Разработка баженовской свиты что это такое ответ
Свита для нефтяных королей
Один из самых интересных проектов «Газпром нефти» в сфере разработки трудноизвлекаемых запасов — освоение залежей баженовской свиты. Уже сейчас ясно, что работа, проводящаяся на базе Salym Petroleum Development (SPD), потребует использования уникальных технологий добычи.
Текст: Вячеслав Калинин
ПРОТИВОРЕЧИВЫЙ БАЖЕН
Одними из главных пропагандистов освоения «бажена» на территории Западной Сибири считаются тюменский ученый, членкорреспондент РАН Иван Нестеров и группа его учеников. По их расчетам, на территории в 1,3 млн кв. км, на которой распространена баженовскя свита, практически из любой точки можно получить нефть. Однако значительное число ученых и геологов-практиков не разделяют столь оптимистичной оценки. Оппоненты группы Нестерова считают, что освоение баженовской свиты потребует огромных материальных и временных затрат на разведку, исследование свойств нефтенасыщенных пластов, разработку и внедрение эффективных технологий нефтедобычи. Столь несовместимые точки зрения на проблему «бажена» обусловлены его противоречивыми свойствами и слабой изученностью.
Сегодня у геологов есть согласованное мнение лишь об основных параметрах и условиях залегания баженовской свиты. Уникальная особенность горизонта, определяющая его промышленную ценность, — высокая насыщенность нефтью. При этом нефть представлена двумя основными фазами — керогеном (твердое полимерное органическое вещество) и жидкой фазой, соотношение между которыми может существенно меняться в пределах распространения свиты. Баженовская нефть жидкой фазы отличается высоким качеством, она легкая, малосернистая, без других вредных примесей, поэтому требует меньше затрат на первичную и глубокую переработку. Условия залегания отложений баженовской свиты характеризуются повышенными температурой и давлением в отличие от выше- и нижележащих пород. Эти факторы должны учитываться при подборе технологии разработки и выбора режимов бурения. «По своему геологическому строению баженовский нефтематеринский комплекс кардинально отличается от всех других в разрезе Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, — рассказал главный специалист „Газпромнефть НТЦ“ Валерий Соловьев. — Он представляет собой карбонатно-силикатно-глинистую породу с аномально высоким, до 20% и более, содержанием органического вещества. Ее свойства создают определенные трудности для моделирования продуктивных залежей с помощью дистанционных геофизических методов, однако, если брать во внимание потенциальные ресурсы „бажена“, им необходимо серьезно заниматься».
Руководитель направления по интерпретации ГИС Научно-технического центра компании Владимир Теплоухов о перспективности «бажена» отзывается осторожно: «Баженовская свита преподносит слишком много сюрпризов, и они никуда за минувшие десятилетия не исчезли. Главная проблема для геологов, а значит, и разработчиков — вопрос точного определения извлекаемых запасов нефти и интервалов их локализации. До сих пор не удалось с необходимой точностью определить объем эффективного нефтенасыщенного порового пространства пород баженовского горизонта. Очень мало данных и о фильтрационно-емкостных свойствах пород баженовской свиты, к тому же они сильно разнятся в зависимости от территории залегания, порой в соседних скважинах выявляется абсолютно различная картина. Без ответа на эти вопросы освоение месторождений будет рискованным проектом». Сомнения профессионалов небезосновательны — по результатам бурения на Салымском месторождении еще в советские времена около 30% скважин баженовской свиты оказались сухими. Впрочем, тогда условия освоения не позволили провести длительные испытания. И все же по мере истощения традиционных запасов именно с баженовской свитой связывают перспективы стабилизации добычи нефти в Западной Сибири, она рассматривается как один из стратегически важных объектов для восполнения ресурсной базы нефтяной отрасли России.
