Россия приступает к самым богатым залежам сланцевой нефти в мире

Президент России Владимир Путин подписал указ о присуждении государственных премий — награды вручены 12 июня. В области науки и технологий лауреатом стал генеральный директор "Сургутнефтегаза" Владимир Богданов и его заместители Юрий Батурин и Анатолий Нуряев — за создание рациональных систем разработки нефтяных, нефтегазовых и газонефтяных месторождений Западной Сибири. Одно из самых перспективных направлений компании — разработка залежей Баженовской свиты.

Баженовская свита в России и за рубежом — широко известный объект. В докладе комитета по энергетике США, опубликованном в июне 2013 года и касающемся всех сланцевых формаций мира, Россия была признана лидером по запасам сланцевой нефти и, конечно, основные запасы — это именно Баженовская свита. Сегодня, пожалуй, это один из самых обсуждаемых объектов российской нефтяной науки: исследователи спорят буквально обо всем, от геологии до целесообразности разработки Баженовской свиты.

Принципиальное строение разреза Баженовской свиты

Нефтяные сланцевые формации — широко распространенные в мире тонкослоистые карбонатно-глинисто-кремнистые отложения, обогащенные органическим веществом. В традиционные коллекторы нефть и газ попадают из нефтематеринских пород, где рождаются из органического вещества, путем миграции — перемещения молекул углеводородов из толщи в породы с порами значительного размера; эти поры (коллекторы) ограничены сверху и снизу флюидоупорами (покрышками) — породами с крайне низкой проницаемостью.

Нефтяные же сланцы — низкопроницаемые нефтематеринские породы, которые могут "рождать" нефть. Эти формации тоже содержат нефть или газ, трансформировавшиеся за миллионы лет из твердого органического вещества в жидкую и газообразную фазу, но располагаются они в мельчайшем поровом пространстве пород и удерживаются там сорбционными свойствами минералов и оставшегося в твердом состоянии органического вещества (керогена), благодаря чему углеводороды крайне тяжело извлечь из породы. Такие нефть и газ относят к трудноизвекаемым, или нетрадиционным: добыть их можно только с помощью особых технологий.

Распределение дебита нефти при опробовании поисково-разведочными скважинами Баженовской свиты на территории деятельности ОАО "Сургутнефтегаз"

История открытия и изучения Баженовской свиты

В 1970-х годах поисковое бурение скважин на нефть в Западной Сибири привело к открытию нового нефтеносного объекта — Баженовской свиты. В нескольких скважинах в районе месторождения Большой Салым получили большие фонтанные притоки нефти (до 2,5 тыс. тонн нефти в сутки). Было пробурено и испытано (испытания — проверка возможности извлечения нефти из скважины) большое количество скважин на Баженовскую свиту, отбирался керн — исследовались породы и их свойства.

Оказалось, Баженовская свита очень сложный объект: зачастую рядом со скважиной, давшей промышленный приток нефти, располагались сухие. Нередко высокий дебит нефти быстро снижался по мере падения пластового давления. Было проведено множество исследований — гидродинамических прослушиваний, чтобы установить гидродинамическую связь (протяженность коллектора) между соседними скважинами. Во многих случаях такой связи не обнаружилось. Все это наводило на мысль, что в Баженовской свите коллектор располагается хаотично, прогнозировать его развитие крайне сложно (если вообще возможно), а еще коллектор имеет небольшую площадь, то есть даже при попадании скважины в коллектор нефть в нем быстро заканчивается, и необходимо бурить новую.

Безусловно, огромные запасы нефти в традиционных коллекторах, которые было понятно, как искать и разрабатывать, погасили интерес к Баженовской свите, основная разработка залежей нефти была сконцентрирована в других пластах Западной Сибири.

Справедливости ради стоит отметить, что компания ОАО "Сургутнефтегаз" много лет продолжала поиск, разведку и разработку залежей Баженовской свиты на своих месторождениях, используя естественный режим истощения залежей (см. график). Именно эта компания добыла нефти больше всех прочих из Баженовской свиты. Но в абсолютном измерении это небольшая величина, далеко не соответствующая перспективам залежей.

Многолетняя разработка Баженовской свиты на Салымском месторождении все-таки показала, что некоторые скважины работают десятки лет, а снижение добычи в начальные этапы разработки позже может смениться восстановлением и стабилизацией дебита. В некоторых скважинах совокупная добыча превышает сотни тысяч тонн.

