Контакты:

Украина, 03142,
г. Киев, ул. Семашка 15
 
Телефоны:  
+38 099 4022727
+38 045 9793888
 
E-Mail: infooil-institutecom

1
 Предисловие

Целью данной работы является повышение эффективности доразработки обводненных месторождений нефти на завершающей стадии их эксплуатации за счет поиска целиков нефти, бурения коротких горизонтальных стволов в их сторону и организации экспертируемой, контролируемой и управляемой добычи нефти из них.

Это можно осуществить, если использовать новые информационные технологии для мониторинга геологического состояния нефтяного месторождения, автоматического управления процессом направленно-управляемой проводки многозабойных горизонтальных стволов из "старых" обводненных непродуктивных скважин (технология А.М. Григоряна) и технологии добычи.

Основные принципы указанных технологий, составляющих программу "ЦЕЛИК", многократно представлялись и обсуждались в рамках различных совещаний, конференций, выставок, в том числе:

  • в июле 1990 г. - в Киеве на конференции "УКРНЕФТЬ";
  • в июле 1990 г. - в Москве в ГК "ГАЗПРОМ";
  • в июле 1991 г. - в Ноябрьске, Тюменской области в ПО "НоябрьскНефтегаз";
  • в 1992 г. - в Лондоне на конференции " Інвестиційна політика України" и в Вене на научно-практической конференции с аналогичным названием. Программа вызвала большой интерес, в результате чего через 2 - 3 года объем проходки горизонтальных стволов в ведущих нефтедобывающих странах вырос на два порядка. А в США, Канаде и др. странах начался бум в области томографии, которая служит информационной основой для проведения горизонтального бурения, что подтверждается количеством публикаций (в интернет - изданиях на 25.01.04 опубликовано более 4000 работ);
  • в марте 1993 г. - в ПО "УКРНЕФТЬ" (г. Киев);
  • июле 1995 г. - в АК ГП "Роснефть"(г. Москва);
  • в апреле 1997 г. - в 9 нефтедобывающих предприятиях России (Пермская обл. и Башкортостан);
  • в апреле 1998 г. - в НАК "Нафтогаз Украины" (г. Киев);
  • в январе 2000 г. - в ОАО "Укрнафта" и др. (г. Киев);
  • в октябре 2003 г. - в АК "Башнефть" (г. Уфа);
  • в декабре 2003 г. - в ТПП "Урайнефтегаз" ЗАО "Лукойл - Западная Сибирь" (г. Урай);
  • в июне 2004 г. - в ЗАО "Лукойл" (г. Москва);
  • в июле 2004 г. - в ОАО "УКРНЕФТЬ" (г. Киев);
  • в октябре 2004 г. - в АК "Татнефть" (г. Лениногорск);

Основные положения этой программы нашли свое отражение в публикациях авторов [40 -48].

В программе указаны пути решения основной задачи нефтедобывающей отрасли - максимально полное извлечение углеводородного сырья при минимальных капитальных вложениях и минимальной экологической деструкции.

Кроме того, в программе сделан акцент на обязательность массированного использования технологии многозабойного бурения коротких горизонтальных стволов, специально ориентированных в зоны повышенной нефтенасыщенности, т.е. в сторону целиков нефти, из вертикальных стволов "старых" скважин.

Предлагаемая нами технология является единственным и радикальным средством для решения поставленной задачи, особенно с учетом того обстоятельства, что запасы углеводородного сырья ограничены, а потребности в нем непрерывно растут, а с другой стороны - эти запасы есть, но в современных условиях их невозможно достаточно полно извлечь традиционными технологическими способами.

Сегодня для большинства нефтяных объектов Украины и не только Украины основная задача решена неудовлетворительно. На это есть свои причины. Их три. Они издревле известны человечеству. Это - жадность, близорукость и скудоумие.

Первая проявляется в желание получать максимальную прибыль при минимальных и недостаточных инвестициях. Вторая - в том, что добычу нефти осуществляют "вслепую", т.е. при отсутствии информации о состоянии месторождения и процессах, которые протекают в нем. И, наконец, третья - это использование на сегодняшний день устаревших способов извлечения сырья из недр. Следствием такого отношения к недрам является осложнение геологического состояния источников углеводородного сырья, вызванное используемыми технологиями нефтедобычи.