САЛЫМСКИЙ ПЛАЦДАРМ
Долгое время к ресурсам баженовской свиты относились как к непригодным для практического использования. Однако сегодня освоение запасов «бажена» выглядит привлекательнее ряда альтернативных направлений, ориентированных на поддержание нефтедобычи, — работы на северном шельфе восточнее Урала, в неосвоенных районах Восточной Сибири. Ведь в регионе, где простирается свита, уже есть вся необходимая инфраструктура. Соответственно, акцент на «бажен» ставит под сомнение перспективы освоения других потенциально богатых нефтью территорий, а значит, цена ошибки оказывается невероятно высокой.
Сегодня нефть из баженовской свиты добывают в промышленных масштабах «Сургутнефтегаз» и «Роснефть» на Салымском нефтяном месторождении. По информации из открытых источников, в «Сургутнефтегазе» за последние 30 лет к баженовской свите пробурено более 600 скважин. Результаты выглядят противоречиво: в 37% скважин не получены притоки нефти, в 63% притоки получены (максимальные — до 300 тонн в сутки). По данным на май прошлого года, из баженовской свиты компания добыла свыше 1,2 млн тонн нефти, а за все время эксплуатации планируется добыть более 5 млн тонн.
Результаты работы «Роснефти» свидетельствуют, что притоки из основного продуктивного пласта КС1 (карбонатный слой) баженовско-абалакского комплекса на Салымском месторождении в вертикальных скважинах могут поддерживаться на протяжении нескольких десятков лет на уровне 10 т/сут. По итогам разработки «бажена» постепенно выявилась и главная проблема — низкий коэффициент нефтеизвлечения (КИН). В настоящее время коэффициент извлечения нефти из пласта Ю0 баженовской свиты Салымского месторождения составляет около 7%.
Опыт разработки баженовской свиты позволил определить еще ряд особенностей в поведении капризного горизонта: неравномерное по площади распределение скважин с высоким начальным дебитом (разница в дебитах может составлять несколько порядков, от считаных тонн в сутки до нескольких сотен); существенное увеличение нефтеотдачи после проведения гидроразрыва пласта (ГРП); резкий спад производительности скважины — в течение года дебит может снизиться на порядок.
«Газпром нефть» опыт в разработке баженовской свиты намерена приобрести на Верхне-Салымском нефтяном месторождении, которое осваивает Sаlym Petroleum Development (SPD) — совместное предприятие с Shell. По словам представителя компании SPD Якова Волокитина, предстоящему началу работ по освоению баженовской свиты предшествовал большой подготовительный период: «Сегодня есть прогресс в понимании геологических особенностей строения баженовской свиты на Верхне-Салымском месторождении, достигнутый на основании анализа нового материала и обработки имеющихся старых данных. Для отработки технологий выработки запасов и подтверждения существующей модели строения баженовской свиты запланировано строительство от трех до пяти горизонтальных скважин специальной конструкции с проведением множественных гидроразрывов».
Совместными усилиями специалистов «Газпром нефти», SPD и Shell создана «дорожная карта», определяющая этапы и скорость движения к главной цели по освоению баженовской свиты на Верхне-Салымском месторождении — получению стабильных прито ков нефти в промышленных масштабах. В 2012 году главной задачей станет создание адекватной модели коллектора: определение вещественного состава, петрофизических свойств породы. Будут проведены исследования по содержанию подвижной нефти, отработана методика определения и оценки запасов и технологии локализации продуктивных зон. В 2013 году начнется бурение скважин и проведение комплекса геолого-технических мероприятий.
ЗОЛОТОЙ КЛЮЧ
Геологи признают, что окончательное мнение о перспективах баженовской свиты и возможностях промышленной добычи нефти из этого горизонта можно будет сформировать на основании анализа данных ГИС, исследований керна, результатов испытаний скважин и геомеханических исследований, которые позволят в итоге подобрать эффективные технологии освоения — своеобразный золотой ключ, способный по-настоящему открыть недоступные пока богатства «бажена».
В мировой практике сложился достаточно богатый опыт использования различных технологий при освоении нефтенасыщенных сланцев. Однако далеко не все из них применимы в условиях вечной мерзлоты и других специфических особенностей залегания баженовской свиты в Западной Сибири.
