТИУ. Фото: отдел медиа и внешних коммуникаций Тюменского индустриального университета
Для добычи, в том числе ТрИЗ, надо развивать, модернизировать отечественные технологии, искать нестандартные подходы, а компании не готовы брать наши идеи. У нас есть запатентованные разработки, но внедрены из них единицы, так как перед опытно-промышленными испытаниями надо доказать рентабельность.
Дмитрий Леонтьев
кандидат наук, заместитель директора Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ
Как пояснил заместитель директора Института геологии и нефтегазодобычи ТИУ, компании просят ученых сделать компоновки, то есть оборудование, чтобы убедиться, что это реально работает. А там, где их изготавливают, хотят получить подтверждение от компании, что она готова внедрить разработку. Получается тупик, никто не хочет рисковать.
Своими силами университет произвести компоновки не может, зато в лаборатории можно работать над составами для бурения и водоизоляционных работ на скважинах. Эти инновации вуза уже получили практическое применение на месторождениях. А вот предложение по совершенствованию технологии гидроразрыва пласта, которое было готово еще два года назад, пока зависло. Проведение испытаний остановила пандемия. Несмотря на все трудности, ученые ТИУ не сдаются и продолжают работать, добавил Дмитрий Леонтьев.