Что означает разработка баженовской свиты
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.
Баженовская свита
Это группа нефтематеринских горных пород (свита), выявленная на территории около 1 млн км2 в Западной Сибири
Образована осадочными породами морского дна в титонском-берриасском веках в конце юрского и начале мелового периода, (около 145 млн лет назад).
В баженовской свите сконцентрирована большая часть горючих сланцев России, содержащих:
Запасы углеводородов в баженовской свите являются трудноизвлекаемыми (ТрИЗ).
Для увеличения нефтеотдачи при разработке нефти низкопроницаемых коллекторов может применяться наклонно-горизонтальное бурение и ГРП.
По оценкам Wood Mackenzie содержание нефти в свите достигает 2 трлн баррелей.
В 2013 г Роснефть оценила извлекаемые запасы в 22 млрд баррелей.
По данным US EIA от июня 2013 суммарные запасы около 1,2 трлн баррелей нефти, из которых невероятных 74 млрд баррелей могут быть технически извлекаемыми.
Французский институт нефти (IFP) оценивает технически извлекаемые запасы нефти Бажена в 0,7 млрд т.
Свита по большей части сложена из карбонатных глинистых и кремнистых пород, источником органического вещества в которых стали останки планктона с кремневым скелетом: радиолярии и диатомеи.
Нередко Бажен сравнивают с месторождением Бакен в США, но есть и различия.
О планах разработки нефти из баженовской свиты сообщали: Газпром нефть, ЛУКОЙЛ, Роснефть,Сургутнефтегаз.
Газпром нефть испытывает новые технологии и оборудование в рамках национального проекта Бажен на Пальяновской площади Красноленинского месторождения в ХМАО.
Опытно-промышленные работы Газпром нефть начала 2013 г:
neftianka
neftiankaвсе о нефти и не только
there will be blood
Член-корреспондент АН СССР И. НЕСТЕРОВ, директор Западно-Сибирского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института.
Почти все известные нефтяные и газовые месторождения залегают в прогибах земной коры, там, где послойно расположены осадочные породы: песчаники, известняки, глины, пласты соли…
Классическая модель залежи выглядит так: между слоями глины, известняка или соли — непроницаемыми покрышками — лежит пласт песчаника или проницаемого известняка, наполненный нефтью или газом. Нефть и газ находятся только в пористых породах. В глины и соль они проникнуть не могут. Глины и нефть — это в определенном смысле лед и пламень, то есть вещества несовместимые.
И вдруг однажды на Салымском месторождении нефть забила из слоя глины. Да в каких количествах! В разведочной скважине Р-41 был зафиксирован приток нефти 1700 кубометров в сутки! И это при том, что замер сделали не сразу, а когда фонтан уже слегка ослабел.
Сначала тюменские геологи не поверили своим глазам и предположили, что нефть бьет все-таки не из слоя глины, а что происходит перетек из других горизонтов в тот, где залегают глины. Одни указывали на пласт, лежащий на 100 метров выше глин, другие на тот, что ниже. Но факты неоспоримо говорили о том, что нефть поступает из глинистых отложений, так называемой баженовской свиты.
Свита — геологический термин, обозначающий совокупность залегающих пластов горных пород, объединенных по какому-либо признаку. Баженовской ее «назвали потому, что глинистые отложения такого типа впервые были обнаружены вблизи поселка Баженовка Омской области.
В мезозойском разрезе Западной Сибири резервуары нефти и газа приурочены к терригенным, алевролито-песчаным образованиям. В фациальном отношении это либо базальные слои трансгрессий различного масштаба (главным образом мезоциклов продолжительностью 8-10 млн. лет), либо финально-регрессивные отложения.
В мезозойском разрезе Западной Сибири резервуары нефти и газа приурочены к терригенным, алевролито-песчаным образованиям.
В фациальном отношении это либо базальные слои трансгрессий различного масштаба (главным образом мезоциклов продолжительностью 8-10 млн. лет), либо финально-регрессивные отложения. Самыми емкими коллекторами являются образования второго типа.
С ними связаны наиболее крупные залежи (Говоря о резервуарах и залежах, мы имели в виду уточненные понятия [11].) неокомских толщ, находящиеся в промышленной разработке.
Верхнеюрские битуминозные аргиллиты баженовской свиты составляют исключение. Впервые в мировой практике нефтегазопоисковых работ коллекторами оказались глины и аргиллиты, давно признанные одним из основных региональных экранов (и водоупоров) Западной Сибири.
Мощность баженовских аргиллитов сравнительно невелика и изменяется от 5-10 до 20-40 м.
Все исследователи, изучающие породы баженовской свиты, считают, что коллекторские свойства данного резервуара обусловлены их трещиноватостью.
Макроскопические исследования керна скважин основных районов распространения битуминозных пород (Березовский, Шаимский, Красноленинский, Сургутский, Нижневартовский, Варьеганский, Александровский, Васюганский, Мыльджинский и др.) и анализ опубликованных результатов изучения различных свойств пород баженовской свиты позволяют авторам настоящей статьи высказать существенно иную точку зрения на природу (тип) данных коллекторов и возможный механизм их образования.
Не отрицая определенной роли трещин в формировании коллекторов баженовского резервуара, главное значение в образовании первичного порового пространства, по нашему мнению, принадлежит не им. Они создали вторичное, дополнительное (хотя и важное в ряде случаев) поровое пространство. Во многих образцах, исследованных макро- и микроскопически, вертикальных трещин вообще не наблюдалось. Так, Э.М. Халимов и В.С. Мелик-Пашаев не без некоторого удивления отмечают, что «в более чем 1/3 изученных образцов трещиноватость вообще отсутствует» [12, с. 2]. Из большого числа изученных шлифов отложений баженовской свиты в Салымском районе 45 % не имеют трещин, а в шлифах с трещинами вертикальные трещины не превышают 11 % (там же).
