Разработка баженовской свиты что это такое
Девять российских технологий для разработки баженовской свиты
«Сибирская нефть» неоднократно рассказывала о том, что в основе технологии эффективной разработки бажена — горизонтальные скважины с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП). Однако это лишь самое общее описание подхода. В реальности он складывается из множества элементов, каждый из которых помогает повысить эффективность и приблизить желаемый результат. Важно и то, что все применяемые технологии и оборудование должны быть российскими, ведь использование передовых зарубежных разработок на бажене ограничено санкциями. Мы составили список важнейших технологий, благодаря которым добыча баженовской нефти становится реальностью
1 Каротаж во время бурения
При строительстве горизонтальных скважин на бажене очень важна хорошая геонавигация. Чтобы последующий гидроразрыв пласта (ГРП) был максимально эффективным, горизонтальная часть ствола скважины протяженностью более 1 км должна пройти в очень узком интервале хрупких пород, толщина которого колеблется от 1 до 3 метров. Выход за пределы целевого интервала в пластичные породы может создать значительные проблемы при проведении ГРП, даже привести к аварии.
Сориентироваться в пласте на глубине помогают приборы каротажа во время бурения, которые с помощью набора датчиков определяют разные геофизические характеристики пласта. Однако состав пород и условия в баженовской свите отличаются от традиционных залежей. Здесь высокая пластовая температура до 150 °С — приборы не в термозащитном исполнении могут просто сгореть, — повышенная естественная радиоактивность, высокие удельные электрические сопротивления, наличие токопроводящих минералов, которые искажают показания электромагнитных методов. Поэтому к оборудованию предъявляются особые требования.
На старте проекта «Бажен» из-за введения секторальных санкций современные импортные приборы каротажа во время бурения оказались недоступны. Первые скважины строились с использованием геонавигационного оборудования предыдущих поколений. Затем началось внедрение современных отечественных разработок. Испытанный «Газпром нефтью» российский расширенный комплекс каротажа в процессе бурения показал себя не хуже, чем передовые зарубежные аналоги. А уникальный комбинированный гидравлический и акустический канал связи по объему передаваемых данных даже превзошел решения ведущих иностранных разработчиков и производителей скважинных телесистем.
2 Компоновка для ГРП
на 30 и более стадий
Традиционная технология проведения многостадийного ГРП — когда в скважине размещается несколько муфт (по количеству стадий ГРП), перекрываемых специальными шарами, — достаточно надежна, но имеет ограничения как по количеству стадий, так и по адресному выбору места для их размещения. На баженовской свите в «Газпром нефти» применили гораздо более гибкую технологию Plug & Perf, позволяющую проводить практически неограниченное количество стадий ГРП и наиболее точно выбирать их расположение в стволе.
Суть технологии проста. В горизонтальном стволе скважины размещают обсадную трубу — хвостовик. В ее стенках при помощи специального перфоратора выполняют отверстия, затем производят ГРП, закачивая под давлением большие объемы жидкости, которая через эти отверстия уходит в окружающую породу и создает в ней трещины, отделяют стадии друг от друга специальными разбуриваемыми пробками. Далее делают новые отверстия для следующей стадии ГРП и так далее, пока весь пласт вокруг скважины не будет покрыт сетью трещин.
3 Кумулятивная перфорация
и растворяющиеся пробки
Одна из важных задач для эффективного проведения ГРП — научиться максимально быстро доставлять перфоратор и пробку в нужное место в стволе скважины. Вначале для этих целей использовали гибкую трубу (ГНКТ). На проведение каждой стадии ГРП уходило до трех спуско-подъемных операций. Сегодня их количество сократилось до одной на стадию. Перфоратор и пробка опускаются в скважину одновременно, пробка перекрывает предыдущую стадию ГРП, а перфоратор готовит проведение следующей. Для их доставки в скважину используется не ГНКТ, а геофизический кабель, что также позволило увеличить скорость проведения операции.
Если раньше на проведение стадии ГРП уходило двое суток, сегодня оно занимает В результате значительно сократилась стоимость работ и ускорилось введение скважины в добычу. Сделать работу более эффективной также позволило использование кумулятивной перфорации (отверстие в обсадной трубе создается при помощи сфокусированного взрыва) и растворимых пробок, материал которых позволяет выдержать давление в но потом за короткое время растворяется практически без остатка под воздействием специальной жидкости.
4 Эластичные цементы
Технология проведения гидроразрыва пласта, которую «Газпром нефть» применяет сегодня на скважинах, пробуренных в бажене, требует тщательного цементирования пространства между хвостовиком и стенками ствола скважины.