Традиционные запасы нефти в Западной Сибири постепенно истощаются: сначала были разбурены все наиболее простые с точки зрения их обнаружения структурные ловушки, затем и более сложные (см. рисунок): структурно-литологические, литологические, тектонически экранированные и другие. Прирост запасов нефти за счет поисковых и разведочных работ, а вместе с ними и добыча нефти в Западной Сибири начали снижаться. Это заставило нефтяные компании вернуться к более сложным породам, включая и Баженовскую свиту. Безусловно, этот интерес был изрядно подогрет сланцевой революцией в США.

Новый этап исследований Баженовской свиты

Новый этап исследований Баженовской свиты начался в 2006 году, когда дочерняя компания ООО ЛУКОЙЛ, ОАО "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (РИТЭК), приобрела лицензионные участки Средне-Назымский и Галяновский для целенаправленной разработки Баженовской свиты принципиально новым способом — при помощи термогазового воздействия на нее. Кроме бурения новых скважин, изучения керна и тестирования технологий интерпретации сейсморазведки с целью повышения эффективности прогноза развития коллекторов в Баженовской свите, РИТЭК приняла решение построить нефтепровод для сбора и транспортировки нефти. Теперь на этих месторождениях скважины работают в трубу, то есть нефть сразу транспортируется в пункты сбора, что обеспечивает постоянную добычу нефти из Баженовской свиты, а также гарантирует качественный учет всей добытой нефти и получение реальных добычных характеристик разрезов Баженовской свиты.

Новый этап исследований Баженовской свиты характеризуется прежде всего технологичностью: отбор изолированного керна, его исследования на мощном и разнообразном современном оборудовании, значительные инвестиции в проекты разработки Баженовской свиты крупнейшими нефтяными компаниями России, интеграция знаний в научных консорциумах.

Все это привело к новому пониманию геологии Баженовской свиты.

Геологическая характеристика Баженовской свиты

Баженовская свита толщиной 15-50 м накапливалась примерно 145 млн лет назад в течение 8-11 млн лет циклично: чередовались продолжительные периоды фоновой морской седиментации — крайне медленного накопления карбонатно-глинисто-кремнистых частиц, обогащенных органическим веществом,— и чуть более динамичные и короткие периоды формирования радиоляриевых илов, сложенных скелетными остатками зоопланктона — радиолярий, практически лишенных глинистой примеси. Таким образом, в Баженовской свите, как в слоеном пироге, чередуются (см. рисунок) тонкослоистые породы (толщиной 3-10 м) и более плотные карбонатные или кремнистые породы (толщиной 0,5-3 м), которые много миллионов лет назад были радиоляриевыми илами.

Стало очевидно, что Баженовская свита не везде одинакова, у нее разные характеристики в Западной Сибири, сильно зависящие от степени преобразованности органического вещества. Месторождение Большой Салым оказалось расположенным в уникальных геологических условиях наиболее высокой степени катагенетической зрелости органического вещества (градация катагенеза МК3-4), в связи с чем нефтенасыщенное поровое пространство в этих породах формируется внутри самого органического вещества — керогена. Поэтому практически весь разрез — нефтенасыщенный.

Другие типы разреза обладают средней степенью катагенетической зрелости органического вещества (градация катагенеза МК1-2), поровое пространство в керогене здесь мало и не формирует значительного связанного объема, соответственно, и породы, содержащие большое количество керогена, обычно не обладают способностью отдавать нефть в скважины. Коллекторами в таких разрезах являются вторичные известняки, доломиты, реже силициты — породы из преобразованных радиоляритовых илов.

Еще одна важная характеристика Баженовской свиты — это породы, которые ее подстилают и перекрывают. К западу от центральной части Ханты-Мансийского автономного округа Баженовская свита подстилается глинистой Абалакской свитой — отличным флюидоупором, а к востоку — глинисто-карбонатной Георгиевской и Васюганской свитами, у которых свойства флюидоупора значительно хуже, исходя из чего возможности эмиграции (ухода) нефти из Баженовской свиты на востоке лучше. Поэтому западная часть Баженовской свиты считается более перспективной для добычи.

По периферии Западной Сибири разрезы Баженовской свиты становятся в значительной степени глинистыми, что резко снижает ее потенциал. Сегодня эти области считаются неперспективным с точки зрения добычи нефти.

Разработка залежей нефти Баженовской свиты

Наличие залежей нефти в Баженовской свите доказано на 90 площадках Западной Сибири, но разработка ведется на единичных участках. В основном — попутно и в режиме естественного истощения ("Сургутнефтегаз" на Сургутском своде, всего более 1000 скважин, "Роснефть" на группе месторождений Большой Салым, "Газпром нефть" на Пальяновской площади, Красноленинский свод). На месторождениях ЛУКОЙЛа в районе Сургутского и Нижневартовского сводов Баженовская свита опробуется, но пока не разрабатывается. РИТЭК ведет целенаправленную разработку Баженовской свиты во Фроловской мегавпадине на двух упомянутых выше месторождениях, общий фонд скважин — около 40, во всех скважинах проведены работы по увеличению притока нефти — путем гидроразрыва пласта (ГРП) или соляно-кислотной обработки призабойной зоны (СКО). Результаты впечатляют: сотни тысяч тонн! А на Средне-Назымском месторождении несколько лет развивается технология увеличения нефтеотдачи за счет термогазового воздействия. По мнению авторов технологии, коэффициент извлечения нефти может увеличиться с 3 до 40%.

