Нетрадиционная нефть: «трудный ребенок» земных пластов

Специалисты разделяют нефть на «традиционную» и «трудноизвлекаемую». Традиционные месторождения нефти выявляются в тех случаях, когда рядом с нефтеносным геологическим пластом есть так называемый коллектор. Это горная порода с хорошей нефтепроницаемостью, через которую нефтяная смесь может двигаться — как жидкость сквозь пористую губку. Как правило, сверху коллектор запирается «пробкой», породой с большей плотностью и меньшей проницаемостью. Чтобы добраться до нефти, эту пробку необходимо пробить. Метод добычи черного золота путем бурения вертикальных скважин в коллекторах известен еще с позапрошлого столетия.

Однако разведанные традиционные запасы нефти, которые человек десятилетиями добывал дедовским способом, подходят к концу. Податливых коллекторов, готовых без сопротивления отдать свои сокровища, становится все меньше. А спрос на жидкие углеводороды растет по всему миру — как на развитом Западе, так и в уже догоняющих США и Европу стремительно растущих экономиках Азии. Альтернативой, на фоне истощения существующих месторождений, и перспективным источником нефти становятся так называемые трудноизвлекаемые и нетрадиционные запасы. Они обладают огромным потенциалом, но их добыча затруднена сложными геологическими условиями, требующими применения совершенно новых подходов в области разведки и добычи.Разработка таких месторождений осложняется не только суровыми климатическими условиями, но также неравномерностью пород, глубиной бурения, маленькой толщиной пласта и — порой —отсутствием технологий для рентабельного их освоения. «Трудная» нефть прячется в древних и пока практически не потревоженных пластах баженовской свиты, доманиковых отложениях и запасах доюрского комплекса. Проще говоря, речь идет о «сокровищнице», ключей к которой человек так и не смог подобрать. И доступ к этой нефти возможен только за счет создания технологий, превосходящих используемые сегодня решения.

Большая часть «трудной нефти» таится в сланцах — нефтематеринской геологической породе, «колыбели» углеводородов. При этом на пути к ней глубоко под землей нефтяникам нередко встречаются и породы, обладающие очень высокой плотностью — попробуй пробури! Основные запасы сланцевой нефти залегают на глубине около 3 километров. Самыми большими залежами этого во всех отношениях трудного ресурса обладают Россия (по разным оценкам — от 30 до 60% мировых запасов), США, КНР, Аргентина и Ливия. Обычное вертикальное бурение в таких месторождениях малорентабельно, так как сланец обладает малой нефтепроницаемостью — крайне неохотно отдает нефть скважине из-за высокой плотности породы. Языком аналогий, традиционное месторождение — это бытовая поролоновая «губка», которую можно «выжать» в тазик без больших усилий, а сланец — это кусок пропитанной нефтью твердой и пористой «пемзы» или даже крепкого камня. Вроде и понятно, что нефть внутри, но как ее оттуда извлечь — серьезный вопрос и настоящий вызов для целой отрасли.

В России на сегодняшний день известны следующие крупные сланцевые формации: доманиковая свита Волго-Урала, хадумская и баталпашинская свиты майкопской серии Предкавказья, куанамская свита северо-восточной части Сибирской платформы, а также самая богатая из разведанных и самая большая в мире — баженовская свита Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Она расположена на большей части территорий Ямало-Ненецкого и Ханты-Мансийского автономных округов.

Площадь баженовской свиты составляет около 1 200 000 квадратных километров, толщина нефтеносных пород — от 10 до 100 метров. По самым оптимистичным оценкам геологов, ее ресурсный потенциал может составлять до 60 миллиардов тонн нефти. Это в 4–7 раз больше оценки потенциала формации Баккен в США, ставшей родиной сланцевой революции! Свита залегает на глубине двух-трех километров и была образована морскими отложениями на рубеже юрского и мелового периода (около 145 миллионов лет назад). Важный момент: доисторическая нефть, по оценкам экспертов, отличается отменным качеством: ее легко перерабатывать, но сложно добывать. Пока сложно.

