Сегодня - 25.05.2019

ТРИЗ-центр: добыть то, что трудно добывать

14 августа 2018

Несмотря на оптимистичные прогнозы, касающиеся развития альтернативной энергетики, человечество еще долгие годы не сможет обойтись без углеводородов. Проблема в том, что на сегодняшний день большинство их запасов трудноизвлекаемы. Ключи к богатствам баженовской свиты и ее аналогов, а также арктических, мелких и мельчайших месторождений будут подбирать специалисты в ходе работы Национального междисциплинарного исследовательского центра геологии и геофизики трудноизвлекаемых запасов углеводородов — ТРИЗ, предложенного к созданию в рамках проекта «Академгородок 2.0». 

Представьте себе, что вы хотите разбить цветник и уже купили множество саженцев и семян. Все они разные и требуют разного подхода: одним нужны тень и влажность, другим — свет и минимальный полив, третьи вообще способны цвести исключительно при внесении тех или иных удобрений. Так что просто воткнуть их все в землю и приходить с лейкой раз в день не получится. То же касается коллекторов нефти и газа. Каждый из них обладает своим набором характеристик — и специалистам приходится искать индивидуальный пакет технологий для того, чтобы извлечь углеводороды из земных недр. «Поэтому у нас: нефтяников, геологов и геофизиков, работа творческая — стандартных решений просто нет», — говорит директор Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН доктор технических наук Игорь Николаевич Ельцов.
 
Игорь ЕльцовК коллекторам, которые обладают уникальными особенностями, относится и баженовская свита. «В каком-то смысле она — наше будущее, потому что черного золота там примерно столько же, сколько добыто всего в Западной Сибири за 50—60 лет освоения, — рассказывает Игорь Ельцов. — Эта свита интересна еще и тем, что является нефтепроизводящей: именно там сформировалась нефть, мигрировавшая потом в другие резервуары, из которых мы ее добывали и добываем».
 
Трудность заключается в том, что, во-первых, баженовская свита состоит из сланцевых пород, а это уже само по себе ставит задачу создания новых технологий для извлечения нефти. Во-вторых, сланцы, образующие «скелет», в котором содержатся капельки углеводородов, не твердые, а упруго-пластичные, сформированные битуминозными компонентами.
 
«В США, где свершилась так называемая сланцевая революция, вмещающие породы другие, поэтому там отлично сработал метод гидроразрыва пласта — когда создается рукотворная гигантская трещина, в которую закачивается пропант, вещество, препятствующее ее смыканию. Если же порода пластичная, как в баженовской свите, то, несмотря ни на что, схлопывание неизбежно — попробуйте провести такой эксперимент на пластилине и увидите», — комментирует Игорь Ельцов. 
 
«Пластилиновые» свойства — лишь маленькая особенность свиты. Кроме нее там много других геологических и композиционных деталей строения, и само движение флюида (то есть нефти) в этой пористой среде идет по особенным законам. Однако объемы запасов, которые там сосредоточены — порядка 12 (по оптимистическим прогнозам — до 20) млрд тонн, — заставляют специалистов искать пути и способы извлечения таких нужных нам, но пока малодоступных углеводородов. 
 
«Вообще нефтяники придумали множество технологий, которые позволяют делать работу, казалось бы, невероятную, — рассказывает Игорь Ельцов, — ведь первичным способом, когда скважина только пробурена и в силу разности давлений фонтанирует за счет выталкивания нефти, можно добыть всего лишь 5—10 %, остальное извлекается при помощи разных ухищрений. Существуют и вторичные методы — например, законтурное заводнение (технология, которая, кстати, была массово внедрена академиком Андреем Алексеевичем Трофимуком). Если говорить кратко, делается это так: мы закачиваем воду или газ за контур залежи и постепенно выталкиваем черное золото к добывающей скважине. Однако и после применения таких способов значительная часть — хорошо если половина, иногда и 70 %, и 80 % — остается под землей. Тогда в игру вступают третичные методы: мы греем нефтяной пласт, иногда устраиваем в нем внутрипластовое горение, обрабатываем его всевозможными реагентами, воздействуем химическими, термическими, электромагнитными методами — только чтобы раскачать микроструктуру и заставить имеющиеся там эмульсии двигаться в нужном направлении». 
 