Так, абсолютное большинство нефтяных месторождений Украины (и других стран) вступило в позднюю стадию их разработки традиционными технологиями. Поздняя стадия разработки характеризуется относительно незначительной выработкой месторождений и высокой обводненностью добываемого сырья. При этом в недрах остаются большие извлекаемые запасы нефти . Эти запасы значительны и выработаны лишь частично. Разработка "старых" нефтяных и нефтегазовых объектов Украины, России и многих других стран существующими технологиями при обводненности скважин до значения 96 - 99% практически убыточна и это существенно снижает добычу из них нефти. Например, на месторождениях Украины существующий скважинный фонд эксплуатируется менее чем на 10%, при высокой обводненности продукции. Продуктивными (если под продуктивностью понимать 76% - ное обводнение добываемой продукции) сейчас являются не более 8% скважин, в то время как спрос на нефтепродукты удовлетворяется менее чем на 5 % , за счет нефти, добываемой из собственных месторождений [1-12].

Вместе с тем, при высокой зональной обводненности призабойных зон, геологической неоднородности коллекторов, их расчлененности, наличии зон замещения и выклинивания пластов в них остаются значительные запасы нефти, которые можно извлечь. Какие - либо вариации уже известных, регламентированных в нефтяной промышленности технологий, не улучшают, и не могут улучшить геологического состояния таких месторождений, а зачастую - ухудшает. Темпы падения добычи нефти не изменяются в лучшую сторону. Устаревшие способы разработки месторождений не могут увеличить нефтеотдачу. Взамен устаревших способов в отечественной практике ничего радикально нового не используется, хотя за рубежом уже применяются некоторые современные технологии. Это, прежде всего, относится к добыче нефти на естественных режимах.

Известно, что методы увеличения нефтеотдачи, апробированные на практике с 70 - х годов прошлого века, не дали существенных результатов, которые могли бы повлиять на нефтеотдачу. В первую очередь это касается различных модификаций метода заводнения, а также тепловых, физико-химических и др. способов повышения нефтеотдачи. Модный сейчас гидроразрыв пластов, также является неконтролируемой и неуправляемой технологией . Практическое отсутствие методов контроля процессов разработки месторождений, "слепое" применение указанных технологий усложняет геологическую обстановку и, в конечном счете, губит месторождения.

Поэтому назрела необходимость для детального изучения состояния залежей и их отдельных участков и зон, разработки и использования информационных технологий экспертирования внутрипластовых процессов, технологий интенсификации разработки месторождений, в том числе более рациональных технологий повышения нефтеотдачи и добычи. Отсутствие простых и дешевых способов детальной разведки, оценки состояния коллекторов и извлечения нефти из них вынудило применить в данном комплексе известные технические методы и средства решения главной задачи и разработать новые. На сегодняшний день они являются актуальными и не имеют альтернативы, поскольку, в конечном счете, позволяют создать наиболее полную информационную базу для проектирования технологий реанимации месторождений как источников углеводородного сырья [20 - 160].

Описанное состояние залежей - это следствие применения опрометчивых, популярных в свое время, указанных выше, действий. В том числе следствие использования распространенных во второй половине ХХ века форсированных режимов откачки скважинной жидкости с помощью электроцентробежных насосов высокой производительности, которые, кстати говоря, применяются до сих пор в традиционных технологиях разработки месторождений. Результат очевиден и не требует доказательств: скважины сейчас окружены распределенными в призабойной зоне и коллекторе водными конусами, подошвенной водой, проходящей между пропластками и изолирующей скважину. Следствием этого является то, что, продуктивные коллекторы разобщены водонасыщенными высокопроницаемыми пропластками и образовавшимися в коллекторах водными линзами, экранирующими основные коллекторы и изолирующими большие объемы нефти, которые могут быть извлечены.

