Новые технологии

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

ГРП состоит из трех принципиальных операций:

1. создание в коллекторе искусственных трещин (или расширение естественных);

2. закачка по НКТ в ПЗС жидкости с наполнителем трещин;

3. продавка жидкости с наполнителем в трещины для их закрепления.

При этих операциях используют три категории жидкостей :

• жидкость разрыва,
• жидкость-песконоситель
• продавочную жидкость.

Рабочие агенты должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Не должны уменьшать проницаемость ПЗС. При этом, в зависимости от категории скважины (добывающая; нагнетательная; добывающая, переводимая под нагнетание воды), используются различные по своей природе рабочие жидкости.

2. Контакт рабочих жидкостей с горной породой ПЗС или с пластовыми флюидами не должен вызывать никаких отрицательных физико-химических реакций, за исключением случаев применения специальных рабочих агентов с контролируемым и направленным действием.

3. Не должны содержать значительного количества посторонних механических примесей (т.е. их содержание регламентируется для каждого рабочего агента).

4. При использовании специальных рабочих агентов, например, нефтекислотной эмульсии, продукты химических реакций должны быть полностью растворимыми в продукции пласта и не снижать проницаемости ПЗС.

5. Вязкость используемых рабочих жидкостей должна быть стабильной и иметь низкую температуру застывания в зимнее время (в противном случае процесс ГРП должен проводиться с использованием подогрева).

6. Должны быть легкодоступными, недефицитными и недорогостоящими.

Технология проведения ГРП :

• Подготовка скважины - исследование на приток или приемистость, что позволяет получить данные для оценки давления разрыва, объема жидкости разрыва и других характеристик.
• Промывка скважины - скважина промывается промывочной жидкостью с добавкой в нее определенных химических реагентов. При необходимости осуществляют декомпрессионную обработку, торпедирование или кислотное воздействие. При этом рекомендуется использовать насосно-компрессорные трубы диаметром 3-4" (трубы меньшего диаметра нежелательны, т.к. велики потери на трение).
• Закачка жидкости разрыва – создается необходимое для разрыва горной породы давление для образования новых и раскрытия существовавших в ПЗС трещин. В зависимости от свойств ПЗС и других параметров используют либо фильтрующиеся, либо слабофильтрующиеся жидкости.

Жидкости разрыва :

в добывающих скважинах

Дегазированную нефть;

Загущенную нефть, нефтемазутную смесь;

Гидрофобную нефтекислотную эмульсию;

Гидрофобную водонефтяную эмульсию;

Кислотно-керосиновую эмульсию и др.;

в нагнетательных скважинах

Чистую воду;

Водные растворы соляной кислоты;

Загущенную воду (крахмалом, полиакриламидом - ПАА, сульфит-спиртовой бардой - ССБ, карбоксиметилцеллюлозой - КМЦ);

Загущенную соляную кислоту (смесь концентрированной соляной кислоты с ССБ) и др.

При выборе жидкости разрыва необходимо учитывать и предотвращать набухаемость глин, вводя в нее химические реагенты, стабилизирующие глинистые частицы при смачивании (гидрофобизация глин).

Как уже отмечалось, давление разрыва не является постоянной величиной и зависит от ряда факторов.

Повышение забойного давления и достижение величины давления разрыва возможно при опережении скоростью закачки скорости поглощения жидкости пластом. У низкопроницаемых пород давление разрыва может быть достигнуто при использовании в качестве жидкости разрыва жидкостей невысокой вязкости при ограниченной скорости их закачки. Если породы достаточно хорошо проницаемы, то при использовании маловязких жидкостей закачки требуется большая скорость закачки; при ограниченной скорости закачки необходимо использовать жидкости разрыва повышенной вязкости. Если ПЗС представлена коллектором высокой проницаемости, то следует применять большие скорости закачки и высоковязкие жидкости. При этом должна учитываться и толщина продуктивного горизонта (пропластка), определяющая приемистость скважины.

Важным технологическим вопросом является определение момента образования трещины и его признаки. Момент образования трещины в монолитном коллекторе характеризуется изломом на зависимости «объемный расход жидкости закачки - давление закачки» и значительным снижением давления закачки. Раскрытие уже существовавших в ПЗС трещин характеризуется плавным изменением зависимости «расход - давление», но снижения давления закачки не отмечается. В обоих случаях признаком раскрытия трещин является увеличение коэффициента приемистости скважины.