Наиболее эффективной технологией при разработке «бажена» в России сегодня считается бурение горизонтальных скважин с множественными гидроразрывами пласта. Подобная методика широко используется в США для добычи сланцевой нефти и газа из пластов — возможных аналогов баженовской свиты. Основная задача ГРП — обеспечение интенсивного растрескивания пласта, создание обширной зоны искусственной трещиноватости, позволяющей существенно увеличить зону дренирования скважины. «Применение многостадийного ГРП обязательно даст свой эффект и позволит обеспечить промышленные притоки нефти, — считает главный специалист „Газпромнефть НТЦ“ Руслан Кайбышев, — но на разработку наиболее оптимальной технологии понадобится время и целая серия испытаний».
Пока же, несмотря на кажущуюся изученность, баженовская свита остается непознанным объектом как для геологов, так и для разработчиков. Даже учитывая имеющийся мировой и отечественный опыт освоения баженовской свиты и нефтяных сланцев, промышленная разработка «бажена» видится масштабным и достаточно затратным проектом, реализация которого по силам только крупным, ориентированным на разработку и использование новых технологий компаниям. Пока, по смелым оценкам геологов, запасы в пластах баженовской свиты только на территории Западной Сибири превышают 140 млрд тонн.
БАЖЕНОВСКАЯ СВИТА
Горизонт горных пород в Западной Сибири на глубинах более 2 км. Распространена на территории более 1 млн кв. км, при этом имеет сравнительно небольшую толщину — 20–30 м. Открытие в Западной Сибири промышленных запасов нефти в баженовском горизонте относится к 60-м годам ХХ века. По смелым оценкам геологов, запасы в пластах баженовской свиты только на территории Западной Сибири превышают 140 млрд тонн.
Баженовская коалиция
Освоение ресурсов баженовской свиты — одна из стратегических задач по развитию ресурсной базы «Газпром нефти». Однако бажен — крепкий орешек, и расколоть его в одиночку не так-то просто. Именно поэтому компания привлекает партнеров и все более активно участвует в совместных проектах по созданию новых технологий для разработки нетрадиционных ресурсов
Баженовская свита и другие виды нетрадиционных ресурсов (на территории России к ним также относят, например, доманиковую и хадумскую свиты), без сомнения, входят в ряд трудноизвлекаемых (ТРИЗ): экономически эффективная добыча нефти из этих геологических формаций пока затруднена. Однако есть у них и существенные отличия от традиционных трудноизвлекаемых запасов, без учета которых существенно продвинуться в их разработке вряд ли возможно.
Так, по словам генерального директора Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых Игоря Шпурова, обычные ТРИЗы, к которым относятся низкопроницаемые коллекторы, высоковязкие нефти, выработанные месторождения, а также подгазовые залежи, описываются традиционными терминами гидрогазодинамики и нефтегазопромысловой геологии. Что же касается сланцевых и подобных им формаций, в них не существует коллектора в привычном понимании, а основные законы подземной гидрогазодинамики не действуют. Это существенно осложняет создание геологических и гидродинамических моделей месторождений.
Задачи при разработке нетрадиционных ресурсов также иные: если в традиционной нефтепромысловой геологии ищут «хороший» коллектор, то для бажена и других нетрадиционных нефтенасыщенных пород речь идет скорее о создании искусственного коллектора. Нет пока и эффективных технологий для геологического моделирования и извлечения подобных запасов. Мало того, у специалистов нет даже единого мнения, как искать перспективные с точки зрения нефтедобычи участки в бажене и как правильно подсчитать геологические и извлекаемые запасы углеводородов.
Баженовская свита
Геологическая формация, в которой заключены огромные нефтяные ресурсы. Ее площадь составляет более 1 млн км 2 при средней толщине в 30–40 метров. Свита расположена на территории Западной Сибири и залегает на глубинах 2–3 тыс. метров. По оценкам геологов, содержащиеся в ней ресурсы нефти могут достигать от 100 до 170 млрд тонн. Однако они относятся к категории нетрадиционных из-за особенностей своего происхождения и залегания. Часто баженовский горизонт сравнивают со сланцевыми нефтеносными формациями США. В настоящее время из баженовской свиты в России добывается менее 1 млн тонн нефти в год.