Свиту активно изучали с 1960-х годов. Ее первооткрывателем можно назвать Фабиана Григорьевича Гурари, который в 1952–1954 годах был главным геологом Омской нефтеразведочной экспедиции, а в 1955–1957 годах возглавлял Обь-Иртышскую экспедицию. Однако открытие промышленно значимых нефтеносносных свойств баженовской свиты случилось позже — в апреле 1968 года на Салымском месторождении во время углубления разведочной скважины 12-Р в юрские отложения.Особых результатов геологи не ждали. Но при забое на глубине 2840 метров из скважины мощным фонтаном ударила нефть. Все последующие десятилетия проводились осторожные исследования открывшегося сибирского Клондайка. Однако наладить здесь промышленную добычу нефти в то время было невозможно — технологии еще не доросли. А в непростые 90-е годы прошлого века интерес к баженовской свите и вовсе утих. Как и ко многим другим суперпроектам огромной страны.

Нефтяное сообщество России вернулось к обсуждению возможности промышленного освоения баженовской свиты лишь к середине 2000-х. В 2007 году стартовала масштабная научная работа по теме: «Проведение фундаментальных исследований, разработка технологических решений и оборудования для добычи трудноизвлекаемого и нетрадиционного углеводородного сырья», исполнителями которой стали ведущие вузы и научные организации России. Этот труд — библия баженовской свиты. Он является наиболее скрупулезным исследованием по данной тематике первой декады XXI века.

Вплоть до 2013 года активным изучением баженовской свиты занимались лишь единичные российские компании. Ситуация изменилась коренным образом, когда на фоне сланцевой революции в США (внедрения новых технологий добычи «трудной» нефти в начале 2000-х) интерес к баженовской свите вспыхнул вновь. Возникло сразу несколько альянсов между крупными отечественными и западными предприятиями. Но после введения западных санкций они все были приостановлены или аннулированы. США наложили прямой запрет на экспорт технологий для разработки баженовской свиты. По сегодняшний день подбором ключей к этому огромному месторождению активно занимается компания «Газпром нефть».

При разработке таких сложных объектов, как баженовская свита, традиционные решения с вертикальными скважинами уже не работают. Ключевой технологией освоения Бажена является строительство высокотехнологичных скважин со сложным дизайном и горизонтальными ответвлениями от основного ствола, а также многостадийный гидроразрыв пласта. Сегодня средняя глубина скважины в России составляет около 2,5 километра — почти как пять Останкинских телебашен! Но даже на такой умопомрачительной глубине далеко не на всех месторождениях еще остался приток нефти к забою (дну). Гидроразрыв пласта позволяет открыть путь нефти к скважине. При помощи мощных насосов в нее закачивают жидкость для гидроразрыва.

Жидкость под огромным давлением начинает закачиваться в породу, и пласт дает трещины. Через них в забой устремляется нефть. Чтобы «вытолкнуть» углеводороды на поверхность, также используют воду, которая обладает большей плотностью, чем нефть. Простыми словами, метод гидроразрыва пласта позволяет скважине пустить корни-трещины в окружающий ее нефтеносный пласт и еще долго получать из него черное золото. Чтобы трещины со временем не закрылись, в них дополнительно закачивают проппант — сыпучий гранулообразный материал, например, обработанный кварцевый песок. Он служит для закрепления (предупреждения смыкания под действием горного давления) трещин, создаваемых в ходе гидроразрыва пласта.

Существует множество разновидностей данной технологии, позволяющих получать трещины различной конфигурации. Российские нефтяные компании работают над методами, которые позволили бы применять ГРП в максимально эффективном режиме. К примеру, «Газпром нефть» проводит моделирование геометрии трещин с помощью специально созданного программного обеспечения и цифровых моделей — это позволяет заранее определить, в какую сторону и как сильно треснет скважина. Состояние уже готовых трещин держат под постоянным наблюдением с помощью инструментальных сейсмических методов. Труд по-настоящему хирургический — компании приходится вести бурение на участках с минимальной проницаемостью пластов в 0,1 миллидарси (дарси — единица проницаемости пористых сред, приближенно равная 1 квадратному микрометру).

