Нефть и газ: новые технологии
Несмотря на прогнозы о том, что в ближайшем будущем топливная промышленность якобы останется не у дел, специалисты предрекают таким полезным ископаемым, как нефть и газ, продолжительную актуальность и еще не скорый закат. Однако смена парадигм в энергетическом комплексе точно произойдет – например, предполагается, что голубое топливо (оно же природный газ), станет в несколько раз более востребованным у населения, чем черное золото (нефть), которое в настоящий момент оказывает существенное влияние на мировую экономику.
И все же сейчас темпы добычи и одного, и другого ископаемого остаются высокими, а, значит, занятые в этом сегменте люди будут стараться делать все возможное для обнаружения и получения их максимальных запасов. В этом им помогут новые технологии.
Разведка и бурение: современные методы
Прежде чем приступить к процессу добычи, нефть или газ нужно отыскать в недрах земли. Компаниям приходится работать в условиях постоянно увеличивающегося спроса на данные ресурсы, – так, согласно прогнозам, пик их актуальности придется на 2023 год. Именно поэтому добывающие организации осваивают передовые методы, которые помогут обеспечить достаточное снабжение жителей земли ценными запасами, а также сделать их разработку максимально безопасной, эффективной и экологически чистой.
Сейсмический поиск в формате 3D и 4D
Сейсморазведка представляет собой изучение основных характеристик горных пород с целью выявления того, какая порода находится в данном месте, и насколько глубоко от поверхности она залегает. Главными ориентирами здесь выступают закономерности, наблюдаемые в земной коре при искусственном создании упругих волн. Эти периодические колебания вызываются благодаря:
- взрывам тротиловых зарядов в неглубоких 10- или 20-метровых впадинах;
- регулярно возобновляемому и длительному вибрационному воздействию (например, с помощью специальных машин).
Сегодня сейсморазведка вышла на качественно новый уровень, ведь получение информации, важной с точки зрения инженерной геологии (объемы, возраст, состояние полезного ископаемого и др.), теперь возможно в 3 измерениях благодаря высокотехнологичным приемным аппаратам. В отличие от 2D-метода, где устройства помещаются на одной прямой линии относительно источника, здесь оборудование расставляется по всему периметру предположительной зоны разведки. Это позволяет выявить комплексную ценность в контексте последующей добычи, ведь на экраны мощных компьютеров выводятся вовсе не недостаточные сведения, а наглядные объемные модели подземных слоев с исчерпывающими данными.
Иногда результативность и экономичность способа повышается еще больше за счет отслеживания перспективного месторождения во времени (4D-метод). Анализ непрерывно изменяющихся характеристик способен помочь работникам не только снизить издержки, связанные с бурением, но и свести к минимуму количество сухих скважин (тех, что оказались непродуктивными и не дали промышленного притока ценных ресурсов).
Оксид углерода, песок, ГРП: безопасное сочетание
Следующая новая технология нефтяной и газовой добычи впервые начала использоваться еще в далеком 1947 году, однако до сих пор она продолжает считаться инновационной и высокоэффективной с точки зрения объемов пород, извлекаемых из подземных образований. Основой метода является гидравлический разрыв пласта – процесс, во время которого в пробуренную скважину подается находящаяся под давлением смесь веществ (воды, песка и химических реактивов). В результате подобного воздействия, забивающего отверстие, происходит образование и расширение трещин, благодаря чему приток полезного ископаемого становится более интенсивным, а работа с ним – легче.
В качестве своеобразных «наполнителей» для ГРП могут использоваться разные материалы. Если говорить о рабочей жидкости, то обычно здесь применяются солянокислотные растворы или растворы с высокомолекулярными полимерами, а также в некоторых случаях – собственно сырая нефть. Расклинивающим материалом, как правило, выступает кварцевый песок или какой-либо пропант с гранулами до 1,5 мм.