Новые горизонты
Зачем же заниматься баженом, если это так сложно? Тем более кроме бажена у российских нефтяников пока еще есть достаточно других возможностей для развития: повышение рентабельности западносибирских месторождений традиционной нефти, освоение Восточной Сибири, севера Ямала, шельфовые проекты, наконец.
Во-первых, баженовская свита — это действительно огромные ресурсы углеводородов, ведь она простирается по всей территории Западной Сибири. Во-вторых, подобрав ключ к этим ресурсам, можно дать вторую жизнь тем активам, добыча на которых падает: задействовать уже существующую инфраструктуру, сохранить старые и создавать новые рабочие места в традиционных регионах нефтедобычи вместо того, чтобы осваивать новые территории.
Впрочем, никто не говорит о том, что этот путь будет простым. Американцам потребовалось пробурить тысячи скважин, прежде чем правильный подход к сланцевой нефти был найден. В российских условиях возможностей для такого количества проб и ошибок нет, но даже при тщательной теоретической и экспериментальной подготовке на то, чтобы проверить все гипотезы и поэтапно приблизиться к нужному решению — оптимальному набору технологий для разработки баженовской свиты, — потребуется пробурить около 120 скважин, считают в «Газпром нефти». При этом для того, чтобы двигаться вперед не наугад, необходима серьезная научно-исследовательская работа. Пример такой работы — деятельность консорциума по исследованию баженовской свиты, объединившего усилия крупнейших российских вузов и бизнеса.
Ценный керн
Основной источник информации о породе — керн, который извлекается из скважин в процессе специального колонкового бурения. Керн представляет собой цилиндрические столбики породы. В процессе работы консорциума по исследованию баженовской свиты было изучено более 330 метров таких образцов, полученных из скважин на активах «Газпром нефти» в Западной Сибири.
Особенности нетрадиционных запасов заставляют сегодня искать как новые методы исследования керна, так и новые подходы к его извлечению и транспортировке. Так как бажен — очень низкопроницаемая порода, а содержащийся в нем флюид находится в пласте под большим давлением, если не принять специальных мер, образец может просто разорвать при подъеме на поверхность. Кроме того, бажен очень чувствителен к различным воздействиям и меняющимся условиям среды. Для того чтобы керн попадал в лабораторию в целости и сохранности, в «Газпром нефти» разработали специальную методику его отбора и транспортировки. Подъем керна на поверхность производится постепенно. Чтобы минимизировать воздействие технологических жидкостей и чтобы керн не замерзал и не перегревался при перевозке, используют изолирующий гель, а сами столбики породы упаковывают в специальные пластиковые тубы.
Общая стратегия исследования керна баженовских отложений состоит в том, чтобы из каждой точки отбора получить максимальное количество образцов, а значит, и максимум информации. Это важно в первую очередь из-за сильной изменчивости бажена: сопоставлять результаты, полученные на разных образцах, может быть трудно.
Научный подход
Работы научно-исследовательского проекта «Комплексное исследование залежей баженовской свиты» велись в 2014–2016 годах. Головной исполнитель проекта — Московский физико-технический институт. В состав консорциума также вошли Сколковский институт науки и технологий, МГУ имени М.В. Ломоносова и РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Научно-технический центр «Газпром нефти» выступал в качестве индустриального партнера проекта: обеспечивал финансовую и экспертную поддержку, задавал прикладные цели, предоставлял промысловые данные и материалы для исследований, проводил апробацию и внедрение результатов.
Проект стал самым масштабным исследованием баженовского комплекса — по крайней мере, в постсоветский период. Среди полученных результатов — инструменты для региональной оценки перспективных участков баженовской свиты, рекомендации по применению новых методов разработки этих запасов, а также уникальный IT-комплекс, созданный для оптимизации технологии многостадийного гидроразрыва пласта в условиях нетрадиционных запасов. Всего участниками консорциума было проведено более 20 тыс. лабораторных измерений и экспериментов, зарегистрировано 9 объектов интеллектуальной собственности, вышло более 60 публикаций (в том числе 36 статей в базе научных изданий Scopus).