Чтобы жидкость ГРП оказывала максимальное воздействие на породу в нужной точке и не перетекала в созданные на предыдущих стадиях трещины через пространство за стенками хвостовика, это пространство необходимо хорошо зацементировать. Для этого в скважину закачивают специальный цементный раствор. Высокие давления и объемы закачек при ГРП на бажене заставляют предъявлять к нему особые требования. Прочность цементного камня должна быть такой же, как прочность породы. При этом он должен быть не только прочным, но и упругим.
Чтобы добиться желаемых свойств, был разработан специальный состав смеси, наполовину состоящий из разнообразных добавок, модифицирующих свойства цемента. Кварцевая мука позволяет выдерживать высокие температуры, армирующие добавки обеспечивают прочность, а резиновая крошка — упругость. Подобные составы используются при строительстве дамб и стартовых площадок космодромов.
5 Цементирование
с вращением хвостовика
Не менее важна и равномерность распределения цемента в заколонном пространстве. При цементировании горизонтального ствола существует вероятность, что цемент будет скапливаться в нижней части скважины, а над трубой хвостовика останется зона, недостаточно хорошо изолированная от возможных перетоков при проведении ГРП. Чтобы этого избежать, в «Газпром нефти» применили технологию цементирования с вращением хвостовика. Во время закачки цементного раствора верхний силовой привод буровой установки вращает трубу хвостовика на глубине более 2 км с заданной скоростью и четко выверенным усилием. Вращение позволяет лучше распределить раствор по стенкам скважины и качественно заполнить пустоты.
Применение эластичных цементов и цементирования с вращением хвостовика позволило увеличить качество цементирования с до 90%. Показатель учитывает равномерность распределения цемента за колонной, качество его сцепления с породой и качество получаемого цементного камня.
6 Высокоскоростные закачки
Проницаемость баженовской свиты чрезвычайно низкая. Это даже не коллектор в традиционном понимании, ведь нефть при таких параметрах в пласте двигаться не может. Чтобы добыча нефти стала возможной, нужно создать искусственный коллектор — разветвленную сеть трещин, которая обеспечит достаточный приток нефти к скважине.
Создать такой коллектор позволяет закачка больших объемов жидкости ГРП и проппанта с огромной по отраслевым меркам для технологии ГРП скоростью. Сегодня скорости закачки на бажене уже превышают 12 куб. м в минуту. Такие параметры проведения ГРП существенно повышают требования к надежности и производительности используемого оборудования: насосов, блендера для смешивания компонентов жидкости, устьевого оборудования скважины. Для работ на бажене привлекают двойной и даже тройной флот ГРП.
7 Жидкости ГРП на основе
ксантановой камеди
Традиционно в жидкости ГРП добавляют гуаровую камедь — продукт переработки бобового растения гуар. Она повышает вязкость, благодаря чему жидкость лучше переносит проппант. Недостаток гуара в том, что он распадается не полностью и загрязняет призабойную зону нерастворимым осадком.
Чтобы избежать любых проблем с загрязнением, в качестве альтернативы гуару была опробована ксантановая камедь. В отличие от гуара ксантан не создает осадка. Есть у него и другое полезное свойство: он помогает снизить трение, что при высокоскоростных закачках становится очень актуально. Несмотря на более низкую вязкость, ксантан очень хорошо переносит проппант. Даже при незначительной вязкости проппант не оседает, а долго находится во взвешенном состоянии и транспортируется намного лучше.
Хотя ксантан сегодня дороже, расходуется он более экономично, чем гуар. Кроме того, на снижается объем используемой воды. За счет этого стоимость жидкости ГРП оказывается такой же, а то и ниже. А сам гидроразрыв оказывается эффективнее и позволяет добиться лучших притоков нефти в скважину.
8 Технологии моделирования ГРП
Повысить эффективность МГРП позволяет его предварительное моделирование с использованием компьютерных симуляторов. Благодаря модели можно рассчитать параметры гидроразрыва, отвечающие оптимальному образованию трещин в пласте. Это особенно важно при работе на таких породах, как бажен, где конфигурация создаваемых трещин имеет ключевое значения для успеха.
«Газпром нефть» совместно с МФТИ, Сколтехом, Санкт-Петербургским политехническим университетом и Институтом гидродинамики создала собственный симулятор «Кибер ГРП». Программа успешно прошла сравнительные испытания с аналогичными по функционалу симуляторами зарубежных компаний. Алгоритмы системы продемонстрировали лучшие результаты, чем существующие на рынке аналоги. В частности, тесты показали, что российская технология на точнее воспроизводит характеристики трещин гидроразрыва пласта при моделировании подземных операций. Также преимуществом «Кибер ГРП» является высокая скорость работы: менее трех минут для расчетов одной скважины.
