Для разработки сланцевой нефти в Западной Сибири нужны 9 новейших российских технологий. Об этом говорится в статье «Технологии для бажена» в журнале «Сибирская нефть». Информагентство «Девон» приводит этот материал с некоторыми сокращениями.

 

В основе технологии эффективной разработки бажена — горизонтальные скважины с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП). 

При этом все применяемые технологии и оборудование должны быть российскими, ведь использование передовых зарубежных разработок на бажене ограничено санкциями.

 

Прим. ИА «Девон»: Баженовская свита – это горизонт горных пород, выявленных на глубинах 2–3 тыс. метров. Распространена на территории около 1 млн кв. км, при этом имеет небольшую толщину — от 10 до 40 м. Ресурсы этого вида сланцевой нефти могут достигать 100–170 млрд тонн. «Газпром нефть» планирует  к 2025 году добывать её 50 млн тонн в год.

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. Его толщина 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 2,5–3 км 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. Здесь и 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.

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. Она 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. Она позволяет проводить практически неограниченное количество стадий ГРП и наиболее точно выбирать их расположение в стволе.

В горизонтальном стволе скважины размещают обсадную трубу — хвостовик. В ее стенках при помощи специального перфоратора выполняют отверстия, затем производят гидроразрыв пласта, закачивая под давлением большие объемы жидкости. Она 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.

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 спускоподъемных 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. Это позволило увеличить скорость проведения операции.

Если раньше на проведение стадии ГРП уходило двое суток, сегодня оно занимает 3–4 часа. 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. Применяются и растворимые пробки, материал которых позволяет выдержать давление в 600–700 атмосфер. Потом за короткое время он растворяется практически без остатка под воздействием специальной жидкости.

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.

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. Над трубой хвостовика может остаться 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 60–65 до 90%. Показатель учитывает равномерность распределения цемента за колонной, качество его сцепления с породой и качество получаемого цементного камня.

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. Это разветвленная сеть трещин, которая обеспечит достаточный приток нефти к скважине.

Создать такой коллектор позволяет закачка больших объемов жидкости гидроразрыва и проппанта с огромной по отраслевым меркам для технологии ГРП скоростью. Сегодня скорости закачки на бажене уже превышают 12 кубометров 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.

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 50–70% 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.

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 Московским физико-техническим институтом (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 10–20% 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.

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 ее основе — 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. Применяется также уникальный мультисенсорный сканер керна, определяющий акустические свойства горных пород, их магнитную восприимчивость и хими-ческий состав. Он обеспечивает фотодокументацию керна в высоком разрешении.