Сегодня для повышения эффективности, точности решений и сроков реализации проектов нефтяные компании используют весь арсенал цифровых технологий — от BigData и искусственного интеллекта до блокчейн и создания цифровых двойников месторождений, заводов и скважин. И практически все эти решения «Газпром нефть» применяет при разработке баженовской свиты – на этапе геологоразведочных работ и исследования пласта до строительства высокотехнологичных скважин и проектирования инфраструктуры актива.

Для повышения эффективности «Газпром нефть» реализует свыше 500 цифровых проектов и инициатив. Уже сегодня благодаря применению когнитивных технологий на ранних этапах освоения актива удается оптимизировать 70–80% рутинных операций геологов, а цифровые продукты позволяют кратно ускорить анализ данных керна, исследований скважин, данных сейсморазведки.

Искусственный интеллект используется при поиске нефтенасыщенных интервалов на месторождениях, экспертные системы подсказывают оптимальные траектории размещения километровых горизонтальных скважин в 2–3-метровых пластах, а также позволяют просчитывать тысячи сценариев комплексных проектов развития активов, выбирая наиболее эффективный. «Газпром нефтью» в течение трех лет будет реализована цифровая программа развития, позволяющая на 40% и более оптимизировать период подготовки крупных проектов и минимизировать сроки работ до получения первой нефти с месторождений. Эксперты отмечают, что именно современные технологии помогут отрасли сделать тот самый прорыв в освоении Бажена, который был невозможен все предыдущие десятилетия.

В прошлом году проекту «Газпром нефти» по разработке технологий освоения баженовской свиты Минэнерго России присвоило статус национального. В этом году на территории ХМАО — Югры «Газпром нефтью» создано дочернее общество «Технологический центр "Бажен", на базе которого объединяются ресурсы научного, отраслевого и бизнес-сообщества, а также государства для создания технологий рентабельной добычи нетрадиционных запасов углеводородов баженовской свиты.Попытки найти пути к баженовским сокровищам уже неоднократно предпринимались разными компаниями по отдельности, и все они оказались безрезультатны. Новый подход предполагает решение стратегической для всей отрасли задачи — совместно. И к созданному "Газпром нефтью" "Технологическому центру "Бажен" уже присоединились свыше 20 различных организаций из России и других стран: это нефтяные компании, научно-исследовательские и сервисные организации, производители промышленного оборудования. Именно они вместе и будут ковать тот самый технологический прорыв, который позволит России в будущем оставаться одним из крупнейших игроков на международном нефтяном рынке.

В течение последних пяти лет «Газпром нефть» системно реализует масштабную программу геологического изучения и отработки технологий добычи нефти баженовской свиты: изучается керн, проводятся большие научные исследования, проведен ряд опытно-промысловых испытаний внутрискважинного оборудования, адаптирована технология многостадийного гидроразрыва пласта. В 2018 году пробурено уже более 10 высокотехнологичных горизонтальных скважин, подтвердивших эффективность гидроразрыва для баженовской свиты и, как следствие, ее потенциальную продуктивность. По предварительным прогнозам, к 2025 году объем добычи нефти из баженовский свиты может достичь 10 миллионов тонн в год, 25% из которых будет приходиться на долю «Газпром нефти».

Первая полученная «трудная» нефть из баженовской свиты в России стоила примерно $95 за баррель, сейчас «Газпром нефти» уже удалось снизить ее себестоимость до $60 за баррель. К 2021 году компания планирует создать промышленную технологию разведки и добычи и достигнуть показателя себестоимости добычи $40 за баррель. По мнению специалистов, достижение этой планки позволит ввести запасы баженовских горизонтов в промышленную разработку и сделать ее максимально рентабельной. Коммерческую добычу баженовской нефти планируется начать уже в 2025 году, к этому моменту за счет развития сервисного рынка в России стоимость ее может снизиться до $30 за баррель.