Первостепенной задачей стало создание инструментов оценки перспективности участков баженовской свиты — инструментов, которые позволили бы повысить точность геологических прогнозов. В ходе этой работы исследователям удалось показать, насколько разнообразны баженовские отложения даже в пределах одного разреза. В основном они представлены кремнистыми, карбонатными, глинистыми и керогеновыми составляющими, однако их соотношение и распределение в структуре породы могут сильно отличаться. В результате были выделены три зоны, различающиеся по вещественному составу, типу пустотного пространства, виду распределения органического вещества, а также по петрофизическим свойствам.
Участие в столь масштабном научно-исследовательском проекте, как комплексное исследование залежей баженовской свиты, стало для нас уникальным опытом. Формат взаимодействия с ведущими вузами при постоянном контакте с индустриальным партнером — Научно-техническим центром «Газпром нефти» — оказался очень плодотворным и эффективным. Среди большого количества научных результатов стоит отметить разработку инновационного программного комплекса, позволяющего моделировать процесс проведения МГРП и выполнять оценку притока к скважине в условиях бажена. Для обоснования математических моделей, описывающих ключевые физические процессы, протекающие в пласте при гидроразрыве и последующей фильтрации флюида, в первую очередь использовались результаты экспериментальных исследований, выполненных консорциумом в рамках проекта. Финальная верификация, позволившая перейти к опытно-промышленной эксплуатации разработанного продукта, была произведена на основе реальных скважинных данных. Такой подход к разработке мог быть реализован только в формате подобного взаимодействия участников.
Отдельная важная задача — оценка ресурсов углеводородов баженовской свиты. Традиционный подход к подсчету запасов основывается на характеристиках пористости, проницаемости и нефтенасыщенности породы. Такой расчет для бажена имеет мало смысла, так как не учитывает, как изменится порода после воздействия многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП) и создания в ней искусственного проницаемого коллектора, без чего добыча в принципе невозможна. Одной из задач консорциума было найти способ подсчета, который бы лучше подходил для нетрадиционных запасов. И это удалось: «Мы научились выделять ту долю нефти, которую сможем извлечь из бажена после стимулирования», — говорит ведущий эксперт группы методического сопровождения проектов ГРР Научно-технического центра «Газпром нефти» Алексей Алексеев.
Особое значение для бажена приобретают исследования его тепловых свойств (теплоемкость, теплопроводность и др.). Специалисты установили связь между тепловыми свойствами и прочностными характеристиками породы, в свою очередь определяющими параметры проведения гидроразрыва пласта, отмечает начальник отдела геологии и анализа запасов НТЦ «Газпром нефти» Игорь Карпов. Важно, что изучение тепловых свойств не требует разрушения породы, а значит, позволяет сохранить ценный керн для других опытов. Методика такого неразрушающего экспресс-исследования физических свойств баженовских пород была разработана в рамках проекта.
Еще один подпроект был посвящен разработке инструментов для оптимизации технологии многостадийного гидроразрыва пласта. Сегодня это базовая технология, применяемая для разработки ТРИЗов и бажена. Но если в первом случае она служит для стимулирования естественной проницаемости, то во втором главная задача МГРП — создать искусственный коллектор. Результатом этого направления работы консорциума стал прототип программного комплекса «РОСТ МГРП». IT-решение позволяет смоделировать формирование трещин в пласте, просчитать приток нефти к скважине и подобрать оптимальные параметры проведения гидроразрыва для достижения максимальной накопленной добычи от скважины.
Результаты работы исследовательского консорциума значительно обогатили представления о баженовской свите и возможностях ее разработки. И эти знания уже с успехом применяются на практике: благодаря новым подходам специалистам «Газпром нефти» удалось подтвердить потенциальную продуктивность ранее считавшихся совершенно бесперспективными участков баженовской толщи.