• Закачка жидкости-песконосителя. Песок или любой другой материал, закачиваемой в трещину, служит наполнителем трещины, являясь, каркасом внутри нее и предотвращает смыкание трещины после снятия (снижения) давления. Жидкость-песконоситель выполняет транспортную функцию. Основными требованиями к жидкости-песконосителю являются высокая пескоудерживающая способность и низкая фильтруемость.

Указанные требования диктуются условиями эффективного заполнения трещин наполнителем и исключением возможного оседания наполнителя в отдельных элементах транспортной системы (устье, НКТ, забой), а также преждевременной потерей наполнителем подвижности в самой трещине. Низкая фильтруемость предотвращает фильтрацию жидкости-песконосителя в стенки трещины, сохраняя постоянную концентрацию наполнителя в трещине и предотвращая закупорку трещины наполнителем в ее начале. В противном случае концентрация наполнителя в начале трещины возрастает за счет фильтрации жидкости-песконосителя в стенки трещины, и перенос наполнителя в трещине становится невозможным.

В качестве жидкостей-песконосителей в добывающих скважинах используются вязкие жидкости или нефти, желательно со структурными свойствами; нефтемазутные смеси; гидрофобные водонефтяные эмульсии; загущенная соляная кислота и др. В нагнетательных скважинах в качестве жидкостей-песконосителей используются растворы ССБ; загущенная соляная кислота; гидрофильные нефтеводяные эмульсии; крахмально-щелочные растворы; нейтрализованный черный контакт и др.

Для снижения потерь на трение при движении этих жидкостей с наполнителем по НКТ используют специальные добавки (депрессоры) - растворы на мыльной основе; высокомолекулярные полимеры и т.п.

• Закачка продавочной жидкости – продавка жидкости-песконосителя до забоя и задавка ее в трещины. С целью предотвращения образования пробок из наполнителя, должно соблюдаться следующее условие:

где - скорость движения жидкости-песконосителя в колонне НКТ, м/с;

Вязкость жидкости-песконосителя, мПа с.

Как правило, в качестве продавочных используются жидкости с минимальной вязкостью. В добывающих скважинах часто используют собственную дегазированную нефть (при необходимости ее разбавляют керосином или соляркой); в нагнетательных скважинах используется вода, как правило, подтоварная.

В качестве наполнителя трещин могут использоваться:

Кварцевый отсортированный песок с диаметром песчинок 0,5 +1,2 мм, который имеет плотность около 2600 кг/м3. Так как плотность песка существенно больше плотности жидкости-песконосителя, то песок может оседать, что предопределяет высокие скорости закачки;

Стеклянные шарики;

Зерна агломерированного боксита;

Полимерные шарики;

Специальный наполнитель - проппант.

Основные требования к наполнителю:

Высокая прочность на сдавливание (смятие);

Геометрически правильная шарообразная форма.

Совершенно очевидно, что наполнитель должен быть инертным по отношению к продукции пласта и длительное время не изменять своих свойств. Практически установлено, что концентрация наполнителя изменяется от 200 до 300 кг на 1 м3 жидкости-песконосителя.

• После закачки наполнителя в трещины скважина оставляется под давлением . Время выстойки должно быть достаточным, чтобы система (ПЗС) перешла из неустойчивого в устойчивое состояние, при котором наполнитель будет прочно зафиксирован в трещине. В противном случае в процессе вызова притока, освоения и эксплуатации скважины наполнитель выносится из трещин в скважину. Если при этом скважина эксплуатируется насосным способом, вынос наполнителя приводит к выходу из строя погружной установки, не говоря об образовании на забое пробок из наполнителя. Вышесказанное является чрезвычайно важным технологическим фактором, пренебрежение которым резко снижает эффективность ГРП вплоть до отрицательного результата.
• Вызов притока , освоение скважины и ее гидродинамическое исследование. Проведение гидродинамического исследования является обязательным элементом технологии, т.к. его результаты служат критерием технологической эффективности процесса.

Принципиальная схема оборудования скважины для проведения ГРП представлена на рис. 5.5 . При проведении ГРП колонна НКТ должна быть запакерована и заякорена.