Следует указать, что главную отрицательную роль в осложнении геологической обстановки сыграли варварские способы добычи. Нарушение естественного, сбалансированного темпа нефтеизвлечения за счет применения высокодебитных насосов, в использовании которых не было нужды, получило название форсированных режимов нефтедобычи.

Такие гидродинамические режимы добычи жидкости из скважин провоцируют образование разветвленной сети больших и малых трещин в продуктивных коллекторах, в которых накапливается пластовая вода. Эти трещины ("водные языки") являются дополнительными экранами на пути движения нефти в сторону добывающих скважин. Поэтому в коллекторах образуются застойные, тупиковые и непромытые зоны, внешне ограниченные водными линзами - так называемые целики нефти.

Каждый из таких целиков может быть полностью или частично экранирован водными линзами. Они же и являются внешней оболочкой целиков нефти. Силы межфазного натяжения, действующие на границах раздела водной и нефтяной фаз в пористой среде пласта, превышают силы фильтрации и, тем самым, препятствуют увеличению нефтеотдачи пластов. Следовательно, нарушается гидродинамическая нефтяная связь между целиком нефти и скважиной. Гидродинамическая модель пласта, с распределенными в нем целиками нефти и разветвленной поверхностью водных линз также усложняется. Такой пласт не является изотропной нефтеводонасыщенной геологической формацией, и рассматривать его как таковую нельзя.

В связи с этим неадекватным становится математическое моделирование процессов фильтрации флюидов в этих пластах с помощью уравнений типа Маскета - Мереса. Пласты, подверженные указанным процессам целикообразования, необходимо анализировать более совершенными методами, учитывающими гидродинамику совокупности водоизолированных зон пласта. На данный момент таких гидродинамических и термодинамических аналогов моделей не существует.

Но даже если разработать эти модели, то без знания точных пространственных границ водонефтяных контактов, окружающих целики нефти в коллекторе, они будут носить отвлеченный, нереальный характер.

В данной технологической программе предпринята одна из первых попыток разработки таких моделей.

В зависимости от поставленных целей различают следующие стратегии разработки нефтяных месторождений:

  • быстрое, но частичное
  • извлечение нефти при минимальных затратах;
  • максимальное извлечение нефти за короткий период при минимальных затратах;
  • максимальное извлечение нефти при минимальных затратах и длительном сроке;
  • максимально полное извлечение нефти при оптимальных затратах и сроках.

Каждая стратегия разработки месторождения характеризуется итоговым состоянием пластов в конце разработки. Для реализации любой из них могут быть использованы разнообразные технологии, в том числе и с непредсказуемыми последствиями. С этой точки зрения первая из перечисленных стратегий является преступной, вторая - авантюрная, а обе по своим результатам являются безответственными по отношению к последующим поколениям, поскольку их реализация связана с осложненением гидродинамического и экологического состояния пластов, что неизбежно влечет за собой огромные потери. Третья из перечисленных стратегий ("спустя рукава") не обеспечивает максимально возможной нефтеотдачи месторождения. И лишь четвертая из перечисленных стратегий обеспечивает наиболее полную нефтеотдачу месторождения за счет "мягких" режимов добычи, основанных на наиболее полном понимании внутрипластовых процессов, максимального использования информационных технологий и их ответственной реализации. Осуществление такой стратегии проводят путем использования совокупности технологий, представленных в данном проекте. Основой этой стратегии является оцифрованные геологические модели, получаемые путем межскважинной томорафии. Под геологической моделью подразумевается пространственное распределение нефте-водо-газо насыщенности, пористости и давления в пласте, привязанное к конкретной системе координат и скважин. В соответствие с выбранной здесь стратегией вначале необходимо "увидеть" распределение целиков нефти в пластах, а затем эту информацию и учесть в математических моделях разработки залежи. Это можно осуществить только высокочувствительными методами пространственной геологической разведки залежей. Главная из них - внутрипластовая межскважинная сейсмоакустическая томография, описываемая ниже.