Таким образом, состояние разработки Баженовской свиты таково: накопленная добыча составляет чуть более 10 млн т нефти, но постоянная разработка с качественным учетом данных ведется на единичных месторождениях. Все нефтяники признают, что добыча нефти из Баженовской свиты в режиме естественного истощения малоэффективна — возможно, поэтому крупные компании работают над новыми технологиями: термогазовой или термохимической. Следовательно, масштабная разработка Баженовской свиты, судя по приложенным усилиям и запланированному финансированию, должна начаться в ближайшие десятилетия.

Словарь терминов

Баженовская свита — это позднеюрские — раннемеловые нефтематеринские карбонатно-глинисто-кремнистые отложения, аномально обогащенные органическим веществом, имеют широкое распространение в пределах Западной Сибири.

Нефть — маслянистая жидкость темно-коричневого (иногда почти черного) цвета, представляющая собой сложную смесь главным образом углеводородных соединений с примесью высокомолекулярных органических кислородных, сернистых и азотистых соединений.

Формации — естественно выделяющиеся литологически однородные крупные геологические тела, обособленные в пространстве от смежных тел, образовавшиеся в определенных палеотектонических и палеогеографических условиях.

Ловушка — часть природного резервуара, в которой благодаря структурному порогу, стратиграфическому экранированию, литологическому ограничению или другим барьерам возможно образование скоплений нефти и газа.

Флюидоупоры (покрышки) нефтяных и газовых залежей — это плохо проницаемые породы, перекрывающие породы-коллекторы со скоплениями нефти и газа. Ни в одной ловушке невозможно сохранение скоплений нефти и газа, если она не перекрыта непроницаемыми породами.

Под залежью нефти и газа понимают локальное промышленное скопление нефти и газа в проницаемых коллекторах ловушек какого-либо типа, представляющее собой единую гидродинамическую систему.

Миграция — различные виды перемещения и передвижения нефти и газа в толще горных пород.

Запасами нефти, газа называется их количество, содержащееся в породах-коллекторах в пределах изучаемой части геологического пространства.

Сорбционные свойства характеризуют способность пород удерживать (сорбировать) и отдавать (десорбировать) газы и мельчайшие частицы жидких и твердых тел.

Кероген — твердая, нерастворимая в органических растворителях часть органического вещества.

Коллекторы — горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при определенном перепаде давлений.

Традиционные коллекторы — коллекторы, сложенные песчаными и карбонатными породами.

Поры — пространства между отдельными зернами, слагающими горную породу.

Гидродинамическая связь — сообщаемость порового пространства пород, внутри которого жидкости могут перемещаться.

Эксплуатация скважин — процесс подъема с забоя скважины на дневную поверхность заданного количества жидкости (нефти). Способы эксплуатации скважины:

£ фонтанный способ (или разработка на естественном режиме) — для подъема жидкости на поверхность достаточно только пластовой энергии;

£ газлифтный способ — пластовой энергии для подъема жидкости уже недостаточно, и в скважину вводят энергию с поверхности в виде энергии сжатого газа при компрессорной эксплуатации;

£ механизированные способы — механическая энергия, передается потоку поднимающейся из скважины жидкости через различного рода глубинные насосы. Способ применяется, когда пластовой энергии для подъема жидкости недостаточно, а газлифтная эксплуатация нерентабельна.

Катагенез (катагенетическая зрелость органического вещества) — совокупность процессов (температура, давление, физико-химические реакции, глубина залегания и др.) преобразования осадочных горных пород и содержащегося в них органического вещества после их возникновения из осадков за геологическое время.

Гидроразрыв пласта (ГРП) — один из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин. Заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины. Технология осуществления ГРП включает в себя закачку в скважину с помощью мощных насосных станций жидкости разрыва (гель, в некоторых случаях вода либо кислота при кислотных ГРП) при давлениях выше давления разрыва нефтеносного пласта. Для поддержания трещины в открытом состоянии используется расклинивающий агент — проппант (обработанный кварцевый песок). После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает.

Соляно-кислотная обработка — один из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин, применяется в скважинах, разрабатывающих карбонатные трещинно-поровые пласты.