Проверить все эти технологии, придумать новые и скомпоновать их в разных вариантах исследователи планируют на базе новой структуры, которую предполагается создать в рамках проекта «Академгородок 2.0», — ТРИЗ (ТРудноИзвлекаемыеЗапасы)-центра. «Как говорит академик Алексей Эмильевич Конторович, у США было 30 лет и около 30 миллиардов долларов, чтобы совершить сланцевую революцию. Они вели опытные работы на натуре, подбирали способы, усовершенствовали методы вскрытия пласта, интенсификацию нефтеотдачи. У нас нет ни таких денег, ни столько времени, — комментирует Игорь Ельцов, — имеется лишь небольшой временной лаг, примерно 5—8 лет, за которые необходимо наладить технологии. Сделать это можно и нужно не в скважинах, а на стендах, создав близкие к существующим в залежах условия. Такие установки мы и планируем построить и начать на них работать».
 
По словам Игоря Ельцова, экономический эффект от возможности получать трудноизвлекаемую нефть будет огромным — ведь добыча традиционных запасов углеводородов неуклонно снижается. «Кроме того, в рамках «Академгородка 2.0» это проект-локомотив, — отмечает директор ИНГГ СО РАН. — Все понимают: желание создать второй Академгородок есть, а ресурсов, даже в масштабах первого, нет. Требуются большие деньги, так что должны быть инициативы, которые будут формировать финансовое обеспечение».
 
Добыча нефти из скважины
 
Баженовской свитой в России так или иначе занимаются десятки крупных организаций — как исследовательских, так и нефтяных госкорпораций. Однако именно в Новосибирске есть уникальный комплекс компетенций, профессионально подготовленные кадры и все предпосылки для создания ТРИЗ-центра, где будут объединены усилия нефтяников, геофизиков, математиков, физиков, вычислителей и многих других. Причем, как отмечает Игорь Ельцов, речь идет не только о баженовской свите и ее аналогах в Восточной Сибири и европейской части России, но и о той нефти, что содержится в арктическом шельфе, а также в мелких и мельчайших месторождениях — в ТРИЗ-центре смогут подобрать «ключики» к каждому объекту.
 
«Идеи, как воздействовать на баженовские сланцы, у нас есть, — говорит ученый. — Вот пример. Академик Пелагея Яковлевна Кочина долгие годы возглавляла лабораторию фильтрации в Институте гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН и привнесла в «нефтянку» достижения газогидродинамики. В частности, в работах лаборатории фильтрации, с которой мы активно сотрудничаем, есть огромный арсенал методов, достижений, теорий, очень хорошо действующих моделей — их мы должны сегодня применить для экспериментов по извлечению нефти из баженовской свиты. В Институте горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН работает команда, способная построить нужные математические модели. Вообще, чем известен Академгородок — перед тем, как идти в реальный мир, мы проводим опыты в виртуальном. У нас есть численные эксперименты, матмодели и таким образом мы создаем симуляторы природных процессов, а затем соотносим их с лабораторными данными. Всё это позволяет обкатать те или иные технологии». 
 
Другими словами, ученые намерены решать проблему комплексно: построить стенды, которые будут способны воспроизводить натурные условия, поэкспериментировать, меняя значимые параметры, подобрать необходимые режимы, посмотреть, как работает это на математических моделях. Иногда наоборот — сначала провести все расчеты, потом проверить их опытным путем. 
 
