Многие до сих пор представляют добычу нефти так: жидкая смесь сама фонтанирует из недр земли ― только успевай подставлять емкости для наполнения. В первые годы активного бурения такой способ, действительно, существовал. Причем большую роль в этом играла природная пластовая энергия. Но сегодня этого недостаточно: чтобы извлечь нефть, нужны новые технологии. Какие? Отвечают ученые исследовательского центра «Геосфера».
Сложности добычи нефти
Не секрет, что под землей, в пластах, находится нефть. Однако добыть ее можно не всю, ведь все зависит от коллектора ― горной породы, которая вмещает в себя нефть, газ и воду и отдает их при разработке. Сегодня нефтяным компаниям приходится иметь дело с трудноизвлекаемыми запасами, при работе с которыми «классических» методов просто недостаточно.
У нас есть пласт, насыщенный нефтью. Если мы пробурим скважину и будем просто добывать, это будет добыча на естественном режиме. В этом случае коэффициент извлечения нефти будет небольшим ― в идеале мы сможем добыть где-то порядка 10, максимум 15%. Но это очень низкий показатель по современным меркам.
Сегодня недостаточно пробурить скважину ― нефть не фонтанирует как раньше, нужно искать новый способ. Например, самый распространенный способ повысить объем добычи нефти ― вытеснение водой. Но в процессе закачки воды под землю многое может пойти не по плану из-за различий в текучести нефти и воды, особенностей породы или недоисследованных участков месторождения. Как итог: вода может быстро прорваться в добывающую скважину, а заветные участки с нефтью останутся нетронутыми. Для того чтобы этот процесс был успешным, ученые-нефтяники сначала анализируют геолого-физические характеристики пласта и проводят гидродинамические расчеты.
Нефть можно добывать разными способами. Основной ― это когда мы бурим две скважины: в одну скважину ― нагнетательную ― закачиваем воду и, как будто поршнем, вытесняем нефть из продуктивного пласта к другой ― добывающей ― скважине, из которой откачиваем нефть с водой. До недавнего времени так и делали, но сейчас уже и этого недостаточно: объекты стали сложнее, они неоднородны, они плотнее гранита. Из каких-то слоев породы получается добыть нефть, а в каких-то она остается.
В исследовательском центре «Геосфера» команда ученых, собранная из разных уголков нашей страны, тестирует технологии, которые помогают добывать нефть на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами. В 16 современных лабораториях изо дня в день идет напряженная работа.
Каждое месторождение уникально, с своими характеристиками. Поэтому мы в «Геосфере» подходим к каждой проблеме уникально. Под особенности конкретной залежи мы модернизируем наше лабораторное оборудование. Это позволяет воссоздать пластовые условия и все ключевые характеристики пласта, чтобы не упустить ни одну деталь. Именно такой подход мы считаем приоритетом.
Как ученые подбирают ключ к каждому месторождению
Нефтедобыча сегодня ― симбиоз различных методов увеличения нефтеотдачи (химических, газовых, физических и других ― Прим. ред.). Каждый из них тщательно проверяют в исследовательском центре «Геосфера».
Начнем с лаборатории геомеханики. Основная задача геомеханики ― определить, как ведет себя горная порода при изменении нагрузок, насколько она прочная и устойчивая. Область применения ― бурение скважин и гидроразрыв пласта (ГРП). ГРП ― это сложная технологическая операция, когда в пласт под высоким давлением закачивают жидкость, которая создает сеть трещин в породе. Затем в трещины закачивают пропант ― специальный материал, который удерживает трещины раскрытыми и обеспечивает приток нефти к скважине.
Пропант ― это такие гранулы, шарики, задача которых удерживать трещины, которые мы искусственно создаем в породе. Пропант бывает разной фракции, разного состава. И наша задача определить, какой пропант наиболее эффективен для конкретной залежи: как он удерживает берега трещины (препятствует закрытию трещины), как он пропускает через себя флюиды ― нефть, воду.
Следом идет лаборатория фильтрационных исследований, где изучаются различные технологии увеличения нефтеотдачи. Помимо испытаний с вытеснением нефти водой или специальными химическими составами на ее основе, проводятся исследования одной из ключевых технологий ― вытеснение нефти газом. В чем ее преимущество? Закачиваемый газ растворяется в нефти и в пластовой воде, изменяет их физические свойства таким образом, что добыча нефти становится проще и она в большем объеме поступает в добывающую скважину. Помимо увеличения нефтеотдачи, при закачке газа решается и другая проблема ― использование попутного нефтяного газа (который часто сжигают на специальных факелах) или захоронение парниковых газов (например, дымовой газ, в котором содержится углекислый газ и другие парниковые газы).
Суть метода заключается в том, что закачиваемый газ изменяет свойства нефти. Нефть увеличивается в объеме, становится более подвижной и проще поступает к нефтедобывающей скважине. Таким образом мы можем повысить темпы добычи и коэффициент извлечения нефти. В нашей лаборатории мы моделируем технологии и воссоздаем процессы, которые будут происходить в недрах на большой глубине в процессе вытеснения нефти газом. На нашем лабораторном оборудовании мы создаем модели нефти и газа, определяем их параметры и подбираем условия для наиболее эффективной закачки газа. Эксперименты дают нам понять, на каком месторождении, какой газ, при каких давлениях и в каких объемах нужно закачивать, чтобы повысить коэффициент извлечения нефти и чтобы весь процесс был рентабельным.
На глубине нефть совсем не похожа на ту, что подняли на поверхность. В PVT-лаборатории (от англ. Pressure, Volume, Temperature — «давление, объем, температура») ученые воссоздают пластовые условия и изучают, как ведет себя флюид в естественной среде.
Скважину пробурили и получили глубинную пробу ― это первый источник информации о том, какой флюид находится в пласте. Затем проба попадает в PVT-лабораторию, где ее исследуют. Весь состав флюида, который находится в пласте, устанавливается здесь.
Установление состава пластового флюида ― это комплексная работа, в которой задействованы три отдела: PVT-лаборатория, которая работает непосредственно с пластовым флюидом, отдел хроматографии, где устанавливают состав пробы с помощью хроматографов и физико-химический отдел, где изучают свойства полученных нефтей. После этого данные совмещают с геологической информацией и получают цифровую модель разработки месторождения.
Впрочем, в «Геосфере» для изучения трудноизвлекаемых запасов не ограничиваются лабораторными методами. Исследовательский центр активно развивает цифровой мир ― двойники месторождений, скважин, керна. Ведь чем точнее исследованы свойства породы и флюидов, тем точнее прогнозы по разработке месторождений.
Ранее Наука Mail публиковала интервью с руководителем Научно-технического центра «Газпром нефти» Александром Ситниковым о том, как цифровые технологии изменили современную нефтедобычу.
Материал подготовлен проектом Наука Mail ООО «Газпромнефть Научно-Технический Центр».