02/12/2015

Нефтегазоразведка — задача стратегическая

1036 СО РАН ИНГГ СО РАН Науки о Земле Аналитика Инновации Новосибирск С огромным трудом нефтегазовая отрасль России поддерживает опережающие темпы прироста разведанных запасов нефти и газа над объемами добычи углеводородного сырья. Объемы геологоразведки в нашей стране в несколько раз ниже требуемых. Ранее считалось, что разведанных запасов нам хватит на полстолетия вперед, но ничто не вечно, и тем более не безграничны запасы природных ресурсов…

О новых методах в области нефтегазоразведки, разработанных сибирскими учеными, которые позволяют надежно определять мощность нефтяных пластов и объемы доказанных запасов, рассказывает Александр Власов, научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, победитель конкурса 2015 года по государственной поддержке молодых российских ученых (грант Президента РФ):

— Наша группа занимается созданием программно-аппаратных комплексов для исследования нефтяных скважин. Это каротажная аппаратура, которая регистрирует своими датчиками параметры внутри скважины, работает в условиях очень агрессивной среды — высокого давления и температуры, сильных ударов. Эта аппаратура во многом похожа на спускаемые аппараты для исследования других планет! Программное обеспечение этой аппаратуры работает как внутри скважин, так и на поверхности, обрабатывая данные из памяти каротажной аппаратуры. В сфере создания геофизической аппаратуры произошли значительные изменения. В 2000-х годах нефть стала дорогой, у нефтяников появились средства на инвестиции, на наш рынок зашло много крупных западных компаний — таких как "Шлюмберже", "Халлибертон" и "Бейкер Хьюз". Была надежда на то, что их богатый опыт нефтегазоразведки позволит увеличить разведанные запасы и объемы добычи. Сегодня в рамках программ импортозамещения в стратегических отраслях снова взят курс на развитие отечественного геофизического приборостроения. И наша работа находится именно в этом русле.

Территория нашей страны огромна, огромное количество задач геофизической разведки специфично именно для наших территорий. В советское время в нашей стране бурилось больше всех в мире скважин. Была даже такая пословица: "Нефть находится на острие долота". Считалось, чем больше метров пробурено, тем больше нефти добывается. Это специфика отечественной нефтегазоразведки. Как идет открытие и освоение месторождений? Сначала наши маститые ученые выносят свой вердикт на основе суммы предыдущих исследований — здесь должна быть нефтеносная провинция! Дальше начинаются работы, которые могут подтвердить или опровергнуть их гипотезу.

Это наземные геофизические исследования. Сейсмические данные могут показать, что в исследуемом месте находится какой-то купол, ловушка для скапливающейся нефти. Электромагнитные методы могут дать информацию о том, есть ли аномалия электрического сопротивления в этом месте. Но только разведочное бурение может дать окончательное подтверждение — есть нефть или нет. Разведочное бурение — мероприятие довольно дорогое, потому что ведется, как правило, в труднодоступных районах. Иногда приходится буровое оборудование, трубы и персонал завозить вертолетами, насыпать искусственные островки среди бескрайних болот и вечной мерзлоты.

Но в последние 25 лет объемы разведочного бурения снизились в несколько раз именно вследствие их дороговизны. Поэтому возникли новые требования к качеству геофизического исследования скважин, чтобы с высокой точностью определять толщину и расположение нефтеносных пластов и оценивать запасы нефти на разведанных месторождениях. Раньше скважины были вертикальными, и каротажные приборы опускались в них на кабеле под собственным весом. Датчики внутри прибора регистрировали такие параметры, как удельное электрическое сопротивление пород и их гамма-радиоактивность. Опытные геофизики по регистрируемым сигналам определяли тип пород по высоте всей скважины. В настоящее время количество вертикальных скважин уменьшается, все больше бурится скважин с горизонтальным окончанием или даже "S-образных" скважин.

С помощью таких сложных скважин становится возможным определить не только глубину залегания и толщину нефтяных пластов, но и их протяженность в горизонтальном направлении. И вот тут у нефтяников возникли проблемы с точным нахождением координат каротажного прибора. В сложные скважины прибор не может опускаться под действием собственного веса на каротажном кабеле, поэтому аппаратура спускается в буровых трубах, без связи с поверхностью, автономно, и также автономно записывает в память параметры пород при подъеме каротажного прибора. Глубина нахождения аппаратуры при этом фиксируется положением талевого блока наверху. Предполагалось, что движение каротажного прибора внизу совпадает с движением талевого блока над скважиной. Однако оказалось, что при глубине скважины в несколько километров для точного определения положения нефтеносных пластов необходимо учитывать упругую деформацию металлических труб, которая может превышать несколько метров.

А толщина некоторых пластов может составлять 1 — 2 метра, так что ошибка в определении глубины пласта может превышать несколько метров. Пласты в Западной и Восточной Сибири, состоящие из юрских отложений, очень сложно устроены, и для их исследования требуются и сложные скважины, и нестандартные программно-аппаратные решения. Такие решения для нефтяников и геофизиков готовит наш Институт нефтегазовой геологии СО РАН совместно с НПП ГА "Луч". Ученые разрабатывают алгоритм истолкования данных каротажного прибора, производственники изготавливают аппаратуру по заданию недропользователей. Задача, на решение которой был получен президентский грант, связана с точным определением глубины и толщины малых нефтяных пластов толщиной до двух метров, находящихся на глубине 1,5 — 2 километра.

