Рассмотрены современные комплексы разномасштабных литологических, литолого-петрофизических и геохимических исследований пород баженовской свиты. Обоснованы иерархические уровни модели строения баженовской свиты: нано-и микроуровни, породно-слоевой и зональный. Приведен комплекс методов изучения пород баженовской свиты на этих уровнях. Дано описание новых методов исследования пород баженовской свиты, в частности, «микротекстурное» моделирование.

Рассмотрены вопросы оценки смачиваемости пород баженовской свиты. Эти породы определяли и как гидрофильные аргиллиты и как сильно гидрофобные. Причем предположения о гидрофобности часто выдвигались исключительно на основе суждения, что твердое органическое вещество, в больших количествах содержащееся в породах, слагающих баженовскую свиту, не может быть гидрофильным. Высокая сложность проведения общепринятых петрофизических исследований пород баженовской свиты обусловила необходимость поиска нетрадиционных решений. В статье на керновом материале пяти скважин лиофильность пород оценена методом адсорбции паров воды. По результатам исследований разрез оказался либо гидрофильным, либо нейтральным.

Проблема определения смачиваемости заключается в том, что коэффициент гидрофобизации определяется по сути как разность количества адсорбированной воды. Поэтому можно предположить, что при значительном присутствии керогена в составе органоминеральной матрицы метод адсорбции будет выдавать устойчивые значения коэффициента гидрофобизации вблизи нуля. Другими словами, количество адсорбированной воды на экстрагированной и неэкстрагированной поверхности не будет кардинально различаться, т.е. коэффициент гидрофобизации будет указывать на гидрофильность поверхности при, возможно, реальной гидрофобности. Для разрешения указанной проблемы на керновом материале двух скважин проведен комплекс исследований методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Исследованы образцы с различным флюидонасыщением: вода и керосин. С целью идентификации преимущественной смачиваемости по смещению спектра в область коротких времен релаксации выполнено наложение парциальных спектров. Для удобства сравнения рассчитан коэффициент смачиваемости, характеризующий положение спектров друг относительно друга, на основе среднелогарифмических времен. Получены распределения коэффициента смачиваемости для двух скважин одного месторождения. Для одной скважины получено соответствие с распределением коэффициента гидрофобизации (по адсорбции), для другой – нейтрально-фобная смачиваемость по всему разрезу. Сделан вывод о влиянии органического вещества на коэффициент гидрофобизации. Органическое вещество пород баженовской свиты находится как в твердом, так и в жидком состоянии. Количество свободного органического вещества увеличивается с повышением степени его зрелости, что, очевидно, и проявляется в разных скважинах даже в пределах одного месторождения.

При помощи новой технологии выполнено бесконтактное непрерывное профилирование главных значений тензора теплопроводности (вдоль и поперек напластования) и объемной теплоемкости в интервалах глубин баженовской свиты на керне. Керн отобран из восьми скважин, пробуренных на Красноленинском своде (Пальяновская площадь), Приобском поднятии (Южно-Приобская площадь), Нижневартовском своде (Орехово-Ермаковское и Южное месторождения) и Вынгаяхинском вале (Вынгаяхинское месторождение). Профилирование проведено в местах хранения керна на всех образцах из интервалов глубин баженовской свиты без предварительной механической обработки и разрушения керна с обеспечением его полной сохранности. Пространственная разрешающая способность профилирования теплопроводности составляла 1-2 мм, что обеспечило высокую детализацию строения маломощных геологических объектов, к которым относится баженовская свита. Общий объем изученной коллекции крена составил около 2400 образцов, что значительно превысило общий объем коллекций малопроницаемых коллекторов, изученных ранее. При помощи оригинальных методик обработки данные теплофизического каротажа на керне преобразованы в детальные профили общего содержания органического вещества, скоростей упругих волн, модуля Юнга, коэффициента Пуассона, естественной радиоактивности, плотности, степени акустической анизотропии (параметра Томсена). Полученные данные о широком комплексе свойств пород баженовской свиты важны для бассейнового моделирования, гидродинамического моделирования резервуаров при тепловом воздействии на пласт, оценки эффективности, проектирования и оптимизации методов добычи, изучения геологической структуры месторождений, оценке запасов и геомеханическом моделировании. Непрерывное высокоразрешающее профилирование теплопроводности может применяться при изучении неоднородности резервуаров. и оценке его геомеханических свойств.

Рассмотрена проблема количественной оценки углеводородов баженовской свиты. На основе комплексных исследований установлены особенности строения отложений баженовской свиты, проявляющиеся на различных масштабных уровнях. Отложения имеют сложный минеральный и литологический составы и структуру пустотного пространства, обладают вертикальной неоднородностью. На изучаемом объекте выделяются три зональных интервала по литологическим, геофизическим, петрофизическим и геохимическим данным. С точки зрения разработки с применением апробированных технологий наиболее важными являются тонкозернистые кремнистые и карбонатные прослои со сложным типом пустотного пространства, локализованные в среднем и нижнем зональных интервалах, а также пачки с высоким содержанием раковин пелеципод в среднем интервале.

Для рассматриваемых отложений принципиальным вопросом является дифференциация подсчетных объектов по преобладающим в разрезе формам залегания углеводородов. Отмечена необходимость использования различных подходов для пород, близких по характеристикам к коллекторам, а также для содержащих углеводороды в изолированных пустотах и нефтегенерирующих. Для количественной оценки запасов и ресурсов керогенсодержащих пород применены пиролитические параметры, что потребовало контроля с помощью параметров объемного метода. Более объективные величины можно получить, применяя пиролиз до и после экстракции образцов, а также учитывая изменения показателей пиролиза при увеличении размера образца.

Для оценки потенциала применения закачки в пласт воздуха высокого давления в качестве третичного метода увеличения нефтеотдачи и определения основных параметров процесса горения в нефтематеринских породах баженовской свиты проведен лабораторный эксперимент в «трубе горения». В качестве пористой среды использована насыпная модель из образцов породы различной формы, отобранных на нескольких месторождениях Западной Сибири. Модель насыщалась пробой дегазированной нефти, отобранной из добывающих скважин, эксплуатирующих баженовскую свиту. Горение инициировалось вскоре после дополнительного прогрева зоны поджига «трубы горения» до температуры 200 °С. В ходе процесса проводился анализ газов для оценки интенсивности реакций. Изучен компонентный состав извлеченной нефти и выполнен пиролитический анализ крошки породы до и после химического и теплового воздействия. В результате эксперимента отмечены несколько экзотермических пиков в каждой из секций, что может соответствовать горению исходной пробы нефти, синтетической нефти и керогена. В результате прохождения фронта горения суммарная остаточная нефтенасыщенность по насыпной модели составила 2 %. Минимальная остаточная нефтенасыщенность соответствовала зонам, где прошел фронт горения, максимальная – зонам перед фронтом горения. В области перед фронтом горения наблюдалось преобразование керогена. Максимальная температура, которая была достигнута в результате экзотермической реакции горения, составила 463 °С. Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале метода закачки воздуха высокого давления для разработки залежей баженовской свиты.

Для оценки эффективности закачки воздуха высокого давления в пласты баженовской свиты и анализа изменения свойств пород в результате химического и теплового воздействия проведен основной эксперимент с использованием «трубы горения» и ряд дополнительных экспериментов на образцах, загруженных в лабораторную установку. Серия дополнительных экспериментов включала исследование цилиндрических образцов на ЯМР-релаксометре для получения профилей насыщенностей вдоль керна до и после проведения эксперимента в «трубе горения»; измерение теплопроводности для оценки ее изменения в результате прохождения фронта горения через образцы; измерение пористости и проницаемости цилиндрических образцов для оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств в результате химического и теплового воздействия. Комплексирование результатов указанных работ позволило зафиксировать динамику физико-химического состояния образцов пород до и после воздействия. Пористость и проницаемость в результате химического и теплового воздействия существенно возросли, при этом пористость некоторых образцов достигла 32 %, проницаемость – 5,77·10^-3 мкм². Результаты измерений тепловых свойств свидетельствуют о выжигании углеводородов и их вытеснении из цилиндрических образцов. Из-за низкой теплопроводности воздуха, который заполняет образованное пустотное пространство образцов, снизилась теплопроводность образцов. Вследствие образования трещин анизотропия теплопроводности образцов возросла. По профилям насыщенности можно оценить продвижение фронта горения вглубь образцов. Во всех исследованных образцах наблюдается уменьшение пористости, определенной методом ядерного магнитного резонанса, что свидетельствует о преобразовании органического вещества.

В процессе теплового воздействия на пласт водой или перегретым паром может происходить термическое преобразование керогена, содержащегося в породе. При этом на первом этапе высвободившееся пространство наполняется жидкими и газообразными продуктами разложения. В процессе вытеснения углеводородов из порового пространства водой трансформируется пористое пространство и изменяется проницаемость керогеносодержащей породы баженовской свиты. Интенсивность протекания указанных процессов зависит от длительности и скорости разогрева породы. Проведены экспериментальные исследования с целью определения зависимости изменения пористости и проницаемости от времени гидротермального воздействия. Исследования выполнены на измельченных и цилиндрических образцах керна баженовской свиты. Оценено влияние скорости разогрева породы и размера измельченной фракции.