Выбор указанной стратегии разработки вынуждает отказаться от комплекса методов и средств разработки месторождений, используемых в отрасли. Вывод напрашивается сам собой: необходимо изменить существующую стратегию разработки месторождений, т.е. перейти к использованию четвертой из перечисленных стратегий, резко отличающейся от традиционно используемых. Как найти целики и извлечь из них нефть - предмет представленной здесь программы "ЦЕЛИК". Группа методов, составляющих эту программу, - одна из разновидностей технологии интенсификации разработки нефтяных месторождений.

В данном кратком описании программы "ЦЕЛИК" предложен комплексный подход к решению указанной выше задачи. Уже более десяти лет как обнародованы основные положения программы "ЦЕЛИК". Проведено много совещаний в различных, в том числе и нефтедобывающих организациях. Технический уровень технологий, составляющих эту программу, превосходит существующий уровень. Однако отечественные и иностранные фирмы, ознакомленные с ней, пока используют лишь некоторые отдельные, разрозненные её фрагменты, отдаленно напоминающие технологию "ЦЕЛИК". Это результат недопонимания внутрипластовых процессов специалистами указанных организаций.

Авторами данной концепции предпринимались многочисленные попытки разъяснить свое видение и основные выводы оптимальной стратегии разработки месторождений, содержащих целики нефти. Эти попытки были адресованы как широкой научной и производственной общественности, так и отраслевому и государственному руководству. Необходимо также отметить, что эти многочисленные обращения разработчиков этого комплекса технологий в Кабинет Министров Украины, ОАО "Укрнефть", НАК "Нафтогаз Украины" ни к чему не привели. Хотя впоследствии некоторые, в том числе и украинские нефтяные компании, широко развернули работы по горизонтальному короткоствольному бурению, которое является лишь частью упоминаемой выше программы. Однако полученные результаты в Украине (месторождения Малая Девица, Прилукское, Глинско - Розбышевское и др.) были неутешительны. Причина этого - в недопонимании комплексности этой технологии.

Многочисленные совещания, проведенные для раскрытия данной концепции, продемонстрировали косность, ограниченность, консерватизм отраслевого руководства, обусловленный инерционностью мышления, отсутствием инновационных технологий и собственных разработок. Тот факт, что нефтедобывающие компании Украины экономят на отраслевой науке, подтверждается крайней скудностью тематики нефтегазовых выставок, проведенных в Украине за последние 10 лет. Причина такого состояния понятна - она указана выше.

Выбор новой стратегии разработки месторождений, содержащих целики нефти потребует соответствующей корректировки процесса подготовки отраслевых кадров.

Сейчас процесс обучения студентов, аспирантов и слушателей курсов повышения квалификации идет по старым "накатанным" программам и методикам. Как следствие этого, имеет место низкий уровень производственной технологической культуры в нефтедобывающих предприятиях. Непонимание сути внутрипластовых процессов в обводненных месторождениях, содержащих целики нефти, при воздействии на них заводнением, а тем более другими агентами, в конечном итоге приведет к катастрофическим последствиям. Недостаточная изученность процессов, отсутствие положительного опыта при промышленном использовании авантюрных стратегий, которые необоснованно применяются, окончательно загубят скважины и призабойные зоны скважин на отечественных месторождениях углеводородов.

Если эти учебные программы и методики не будут учитывать современного, описанного выше, геологического состояния объектов разработки, то придется надеяться только на зарубежные энергоносители и сырье для нефтехимической промышленности. Топливный кризис будет продолжаться, а наши специалисты, в конечном счете, окажутся в других отраслях. Не намного лучше в этом отношении обстоят дела в других постсоветских государствах, особенно в России.