Поиск новых запасов нефти — задача достаточно нетривиальная. Она не обязательно подразумевает расширение территорий. Американцы, столкнувшись с проблемой истощения запасов черного золота, начали «рыть вглубь» и добывать нефть из сланца. Крупнейшая сланцевая формация США — Баккеновское месторождение, занимающее площадь около полумиллиона километров и залегающее на глубинах от 2500 до 3500 метров. Его открыли еще в 1953 году, однако промышленная разработка Баккена стартовала лишь в начале 2000-х. Добыча нефти здесь производится с помощью двух методов: наклонно-горизонтального бурения и гидроразрыва пласта.Процесс освоения Баккена (и ряда других крупных месторождений) шел по нарастающей. К 2013-му американцы достигли показателей добычи 2,3 миллиона баррелей сланцевой нефти в сутки, к началу 2014-го нарастили его до 3,5 миллионов, что составило больше 4% от мировой добычи всех типов черного золота. К середине 2018 года США вышли на уровень добычи сланцевой нефти 6,2 миллиона баррелей в сутки (общая добыча — 11 миллионов баррелей в сутки). При этом, по оценкам The Wall Street Journal, совокупный убыток 50 компаний, занятых в процессе добыче на территории страны, превысил 2 миллиарда долларов только во втором квартале.

Одна из главных причин — закредитованность сланцевых нефтяников. По данным Федерального агентства энергетической информации США, только на обслуживание долгов компаний, занятых в индустрии, ежедневно уходит стоимость 1,5 миллиона баррелей, а это четверть всей добываемой сланцевой нефти. Помимо высоких затрат на обслуживание долгов, выйти в прибыль мешают постоянно растущие затраты на модернизацию буровых установок. И это притом, что по сравнению с российской американская сланцевая нефть не такая и «трудная».

Говоря о стоимости добычи нетрадиционной нефти, необходимо обозначить различие между российскими сланцами и американскими. В общем случае нефтематеринские пласты, как бы они ни назывались — баженовская свита или Баккен, — это плотные сланцевые породы, содержащие кероген (полимерный органический материал — одна из форм нетрадиционной нефти) и включения в виде трещин или карбонатов с «легкой» нефтью. Но в случае с Баккеном американцам повезло. Эта пачка пород сложена тремя пластами: верхний и нижний — из сланцев, а средний, который и является основным коллектором, преимущественно из песчаников и доломитов с приемлемой пористостью и хорошей проницаемостью. Помните аналогию с «пробкой» из вступительного пояснения про «традиционные» запасы нефти?

Рентабельность — главный камень преткновения, лежащий на пути к полномасштабному освоению нетрадиционных запасов нефти баженовской свиты. В России драйвером развития разработки технологий для этого выступает «Газпром нефть». И это касается не только Бажена, но и Доманика в пределах Тимано-Печорской и Волго-Уральской нефтегазоносных провинций. Общая площадь Доманика не столь обширна, как у Бажена, но достаточно высокое содержание в нем органических веществ (среднее — порядка 5%, максимальное — около 20%) позволяет рассматривать свиту в качестве дополнительного источника ресурсов. Тем более что залегает она в регионах с истощающейся добычей. Еще одна нефтематеринская свита — куонамская — расположена в Восточной Сибири. Но о ее освоении речь пока не идет — в этом регионе нефтяникам предстоит сначала заняться извлечением традиционной нефти. Поэтому куонамские сланцы можно отнести к запасам на далекое будущее. Кроме того, стоит упомянуть Палеозойские отложения в Западной Сибири, в частности, в Томской области, освоение которых также относится к числу проектов «Газпром нефти».

К 2027 году «Газпром нефть» намеревается пробурить на баженовской свите более 100 горизонтальных скважин с проведением многостадийного гидроразрыва пласта. Технологический задел, который страна может получить при освоении этих месторождений, способен серьезно продвинуть вперед не только нефтедобывающую отрасль. Это и новые рабочие места, и новые градообразующие предприятия, и новые знания о геологической истории планеты, и создание нового рынка технологий с оборотом в десятки миллиардов рублей. Предстоит еще много десятилетий тяжелого труда, но уже можно с уверенностью судить о том, что слухи о скором прекращении разработки месторождений черного золота, регулярно появляющиеся в СМИ, сильно преувеличены. Сегодня над трудноизвлекаемыми запасами этого ценного ресурса работает «Газпром нефть», но их полноценное освоение — задача всей отрасли. Нефти хватит еще на много поколений. Главная цель — уже в ближайшие годы создать необходимые условия для ее добычи.