Один из самых результативных показателей демонстрирует смешиваемый с песком оксид углерода, вводимый в скважину по технологии ГРП. Впоследствии он испаряется, благодаря чему в пласте остается только песок, неспособный оказать на почву никакого разрушительного эффекта. Так что данный метод позволяет не только сделать разработку месторождения намного более интенсивной, но и защитить окружающую среду, породы и грунтовые воды от накопления опасных отходов.
Колтюбинговые конструкции
В русский язык словосочетание перекочевало из английского, где «coiled tubing» дословно переводится как «колонна гибких труб». В настоящий момент оборудование, выполненное по этой технологии, считается самым инновационным среди остальных. Принципиально новым здесь является отказ от традиционных сборных бурильных установок в пользу гибких непрерывных (безмуфтовых) труб. Этот метод позволяет нефтяной и газовой промышленности:
- становиться все менее зависимой от расходов;
- уменьшать количество отходов;
- сокращать время эксплуатации в 3-4 раза по сравнению с выполнением работ в рамках обычного способа!
Колтюбинг неразрывно связан с металлургической промышленностью, ведь сначала он требует производства гибких механизмов легкого, среднего или тяжелого класса, затем – правильной сборки конструкторами, и уже в самом конце – установки ПО для обслуживания аппаратного комплекса и грамотного преобразования получаемой информации. Главным недостатком технологии является отсутствие у нее возможности вращения, ввиду чего добывающие компании все же предпочитают бурить основные скважины с помощью традиционных установок. Лишь после этого они подключают к разработке месторождения оборудование для колтюбинга, куда могут относиться не только гибкие металлические трубы, но и режущие инструменты, насосы, техника для нагрева жидкостей, разнообразные насадки и многое другое.
Телеметрическое сопровождение
Данная новая технология в нефтяной и газовой отрасли, носящая название «Measurement while drilling» («Измерения в процессе бурения), вновь оказывается неразрывно связанной с методико-математическим аппаратным обеспечением и компьютеризацией. Дело заключается в том, что для предотвращения ошибок, аварий и ЧП сотрудникам нужно все время следить за ключевыми показателями процесса, и, в частности, за положением оси скважины в пространстве. Для этого даже была разработана особая категория, рассматривающая измерение углов, – инклинометрия, в рамках которой и происходит развитие различных телеметрических систем контроля. Часть их датчиков располагается под землей, в то время как другая находится над поверхностью. Связь между ними осуществляется по следующим каналам:
- гидравлическим;
- акустическим;
- электромагнитным;
- электропроводным и многим другим.
Сегодня функционал этих автоматизированных установок расширяется практически с каждым днем. Например, самые передовые механизмы, называемые «модульными», позволяют не только контролировать основные технологические и навигационные характеристики, но и осуществлять частичные геофизические изыскания и исследовать;
- виброметрию;
- сопротивление горных пород;
- естественное гамма-излучение добываемых полезных ископаемых и пр.
Другие направления: транспортировка и хранение
Немаловажным также является перевозка нефти и газа и их дальнейшая эксплуатация. Так, сегодня все добывающие организации перешли на технологию использования универсальных контейнеров-цистерн по стандарту ISO, которые не загрязняют атмосферу ввиду отсутствия малейших дыр и трещин даже на стыковых местах. Однако некоторые компании решили пойти еще дальше и превратить их… В самостоятельные долгосрочные хранилища для ценных ресурсов! Во-первых, так действительно удается избежать аварий, ведь необходимость проводить по несколько сливных и наливных операций попросту отсутствует. Потребитель оформляет договор купли-продажи и получает голубое топливо или черное золото все в том же контейнере либо с помощью логистической услуги от заказчика, либо путем самостоятельной транспортировки груза. Подобный метод позволяет значительно сэкономить на капиталовложениях, ведь не требует ни насосного оборудования для перекачки, ни взаимодействия с посредническими нефтяными и газовыми базами. Полезное ископаемое фактически доставляется в руки клиента прямо с добывающего завода.
