Программа «Газпром нефти» против COVID-19

Подробнее
Эпоха ГРП — Журнал «Сибирская нефть» — №171 (май 2020)

Эпоха ГРП

«Газпром нефть» продолжает рассказывать о технологиях, сыгравших важную роль в становлении компании и претерпевших серьезные изменения за 25 лет ее существования. Очередная технология — гидравлический разрыв пласта

Текст:
Эпоха ГРП

Гидроразрыв пласта (ГРП) — технология, без которой трудно представить современную нефтяную отрасль. Ее развитие сделало возможной сланцевую революцию в США, а российские компании благодаря ГРП получили доступ к разработке месторождений и запасов, которые еще совсем недавно считались нерентабельными. «Газпром нефть» — признанный российский лидер в области применения технологий ГРП. За 25 лет истории компании технология проделала большой путь — от первых опытов до массового применения и сложнейших конфигураций

Первый прорыв

Гидроразрыв пласта изобрели и начали применять еще в конце 40-х — начале 50-х годов прошлого века сначала в США, затем и в СССР. Сам принцип с тех пор остается неизменным: в скважину под большим давлением нагнетается жидкость (в те годы на основе напалма или нефти, сегодня — гуаровой камеди), что приводит к разрыву породы, а в образовавшиеся трещины попадают закачанные вместе с жидкостью гранулы пропанта — специального расклинивающего агента, — которые не дают трещинам снова сомкнуться (раньше для этих целей использовали песок, сейчас — специальные керамические гранулы). Трещины улучшают приток жидкости в скважину, и дебит ее в результате увеличивается.

Впрочем, после открытия крупных месторождений нефти в Западной Сибири в отечественной нефтедобыче ГРП оказался невостребованным и надолго вышел из употребления. Интерес к технологии вернулся лишь в конце 1980-х годов, когда задачи интенсификации добычи вновь обрели актуальность.

«Ноябрьскнефтегаз», ставший впоследствии одним из основных добывающих активов «Газпром нефти», оказался в числе первых российских предприятий, начавших заново осваивать ГРП в 1990-х. Первые опыты проводились на Вынгапуровском и Карамовском месторождениях. На российский рынок технологию тогда принесли западные сервисные компании. Несмотря на высокую стоимость, она быстро доказала свою полезность и уже в 1995 году применялась в «Ноябрьскнефтегазе» достаточно широко.

Гидроразрывы проводились тогда на вертикальных и наклонно-направленных скважинах, объемы закачки были небольшими — от 5 до 20 тонн пропанта на скважину. Сегодня они кажутся крошечными, ведь рекорд для «Газпром нефти» — закачка в скважину 680 тонн пропанта за одну операцию ГРП. Однако эффективность технологии далеко не всегда определяется объемом закачки, отмечает начальник управления дизайнов ГРП Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Ильдар Файзуллин. В некоторых горно-геологических условиях несколько небольших операций ГРП способны дать лучший результат, чем одна большая.

Новый этап развития технологии в «Ноябрьскнефтегазе» начался в 2004–2005 годах, когда ГРП стали проводить на горизонтальных скважинах. Первые такие разрывы были произведены на Романовском и Сугмутском месторождениях. К этому времени инженеры компании уже обладали серьезными компетенциями в области гидроразрыва пласта, что позволяло гораздо эффективнее сотрудничать с сервисными компаниями, выбирать наиболее подходящие решения и снижать затраты. Постепенно опыт распространился и на другие дочерние компании «Газпром нефти».

Рост эффективности технологии в 2000-х годах был связан и с импортозамещением: на рынке появились российские пропанты, а также компоненты для жидкостей ГРП. И это позволило снизить стоимость операций. Однако качественный скачок в развитии технологии был связан с внедрением многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП).

Гидроразрыв пласта

Гидроразрыв пласта

Новая стадия

МГРП проводится на горизонтальных скважинах. Трещины создают в нескольких точках горизонтальной части ствола, проходящей через продуктивный пласт, что позволяет на порядок увеличить контакт скважины с пластом. Все вместе это значительно повышает приток нефти, позволяя добиться высоких дебитов даже на низкопроницаемых коллекторах.

В «Газпром нефти» первую горизонтальную скважину с многостадийным ГРП, состоявшем из четырех стадий разрывов, построили в 2011 году на Вынгапуровском месторождении. Инженерная подготовка операции была проведена в Научно-Техническом Центре компании. С тех пор количество операций МГРП на месторождениях «Газпром нефти» росло год от года (см. график). И если еще несколько лет назад горизонтальная скважина с МГРП казалась уникальным высокотехнологичным достижением, сегодня бурение таких скважин поставлено в «Газпром нефти» на поток.

