«Породу, из которой добывают нефть, вы не отличите от кирпича»
3D-модели, базы данных и горизонтальные скважины: кто и как занимается современной нефтедобычей

«Бумага» продолжает партнерский спецпроект с компанией «Газпром нефть» — о людях, которые работают на одного из топовых работодателей в России. В этом материале сотрудники научно-технического центра компании, расположенного в Петербурге, рассказывают, как сейчас на самом деле добывают нефть и зачем для этого высокие технологии.

Как с помощью 3D-моделей строят прогнозы о перспективности месторождений, во сколько миллионов обходятся ошибки в расчетах, почему сегодня уже не бурят вертикальные скважины, а добывают нефть из «кирпичей», в которых содержится всего пара процентов «черного золота»?

Накануне своего профессионального праздника, Дня геолога, специалисты центра рассказали «Бумаге», зачем для добычи нефти нужны сейсморазведчик, геомеханик, петрофизик и гидродинамик и чем они занимаются.

Александр Буторин

Сейсморазведчик, эксперт департамента геологии и разработки текущих активов

Перед тем, как начать бурить скважину, необходимо понять свойства породы на месторождении. Этим среди прочих занимаются сейсморазведчики.

Сейсморазведка — направление геофизики, которое изучает, как в породах распространяются волны. Это похоже на эхолокацию у летучих мышей: они испускают волны и по тем волнам, которые вернулись, понимают, какие объекты есть рядом. Мы же понимаем по волнам свойства породы.

В сейсморазведке есть три глобальные отрасли. Во-первых, это полевые работы, во время которых мы изучаем, как посылать волны и как их записывать, когда они вернулись обратно. Во-вторых, обработка данных, когда мы из полученных сведений выделяем полезный материал. Третье — это интерпретация: полученный сигнал мы переводим в термины, понятные для геолога. Я сейчас занимаюсь больше третьим направлением, но за свой профессиональный путь успел попробовать себя везде — например, ездил на полевые работы на Карское море заниматься морской сейсморазведкой.

Чтобы понять, как же в породах распространяются волны, нужно с помощью специальных машин создать колебания почвы.

Есть разные источники волн. Самое простое — ударить по породе кувалдой: так в основном и делают на студенческих практиках. Для промышленности это недостаточно мощно, поэтому используют специальные машины — такие огромные тракторы с бетонной плитой снизу, которые прижимают эту плиту к земле, передают импульс — и создаются колебания почвы, по сути, мини-землетрясения.

Часть волны будет проходить до следующего пласта породы, часть — отражаться обратно. На поверхности мы можем зарегистрировать время, за которое волна добежала вниз и вернулась обратно, — и по этому времени можно определить глубину. А изучая амплитуду колебаний, мы понимаем свойства пласта. Конечно, о том, что находится под землей, мы можем узнать, например, из скважин. Но это будет информация об одной точке пласта, куда мы уже бурить не будем. Сейсморазведка помогает понять, что делается между скважинами.

Центр сопровождения бурения. Фото: «Газпром нефть» (все снимки сделаны в научно-техническом центре компании в Петербурге)

Записанная на месторождениях информация анализируется в специальных центрах и служит основанием для того, чтобы впоследствии начать бурить скважину в той или иной точке.

Метод сейсморазведки — это необходимый инструмент для того, чтобы вообще начать бурить. Роль интерпретатора — понять, как физический отклик пласта связан с его геологическими свойствами. Данные отправляются в центры обработки в Тюмени и Петербурге.

На сегодняшний день кончились простые месторождения. Остались сложные, где нам надо понимать не только структуру пласта, но еще и его внутреннее строение. Поэтому зачастую данные сейсморазведки приходят как с уже разрабатываемых месторождений, так и с объектов, где пока нет ни одной скважины. Они нужны, чтобы посчитать запасы, которые там есть, и спрогнозировать следующие точки бурения.

Юрий Овчаренко

Начальник отдела геомеханического моделирования

Перед началом разработки месторождения бурится разведывательная скважина, из которой достают образец породы — керн.

Геомеханика — это как психология, потому что она изучает, какой бывает порода, в каком она состоянии. Чтобы, когда мы начнем на нее воздействовать, мы понимали, как порода прореагирует. Первая скважина всегда вертикальная: разведывательная. Мы должны по максимуму изучить объект, с которым будем работать.

Чтобы понять, в каком состоянии порода, мы смотрим, как она реагировала на наше воздействие, как разрушалась. У породы есть способность проводить электричество, звук или радиоактивные элементы. Когда мы достаем породу, мы можем измерить эти параметры. Кроме того, можем проверить ее на прочность. Самый распространенный эксперимент — разрушение образца: берется цилиндр и давится. Это дает понимание, до какого момента мы можем воздействовать на породу.

Если правильно проанализировать породу и предсказать, как она себя будет вести во время бурения, можно сэкономить миллионы рублей.

Геомеханика — редкая специальность именно в нефтегазовом деле. А так она не очень редкая: геомеханики работают с карьерами, горными выработками, шахтами — везде, где присутствует человек.

В нефтедобыче же мы работаем с объектами, которые находятся очень далеко. Наше самое неглубокое месторождение нефти находится на глубине около 900 метров под землей. Самое глубокое — порядка 3–4 километров. Стоимость дня строительства одной скважины — а на месторождении может быть 100–200 скважин — это где-то миллион рублей. Скважина может буриться за две недели, то есть на одну скважину уйдет 14 миллионов рублей. Но если что-то происходит не по плану, то она может строиться и в три раза дольше.

Онлайн-контроль траектории бурения скважины

В мире практически не осталось простых месторождений нефти: сейчас бурятся в основном горизонтальные скважины, а содержание нефти в некоторых породах может не превышать пары процентов.

В 80-е годы американцы поняли, что на всей территории страны есть огромные нефтяные поля. И если сделать на них большие и множественные трещины, то из породы можно добыть нефть. Благодаря этим разработкам за счет сланцевых проектов добыча нефти в США выросла.

Сегодня очень усложнились объекты, с которыми мы работаем. Простой в добыче нефти в мире практически нигде не осталось — единственные, кто еще добывают «просто», это Саудовская Аравия и другие страны в Персидском заливе. Ведь раньше было достаточно просто сделать колодец, а потом стали уходить глубже. Сейчас же породу, из которой мы добываем нефть, вы не отличите от кирпича: в ней только 2-3 процента от всего объема могут быть заняты нефтью. И мы должны в эту породу вбурить скважину так, чтобы под напряжением нефть сама начинала выходить из-под земли. Так что сейчас мы уже не бурим вертикальные скважины, их нужно слишком много. Мы бурим скважины горизонтальные.

Когда я оканчивал университет, у нас была шутка, что на протяжении последних 80 лет нефти всегда оставалось ровно на 80 лет. Каждый год мы учимся делать более сложные системы, добывать из более сложных мест, и каждый год мировых запасов нефти нам хватает на 80 лет.

Дмитрий Макухо

Руководитель группы петрофизического сопровождения проектов геолого-разведочных работ

В пробуренную скважину опускают геофизические приборы, которые по-разному воздействуют на горную породу различными физическими полями.

Когда бурится скважина, мы спускаем в нее приборы на кабеле или буровом инструменте. Наши приборы воздействуют на вскрытые скважиной породы различными физическими полями: электромагнитными, радиоактивными, акустическими и прочими. Одновременно происходят измерения, как породы изменяют эти поля, регистрируются их физические характеристики. Далее нам приходят диаграммы — изменения физических характеристик с глубиной, и после этого мы начинаем интерпретировать эти данные.

Впоследствии эти данные позволяют проанализировать состояние месторождения и подсчитать запасы нефти на нем.

Скважинная геофизика, наряду с полевой геофизикой, — это глаза и уши геологии. Сейсмики, например, чтобы верно интерпретировать свои данные, обращаются к нам. Им необходима привязка сейсмических данных по глубине скважины, также мы для них восстанавливаем акустические свойства в скважинах.

Геологи тоже идут к нам: допустим, необходимо подсчитать количество углеводородов на месторождении. Основной способ подсчета запасов углеводородов — объемный метод, в основе него формула с пятью ключевыми компонентами. Так вот из них мы, петрофизики, обосновываем три. Это напрямую показывает, насколько перспективно данное месторождение и какую схему разработки необходимо для него подобрать.

Третьи основные пользователи наших результатов — это гидродинамики. Начинка создаваемых ими цифровых моделей напрямую зависит от петрофизических параметров.

