31.01.2017

Импортозамещение: интеграция методов увеличения нефтеотдачи и суперкомпьютерных информационных технологий

Согласно действующему Проекту энергетической стратегии России на период до 2035 года важнейшим направлением стабилизации добычи нефти и воспроизводства сырьевой базы нефтедобычи в стране определен ввод в промышленную разработку нетрадиционных запасов баженовской свиты (БС).

За последние три десятилетия осуществлялось избирательное извлечение нефти из БС, распространенной в Западной Сибири на площади более 1 млн км2, традиционным способом с использованием естественной упругой энергии. При этом величина извлекаемых запасов не превышала 3–5 %. Не решает проблему и активно продвигаемая американская технология применения горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пласта. Данная технология использует только естественную энергию и характеризуется такой же низкой нефтеотдачей. Отсутствие эффективных способов разработки отложений БС привело к тому, что ее гигантские запасы в основном отнесены к категории забалансовых. Поэтому очевидна необходимость развития научных и промысловых работ по преодолению данной негативной проблемы. При этом требуется учет нетривиального характера БС, основные особенности которой сводятся к следующему:

• нефтематеринские породы БС с толщиной 10–44 м залегают на глубине 2,5–3 тыс. м с повышенной начальной пластовой температурой от 80 °С до 140 °С;

• процессы преобразования содержащегося в БС органического вещества – керогена в нефть еще не завершены, поэтому углеводороды в ее породах находятся в виде легкой нефти в пустотном пространстве, а также в виде «синтетической» нефти, которая может образовываться при тепловом воздействии на кероген.

Основной составной частью пород БС являются глинисто-кремнистые литотипы, характеризующиеся высоким содержанием керогена (до 45 %), а также значительной величиной пустотности (до 16 %) с высокой начальной нефтенасыщенностью (до 80–85 %). В то же время эти литотипы характеризуются очень низкой проницаемостью и в начальных пластовых условиях являются практически недренируемыми.

Другая составная часть пород представлена литотипами с высоким содержанием карбонатов (до 60 %). Они характеризуются сравнительно низкой пустотностью (до 8 %), но высокой проницаемостью. Именно эти литотипы в начальных пластовых условиях являются дренируемыми и потокоотдающими.

В месторождениях БС дренируемые и недренируемые зоны могут характеризоваться разной степенью чередования как по площади распространения БС, так и по вертикали.

В предшествующий десятилетний период компания «РИТЭК» совместно с рядом научных организаций выполнила значительный объем научных и промысловых исследований, в результате которых был обоснован новый отечественный термогазовый способ разработки БС. Метод позволяет эффективно извлекать нефть, не только находящуюся в пласте, но и дополнительную – синтетическую, образующуюся за счет пиролиза и крекинга твердого органического вещества – керогена. Реализация метода предусматривает поддержание пластового давления путем закачки кислородосодержащей смеси, в частности воздуха и воздуха, обогащенного кислородом, а также их смесей с водой.

К настоящему времени завершен первый этап промысловых испытаний нового способа разработки на Средне-Назымском месторождении БС. В результате промысловых работ подтвержден научно обоснованный высокий положительный потенциал комплексного теплового, газового, химического и гидродинамического воздействия на породы БС.

При термогазовом способе разработки происходит интеграция теплового, газового, химического воздействия на продуктивные пласты, в которых будут происходить сложные экзотермические окислительные процессы, фазовые переходы, химические реакции и термодинамические процессы, связанные с формированием эффективного смешивающегося агента, изменениями состояния породы и ее фильтрационно-емкостных свойств.

С целью управления, контроля и регулирования процессов разработки месторождений с трудноизвлекаемыми и нетрадиционными запасами с применением сложных интегрированных методов увеличения нефтеотдачи при проведении термогидродинамического моделирования сложных физико-химических процессов, протекающих в нефтяном пласте на микро- и макроуровнях, необходимо использование суперкомпьютеров.

Следует создать программно-аппаратный комплекс, включающий в себя постоянно действующую гео­лого-термогидродинамическую модель месторождения, непрерывно обновляемую за счет постоянного поступления новой информации о пласте, скважинах и происходящих в них процессах.

Суперкомпьютерные технологии, включающие в себя суперкомпьютеры и новые программные продукты, позволяющие вести моделирование процессов многофазной многокомпонентной неизотермической фильтрации в пластах сложной структуры, являются кардинальным способом повышения оперативности и детальности моделирования в сотни раз.

Планируемое создание программного вычислительного комплекса для суперкомпьютеров с массовым параллелизмом (десятки тысяч процессорных ядер) позволит создать основы цифрового месторождения, важнейшим составляющим которого является цифровое управление процессом разработки нефтяного месторождения.

Отработку технологий вовлечения в разработку трудноизвлекаемых запасов нефти с помощью суперкомпьютерных технологий целесо­образно проводить на выбранном полигоне (участке месторождения).

Руководством ПАО «ЛУКОЙЛ» и АО «РИТЭК» принято решение о формировании крупного опытного участка для реализации потенциала нового метода и его развития. Согласно предварительным оценкам ожидается извлечение нефти в объеме, превосходящем не менее чем на порядок больше применяемых технологий.

В предлагаемом проекте опытный участок следует использовать в качестве научно-образовательного полигона, на котором будет отрабатываться не только новый способ разработки, но и суперкомпьютерные информационные технологии, включающие отечественные суперкомпьютеры и программу для моделирования нового способа разработки – термогидросимулятор. Такой программный продукт позволяет не только качественно проектировать технологию применения нового способа разработки, но и постоянно осуществлять контроль и управление его реализацией, максимально возможно повышать эффективность технологических результатов.

Для выполнения проекта согласовано участие известных научных, академических, образовательных и оборонных организаций: АО «РИТЭК», ФГУ «ФНЦ НИИСИ РАН», РФЯЦ-ВНИИЭФ, АО «ВНИИнефть», ФГУП «ВНИИГНИ» (МиМГО), РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, МГУ имени М.В. Ломоносова (физический и геологический факультеты), Сургутский государственный университет, Научно-аналитический центр рационального недропользования имени В.И. Шпильмана, Западно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии и геофизики.

Включение в программу импортозамещающих технологий проекта «Развитие отечественного импортозамещающего термогазового способа разработки с нетрадиционными запасами нефти на основе интеграции методов увеличения нефтеотдачи и суперкомпьютерных технологий» позволит решить как ряд задач, необходимых для развития как неф­тяной отрасли в целом, так и для отечественного информационно-тех­но­логического обеспечения управления разработкой нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми и нетрадиционными запасами современными методами увеличения нефтеотдачи.

Созданный в результате выполнения проекта новый способ разработки и суперкомпьютерные технологии будут иметь спрос не только в нашей стране, но и за рубежом.

В случае успешной реализации этого проекта Россия может стать лидером в рациональной разработке нетрадиционных ресурсов.

В.Б. Бетелин, А.А. Боксерман,
В.И. Грайфер