Рассмотрен прототип программного комплекса для создания оптимального дизайна многостадийный гидроразрыв пласта (МГРП). Данный комплекс включает два модуля: расчета роста множественных трещин МГРП и гидродинамический. Программный комплекс учитывает такие особенности баженовской свиты, как высокая неоднородность геологического разреза, наличие естественной трещиноватости, сверхнизкая проницаемость матрицы, а также технологические особенности. Показано, что комплекс позволяет учитыватьвзаимное влияние трещин, рассчитывать потери давления в стволе скважины, в том числе для корректного расчета распределения расхода между трещинами (в рамках одной стадии).

Расчетное ядро модуля МГРП базируется на кусочно-заданной псевдотрехмерной модели с равновесным ростом в высоту (P3D cell-based модель). Данная модель позволяет реализовать учет взаимодействия трещин гидроразрыва с естественной трещиноватостью, а также обеспечивает оптимальное соотношение точности и скорости вычислений. Модуль МГРП позволяет задавать произвольный режим закачки, различные типы проппанта и жидкости, геомеханический разрез с произвольным числом слоев, а также пространственный профиль скважины с произвольным числом стадий МГРП и точек инициации трещин в каждой из них. После проведения расчетов роста и закрепления проппантом трещин, полученная геометрия трещин передается в модуль расчета притока к скважине.

Оценен потенциал воздействия третичных методов на нетрадиционные углеводородные низкопроницаемые формации на примере баженовской свиты. В качестве третичных методов рассматриваются закачка углекислого газа (СО₂) или воды при повышенных температурах, пиролиз пород в инертной среде и воздействие тепловым фронтом, сформировавшимся в результате горения флюида. Проведенные эксперименты показали, что при закачке СО₂ при низких температурах (до 300 ^оС) происходит десорбция связанных углеводородных соединений. Значимый прирост может быть получен только при применении циклической или площадной закачки диоксида углерода. В ходе опытов по нагреву пород в присутствии воды, реализованных в закрытой системе, установлено, что при пластовых давлениях и температуре в пласте может быть сгенерирована «синтетическая» нефть. Варьируя условия проведения эксперимента, можно добиться получения максимального выхода нефти. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о возможности влиять на качественный состав синтезируемой нефти изменением температуры и времени воздействия при преобразовании твердого органического вещества при нагреве в присутствии воды. Эксперимент по закачке воздуха высокого давления в модель пласта баженовской свиты обеспечил максимальную реализацию генерационного потенциала породы при условии предварительного создания развитой системы трещин в пласте, необходимой для инициирования горения. В результате эксперимента в «трубе горения» наблюдалось существенное увеличение общей пористости породы (до 30 %). Однако в присутствии кислорода может произойти неконтролируемый рост температуры, что приведет к негативным эффектам, таким как термический крекинг части продуктов эксперимента (первичных реагентов и синтетических продуцентов). Увеличение пористости и проницаемости также наблюдалось в результате проведения пиролиза в инертной среде. Образование и рост трещин в породе при нагреве до температур 400-450 ^оС способствует улучшению фильтрационно-емкостных свойств пород, однако в качестве продукта пиролиза при этом можно извлечь только газообразные углеводородные соединения.

Геологической службой НГДУ «Комсомольскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» внедряются новые технологии, которым часто нет аналогов в России. Среди них технологии бурения удлинений и ответвлений на депрессии с применением колтюбингового оборудования «непрерывная труба» и бурения многоствольных скважин. Бурение горизонтально-разветвленных стволов позволяет зонально повысить коэффициент извлечения нефти, обеспечить более эффективный приток нефти из пласта и в целом повысить качество управления разработкой месторождения.

Для эффективной эксплуатации многопластовых объектов необходимы промыслово-геофизические данные, полученные в процессе разработки этих объектов. Использование компоновок для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) предполагает возможность

создания раздельной депрессии на каждый пласт, вплоть до полного отсечения одного из них. Это позволяет вести раздельный учет продукции по одновременно работающим пластам. Если компоновки ОРЭ оснастить многодатчиковой системой регистрации пластовых параметров, то, кроме раздельного учета добываемой продукции, можно в режиме реального времени осуществлять мониторинг работы внутрискважинного оборудования, состояния призабойной зоны пласта, а также работы пластов при создании на них различных депрессий.

