Технологии для бажена. "Сибирская нефть". №175 октябрь 2020

Девять российских технологий для разработки баженовской свиты
"Сибирская нефть" неоднократно рассказывала о том, что в основе технологии эффективной разработки бажена — горизонтальные скважины с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП). Однако это лишь самое общее описание подхода. В реальности он складывается из множества элементов, каждый из которых помогает повысить эффективность и приблизить желаемый результат. Важно и то, что все применяемые технологии и оборудование должны быть российскими, ведь использование передовых зарубежных разработок на бажене ограничено санкциями. Мы составили список важнейших технологий, благодаря которым добыча баженовской нефти становится реальностью
1 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, толщина которого 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, — 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.
2 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, — достаточно 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, позволяющую проводить практически неограниченное количество стадий ГРП и наиболее точно выбирать их расположение в стволе.
Суть технологии проста. В горизонтальном стволе скважины размещают обсадную трубу — хвостовик. В ее стенках при помощи специального перфоратора выполняют отверстия, затем производят ГРП, закачивая под давлением большие объемы жидкости, которая 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.
3 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 спуско-подъемных 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, что также 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) и растворимых пробок, материал которых позволяет выдержать давление в 600–700 атмосфер, но потом за короткое время растворяется практически без остатка под воздействием специальной жидкости.
4 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.
5 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, а над трубой хвостовика останется 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.
6 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 — разветвленную сеть трещин, которая обеспечит достаточный приток нефти к скважине.
Создать такой коллектор позволяет закачка больших объемов жидкости ГРП и проппанта с огромной по отраслевым меркам для технологии ГРП скоростью. Сегодня скорости закачки на бажене уже превышают 12 куб. м 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.
7 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.
8 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 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.
9 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 основе которой — 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, а также уникальный мультисенсорный сканер керна, определяющий акустические свойства горных пород, их магнитную восприимчивость и химический состав и обеспечивающий фотодокументацию керна в высоком разрешении.