Важными вопросами при проведении ГРП являются вопросы определения местоположения, пространственной ориентации и размеров трещин. Такие определения должны быть обязательными при производстве ГРП в новых регионах, т.к. позволяют разработать наилучшую технологию процесса. Перечисленные задачи решаются на основе метода наблюдения за изменением интенсивности гамма-излучения из трещины, в которую закачана порция наполнителя, активированная радиоактивным изотопом, например, кобальта, циркония, железа. Сущность данного метода заключается в добавлении к чистому наполнителю определенной порции активированного наполнителя и в проведении гамма-каротажа сразу после образования трещин и закачки в трещины порции активированного наполнителя; сравнивая эти результаты гамма-каротажа, судят о количестве, местоположении, пространственной ориентации и размерах образовавшихся трещин. Указанные исследования выполняются специализированными промыслово-геофизическими организациями.

Рис. 5.5. Принципиальная схема оборудования скважины для проведения ГРП:

1 - продуктивный пласт; 2 - трещина; 3 - хвостовик; 4 - пакер; 5 -якорь; 6 - обсадная колонна; 7 - колонна НКТ; 8 - устьевое оборудование; 9 - жидкость разрыва; 10 - жидкость-песконоситель; 11 - жидкость продавки; 12 - манометр.

Проблемы применения ГРП. ЖОПА там, где рядом с продуктивным пластом находятся пласты, содержащие воду. Это могут быть водоносные пласты, если подошвенная вода. Кроме того, рядом с обработанным пластом могут быть пласты, которые заводнены.

Образующиеся при ГРП вертикальные трещины в подобных случаях создают гидродинамическую связь скважины с водоносной зоной. В большинстве случаев водоносная зона имеет большую проницаемость по сравнению с продуктивным пластом, где проводят ГРП. Именно поэтому ГРП может приводить к полному обводнению скважин. На старых месторождениях многие скважины находятся в аварийном состоянии. Проведение ГРП в подобных условиях приводят к разрыву эксплутационной колонны. Теоретически в подобных скважинах для защиты колонны используют пакер, но из-за вмятин на колонне и коррозии именно в подобных скважинах пакер свою роль не выполняет. Кроме того из-за ГРП может разрушаться цементный камень.

При ГРП трещины создаются в пропластках с различной проницаемостью, но очень часто разорвать высокопроницаемый пропласток легче чем низкопроницаемый. В пропластке с большей проницаемостью трещина может быть более протяженной. При таком варианте после ГРП дебит скважины по нефти увеличивается, но увеличивается обводненность, если скважина была обводнена. Именно поэтому, до и после ГРП необходимо проводить анализ добываемой воды, чтобы узнать откуда в скважине появилась вода.

При ГРП, как и при любых методах интенсификации всегда встает вопрос о компенсации больших отборов закачкой.

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.

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.

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.

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.

Россия ожидает усиления санкционного давления. Великобритания и США активно ищут новые поводы для дискриминации российского бизнеса. Однако результаты последней волны санкционной политики, начавшейся в 2014 году, далеко не однозначны. Даже независимые исследования показывают, что российский топливно-энергетический комплекс не сильно пострадал от ограничений, более того, именно они подтолкнули развитие промышленности в России. По мнению отраслевых экспертов, возможное усиление антироссийских санкций также не станет критичным для ТЭК России, но только в том случае, если правительство и энергокомпании вовремя мобилизуют силы для создания отечественной машиностроительной отрасли, выпускающей оборудование для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти (ТРИЗ).

Россия должна научиться добывать ТРИЗ

Накануне Энергетический центр бизнес-школы СКОЛКОВО представил результаты своего исследования «Перспективы российской нефтедобычи: жизнь под санкциями », где было проанализировано влияние санкций, введенных в США и ЕС, на российский нефтяной сектор, в частности на ввод в России новых традиционных месторождений, развитие шельфовых проектов, добычу баженовской нефти. Авторы исследования также сделали сценарный прогноз российской нефтедобычи до 2030 года.

В документе отмечается, что на горизонте до 2020 года, несмотря на все ограничения, у России есть потенциал для дальнейшего увеличения объемов производства за счет уже подготовленных месторождений. Этот краткосрочный потенциал роста, однако, может быть ограничен договоренностями с ОПЕК. В среднесрочном периоде до 2025 года, даже в случае жесткого ограничения доступа к технологиям и низкой цене на нефть, объемы добычи пострадают не катастрофически. При этом главной причиной спада добычи в этот период может стать не столько отсутствие доступа к западным технологиям для реализации новых проектов, сколько отсутствие технологических возможностей по интенсификации добычи на действующих месторождениях.