В комплексе с другими цифровыми инструментами «Газпром нефти» эта технология способна на 5% повысить эффективность добычи нефти из низкопроницаемых пластов. В долгосрочной перспективе экономический эффект от внедрения этого цифрового инструмента оценивается в 4,8 млрд рублей дополнительной прибыли.
9 Методика поиска
перспективных интервалов
Для эффективной разработки баженовской свиты важно научиться находить перспективные площади и интервалы, наиболее подходящие для формирования разветвленной сети трещин с помощью ГРП. Для этого в «Газпром нефти» разработана методика классификации и ранжирования бажена, в основе которой — комплексирование результатов площадных методов исследований (сейсморазведка, грави-, электро- и магниторазведка) с геофизическими методами исследования скважин и исследованиями керна. Модели баженовской свиты постоянно обновляются и совершенствуются. Для получения данных со скважин используется российский комплекс каротажа, не уступающий по своим возможностям самым передовым зарубежным приборам, а также уникальный мультисенсорный сканер керна, определяющий акустические свойства горных пород, их магнитную восприимчивость и химический состав и обеспечивающий фотодокументацию керна в высоком разрешении.
Нефтяное будущее
Исследование и поиск технологий для разработки запасов баженовской свиты — один из важнейших стратегических проектов «Газпром нефти». Здесь сошлись задачи расширения ресурсной базы, создания инновационных отечественных технологий, поддержания нефтедобычи в Западной Сибири. Важным этапом для проекта стало получение национального статуса и образование в Ханты-Мансийском автономном округе технологического центра «Бажен». Без преувеличения сегодня на Пальяновской площади Красноленинского месторождения в ХМАО формируется образ будущего российской нефтедобычи
Баженовская свита — геологическая формация, в которой заключены огромные нефтяные ресурсы. Ее площадь составляет более 1 млн км2 при средней толщине в 30 метров. Свита расположена на территории Западной Сибири и залегает на глубинах метров. По оценкам геологов, содержащиеся в ней ресурсы нефти могут составлять млрд тонн. Их разработка в будущем может стать второй очередью для Западной Сибири, старые месторождения которой сейчас демонстрируют снижение добычи. Баженовская нефть отличается высоким качеством — она легкая и малосернистая, а значит, ее просто перерабатывать. Но есть проблема: порода, в которой она содержится, плотная, как камень. Добыть из нее нефть традиционными методами невозможно. Часто баженовскую свиту сравнивают со сланцевыми нефтеносными формациями США. Они действительно похожи, однако есть и существенные различия в геологических условиях залегания, поэтому просто взять и перенести американские технологии на российскую почву не получится. К тому же сейчас этому препятствуют и санкционные ограничения.
Базовые технологии
В качестве базовой технологии при разработке баженовской свиты используются горизонтальные скважины с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП). Однако этот МГРП столь же нетрадиционный, как и те запасы, на которых он применяется. Большие по сравнению с обычным гидроразрывом объемы закачиваемой жидкости, высокие скорости закачки, особое оборудование, устанавливаемое в скважине, — все это отличает технологии МГРП для бажена от тех, что давно и успешно применяются на традиционных запасах.
«Газпром нефть» занимается изучением баженовской свиты уже несколько лет. Первым существенным успехом стало бурение в 2016 году двух высокотехнологичных горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП) и получение промышленного притока в 45 тонн нефти в сутки. Работоспособность и технологическая эффективность базовой технологии была доказана.
Сейчас на бажене пробурено уже 18 скважин. Однако существует еще очень много вопросов, ответы на которые надо найти, и решений, которые необходимо опробовать, чтобы подобрать эффективный комплекс технологий для рентабельной добычи.
Технологический центр «Бажен» позволяет сформировать 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. Разработка баженовской свиты 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.
Национальный проект
Одна из главных идей «Газпром нефти»: задачу по разработке бажена не решить в одиночку. Поэтому компания привлекает партнеров, участвует в совместных проектах по исследованию и созданию новых технологий для разработки нетрадиционных ресурсов.
Очередной важный этап на пути к российской «сланцевой» нефти начался в мае 2017 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 специализированного полигона, где будут испытываться технологии поиска и разработки перспективных нефтегазоносных баженовских отложений.
К работе уже подключаются как технологические партнеры, так и другие нефтяные компании. Для реализации проекта в ХМАО создан технологический центр «Бажен». Его участники получат от государства определенные льготы и преференции. Основные работы в рамках национального проекта планируется завершить в 2021 году. Суммарные инвестиции составят 8,5 млрд рублей, из которых 7,5 млрд приходится на долю «Газпром нефти».
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.