Предложена компоновка для получения информации о каждом работающем пласте с размещением датчиков давления и температуры в скважине у кровли пластов. Данная конструкция позволит эксплуатировать скважины, вскрывающие три пласта и более. При этом предполагается полная автоматизация с настройкой станции управления на закрытие клапанов с необходимой регулярностью и фиксацией раздельно параметров работы пластов в автоматическом режиме. Предложенная компоновка позволяет контролировать и регулировать создаваемую на пласты депрессию. Исследования скважин проводятся без подъема глубинного оборудования.

В настоящее время в НГДУ «Комсомольскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» имеется фонд нагнетательных скважин, в основном расположенных на отдаленных от кустовых насосных станций (КНС) участках, приемистость которых не удалось увеличить с помощью существующих методов. Одним из способов повышения приемистости таких скважин является увеличение давления закачки рабочего агента в пласт. Однако рост давления нагнетания от КНС по всей системе высоконапорных водоводов приводит к ряду негативных последствий. В связи с низкой эффективностью централизованной системы поддержания пластового давления, обусловленной значительной удаленностью кустовых площадок от КНС, в НГДУ «Комсомольскнефть» широко используются шурфы. При использовании шурфа закачиваемая жидкость подается от высоконапорного водовода в затрубное пространство шурфа, сначала она поступает на прием насоса, далее под повышенным давлением - на вход водораспределительной гребенки.

На 01.10.16 г. в НГДУ «Комсомольскнефть» локальным увеличением давления закачки было охвачено 740 нагнетательных скважин с низкой приемистостью. Накопленная дополнительная добыча нефти составила 1161,3 тыс. т.

Использование шурфов позволяет снизить удельные затраты электроэнергии на закачку воды в пласт, капитальные вложения в строительство высоконапорных водоводов, повысить их надежность и экологическую безопасность, обеспечить соблюдение проектных показателей разработки месторождений. Недостатком данной технологии является отсутствие мобильности, большие затраты на реализацию.

Рассмотрены проблемы эксплуатации установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) в постоянном режиме в низкодебитных скважинах. Проанализированы причины срыва подачи УЭЦН. Показана необходимость применения новых технологий и технических решений. Одним из рациональных способов является использование дополнительного оборудования: станций управления с частотным преобразователем (СУ с ЧП) и вентильных электродвигателей (ВЭД) для вывода скважин на постоянный режим работы. Рассмотрены методики вывода на режим низкодебитных скважин (дебитом менее 20 м³/сут) и методы подбора УЭЦН с ВЭД.

Показано, что методика поддержания заданной частоты УЭЦН не всегда позволяет вывести скважину на постоянный режим работы, так как происходит срыв подачи вследствие недостаточного напора электропогружной установки.

Приведена методика расчета рабочего тока, соответствующего режимным параметрам работы скважины, на основе напорно-расходных характеристик УЭЦН. Применение данной методики позволяет сократить время вывода скважины на режим и увеличить добычу нефти.

При отказе электропогружной установки предложено использовать методику, которая разработана на основе изменения напорно-расходных характеристик насоса в зависимости от частоты вращения вала двигателя. УЭЦН, поступающие в комплекте с ВЭД, имеют запас по напору, что позволяет эксплуатировать низкодебитные скважины с использованием частотного регулирования. Согласно данной методике, зная приток при определенном динамическом уровне, можно определить тип насоса, который необходимо спустить в скважину. Приведен пример подбора оборудования для трех типов УЭЦН, оборудованных ВЭД.

Рассмотрено моделирование процессов, которые происходят при работе виброударного механизма, предназначенного для извлечения прихваченных мелкообломочной горной породой (песком) труб при бурении и ремонте скважин.

Извлекаемая компоновка в большинстве случаев прихвачена пластовым песком или гравием. Попытки извлекать ее простым осевым натяжением безрезультатны из-за «эффекта самоторможения» тел. Возникновение этого эффекта приводит к тому, что сила трения превышает осевое усилие даже при достаточно больших величинах последнего. Поэтому на практике забойное оборудование чаще всего обуривают, извлекая по частям. Эта технология требует существенного увеличения времени и стоимости ремонтных работ. Кроме того, оставшиеся в скважине части фильтра извлечь не удается из-за невозможности повторного соединения, так как они находятся в обширной каверне.