Данное исследование показало, что наиболее критическая технология для поддержания объемов российской нефтедобычи – это ГРП (гидроразрыв пласта), поскольку она способна обеспечить поддержание добычи на действующих месторождениях.

Применение МГРП (многостадийного гидравлического разрыва пласта) обещает рост добычи на перспективных нетрадиционных месторождениях.

Авторы исследования подчеркивают, что в сложившихся условиях именно разработка собственных технологий ГРП и МГРП, выпуск флотов ГРП и МГРП внутри страны и подготовка персонала должны стать технологическим приоритетом для компаний отрасли и регуляторов. Однако пока работа в этом направлении ведется явно недостаточными темпами. Как отметила в своем докладе эксперт Энергетического центра бизнес-школы СКОЛКОВО Екатерина Грушевенко, в период с 2015 по август 2017 года не было произведено ни одного флота ГРП. Роторно-управляемые системы, согласно данным сайта НТЦ ПАО «Газпром нефть», на конец 2016 года находились в стадии испытания. Эксперт подчеркнула, что уже сейчас две трети нефтяных запасов приходится на ТРИЗ.

До 2020 года сокращения добычи не ожидается

Директор Энергетического центра бизнес-школы СКОЛКОВО Татьяна Митрова в своем выступлении на презентации данного исследования отметила, что первые санкции в отношении России и российских энергетических компаний были введены в 2014 году, но никаких специальных исследований об их влиянии на нефтяную отрасль опубликовано не было.

«Мы не знали, какой результат мы получим. Первая гипотеза предполагала, что последствия будут очень тяжелыми», – рассказала Митрова. Однако результаты показали несколько иную картину влияния санкций.

«В настоящее время никаких серьезных последствий санкций в операционной деятельности компаний не ощущается. Действительно, добыча в последние годы росла, невзирая на низкие цены и санкции. Нефтяная отрасль рапортовала об успехах. Но позитивная текущая ситуация не должна вводить в заблуждение, анализ самого комплекса санкций говорит об их очень широкой трактовке, в этом и заключается основная угроза санкционного давления», – указала эксперт.

По ее словам, до 2020 года, согласно результатам моделирования, сокращения добычи не предвидится, поскольку основные проекты уже профинансированы.

«Начиная с 2020 года негативные тенденции будут проявляться все более заметно и могут привести к снижению добычи нефти в России на 5% к 2025 году и на 10% к 2030 году от текущих уровней добычи. Снижение добычи в таких размерах, конечно, не катастрофично для российской экономики, но тем не менее достаточно чувствительно», – заявила Митрова.

Она подчеркнула, что санкции – долгая история и для того чтобы российская нефтяная отрасль к ним адаптировалась, необходимы дополнительные усилия государства и компаний по разработке собственных технологий и производства необходимого оборудования.

«Есть огромная часть нефтедобычи, которая напрямую зависит от технологии ГРП. Именно наличие данного оборудования оказывает наибольшее влияние на объемы нефтедобычи в стране. Но разработка и внедрение производства данной технологии в большей степени задача российского правительства и промышленности», – пояснила директор Энергетического центра.

Требуется новая отрасль

Руководитель направления «Газ и Арктика» бизнес-школы СКОЛКОВО Роман Самсонов в своем выступлении отметил, что, по его личным наблюдениям, в России только на фоне санкций можно наблюдать прогресс в разработке и производстве собственного высокотехнологического оборудования.

«Ситуация с производством высокотехнологичного оборудования сложная, но ей можно научиться управлять. Фактически речь идет о создании целой многофункциональной подотрасли нефтегазомашиностроения», – отметил Самсонов.

По мнению участников исследования «Перспективы российской нефтедобычи: жизнь под санкциями», столь масштабная задача по созданию новой подотрасли тяжелого машиностроения в советские времена решалась только благодаря государственным директивам. В условиях современной рыночной экономики, в которой сейчас развивается РФ, механизмы для реализации этой задачи еще не отработаны.

Впрочем, это только в России. Если посмотреть на опыт западных стран, которые с успехом преодолевают все трудности для добычи ТРИЗ, становится ясно, что такой способ давно найден. Наиболее отчетливо это видно на примере сланцевой индустрии США, которая активно кредитовалась даже в период низких цен, что помогло ей выжить. Очевидно, что столь терпимое отношение банков к этому сектору нефтедобычи не могло обойтись без госучастия. Теперь же благодарные сланцевики помогают властям США сдерживать ОПЕК и других производителей нефти, активно влияя на мировой нефтегазовый рынок.

Екатерина Дейнего

Виды ГРП

В настоящее время в мировой нефтедобывающей практике используются три основных вида гидравлического разрыва пласта: обычный гидроразрыв пласта (ГРП), глубокопроникающий (ГГРП) и массированный (МГРП). Каждый из этих видов имеет свою область применения.

ГРП используется как средство увеличения проницаемости призабойной зоны пласта. Применяется, как правило, в отдельных скважинах с загрязненной призабойной зоной с целью восстановления их естественной продуктивности, характеризуется использованием незначительного количества закрепляющего материала (5-10 тонн).

ГГРП является одним из наиболее эффективных методов, позволяющих увеличить продуктивность скважин, дренирующих низкопроницаемый пласт (с проницаемостью менее 0,05мкм 2). Характеризуется этот процесс использованием больших количеств закрепляющего материала - 10-50тонн и жидкостей разрыва - 150-200м 3. В этом случае создаются трещины или система трещин значительной протяженности (50-100 и более метров), охватывающие не только призабойную зону, но и значительную часть пласта. В этом основное отличие ГГРП от обычного ГРП. Область применения ГГРП - низкопроницаемые залежи или отдельные её участки с целью, в частности, достигнуть рентабельности разработки таких месторождений. Технология ГГРП предназначается для воздействия на неистощенные (невыработанные) нефтяные залежи, где продуктивные пласты представлены терригенными (песчаными) коллекторами.

МГРП - массированный гидроразрыв пласта, который на практике применяется в низкопроницаемых коллекторах газовых месторождениях. Основной особенностью этого процесса является создание искусственных трещин очень большой протяженности. Для этих целей используются большие количества закрепляющего материала.

Новые технологии ГРП

Существенное расширение области применения гидравлического разрыва и рост числа операций в течение последнего десятилетия связаны с интенсивным развитием технологий проведения обработок. К новым эффективным методам следует отнести технологию осаждения проппанта на конце трещины или концевое экранирование трещины (TSO), которая позволяет целенаправленно увеличить ее ширину, остановив рост в длину, и тем самым существенно увеличить проводимость (произведение проницаемости и ширины). Для снижения риска попадания трещины в водо- или газоностные горизонты, а также для интенсификации выработки запасов низкопроницаемых слоев применяется технология селективного гидроразрыва. Постоянно создаются новые материалы для ГРП. С целью предотвращения выноса проппанта из трещины создана технология PropNET, предусматривающая закачку в пласт одновременно с проппантом специального гибкого стекловолокна, которое, заполняя промежутки между частицами проппанта, обеспечивает максимальную устойчивость проппантной пачки. Для снижения степени остаточного загрязнения трещины разработаны низко полимерные жидкости разрыва LowGuar и система добавок к деструктору CleanFLOW. Применяется незагрязняющая пласт жидкость ClearFrac, которая не требует деструктора.

Совершенствуется информационная база проведения ГРП. Основными источниками информации являются геологические, геофизические и петрофизические исследования, лабораторный анализ керна, промысловый эксперимент, состоящий в проведении микро- и минигидроразрывов перед основным ГРП. Таким образом определяется распределение напряжений в пласте, определяется эффективное давление разрыва и давление смыкания трещины, выбирается модель развития трещины, рассчитывается её геометрические размеры. Специальные приборы позволяют определить высоту и азимут трещины. С использованием специальных программ с учетом целей ГРП осуществляется «дизайн» трещины.

Применение новых технологий позволяет подобрать жидкость разрыва и проппант, максимально соответствующие конкретным условиям, и проконтролировать раскрытие и распространение трещины, транспорт проппанта во взвешенном состоянии вдоль всей трещины, успешное завершение операции. В последние годы разрабатывается технология комплексного подхода к проектированию ГРП как элемента системы разработки. Такой подход основан на учете многих факторов, в том числе проводимости и энергетического потенциала пласта, системы размещения добывающих и нагнетательных скважин, механики трещины, характеристик жидкости разрыва и проппанта, технологических и экономических ограничений.

За последние несколько десятилетий мировая газовая промышленность в развитых странах превратилась в одну из самых технологически продвинутых отраслей промышленности. Внедрение высоких технологий преобразила отрасль и ввела ее в число технологических лидеров мировой экономики.

