Где рождается нефть

Политехники ищут революционные подходы к добыче нефти

Новый мегапроект «Комплексное исследование нетрадиционных коллекторов нефти и газа», запущенный в ТПУ, призван решить вопросы по добыче нетрадиционной, труднодоступной нефти. Ее запасы огромны и способны встряхнуть нефтяной рынок. В первую очередь речь идет о Баженовской свите Западной Сибири. Ученым ТПУ предстоит найти эффективные способы добычи этих трудноизвлекаемых запасов.

Амбициозные задачи

Напомним, что в марте этого года ТПУ посетил министр природных ресурсов и экологии Сергей Донской. В наш город он приехал на совещание по вопросам применения новых технологий в отработке месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти. Министерство природных ресурсов рассматривает Томскую область как инновационный полигон для отработки эффективного инновационного этапа развития недропользования в нашей стране. В первую очередь речь тогда шла о реализации проектов по добыче трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Ведь это направление министерство рассматривает как наиболее перспективное. Темы эти инновационные, наукоемкие, и кому их развивать, как не Томскому политехническому, с его огромным потенциалом? Именно таким проектом и занимаются сегодня в Институте природных ресурсов. Его уже сейчас оценивают как весьма амбициозный.

— Проект невероятно актуальный, — поясняет директор Института природных ресурсов Андрей Дмитриев. — Он рассчитан на перспективу. Мы уже сейчас задумываемся, где брать запасы углеводородов, когда традиционные источники будут исчерпаны. Варианта два: на шельфе и из низкопроницаемых коллекторов. Мы работаем и в том, и в другом направлении. В последние годы мы открыли сразу несколько современных лабораторий, где занимаемся исследованиями по этой тематике. Пока мы первые за Уралом, кто решил так серьезно и глобально заниматься этими направлениями.

Цель проекта — создание инновационной технологии разработки нетрадиционных коллекторов на основе комплексного подхода к анализу, оценке и управлению разработкой месторождений. Сюда входит все: выделение перспективных площадей для разработки, лабораторный анализ керна (образцов горной породы, извлеченных из скважины), подсчет запасов, моделирование добычи, стратегии и управление разработкой, растворы для бурения и вскрытия пластов. То есть все — от начала исследования территории до практического применения. В планах Андрея Юрьевича в будущем создать на базе института международный научно-исследовательский центр по исследованию нетрадиционных коллекторов, который объединит все эти направления работы.

Что же такое трудноизвлекаемые запасы?

Несколько лет назад Америка поразила мировую общественность, произведя так называемый сланцевый бум, почти вдвое прирастив добычу нефти благодаря трудноизвлекаемым запасам. Эта сланцевая революция в США спровоцировала интерес к нетрадиционным углеводородам во всем мире, в том числе и в нашей стране. Ведь именно в России есть огромные запасы нетрадиционной нефти. Впервую очередь речь идет о Баженовской свите, потенциальном источнике для открытия новых месторождений в Западной Сибири.

По оценкам специалистов, повторить сланцевую революцию в России будет непросто. Во многом это зависит от состояния рынка, политики и господдержки развития технологий, активности отрасли, но в первую очередь от инновационности геологоразведки и новых прорывных подходов к освоению трудноизвлекаемых запасов. С последним и должен помочь проект политехников.

Известно, что еще в советское время нефтяники не раз пытались найти эффективный способ добычи нетрадиционной нефти. Но попытки их вряд ли можно назвать успешными. Сегодня российские ученые и нефтяные компании стали гораздо ближе к пониманию того, как извлечь эти запасы. Но не все с добычей нетрадиционных запасов так однозначно, и существует еще масса вопросов. Ответив на них, можно решить, как же добывать эту нефть, и создать современные технологии поиска и освоения трудноизвлекаемых запасов. Здесь очень важна связь фундаментальной науки с практической. Именно поэтому основу команды проекта ТПУ составили специалисты авторизованного центра университета Хериот-Ватт. Университет Хериот-Ватт — признанный лидер в Великобритании по объему исследовательских проектов в области нефтяного инжиниринга. ТПУ успешно сотрудничает с университетом уже более 10 лет. В томском центре при ТПУ сформировалась международная команда с многолетним опытом исследования различных аспектов геологии и разработки сложных месторождений нефти и газа.

Еще один значимый участник проекта — ОАО «ТомскНИПИнефть» — корпоративный институт НК «Роснефть». У института есть большое современное кернохранилище (130 км керна), где в том числе хранится керн Баженовской свиты и ее аналогов. Часть исследований пройдет в геохимической лаборатории «Томск-НИПИнефть». Руководит ей профессор кафедры геологии и разведки полезных ископаемых ТПУ Иван Гончаров. Лаборатория имеет 20-летний опыт изучения нефтематеринских пород по всей России и целый ряд успешно выполненных проектов для компаний ExxonMobil, IFP, Statoil, Shell, TOTAL, Nord Imperial и др.

Иван Гончаров является научным руководителем проекта и руководителем группы геохимических исследований. Иван Васильевич сравнивает процесс освоения месторождения нефти с деторождением.

— Можно дождаться природного рождения нефти, а можно сделать «кесарево», — говорит профессор Гончаров. — Нефть всегда рождается в нефтематеринской породе, горючем сланце (отсюда сланцевая нефть). Из нее нефть выдавливается в песчаный коллектор, а затем собирается в ловушке, образуя залежь или месторождение нефти в традиционном коллекторе. На самом деле это не место рождения, а место скопления нефти. Но не всегда нефти удается уйти из материнской утробы. Например, если выше и ниже она перекрыта глинами, экранирована, тогда возникает высокое давление, то есть нефть генерирована, но выйти не может. Тогда приходят нефтяники и закладывают скважину: сначала бурят вертикальный ствол, а потом горизонтальный, после чего делают гидроразрыв — много трещин в породе, чтобы выпустить эту нефть из «материнской утробы».

Технологии гидроразрыва давно используются при добыче традиционной нефти. Естественно, операции по гидроразрыву увеличивают себестоимость нефти. В случае сланцевой нефти приходится делать многократный гидроразрыв, плюс к этому срок службы такой станции невелик — год-полтора, затем нужно бурить другую скважину. Ведь область дренажа ограничена, и запасы в приствольном пространстве быстро истощаются.

— Но важно понять, готова ли материнская порода родить нефть или еще нет. Без геохимических исследований здесь не разобраться, — поясняет Иван Гончаров. — Найти места, где она уже генерирована, можно. По специальным биомаркерам в нефти можно оценить, сколько органического вещества нефтематеринской породы превратилось в нефть.

Метод прогноза таких зон — важная составляющая проекта. Ученым предстоит определить запасы, сколько уже генерировано и в каком состоянии порода. Политехники разработают прогнозную карту распространения перспективных участков в отложениях Баженовской свиты. При этом сегодня не существует корректных методов оценки и подходов к прогнозированию ресурсов нетрадиционных коллекторов. Это тоже амбициозная задача, которую ставят перед собой политехники. В планах реализации проекта — и создание новых рецептур растворов бурения и вскрытия ультранизкопроницаемых коллекторов, и программа лекций ведущих мировых экспертов в этой области, и разработка и реализация курса повышения квалификации «Разведка, разработка и эксплуатация нетрадиционных коллекторов нефти и газа», и привлечение к исследованиям студентов и молодых ученых, а также выполнение коммерческих проектов для добывающих компаний и государственных организаций.

— Интерес к нетрадиционным запасам есть у многих российских компаний, — говорит Андрей Дмитриев. — Ведь это огромные объемы. Американцы сегодня успешно добывают нетрадиционную нефть, но стоит она дорого. Мы же хотим создать более эффективные способы добычи, снизив себестоимость таких запасов.

На базе Института природных ресурсов уже начали исследования керна из потенциальных нефтематеринских пород или сланца. Проект политехников в первую очередь направлен на изучение части Баженовской свиты, расположенной в Томской области. Что же из себя представляет Баженовская свита, о которой говорят сегодня все?

Баженовская свита — это горная порода, обогащенная органическим веществом, широко распространенная на территории Западной Сибири.

— Откровенно говоря, медовый месяц открытия месторождений и пик добычи нефти и них в Западной Сибири давно прошел, — говорит Иван Гончаров. — Но если посчитать, сколько нефти здесь было генерировано и сколько удалось открыть и добыть, то получаются интересные выводы. Колоссальные запасы еще не добыты.

Получается, что основная часть нефти в традиционных коллекторах в нашем регионе уже выбрана, но нетронутыми остались нетрадиционные запасы.

Баженовская свита — один из самых богатых в мире источников нефти. Многие эксперты делают оглушительные прогнозы по Баженовской свите, называется даже цифра — 100 млрд баррелей извлекаемых запасов. Профессор Гончаров не спешит делать такие прогнозы. Отмечает лишь, что площадь распространения Баженовской свиты вместе с её аналогами — около 2 млн км². В то время как американский Баккен, «виновник» сланцевой революции в США, — площадью всего 200 тыс. км².

Баженовская свита — отличный аналог для отработки технологий с последующим их применением по всему миру. Особенно это актуально для нашей области. Здесь Баженовская свита залегает на глубинах, которые перекрывают весь диапазон глубин Западной Сибири. Но промышленная добыча нефти велась только на территории Ханты-Мансийского автономного округа. Здесь Баженовская свита аномально прогрета — до 1400 С. При этом за счет образования нефти и газа в материнской породе возникает аномально высокое пластовое давление, происходит как бы автогидроразрыв — она сама себя рвет без техногенного гидроразрыва. Когда-то, 30–40 лет назад, на некоторых скважинах при вхождении в Баженовскую свиту она начинала фонтанировать. Правда, потом эти трещины смыкались, и приток прекращался. В других местах получить нефть не удается. Проблема в том, что часто скважины бурят там, где порода еще не готова «родить» нефть.

На прогнозной карте перспективных участков в отложениях Баженовской свиты политехники и планируют выявить эти прогретые зоны, из которых при использовании соответствующих технологий проводки скважин и их испытания можно будет добывать нефть.

Почему заниматься трудноизвлекаемыми запасами в Западной Сибири станет выгодно? В нашем регионе нефть добывают более 50 лет. Здесь есть вся необходимая инфраструктура: полностью оборудованные промыслы с УПН, ЛЭП, трубопроводами, дорогами, специалистами. Но большинство залежей Западной Сибири располагается в меловых отложениях на глубине 1,5–1,8 км. Баженовская свита залегает значительно ниже, на глубине 2,5–3 км. Так вот, если сверху вся нефть кончилась, то инфраструктура осталась. Поэтому можно дать вторую жизнь этим месторождениям. Если нефтегазовые компании снабдить необходимыми данными и технологиями, то они на уже отработанных месторождениях смогут вновь добывать нефть, не привлекая существенных вложений в их обустройство.

— Это весьма перспективное направление, к нам уже сегодня обращаются российские и зарубежные фирмы с подобными заказами, — говорит Виталий Баранов, директор курса «Геология нефти и газа» в центре «Хериот-Ватт». — Разработав инновационный комплексный подход к оценке, моделированию и разработке нетрадиционных коллекторов нефти и газа, мы сможем внедрять полученные результаты как на российском, так и зарубежном рынках.

Мария Алисова