Специалисты получают со скважин множество данных, на основе которых затем принимаются производственные решения

Большинство месторождений, с которыми специалисты сталкиваются сегодня, сложные: они осложнены вторичными процессами и состоят из многоминеральных пород.

Единственный геологический центр нашей компании находится в Петербурге. Есть еще филиал в Тюмени. Получается, что все месторождения компании проходят через нас. Мы работаем с разрезами от Балкан до Сахалина. Есть участки на Ближнем Востоке, в Ираке, Иране. Каждое месторождение имеет свое уникальное строение и по-своему сложно.

Сегодня основной поставщик нефти в России — Западная Сибирь, где расположена самая большая нефтегазоносная провинция в стране — и основная часть месторождений там уже находится в разработке. Это значит, что нефть начинает потихоньку заканчиваться, все самые лакомые кусочки открыты и изучены. Поэтому «Газпром нефть» переключается на более сложные и интересные по своей геологии.

Это и слабопроницаемые ачимовские пласты и сложный по составу Баженовский горизонт. Он отличается тем, что нефть туда не мигрировала, как это происходит при образовании традиционных залежей углеводородов (обычно под воздействием температуры и давления органика преобразуется в жидкие и газообразные углеводороды и перемещается в другие пласты, то есть находит себе резервуары). В Баженовском же горизонте добываемая нефть генерировалась прямо на месте. Это пласт со слабопроницаемыми породами, и там редко бывают большие нефтяные фонтаны. Эти отложения сложены многоминеральными породами, а чем больше минералов, тем сложнее: по одному и тому же набору данных надо описать очень сложную и разнообразную горную породу, что требует более сложных технологий.

Сергей Кайгородов

Лидер функционального направления гидродинамического моделирования

Вся информация о месторождении, где уже начали или планируют бурить скважины, собирается в одно место — гидродинамическую модель.

Гидродинамическая модель чаще всего представляет собой 3D-объект, состоящий из ячеек. В каждой из них мы можем в любой момент понять, например, какая там насыщенность нефтью, водой и газом или какое давление в этой точке. Специалист пишет набор инструкций для программы-симулятора, на основе которых ведется расчет фильтрации нефти, воды и газа в поровом пространстве.

Периодически мы проводим гидродинамические исследования скважин: из этого мы можем получить информацию о строении пласта, о наличии разломов, о том, загрязнена скважина или нет. Иногда отбираем пробы пластовых флюидов (нефть, газ, вода — прим. «Бумаги»), керна — эти материалы отправляют в лабораторию. Потом всё это стекается в базы данных, к которым у всех сотрудников есть доступ. Так мы можем посмотреть по каждому месторождению, что там происходило, и проанализировать эту информацию.

Весь набор данных по месторождению — это точечная информация, поэтому мы достоверно не знаем строение пласта. Фактически у нас есть лишь набор гипотез о его строении. Задача специалистов по гидродинамическому моделированию заключается в том, чтобы проверить эти гипотезы.

Комплексно увидеть нефтяную залежь можно на геологической модели, где показана ее структура и пробуренные скважины

Комплекс данных, собранный и интегрированный гидродинамиками в модель, позволяет рассчитать разные сценарии бурения скважин и выбрать из них оптимальный.

Пробурить скважину мы можем лишь один раз, а посчитать — сколько угодно. Мы можем понять, как оптимально провести скважину по пласту, чтобы она попала в самые продуктивные места. Можем опробовать разные технологии извлечения нефти и понять, в каком режиме лучше разрабатывать месторождение: где-то нужно больше и быстрее отбирать нефть, где-то — медленнее. Все эти нюансы мы можем вычислить и смоделировать.

Гидродинамическая модель представляет собой инструмент для принятия решения по разработке месторождения. Фактически с ее помощью мы можем просчитать много различных вариантов, что нам делать с месторождением, выбрать лучший вариант и таким образом сэкономить деньги и реализовать оптимальную стратегию разработки. Все эти решения имеют огромную цену: это миллионы и миллиарды рублей, которые компания будет или не будет инвестировать в конкретный проект. И это наша ответственность.


Чтобы подробнее узнать, как добывают нефть в современных условиях, смотрите видео научно-технического центра

Если вы нашли опечатку, пожалуйста, сообщите нам. Выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl + Enter.

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.