Будучи одним из самых экологически чистых и распространенных видов ископаемого топлива в мире, природный газ все более широко используется для производства энергии. Это приводит к все более увеличивающемуся спросу на этот вид энергоносителя. При этом, как ожидается целым рядом экспертов, потребление голубого топлива будет возрастать и дальше. В частности, Международное энергетическое агентство (МЭА) предсказывает на ближайшие годы наступление «золотой эпохи» природного газа. Он будет все больше вытеснять другие энергоносители и его доля в мировой энергетики вырастет к 2035 году до 25 процентов и больше, по сравнению с сегодняшними 21 процентами.

Газовой отрасли необходимо идти в ногу с растущим спросом и производить большее количество природного газа, в том числе, путем качественного роста, то есть, с помощью внедрения технологических инноваций. Значительный потенциал для дальнейшего развития газовой отрасли несет в себе развитие добычи нетрадиционных источников природного газа. Так в последние несколько лет быстрыми темпами развивается разработка сланцевого газа в США. В свою очередь для России актуальным являются технологии по извлечению метана из угольных пластов. В частности, в российском «Газпроме» данное направление называют одним из основных направлений стратегии расширения ресурсной базы газового концерна. Особое место для расширения ресурсной базы для отечественных и зарубежных нефтегазовых компаний занимает реализация проектов по добыче природного газа на морском шельфе, в том числе, в Арктике.

В этом разделе рассказывается о некоторых инновациях, которые преобразили газовую отрасль. Прежде всего, выделяются технологии в сфере разведки и добычи. Кроме того, рассказывается о тех нововведениях, которые позволили расширить потенциал использования природного газа как топлива и позволили ему претендовать на роль наиболее перспективного энергоносителя XXI века.

Новые технологии в сегменте разведки и добычи

Технологические инновации в секторе разведки и добычи сумели открыть для отрасли новые возможности для увеличения объемов добычи природного газа и удовлетворения растущего спроса на него. Немаловажно, что данные технологии при этом сумели сделать разведку и добычу природного газа более эффективной, безопасной и экологически чистой. Некоторые из технологических новшеств в данной области кратко рассмотрены ниже:

o 3 D и 4D сейсмическая разведка – развитие сейсморазведки, позволяющих получать и анализировать данные о плотности горных пород в трех измерениях, сильно изменило характер добычи природного газа. 3D сейсморазведка позволяет сочетать традиционные сейсмические методы визуализации с возможностями мощных компьютеров, в результате чего создаются трехмерные модели подземных слоев. 4D сейсморазведка дополняет их и позволяет наблюдать изменения характеристик с течением времени. Благодаря 3D и 4D стало легче выявлять перспективные месторождения, повысить эффективность их разработки, сократить число сухих скважин, снизить затраты на бурение, а также сократить время исследования. Все это ведет к экономической и экологической выгоде.

o CO 2 – Песок – ГРП (гидравлический разрыв пласта). Метод ГРП использовался еще с 1970 года, что позволило повысить выход расход природного газа и нефти из подземных образований. Технология CO2 - песок – ГРП заключается в использовании смеси песка проппантов и жидкого СО2, ведущих к образованию и расширению трещин, через которые нефть и природный газ может течь более свободно. CO2 затем испаряется, оставляя в образовании только песок при отсутствии иных остатков от ГРП процесса, который должны быть удалены. Данная технология позволяет увеличить извлечение природного газа и при этом не наносит ущерба окружающей среде, поскольку не создает отходов под землей, а также защищает ресурсы подземных вод.

o Колтюбинг (coiled tubing) - одно из самых динамично развивающихся в мире направлений в производстве газонефтепромыслового оборудования. Колтюбинговый способ эксплуатации скважин основан на использовании безмуфтовых гибких труб при бурении и эксплуатации скважин. Колтюбинговые технологии включает в себя металлургическую составляющую – производство специальных металлических гибких труб, конструкторскую – проектирование наземного и внутрискважинного оборудования и приборное обеспечение программы обработки информации. Колтюбинговые технологии значительно снижают стоимость бурения, а также вероятность аварийных ситуаций и нефтяных разливов, уменьшают количество отходов, сокращают время выполнения работ в 3-4 раза по сравнению с традиционными методами. Колтюбинг может использоваться в сочетании со сложными буровыми работами для повышения эффективности бурения, достижения более высоких показателей извлечения углеводородов и оказания меньшего воздействия на окружающую среду.