Исходя из сказанного, следует вывод - необходимо немедленно переосмыслить стратегию извлечения углеводородного сырья. Следует, кроме того, прислушаться к конструктивной критике традиционных технологических методов и обратить более пристальное внимание на новые идеологии, на новые концепции и технические решения, сделать необходимые организационные выводы, которые, на наш взгляд, весьма актуальны. Это включает свертывание необоснованных и устаревших методов нефтедобычи. Для государственной отраслевой политики - это сокращение выдачи лицензий государственным, в том числе частично государственным, и частным фирмам на опытно - промышленную эксплуатацию месторождений без обоснованных и перспективных проектов их разработки. Параллельно с этими мероприятиями необходимо повысить уровень специальных знаний руководящих кадров отрасли, используя позитивный опыт отечественных и ведущих зарубежных фирм и центров. Такая перестройка внутренней отраслевой политики мобилизует отечественные научно - технические кадры, заставит использовать передовой опыт и развернуть научно-исследовательские работы в поиске новых технических решений, направленных на реанимацию месторождений и их более полное освоение новыми технологиями. Последнее из указанных мероприятий приведет к созданию полигонов для испытания этих технологий на "старых" месторождениях.

Вернемся теперь от критики состояния отрасли к содержанию нашего предложения. Основная цель проекта - максимальное повышение информационной составляющей процесса интенсификации разработки обводненной нефтяной залежи и привлечение современных методов и средств разбуривания, мониторинга и управления. Сведение всех существующих методов и средств разработки конкретной залежи в единую замкнутую оболочку. Технологическая программа работ на каждом временном отрезке является двушаговая. На первом шаге применяется дешевая, но точная технология детального построения геологической модели. На ее основе методами имитационного моделирования всесторонне анализируют состояние разработки и формируют стратегию дальнейшей оптимальной доразработки месторождения. На основе выработанных решений производится второй шаг - используются новые, управляемые и контролируемые технологии разбуривания и доразработки залежи.

Эффективность применения этого подхода обеспечивают использованием принципиально новых достижений. Представленные здесь технологии запатентованы в Украине и других странах. НПО "Институт нефти" имеет 18 заявок и патентов, которые относятся к сопутствующим областям. Среди них - внутрипластовая томография (детальная межскважинная сейсмоакустическая разведка). Разработана новая термодинамическая модель внутрипластовых процессов, которая представлена в виде программного комплекса (цифровая модель разработки). Применены новые решения для оценки состояния и автоматизированного экспертирования внутрипластовых процессов (Экспертная система). Запроектирована система управления разработкой месторождения (САУ разработки). Разработана спецификация на специальное и модернизированное технологическое оборудование и современные информационные системы, входящие в состав аппаратурно - технологического комплекса, реализующего программу "ЦЕЛИК".

Как ранее указывалось, основные принципы построения технологий, составляющих программу "ЦЕЛИК" многократно обсуждались в рамках различных совещаний, выставок (в том числе и за рубежом).  В 1992 г. в Лондоне и Вене, в марте 1993 г. в ПО "УКРНЕФТЬ" 2, в АК ГП "Роснефть" в 1995 г., а также в ряде нефтедобывающих предприятий России (Пермской и Тюменской обл. в апреле 1997 г.) В этой программе указан алгоритм решения основной задачи нефтедобычи для обводненных месторождений. Основной, многократно озвученный, тезис представленной программы - это избирательная, "зрячая", автоматически управляемая, экспертируемая и контролируемая добыча нефти из системы коротких горизонтальных стволов, вскрывающих (дренирующих) все месторождение как "паутина".

Поэтому, в качестве основы технологии интенсификации разработки обводненных месторождений, применяется массированное многозабойное бурение коротких горизонтальных стволов из "старых" скважин, вскрывающих пласт. Эта технология начала создаваться еще в 1941 г А.М. Григоряном. В 1954 г. была представлена на международное обсуждение. Технические и экономические показатели этой технологии до сих пор являются непревзойденными даже международными фирмами, а автор метода не признан в своем отечестве и по стечению обстоятельств является почетным пенсионером конгресса США. Ученики А. М. Григоряна сейчас работают в различных российских фирмах, но откликнутся и примут участие в методическом сопровождении буровых работ по данной программе. В то же время, как отечественные, так и зарубежные компании широко применяют модификации этого метода и зачастую неудачно.