Одним из активно осваиваемых в настоящее время способов хранения нефти и газа также является помещение их в подземные резервуары многолетнемерзлых дисперсных пород. Они не сказываются на качестве хранимых продуктов даже при продолжительном контакте и отвечают требованиям по стабильной устойчивости. Будущая «емкость» оттаивается, после чего очищается от водогрунтовой смеси, заполняется и тем самым как бы герметично закупоривается.
Пусть за подобным хранилищем и необходимо постоянно следить, т.к. теоретически здесь в любой момент могут проступить признаки деформации окружающих пластов или понижение температуры с последующим оттаиванием льдов, все же это – оптимальное решение для длительного сбережения ресурсов. В отличие от наземных стальных тар, подземные многолетнемерзлые массивы оказываются предельно чистыми с экологической точки зрения и практически невзрывоопасными, ведь регулируются естественными условиями.
Технологии будущего
Выдержит ли российская нефтянка конкуренцию с американцами и арабами в условиях прогрессирующей сланцевой добычи и сознательной потери доли рынка из-за сделки ОПЕК+? Эксперты единогласны: только развитие технологий может сегодня серьезно укреплять позиции нефтяных компаний на рынке. «Сибирская нефть» собрала технологии, масштабное внедрение которых может изменить всю российскую нефтянку.
Химия и нефть
Проект: Проектирование и реализация химического заводнения
Направление: повышение нефтеотдачи и интенсификация притока
Значение третичных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) для будущего российской нефтяной отрасли сложно переоценить. Они особенно актуальны для месторождений Западной Сибири, многие из которых находятся в стадии падающей добычи и сильно обводнены. ПАВ-полимерное заводнение — перспективная технология увеличения нефтеотдачи, способная продлить жизнь многих месторождений в Западной Сибири и повысить эффективность недропользования.
Суть технологии — в последовательной закачке в пласт определенного набора химикатов (поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимеров) для более эффективного вытеснения нефти. ПАВ помогает вымыть остаточную нефть из коллектора, а раствор полимера вытесняет ее к забою скважины, более равномерно распределяя давление, создаваемое закачиваемой в пласт водой.
«Газпром нефть» уже имеет опыт реализации пилотного проекта по химическому заводнению в совместном предприятии «Салым Петролеум Девелопмент», где была применена технология ASP, предполагающая закачку в пласт поверхностно-активных веществ, щелочи, полимера и воды. Опыт был успешным, однако в той версии технология не получила развития: компоненты были слишком дороги для того, чтобы применение их могло стать рентабельным.
Сегодня у компании несколько проектов, в рамках которых тестируются новые вещества и подходы к их применению. Цель всех проектов «Газпром нефти» по ПАВ-полимерному заводнению — изучив мировой опыт и подобрав оптимальную схему реализации технологии, создать собственное решение для тиражирования на своих активах, а в будущем, возможно, и у других недропользователей.
Один из проектов реализуется на Суторминском месторождении (ЯНАО), которое отличается высокой выработанностью и обводненностью. Партнером здесь выступает китайская компания CNPC — мировой лидер по применению технологии ПАВ-полимерного заводнения. Недавно здесь начались лабораторные испытания подобранных для теста веществ — двух полимеров и трех ПАВ.
Конструктор для месторождений
Проект: Внедрение сооружений блочного строительства
Направление: капитальное строительство
Многие новые проекты «Газпром нефть» реализует сегодня в Заполярье и Восточной Сибири. Здесь почти нет дорог, доставка любых грузов чрезвычайно затруднена, а суровые климатические условия создают дополнительные сложности при создании инфраструктуры промысла. Один из способов повысить эффективность, увеличить скорость и качество строительства, упростить проектирование — использование блочно-модульного метода обустройства. Суть подхода состоит в том, что объект целиком или его крупные части, укрупненные монтажные узлы и заготовки инженерных коммуникаций изготавливаются в заводских условиях и доставляются на месторождение как практически готовые объекты. Остается лишь установить их на площадке и подключить к трубопроводам и кабелям.