o Телеметрические системы. В зарубежной литературе подобные системы носят название MWD (measurement while drilling – измерения в процессе бурения) – системы, разработанные для измерения параметров бурения и передачи информации на поверхность. Информация, получаемая и обрабатываемая с помощью современных технологий телеметрии, позволяет рабочим на промысле производить мониторинг процесса бурения, что сокращает вероятность ошибок и аварий. Кроме того, использование телеметрических систем могут оказаться полезными и для геологов, предоставляя информацию о свойствах разбуриваемой породы.

o Slimhole бурение. Данная технология может значительно повысить эффективность буровых работ, а также снизить воздействие на окружающую среду. Является экономически выгодным методом при бурении разведочных скважин в новых районах, глубоких скважин на существующих месторождениях, а также для извлечения природного газа из неистощенных месторождений.

o Глубоководное бурения (deep-water drilling). Технологии бурения при большой глубине воды сделали большой рывок вперед за последние годы. В настоящее время они позволяют заниматься безопасным и эффективным разработкой месторождений в водах более 3 км. В настоящее время основными направлениями дальнейшего развития данных технологий является улучшение морских буровых установок, разработка устройств динамического позиционирования, создание сложных систем навигации.

o Гидроразрыв пласта (fracking) – способ, который позволяет разрабатывать месторождения углеводородов, в том числе, сланцевого газа. Он заключается в том, что в газоносный пласт горной породы под большим давлением закачивают специальную смесь воды, песка и химических реактивов. В газоносном слое под давлением образуются трещины, через которые углеводороды просачиваются к скважине. Сейчас ГРП широко используется при разработке месторождений нефти и газа. Однако в последнее время не утихают опасения относительно рисков, связанных с добычей этим методом. Вышеупомянутая технология чревата загрязнением водных ресурсов; к тому же существует потенциальный риск взаимосвязи использования метода ГРП и сейсмической активности.

Перечисленные технологические достижения предоставляют только часть сложных технологий, которые внедрены в практику в сфере разведки и добычи природного газа и при этом постоянно совершенствуются. Данные технологии позволили газовой отрасли добиваться более высоких экономических результатов и позволяют заниматься разработкой месторождений, ранее считавшихся нерентабельными.

В свою очередь, существуют технологии, которые открывают путь к более широкому использованию потенциала природного газа как энергоносителя. Это, прежде всего, использование сжиженного природного газа, который совершил революцию в газовой промышленности. Кроме того, большие перспективы открывает использование топливных элементов.

o Сжиженый природный газ. Одним из наиболее перспективных направлений развития газовой отрасли выступает разработка новых технологий и оборудования для производства, хранения, транспортирования и использования и создание оборудования для сжижения природного газа. СПГ – обычный природный газ, искусственно сжиженный, путем охлаждения до −160°C. При этом его объем уменьшается в 600 раз. СПГ считается одним из наиболее перспективных и экологически безопасных энергоносителей, имеющий целый ряд преимуществ. Прежде всего, его легче транспортировать и хранить, чем обычный природный газ. Так в своей жидкой форме СПГ не имеет способность взрываться или воспламеняться. Особенно важным преимуществом СПГ с точки зрения обеспечения энергетической безопасности является то, что его можно доставлять в любую точку мира, в том числе, где отсутствуют магистральные газопроводы. Поэтому для многих стран значение СПГ все больше возрастает. В частности, в Японии практически 100% потребностей газа покрывается импортом СПГ.

o Топливные элементы. В настоящее время продолжаются научные исследования в области создания экономически привлекательных технологий использования топливных элементов на основе природного газа. Они способны совершить качественный прорыв в использовании голубого топлива, кардинально расширив области применения природного газа. Как ожидается, разработки по производству электроэнергии из топливных элементов в скором времени создадут удобный, безопасный и экологически чистый источник энергии для транспорта, промышленности и бытовой сферы. Топливные элементы напоминают аккумуляторные батареи. Они работают, передавая поток топлива (как правило, водород) и окислителя на электроды, разделенные электролитом. Исключение при этом промежуточной стадии горении позволяет повысить эффективность процесса выработки энергии. Так КПД топливных элементов намного выше, чем у традиционной генерации с использованием ископаемого топлива. Немаловажно, что использование топливных элементов позволяет резко сократить количество вредных выбросов. К примеру, у некоторых видов топливных элементов продуктами реакции является лишь вода и тепло. Из других достоинств топливных элементов следует назвать их надежность и возможность создавать на их основе компактные источники энергии, способные работать в автономном режиме.