Национальный проект
Очередной важный этап на пути к российской «сланцевой» нефти начался в мае этого года: Министерство энергетики РФ одобрило заявку «Газпром нефти» на освоение баженовского горизонта и присвоило проекту статус национального. Суть проекта состоит в создании на Пальяновской площади Красноленинского месторождения в ХМАО специализированного полигона, где будут испытываться технологии поиска и разработки перспективных нефтегазоносных баженовских отложений. Нацпроект позволит объединить усилия науки, бизнеса и государства в создании рентабельных технологий для освоения бажена. Задача минимум — создать 15 технологий по разным направлениям, таким как поиск, добыча, оборудование и программное обеспечение.
Национальный проект — это особый статус, подчеркивающий важность инициативы для отрасли, даже для всей страны, и наша заявка прошла придирчивую проверку со стороны государственных органов, конкурентов и партнеров. Важно, что все нефтяные компании понимают — вызов, который баженовская свита ставит перед отраслью, невозможно решить в одиночку, надо привлекать все силы. Национальный проект дает возможность такого объединения. Он позволяет сформировать некую венчурную площадку, на которой воедино сведутся текущие наработки всех компаний, научно-исследовательских институтов, где можно провести множество опытов, пройти сложный путь проб и ошибок, и в итоге получить отечественные технологии и оборудование для разработки бажена. Бажен даст новый индустриальный виток развитию отечественной нефтяной отрасли, позволит нашим компаниям не только не уступить своих позиций в эпоху цифровизации мировой нефтегазовой отрасли, но и выйти в лидеры инноваций.
Основные работы по проекту планируется завершить в 2021 году. Суммарные инвестиции составят 8,5 млрд рублей, из которых 7,5 млрд приходятся на долю «Газпром нефти». За этот период будет пробурено более 50 скважин. Впрочем, присоединение к проекту других компаний может изменить баланс инвестиций, уверены в «Газпром нефти». Уже сегодня в числе научных партнеров проекта — участники вышеупомянутого исследовательского консорциума: инжиниринговый центр МФТИ, Сколковский институт науки и технологии, МГУ, РГУ им. Губкина, МГТУ им. Баумана. Идут переговоры с производителями оборудования, сервисными компаниями, а также ВИНК, заинтересованными в присоединении к проекту.
2022–2025 годы станут периодом промышленного внедрения технологий и их тиражирования на внутренний и внешний рынки. Работы на Пальяновском полигоне при этом также продолжатся: до 2027 года «Газпром нефть» намеревается пробурить здесь еще 50 скважин с гидроразрывом пласта. Всего за ближайшие 10 лет на этом месторождении из баженовской свиты планируется добыть около 7,5 млн тонн нефти.
Планируется что в результате разработки необходимых технологий уже к 2025 году объем добычи нефти из баженовской свиты достигнет 10 млн тонн в год, из них четверть будет приходиться на долю «Газпром нефти», считают в компании. Налоговые поступления и экспортные пошлины от этих проектов составят 30 млрд рублей, а объем производства бурового оборудования достигнет 55 млрд рублей.
Альтернативные технологии
Один из проектов научного консорциума по изучению баженовской свиты был направлен на изучение альтернативных методов разработки бажена. Речь идет в первую очередь о тепловом воздействии на пласт. Так, к примеру, закачка воздуха высокого давления позволяет инициировать и поддерживать внутрипластовое горение нефти. Нефть в результате вытесняется к добывающим скважинам, а давление и температура пласта повышаются. Проведенный лабораторный эксперимент по оценке потенциала этого метода показал, что помимо интенсификации вытеснения нефти под воздействием высокой температуры в породах баженовской свиты происходит преобразование твердого органического вещества (керогена) в жидкие и газообразные углеводороды. По сути, дополнительные объемы нефти и газа синтезируются прямо в пласте. Одновременно меняются и характеристики самой породы — ее пористость и проницаемость возрастают.