Среди преимуществ блочно-модульных решений — сокращение сроков проектирования и строительства, а также снижение их стоимости, уменьшение площади обустройства, минимизация ручных, сварочных, мокрых работ, что особенно важно в условиях Крайнего Севера, минимизация числа подрядных организаций. Такие объекты выигрывают в качестве и безопасности, ведь в заводских условиях их проще проверить и при необходимости легче устранить недостатки. Кроме того, блочно-модульное строительство открывает широкие возможности для унификации и типизации, что упрощает проектирование. Готовые модули при необходимости легче перенести на новую площадку для повторного использования.
В планах компании создание программного комплекса по подбору оптимального блочно-модульного оборудования и его компоновки на основе классификаторов оборудования, 3D-моделей и конструкторской документации. Также планируется изучить возможности использования суперблоков (блоков значительной массы и габаритов, превосходящих возможности погрузки и транспортировки традиционными видами транспорта), которые активно применялись в советское время для обустройства нефтегазовых месторождений, но почти не используются сегодня.
По расчетам специалистов максимально эффективное применение блочно-модульного строительства позволит снизить сроки строительно-монтажных работ до 30%, а их стоимость — на 6%, стоимость проектно-изыскательских работ — на 11%, стоимость покупки и эксплуатационные расходы на оборудование — на 4–5%.
Перспективный палеозой
Проект: Поиск потенциально перспективных объектов в отложениях доюрского комплекса
Направление: разработка нетрадиционных запасов
Традиционно нефть в Западной Сибири добывают из терригенных коллекторов, связанных с меловыми и юрскими отложениями. Однако значительные ресурсы углеводородов заключены и в более глубоких палеозойских отложениях (их также называют фундаментом, или доюрским комплексом). В России известно несколько десятков нефтяных и газовых скоплений нефти и газа в палеозойских отложениях, практически все эти месторождения находятся в Западной Сибири. Фундамент мог бы стать важным промысловым объектом, особенно на территориях с развитой инфраструктурой. Однако вопрос о том, как их эффективно находить и извлекать, пока остается открытым.
Породы фундамента, в отличие от расположенного выше осадочного чехла, со временем претерпели сильные изменения. Пласты обычно изогнуты, изломаны, собраны в складки и пересечены многочисленными жилами. Нефть доюрского комплекса считается трудноизвлекаемой. При этом она является еще и трудной для поиска.
Пока у нефтяников нет сложившегося понимания геологического строения доюрского комплекса и критериев, позволяющих с большой степенью уверенности прогнозировать перспективы разработки. Отсутствуют подтвержденные технологии поиска и разведки потенциально продуктивных интервалов. Накопленной информации по этим объектам также очень мало: сейсморазведочные работы обычно не ориентируются на такие глубины (это требует иной расстановки источников волн и их приемников), отсутствуют и опорные скважины, по которым можно было бы интерпретировать сейсмические данные и строить разрезы.
Среди западносибирских активов «Газпром нефти» есть несколько месторождений, обладающих доказанными перспективными запасами нефти в пластах, относящихся к палеозою. Уже несколько лет успешная разработка залежей в породах доюрского комплекса идет на месторождениях компании в Томской области — Арчинском и Урманском. Именно в этом регионе «Газпром нефть» реализует проект, нацеленный на разработку комплексной методики оценки ресурсного потенциала и прогноза продуктивных интервалов в отложениях доюрского комплекса. Залежи палеозойской нефти разнообразны, специалисты «Газпром нефти» выделяют как минимум четыре типа. Для каждого из видов залежей необходимо найти свои поисковые признаки.
Сегодня проект реализуется на базе совместного предприятия «Газпром нефти» и Mubadala Petroleum «Газпромнефть-Восток» и является частью сделки между компаниями. Интерес международного инвестора к проекту говорит о значимости поставленных в нем задач.