Развитие инноваций в газовой отрасли в России

Уровень развития инноваций в российской газовой отрасли находится в неудовлетворительном состоянии. Практически на всех ключевых направлениях иностранцы технологически превосходят отечественные компании. В частности, они гораздо лучше умеют работать на шельфе, повсеместно применяют ультрасовременные методы увеличения нефтеотдачи пластов, передовые технологии бурения.

Российские же компании довольно неохотно вкладывают свои средства в собственные технологические разработки, которые не гарантируют коммерческой выгоды и требуют многолетних инвестиций в опытное производство. В свою очередь, исследовательские институты, работающие при нефтегазовых компаниях или выполняющие разработки по их заказу, часто попросту не готовы решать долгосрочные задачи, которые требуют больших вложений и сопровождаются высоким риском.

Поэтому отечественный газовый комплекс по большей части инвестирует только в приобретение высокотехнологичного оборудования. В результате на сегодня газовая отрасль стала весьма зависима от трансферта инноваций из-за рубежа. Это, в частности, происходит путем привлечения западных подрядчиков в совместные проекты для проведения бурения на территории России. Кроме того, отечественные компании активно заимствуют тот инженерный банк, которым располагают лидеры газового бизнеса, и приспосабливают их прогрессивные технологии к собственным объектам недр.

Сегодня вложения газового комплекса в новые технологии и инновационные разработки можно разделить на четыре направления.

Направление
Геология, поиск и разведка месторождений	Создание методов, технических средств и технологий, обеспечивающих качественный рост результативности геологоразведочных работ и эффективное строительство поисково-разведочных скважин
	Разработка новых и совершенствование существующих методов оценки ресурсов и запасов углеводородного сырья
Разработка месторождений	Создание технологий и технических средств для эффективной добычи природного газа, жидких углеводородов и высокомолекулярного сырья
	Создание новых схем и методов разработки месторождений с помощью наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных «интеллектуальных» скважин с большими отклонениями от вертикали
	Разработка методов, технических средств и технологий освоения трудноизвлекаемых и нетрадиционных ресурсов газа в низконапорных коллекторах, газогидратных залежах и метана угольных бассейнов
	Создание новых экономически эффективных технологий добычи и использования «низконапорного» газа
Транспорт и подземное хранение газа	Создание технологий и технических средств для строительства, реконструкции и эксплуатации трубопроводных систем с оптимальными параметрами транспорта газа и устойчивостью к воздействию естественных факторов и технологических нагрузок
	Разработка и внедрение новых импортозамещающих технологий и материалов, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик труб и газотранспортного оборудования
	Развитие технологий и совершенствование оборудования для обеспечения надежного функционирования ЕСГ, включая методы и средства диагностики и ремонта
	Создание современных методов и средств диспетчерского управления ГТС ЕСГ
	Развитие технологий и технических средств магистрального транспорта жидких углеводородов и сжиженных углеводородных газов
	Разработка технологий и технических средств разведки, сооружения и эксплуатации подземных хранилищ газа и жидких углеводородов в пористых средах, в многолетнемерзлых породах и отложениях каменной соли
Переработка углеводородов	Разработка энергосберегающих технологий глубокой переработки углеводородного сырья, технических решений по созданию новых и совершенствованию существующих газоперерабатывающих и газохимических производств
	Разработка техники и технологий, направленных на повышение эффективности переработки серосодержащих газов, получение высоколиквидной продукции на базе газовой серы
	Разработка и внедрение новых технологий производства синтетических жидких топлив из природного газа
	Разработка технологий производства новых эффективных реагентов (селективные абсорбенты, многофункциональные адсорбенты, катализаторы) для использования при переработке углеводородного сырья в товарную продукцию
Экология	Разработка и внедрение методов и технологий сооружения промысловых объектов, обеспечивающих сохранение природных ландшафтов
	Разработка методов снижения техногенного воздействия предприятий отрасли
	Создание системы геодинамического мониторинга за разработкой месторождений
	Разработка и внедрение технологий и оборудования, обеспечивающих снижение выбросов парниковых газов