В информационную оболочку технологической программы "ЦЕЛИК" входят: СВТ, система КОНТРОЛЬ, САУ и Экспертная система. Поначалу планируется осуществление программы локально, т.е. только на опытном участке. При получении положительных результатов технологию следует распространить на всё месторождение. Для этого на одном из обводненных месторождений, например: НГДУ "Черниговнефтегаз" - Гнединцевское или Леляковское месторождение, планируется выбрать полигон для осуществления указанной технологии, провести на нем детальную геологическую разведку с использованием технологии СВТ, построить интерактивную геологическую модель опытного участка и, по возможности, всей залежи. Затем выделить перспективные зоны и определить количество горизонтальных стволов. Далее на основании результатов детальной разведки начать работы по бурению, заканчиванию и пуску новых горизонтальных стволов из вертикальных стволов "старых" скважин, ориентированных в целики нефти. Параллельно с буровыми работами, провести установку системы автоматического контроля. Одновременно с другими мерами, используя цифровую геологическую модель, выполнить моделирование истории разработки залежи для настройки цифровой пространственной фильтрационной модели разработки месторождения с учетом его дренирования системой вертикальных и горизонтальных стволов. Синхронно с этим, планируется осуществлять автоматизированное экспертирование состояния процесса разработки на опытном участке с использованием данных, поступающие от полигонной системы контроля технологических параметров добывающего и др. оборудования. В процессе разработки опытного участка планируется осуществлять оптимальное управления технологическими режимами.

Результаты расчетов показывают, что реализация предлагаемого проекта позволит дополнительно повысить нефтеотдачу каждого 1 км2 пласта (мощностью в 10 -15 м) не менее чем на 300-800 тыс. тонн нефти. Планируемый эффект многократно превысит понесенные при осуществлении затраты, включая инвестиционные. Планируемая прибыль от осуществления программы "ЦЕЛИК" всего лишь на одном участке одного из указанных месторождений по крайней мере составит от 50 до 80 млн. долл. США при вложениях до 10 млн. долл. США. Полный возврат вложенного капитала планируется через 4 - 5 лет. Расчетная рентабельность проекта превышает 300%. Работы должны производиться на выбранном конкретном участке нефтяного месторождения, достаточно изученного в предыдущий период его разработки. Начало дополнительной добычи нефти и её реализация запланирована к концу второго года. Планируемый срок исполнения программы работ 4-5 лет.

Проведено достаточно широкое обсуждение данной программы со специалистами нефтяной и других, связанных с ней отраслей. В свете вышесказанного, Институт нефти УАН, как инициатор комплексной технологии увеличения нефтеотдачи - интенсификации нефтедобычи, выраженной в программе "ЦЕЛИК", готов своими силами выполнить перечисленные здесь работы. Работы, как по методическому сопровождению, так и по их исполнению на произвольном участке выбранной нефтяной залежи. И для этого готов провести следующие работы:

  • осуществить тщательный и всесторонний анализ геолого-промысловой информации, подготовить её и ввести в базу данных;
  • провести детальную разведку недр, с целью определения местонахождения целиков остаточной нефти;
  • провести подсчет запасов;
  • разработать опытный образец системы автоматизированного экспертирования состояния разработки и выдачи оптимальных режимов технологий разработки;
  • осуществить проектирование, изготовить и оснастить аппаратурно-технологические комплексы автоматического контроля показателей разработки и автоматического управления разработкой;
  • провести выдачу рекомендаций и акустический мониторинг процесса проведения целенаправленного разбуривания залежи короткими стволами в направлении целиков нефти, используя свою дешевую технологию сейсмоакустического инклинометрирования.В заключение отметим, что технологическая программа "ЦЕЛИК" адресована руководителям прогрессивных нефтяных компаний как государственных, так и частных. Отметим, что, на данный момент, по нашему глубокому убеждению, предложенная технология не имеет альтернативы, как и 10 лет тому назад.Для современных владельцев нефтяных месторождений эта комплексная технологическая программа даст исчерпывающий ответ на вопрос: нужно ли еще тратить деньги и усилия на "холостые" проекты, чтобы убедиться в том, что иного пути нет? Не проще ли найти средства на испытание этой технологии в реальных промысловых условиях, и убедиться на практике в ее целесообразности и эффективности?