Мы вертикальные трещины в данных образованиях при макроскопических исследованиях наблюдали крайне редко.
Одной из характерных особенностей аргиллитов баженовской свиты во многих районах, как известно, является тонкая (и микро-) плитчатость, слойчатость и листоватость. Нефтенасыщенные образцы таких пород, не содержащих трещин, при вертикальном сдавливании из межплитчатого и особенно тонкослойчатого, листоватого пространства, как правило, выделяют нефть. Все это и ряд других факторов позволяют сделать вывод, что первичным и, видимо, главным является межплитчатое и межслойчато-листоватое пространство аргиллитов баженовского резервуара. Это совершенно новый тип коллектора.
Данное представление о типе коллектора требует и иного подхода к исследованию баженовских аргиллитов. Прежде всего, необходимо ответить на следующие вопросы.
Какова природа, механизм образования межслоевого пространства коллектора?
Почему в одних случаях коллектор образуется, а в других нет?
Только поняв природу коллектора, можно отыскать признаки его картирования, а следовательно, и прогнозирования залежей нефти и газа. Именно это открывает реальный путь к разработке методов оконтуривания залежей и подсчета прогнозных и промышленных запасов УВ в рассматриваемом уникальном резервуаре. Ответы на поставленные вопросы должны дать и объяснения необычным свойствам пород и залежей баженовской свиты. В настоящее время выявлены следующие особенности пород баженовской свиты:
аномальная обогащенность ОВ (до 10 % и более);
сравнительно небольшая мощность при площади распространения, превышающей 1 млн. км2;
тонкоплитчатая, слойчатая и листоватая структура;
аномально высокие значения кажущегося сопротивления, превышающего 500 Ом-м (нередко достигающие 1000 Ом-м);
высокие и аномально высокие значения естественной гамма-активности;
аномально пониженная плотность пород;
пониженная скорость прохождения упругих сейсмических волн через толщу баженовских аргиллитов;
аномально высокие пластовые давления в залежах;
приуроченность скважин с наиболее значительными дебитами нефти к зонам повышенных температур, достигающих 135°С;
низкие пористость и проницаемость коллекторов баженовской свиты;
наличие вертикальных и горизонтальных трещин.
Последнее свойство пород баженовской свиты, несмотря на кажущуюся очевидность, нуждается в серьезном подтверждении и детальном изучении. Особенно в отношении наличия вертикальных трещин. Представление о их широком развитии, обусловленном вертикальными блоковыми движениями вдоль разломов [12] или палеосейсмичностью [6], находится, на наш взгляд, в противоречии с целым рядом других свойств этих пород.
Вне всякого сомнения, горизонтальные перемещения и вызванные ими мозаичные поля неравномерного напряжения наблюдались в истории развития Западно-Сибирского седиментационного бассейна. Уренгойский грабенообразный прогиб-желоб и «оперяющие» его прогибы явно имеют рифтовую (или, точнее, квазирифтовую) природу. В результате растяжения в этой зоне и горизонтальных перемещений в направлении западного и восточного жестских обрамлений образовались по обе стороны желоба цепочки крупных высокоамплитудных поднятий, к которым приурочены уникальные газовые залежи севера Западной Сибири (Уренгойское, Губкинское, Ямбургское, Тазовское, Заполярное и др.). Следует отметить, что роли горизонтальных перемещений в платформенных условиях и создаваемых ими тангенциальных напряжений, их влиянию на нефтегазоносность практически не уделяется никакого внимания.
Справедливо отмечается рядом исследователей положительная роль повышенных температур в образовании плитчато-слойчатой, листоватой структуры, а также генерационного потенциала баженовских аргиллитов.
В условиях, видимо, относительно неглубоководного бассейна, в тех зонах, куда не доносился терригенный материал, формировались тонкодисперсные органогенные образования, способные после стадии уплотнения и литификации, при определенных тектонических напряжениях, к расслоению и превращению в ряде зон и районов из экрана в коллектор.
Очевидно, в комплекс изучения баженовской свиты должны быть включены исследования экспериментальной тектоники и моделирования процессов расслоения и трещинообразования в породах данного конкретного типа.
Высказанная выше точка зрения на природу и тип коллектора, механизм его формирования позволяет, как нам кажется, дать более полное объяснение перечисленным выше особенностям пород баженовской свиты и их нефтеносности, детальному анализу которых будут посвящены специальные работы авторов.
Осознавая важность поиска залежей нефти в баженовском резервуаре, многие ученые и целые коллективы (ЗапСибНИГНИ, СНИИГГиМС, ИГиРГИ, ИГиГ СО АН СССР и др.) занимаются исследованием аргиллитов баженовской свиты. С целью ускорения решения важной в научном и практическом отношении проблемы оценки перспектив нефтегазоносности пород баженовской свиты необходимо скоординировать все исследования в рамках программы «Сибирь» (подпрограмма «Нефть и газ Западной Сибири») и на данном этапе «поиска» не отбрасывать никакие из идей и представлений о природе и механизме образования коллекторов и резервуаров баженовской свиты, какими бы «сумасшедшими» они не казались на первый взгляд.
Автор: А.А. ТРОФИМУК, Ю.Н. КАРОГОДИН (ИГиГ СО АН СССР)