Сабанчинское нефтяное месторождение открыто в 1963 г. и введено в эксплуатацию в 1973 г. Разработка залежей бобриковского горизонта с самого начала промышленной эксплуатации велась с поддержанием пластового давления. На залежах бобриковского горизонта Сабанчинского месторождения, характеризующихся сложным геологическим строением и высокой неоднородностью коллекторов, сложилась комбинированная система законтурного, очагового и регулярного заводнения с преобладанием блокового разрезания. Реализованная на залежах бобриковского месторождения блочная система заводнения позволяет поддерживать пластовое давление в пределах ±10 % начального значения, осуществить выработку запасов пластов снизу вверх и обеспечивает достижение утвержденного коэффициента извлечения нефти по разбуренным блокам. Своевременное применение методов регулирования отбора жидкости по бобриковскому горизонту обеспечило постоянный рост относительной эффективности промывки и вовлечение новых запасов в разработку. Снижение эффективности проводимых мероприятий на четвертой стадии разработки месторождения указывает на необходимость оптимизации процесса заводнения, смены режима эксплуатации, развития гидродинамических методов воздействия и внедрения инновационных технологий.

Традиционно оптимальная депрессия на пласт определяется по максимуму индикаторной диаграммы – зависимости дебита от депрессии. Для надежного определения депрессии необ­ходимо пройти этот максимум, существенно снизив дебит, и, следовательно, перейти в запре­дельное состояние пониженной проницаемости пласта, т.е. перейти точку невозврата. Необра­тимое снижение дебита останется и при последующей эксплуатации скважины. Для устранения скин-эффекта предложен новый способ определения максимально допустимой депрессии на не в эксплуатационной скважине, а на керне, отобранном из этого пласта в ранее пробуренной ближайшей разведочной скважине и хранящемся в кернохранилище (срок хранения керна не ограничен). Способ реализуется путем построения зависимости времени распространения упругих волн в образце керна от порового давления в гидробарокамере со всесторонним давлением, при­ближенным к пластовому, и последующей оценки давления максимально допустимой депрессии на пласт по «памяти» керна о давлении максимального палеопогружения горных пород п в пе­риод их прогрессивного эпигенеза. Измерения проводят при плавном снижении порового дав­ления до пластового со скоростью, не превышающей скорость релаксации предельных на­пряжений в керне. Скорость релаксации предельных напряжений в керне определяют по отсутствию акустической эмиссии - акустического шума от взаимного скольжения зерен породы в процессе пластического деформирования керна. При этом происходят переупаковка зерен с уплотнением порового пространства породы и соответствующее уменьшение ее проницаемости. При достижении предела пластичности и возникновении акустической эмиссии определяют величину максимально допустимой депрессии. Этот предел пластичности означает достижение керном напряженного состояния, соответствующего максимальной глубине палеопогружения пород пласта.

Анализ текущего состояния разработки залежи нижнего миоцена свидетельствует о неравномерности выработки запасов нефти на различных участках залежи. Коэффициенты извлечения нефти остаются на низком уровне при возрастающей обводненности добываемой продукции. Полимерные системы на основе водного раствора позволяют увеличить коэффициент охвата для подключения ранее не работавших, либо слабо работавших интервалов пласта. Основой большинства применяемых растворимых полимерных композиций является полиакриламид, применение которого, как известно, ограничено температурой (не более 90 °С) и минерализацией (для сред с низкой минерализацией). Указанные свойства препятствуют широкому внедрению растворов полимеров на полиакриламидной основе в нефтепромысловую практику в условиях СП «Вьетсовпетро».

С целью увеличения коэффициента охвата заводнении залежи нижнего миоцена месторождения Белый Тигр разработаны радиооблученные полимерные системы и методы регулирования их реологических и физических свойств. С помощью радиооблучения создан новый полимер, вязкость которого значительно превышает вязкость исходного полимера.

Аварийные ситуации при добыче и транспорте нефти, а также при ее переработке приводят к загрязнению нефтью природных почв и грунтов. В результате ухудшается комплекс агрофизических свойств почвы, нарушаются их водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный и питательный режимы. Отмечена необходимость разработки эффективных методов ликвидации нефтяных загрязнений, которые позволяли бы в короткие сроки восстановить исходные свойства почв. Представлены результаты многолетних исследований биоремедиации нефтезагрязненной почвы в условиях биореактора. Показано изменение микробиоценоза в ходе процесса и агрофизических свойств очищаемой почвы. На основании полученных данных разработана конструкция биореактора, обеспечивающая необходимый режим аэрации субстрата и оптимальные условия жизнедеятельности углеводородокисляющих микроорганизмов, предотвращающая слеживание субстрата.