Результаты бурения, проведенных испытаний и гидроразрыва пласта подтверждают перспективы палеозоя. Создать комплексную технологию прогноза нефтеносности отложений доюрского комплекса планируется к 2022 году. В 2023-м будут проводиться ее тестирование на поисковых участках и оценка эффективности. В 2024–2025 годах планируется приступить к тиражированию нового подхода в новых поисковых зонах.
Урожайные технологии
Проект: Разработка комплекса технологий, направленных на создание отечественного гелеобразующего агента на основе гуаровой камеди для гидроразрыва пласта
Направление: импортозамещение
Гуаровая камедь — продукт переработки бобового растения гуар (Cyamopsis tetragonoloba), отличный природный стабилизатор, загуститель и эмульгатор, без которого сложно представить современную пищевую промышленность. Основной поставщик этого вещества — Индия, на нее приходится около 80% всего мирового рынка. В России нет своего гуара, и это беспокоит нефтяников. Дело в том, что гуаровая камедь нашла применение не только в пищевой, но и в нефтегазовой отрасли — при создании жидкостей для гидроразрыва пласта (ГРП). В них она также играет роль загустителя — придает жидкости необходимую вязкость. Заменить ее практически нечем: химические аналоги стоят гораздо дороже. Между тем ГРП сегодня проводится на значительной части новых скважин, которые строятся на активах «Газпром нефти», и потребность в гуаровой камеди будет только возрастать.
Чтобы снизить зависимость от импортного гуара, в «Газпром нефти» был запущен партнерский технологический проект. Он направлен на создание комплекса новых технологий, которые позволят выращивать на территории России эту культуру, эффективно собирать и перерабатывать ее, получая вещество с нужными для производства гелей ГРП характеристиками и по конкурентоспособной на российском рынке цене.
Климат даже в южных регионах России существенно отличается от индийского, и это не позволяет просто посадить семена и ждать урожая: требуется серьезная работа по подбору наиболее подходящих сортов. Есть свои трудности, связанные и с эффективной организацией сбора этого растения, который в Индии ведется вручную. В России для этого предполагается использовать новые механизмы и инструменты, роботизированную уборочную технику, работающую от автономных источников энергии (солнечных батарей). Наконец, потребуется создать технологию и организовать производство конечного продукта. По всем этим направлениям «Газпром нефть» уже ведет работу с партнерскими организациями. Ожидается, что опытная партия гуаровой камеди для испытаний на активах компании будет получена осенью 2020 года.
Нефть и косметика
Проект: Разработка новых российских биохимических компонентов бурового раствора для строительства скважин (ксантановая камедь)
Направление: импортозамещение
Еще одно вещество, востребованное как в нефтегазовой, так и в пищевой, косметической, фармацевтической отраслях, — ксантановая камедь. Этот природный полисахарид, так же как и гуаровая камедь, используется в качестве загустителя, гелеобразователя и стабилизатора. Для нефтяной промышленности это не менее, а возможно, и более важный ингредиент, так как он входит в состав всех современных буровых растворов. Основные производители ксантановой камеди находятся в Китае, и российская нефтегазовая отрасль на 100% зависима от импорта этого полимера.
Технологический проект «Газпром нефти» направлен на разработку технологии и организацию производства ксантановой камеди в России. Это не только позволит снизить зависимость от импорта и связанные с этим риски, но и на 20–30% уменьшить себестоимость продукта: совместно с партнерами «Газпром нефть» разработала новую технологию его выработки, которую планирует внедрить при создании производства.
Сейчас идут лабораторные испытания опытных образцов ксантановой камеди, полученной на основе инновационной технологии. Следующий этап — испытание опытной партии, проектирование и строительство завода. В качестве партнеров компании здесь выступают представители косметической и фармацевтической индустрии, которые не менее нефтяников заинтересованы в создании российского производства столь важного сырья.
Заинтересовала статья? Или вам интересны другие темы? Оставляйте свои комментарии — нам важно знать ваше мнение.
Ранее мы писали о том, как цифровые технологии используют для бурения скважин и где в нефтянке применяют беспилотники .