Со временем росло и количество стадий ГРП на одну скважину. Рекорд компании был поставлен в 2016 году, когда на Южно-Приобском месторождении был проведен 30-стадийный гидроразрыв пласта. Однако, как и в случае с объемом пропанта, увеличение количества стадий ГРП — не самоцель. «Оптимальное количество трещин для горизонтального ствола зависит от геологических условий, в первую очередь от проницаемости пласта и условий разработки, — поясняет Ильдар Файзуллин. — Увеличение количества стадий ГРП не всегда оправдано. Например, при относительно более высокой проницаемости слишком частые трещины дадут высокий стартовый дебит, но не будут экономически оптимальным вариантом».

Именно горизонтальные скважины с МГРП стали ключевой технологией для добычи нефти на сланцевых формациях в США. А в «Газпром нефти» с ней связывают перспективы рентабельного освоения трудноизвлекаемых и нетрадиционных запасов, в первую очередь ачимовской свиты и бажена. Однако для каждого вида запасов необходимо разработать свой алгоритм применения технологии. Успех здесь зависит от множества нюансов. Так, например, в случае баженовской свиты более эффективно создание не традиционных планарных трещин (то есть плоских единичных трещин, рассекающих породу), а разветвленной сети тонких трещин, что позволяет охватить большее количество запасов нефти и дает им возможность мигрировать к скважине.

Высокотехнологичный рецепт

В совершенствовании технологии ГРП за последние 25 лет большую роль сыграло развитие жидкостей ГРП. Сегодня это сложные многокомпонентные составы, способные предсказуемо менять свои свойства с течением времени. В основе по-прежнему растительное сырье — та самая гуаровая камедь, которую как загуститель используют не только нефтяники, но и производители пищевых продуктов. Однако помимо нее есть множество реагентов. Например, важные функции выполняют сшиватели и брейкеры. Первые увеличивают вязкость геля, объединяя линейные волокна гуаровой камеди дополнительными поперечными связями. Такая вязкая жидкость лучше удерживает и переносит пропант. Современные сшиватели действуют с задержкой, что дополнительно облегчает закачку жидкости в скважину.

Задача брейкеров противоположная: разрушить поперечные связи в геле, чтобы он легче выходил из трещин, уступая место нефти. Они должны начать действовать еще позже, чтобы дать возможность вязкому гелю выполнить свою работу: занести пропант в трещину как можно дальше.

Химическая промышленность проделала большой путь и по модификации основы геля — растительного гуара. Однако сегодня предпринимаются попытки использовать и альтернативные вещества. Так, «Газпром нефть» на некоторых особо сложных объектах ведет опытные работы по применению синтетического полимера на основе полиакриламида, который по многим характеристикам превосходит стандартный гуаровый гель.

Важную роль в успешном применении технологии играют и компьютерные симуляторы ГРП, которые позволяют моделировать процессы образования трещин в породе и подбирать оптимальные параметры для проведения ГРП для каждой скважины. Ранее для моделирования ГРП было доступно лишь зарубежное программное обеспечение. Сегодня на рынке уже присутствуют российские разработки, подтвердившие свою работоспособность. Одна из них — симулятор «Кибер ГРП», разработанный «Газпром нефтью» и МФТИ в консорциуме с рядом российских вузов.

Разработка собственных технологий ГРП и МГРП, выпуск ГРП-флотов внутри страны, подготовка персонала — важные технологические приоритеты в условиях сегодняшних санкционных и финансовых ограничений. Еще одно перспективное направление развития, особенно в условиях низких цен на нефть, — технологии повторного МГРП, которые обеспечивают увеличение добычи без затрат на бурение новой скважины и последующее ее вскрытие, отмечает директор программ по развитию технологий гидроразрыва пласта «Газпром нефти» Руслан Кайбышев.

В «Газпром нефти» около 80% новых скважин вводятся с ГРП, поэтому неудивительно, что компетенции в этой области чрезвычайно востребованы. «В портфеле собственных учебных программ Научно-Технического Центра, созданных экспертами нашей компании, пять посвящены направлению ГРП, и эта область постоянно расширяется, — говорит начальник управления профессионального развития НТЦ Алия Гребнева. — Подготовку по ним прошло уже более 160 человек из всех регионов деятельности „Газпром нефти“». В планах образовательного центра — запуск «Академии инжиниринга ГРП», единой образовательной программы, ориентированной на выращивание специалистов экспертного уровня для дочерних обществ. «Таких специалистов сегодня не хватает, на рынке они дороги, а сопоставимых учебных программ просто не существует, — говорит Ильдар Файзуллин. — В этих условиях их развитие внутри компании с опорой на собственные ресурсы будет наиболее эффективным решением».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