При решении этой задачи стало необходимо учитывать не только упругую деформацию буровых труб под нагрузками порядка 50 — 150 тонн, но и движение каротажного прибора по скважинам сложной траектории, с горизонтальными окончаниями, в условиях ударов, рывков и сильных вибраций, когда перемещения трубы на поверхности не соответствуют перемещениям прибора в скважине. Раньше были случаи, когда застрявший каротажный прибор просто стоял, когда труба медленно поднималась наверх, а потом пролетал за несколько секунд с большой скоростью двухметровые целевые пласты, не успев зарегистрировать их параметры. Это серьезная проблема для добывающих компаний. ИНГГ СО РАН совместно с НПП ГА "Луч" начал разрабатывать новые программно-аппаратные методы исследования скважин, основанные на более частом измерении параметров датчиков, а также на применении специальных датчиков — продольных акселерометров, фиксирующих ускорение каротажного прибора при его подъеме. Это позволило с лучшим разрешением фиксировать координаты аппаратуры и параметры исследуемых пластов. Потребовалось разработать математическую модель, включающую двойное интегрирование данных акселерометра и программное обеспечение, необходимые для обработки данных каротажного прибора.

Научным языком можно сказать так: на этапе регистрации экспериментальных данных каротажа на буровых трубах нами была предложена схема потоковой обработки, в основе которой лежит управление пользователем процессом перевода зарегистрированного сигнала по времени в данные по глубине скважины на высоком эргономичном уровне и с беспрецедентно высокой информативностью, за счет максимальной автоматизации рутинных операций. Задача осложняется тем, что на акселерометры действуют как сила тяжести, так и различные шумы и вибрации, не связанные с движением прибора. Мы предложили свои способы, с помощью которых можно бороться с влиянием деформаций и шумов. Думаю, что сейчас наша система работает на "удовлетворительно", через год мы заставим ее работать на "хорошо" и будем совершенствовать в дальнейшем. Результаты испытаний на нефтяных скважинах Западной Сибири показали, что наш метод корректно определяет мощности пластов. А для добывающих компаний это основной критерий, позволяющий максимально точно оценивать наличие и объемы нефти.

Справка "ЧС"

Сегодня доказанные мировые запасы нефти составляют 1208,2 миллиарда баррелей. За последние 25 лет этот показатель стремительно вырос, увеличившись почти на 500 миллиардов баррелей. Потенциальные запасы нефти, по последним данным, оцениваются в 2614 миллиардов баррелей.

Абсолютным лидером по доказанным запасам нефти является Ближний Восток — на его долю приходится около 61,5 процента от общего объема. При этом около 22 процентов мировых запасов приходится на Саудовскую Аравию. Евразия обладает 12 процентами мировых запасов, из которых 6,6 процента приходится на Россию. С каждым годом в мире открывают все меньше новых запасов легкодоступной нефти. Количество открытых месторождений в мире возрастало в 60 — 70-е годы, затем стало несколько снижаться, причем особенно заметным было уменьшение прироста крупных месторождений. И сегодня более 80 процентов объема мировой добычи осуществляется из месторождений, открытых до 1973 года.

В последнее время лидерами по добыче нефти являются Саудовская Аравия, на которую приходится около 12 процентов от добываемого объема, и Россия, чья доля в мировой добыче составляет более 12 процентов в год.

Объемы поисково-разведочного бурения нефти в России за несколько лет уменьшились более чем в четыре раза, а эксплуатационного — в семь раз, произошло пятикратное сокращение ввода новых скважин. Более 70 процентов запасов нефти находятся в диапазоне низких дебитов скважин (от 10 до 25 тонн/сутки) и на грани `нулевой` рентабельности. Основные приросты запасов нефти были получены в основном за счет доразведки открытых нефтяных залежей, а также перевода запасов нефти, ранее оцененных, — в разведанные. Ввод новых производственных мощностей нефтедобычи сократился в несколько раз. Месторождений, даже средних по запасам, готовых к разработке, в государственном резерве очень мало. В этой связи наибольшее внимание необходимо уделять геологоразведочным работам, воспроизводству минерально-сырьевой базы.

В советское время считалось, что для развития плановой экономики необходимы разведанные запасы сырья, которых хватило бы на несколько десятков лет. В начале 1990-х было принято считать, что разведанных ресурсов нам хватит лет на пятьдесят, а далее никто и не рисковал заглядывать. Надо было выживать, проедая имеющиеся запасы. Сейчас ситуация опять кардинально изменилась — стратегической нефтегазовой отрасли потребовались новые разведанные месторождения, потому что старые исчерпываются, добывать нефть на них становится все труднее и труднее. Потребовалась и разработка новых методов разведки и изучения нефтяных пластов, оценки их рентабельности. Отечественные ученые — геологи и геофизики — сохранили основную научно-исследовательскую базу, которая позволяет молодым исследователям создавать новые методы исследования месторождений с помощью информационных технологий и математического моделирования.

Подготовил Андрей СОЛОВОВ,

"ЧЕСТНОЕ СЛОВО"