«Стенды нам предстоит спроектировать вместе с физиками, эти установки позволят осуществить весь круг экспериментов, который мы уже очертили», — отмечает Игорь Ельцов. Он приводит пример одной из таких работ: описать двухуровневую систему первичной и вторичной пористости породы баженовской свиты. Дело в том, что традиционный материал, где содержится нефть и газ, — это песчаник с проницаемостью порядка десятков и сотен миллидарси (единица, обозначающая проницаемость пористых сред. — Прим. ред.) и с пористостью, которая в общем объеме составляет до 25 %. То есть до четверти пространства внутри «скелета» занято флюидом. Понятно, что, создав разницу давлений, можно легко заставить его двигаться. Сланцевые же породы, из которых состоит баженовская свита, имеют проницаемость в десятые или даже сотые доли миллидарси и очень низкую — единичные проценты или доли процентов — пористость. Однако надо понимать: кроме так называемой первичной пористости существует вторичная — сланцы пронизаны системами трещин. Для того чтобы узнать свойства таких пород и найти возможность правильно и эффективно добывать из них драгоценную нефть и нужно правильно описать всё это системой уравнений. «Те эксперименты, которые первыми будут проведены в ТРИЗ-центре, уже отчасти идут на имеющемся оборудовании и сопоставляются с разработанными нашей командой моделями. Это звучит довольно просто, но серьезных исследований, конкурирующих с тем, в каком виде это сделано у нас, в принципе не существует», — подчеркивает Игорь Ельцов.
 
Директор ИНГГ СО РАН отмечает, что отдача от проекта ТРИЗ-центра в индустрию начнется не раньше, чем через пять лет, однако в нем заинтересованы крупнейшие нефтегазовые корпорации (ПАО «НК “Роснефть”»; ПАО «Газпром»; ПАО «Газпром нефть»; ПАО «Лукойл»; ОАО «Сургутнефтегаз»; ПАО «Татнефть»; ОАО «НГК “Славнефть”»; ОАО «НК “РуссНефть”»; ПАО «Новатэк»), сервисные компании, в том числе и такие международные гиганты как Schlumberger и Baker Hughes, государственные организации и структуры, а также отраслевые научно-исследовательские институты. Игорь Ельцов напоминает об одном тонком моменте: многое будет делаться впервые, так что нужно будет грамотно распорядиться интеллектуальной собственностью: той, которая есть, и той, что появится в ходе работы. «Ясно — должна быть патентная защита на международном уровне в интересах и нашего центра, и институтов, которые будут в его рамках разрабатывать новые технологии, и пользователей, и, конечно же, государства. Сейчас мы ведем консультации по этому поводу», — говорит директор ИНГГ.
 
Игорь Ельцов добавляет, что в эти годы и далее будет гигантская потребность в высококвалифицированных кадрах. Уже сейчас по инициативе директора Института гидродинамики доктора физико-математических наук  Сергея Валерьевича Головина с участием ИНГГ СО РАН на механико-математическом факультете Новосибирского государственного университета создана инжиниринговая магистратура, которая сможет обеспечить ТРИЗ-центр специалистами в области расчетов и математического моделирования. «Кроме того, создаются новые направления и на геолого-геофизическом факультете НГУ, и в рамках кафедры геофизических систем Новосибирского государственного технического университета, которой я руковожу, — перечисляет ученый. — Причем руководство вузов готово к тому, чтобы расширить набор, в том числе и на бюджетные места. Плюс мы призываем поступать в многопрофильную аспирантуру ИНГГ: люди, которые в этом году туда попадут, через три года будут востребованы в передовом и очень перспективном центре. Мы берем математиков, физиков, нам очень нужны химики, специалисты по информационным технологиям, по новым материалам — то есть мы можем принять выпускников практически всех естественно-научных специальностей».
 
Екатерина Пустолякова
 
Фото: предоставлено Игорем Ельцовым (1), с сайта pixabay.com (анонс, 2)
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (2 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus