Резкое удешевление сырья на нефтегазовом рынке влияет не только на экономическую составляющую нашей жизни. Ученым-геофизикам, чьи задачи тесно связаны с добычей углеводородов, также приходится искать новые пути для разработки инструментария, который был бы более эффективным и в то же время менее затратным, чем уже существующий.  

 «Такие технологии требуют совершенно иных подходов и новых фундаментальных знаний, это сделать непросто», — говорит директор 2007—2017 гг. Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН академик Михаил Иванович Эпов

<a class=Михаил Эпов" src="http://www.sbras.info/system/files/upload/2017-08-16/MIE.jpg" style="margin:5px;width:250px;" />

На дне морском

Одна из проблем, связанных с освоением нефтегазовых ресурсов на шельфе, касается эффективности применения разведочной геофизики, а точнее — геоэлектрики. Сейчас это направление бурно развивается и характеризуется очень высокой стоимостью проводимых работ, поскольку системы, с помощью которых ведутся измерения и наблюдения, нужно располагать как можно ближе к объекту — то есть, в придонной части. «Это приводит к тому, что необходимо создавать уникальное оборудование для расположения таких систем вблизи морского дна, специальные средства для определения координат установок и так далее, — комментирует Михаил Эпов. — Дорогое удовольствие! Отсюда можно заключить, что при нынешних ценах на углеводороды использование подобных технологий будет практически не востребованым». 

По словам ученого, существующая морская геоэлектрика во многом повторяет методы наземной электроразведки с одним только отличием — местоположением установок. Однако если рассмотреть вопрос более внимательно, оказывается: есть и принципиальная разница. «Дело в том, что морская вода очень соленая, у нее высокая электропроводность, и этот показатель плавно изменяется (возрастает) от поверхности к морскому дну, — объясняет академик Эпов. — Раньше этим фактом просто пренебрегали». Однако геофизики ИНГГ выяснили — если есть так называемый «вертикальный градиент» солености, то в слое морской воды при пропускании электрического тока возникает объемный заряд. В модели антиклинальной ловушки (часть нефтяного коллектора, которая обеспечивает накопление и сохранение углеводородов), расположенной под морским дном, было вычислено распределение электрического поля. Оказалось, распределения сильно различаются между собой, более того — объемный заряд, индуцированный в придонной области, можно использовать как вторичный электрический источник. Это позволяет переместить измерительную установку на морскую поверхность. «Такое упрощение технологии приведет к уменьшению стоимости электроразведочных работ на море в несколько раз, — отмечает Михаил Эпов. — Просто потому, что мы правильно учли особенности геоэлектрического разреза на шельфе». 

По волнам

Как говорит академик Эпов, примерно 90 % затрат на нефтяную геофизику приходится на сейсморазведку с её развитыми процедурами обработки и интерпретации, поэтому было бы целесообразно распространить их на другие неволновые геофизические методы, где таких эффективных систем нет или они очень сложны. В первую очередь это относится к электроразведке, основанной на использовании эффектов электромагнитной индукции, описываемых диффузионными, а не волновыми дифференциальными уравнениями.

«Предпринималось очень много попыток эти электромагнитные процессы перевести в волновую область, — говорит Михаил Эпов, — и теоретически давно было показано, что это можно сделать, однако такие преобразования требуют высокоточных измерений в большом динамическом диапазоне, а вот их долгое время не могли реализовать на практике». Сейчас же появились новые магнитные датчики, способные измерять с очень высоким разрешением — и оказалось, что давняя мечта специалистов электроразведки может быть осуществлена. «Возьмем систему наблюдений, которая состоит из генераторной петли на поверхности и набора магнитных приемников. С помощью такого комплекса можно получить картины затухания электромагнитного поля на земной поверхности в зависимости от времени и расстояния до источника, — поясняет ученый. — Мы перевели электромагнитные сигналы в волновую область и получили некоторые аналоги поверхностных волн с частотной дисперсией. В этом случае мы можем построить годографы (график зависимости времени пробега волны от источника до приемника), аналогичные сейсмическим, и использовать широкий арсенал средств и процедур обработки, накопленных в сейсморазведке. Это открывает новые возможности комплексирования сейсмо- и электроразведки, первая из которых «освещает» внутреннюю структуру геологической среды, а вторая — её вещественный состав».

На контрасте

Одна из важнейших проблем, которая стоит перед теми, кто добывает нефть, связана с гидроразрывами пласта — искусственным увеличением его проницаемости за счёт нарушения сплошности среды с помощью специальной жидкости. Дело в том, что этот процесс не всегда и не полностью контролируем, поскольку многие свойства нефтенасыщенного коллектора, который подвергается разрушению, либо неизвестны, либо варьируются в очень широком диапазоне. Поэтому проблема трассирования гидроразрывов является весьма важной практической задачей. 

«Сейчас исследования гидроразрывов пытаются сделать сейсмическими методами, но мы обратились к опыту медицины, — рассказывает академик Эпов. — Если говорить о геофизике, то обычно поступают следующим образом: при наличии плохо выделяемого объекта создаётся более сложная высокочувствительная аппаратура и используют более мощные и ресурсоёмкие методы обработки. Медицина же идет другим путем: использует введение контрастного вещества, чтобы «подсветить» нужную область и сделать её видимой для уже существующих приборов».

Геофизики ИНГГ двинулись в том же направлении и попытались улучшить видимость трещин гидроразрыва в электромагнитном поле. Для этого исследователи предложили добавить в пропант, то есть в ту жидкость, которая разрывает среду, электропроводящие наночастицы. С одной стороны, они должны давать очень резкое уменьшение удельного электрического сопротивления, но в то же время стоить достаточно дешево. «До этого были предложения закачивать в трещины серебряную пудру, но это больше из области юмора», — отмечает Михаил Эпов

Вещество, отвечающее всем требованиям, оказалось весьма простым и известным: углеродная сажа, производимая в огромных количествах и имеющая колоссальную электропроводность. Выяснилось: если добавить её в жидкость для гидроразрыва, тогда видимость трещин в электромагнитном поле возрастает примерно в десятки раз.

Ещё одно применение метода контрастирования — идентификация так называемых низкоконтрастных песчано-глинистых разрезов. Сейчас для выделения песчаных разностей, заполненных нефтью, используются очень сложные технологии — трехкомпонентный индукционный каротаж, например. 

«Решить же такого рода вопросы можно гораздо более простым способом: применением широко используемого зонда, измеряющего естественное электрическое поле, — говорит Михаил Эпов. — Для этого нужно добавить в буровой раствор небольшое количество сильного окислителя, либо вырабатывать кислород в скважине. Тогда мы увидим, что глинистые и песчанистые разности начнут выделяться гораздо лучше. Причем эти контрастирующие вещества очень быстро разлагаются — та же перекись водорода через несколько часов превращается в воду».

Как отмечает академик Эпов, эти методы ждут своего испытания на практике, однако численное и лабораторное (выполненное в Институте химии нефти СО РАН, г. Томск) моделирование уже показало хорошие результаты.

Точки разрушения

Еще одной важной практической задачей является исследование обсадных колонн — ими укрепляют любые нефтяные и газовые скважины. В процессе эксплуатации и с течением времени эти колонны деформируются и могут сломаться под влиянием внешних условий. Учитывая, что это происходит не так уж редко, а каждая эксплуатационная скважина стоит десятки миллионов рублей, ущерб получается огромный. Соответственно, нужны методы, которые бы определяли моменты возникающей опасности (так называемая стадия предразрушения).

«Сейчас для этих целей используются специальные дефектоскопы, это очень сложные устройства, — комментирует Михаил Эпов. — Однако есть совершенно простое решение, оно основано на магнито-упругом эффекте, магнитострикции. Дело в том, что стальная колонна является ферромагнетиком, то есть состоит из упорядоченных магнитных доменов. Если наступает стадия предразрушения, то в этом месте колонны доменная структура нарушается, и металл просто теряет свои магнитные свойства. Измерение соответствующего магнитного поля в скважине будет показывать такие интервалы. Самое важное — для этого практически не требуется никаких дополнительных затрат». 

Академик Эпов отмечает: «Подытоживая приведённые примеры, можно утверждать, что существует много вариантов построения значительно более простых технологий, с помощью которых специалисты способны решать сложные вопросы разведки и разработки нефтегазовых месторождений«.

Екатерина Пустолякова

Фото:  Екатерины Пустоляковой

 

Источники

Дешево, надежно и практично!
Наука в Сибири (sbras.info), 16/08/2017
Дешево, надежно и практично!
Академгородок (academcity.org), 16/08/2017
Дешево, надежно и практично!
Академия Энергетики (energoacademy.ru), 18/08/2017
Новосибирские ученые разрабатывают новые эффективные технологии нефтедобычи
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 21/08/2017
Геофизики отвечают на вызовы времени
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/09/2017
Академик Михаил Эпов: Дешево, надежно и практично!
Российская академия наук (ras.ru), 04/09/2017
Академик Михаил Эпов: ДЕШЕВО, НАДЕЖНО И ПРАКТИЧНО!
ИА ИНВУР (invur.ru), 14/09/2017

Похожие новости

  • 11/11/2016

    Первый Сибирский эколого-промышленный форум «СибЭкоПром – 2016»

    ​​​​​​Первый Сибирский эколого-промышленный форум «СибЭкоПром – 2016» откроется 2 декабря в МВК "Новосибирск Экспоцентр" по адресу г. Новосибирск, ул. Станционная, 104. 9.​​​00 - 9.30 Регистрация участников​ 9.
    1375
  • 21/10/2016

    Сергей Кабанихин: решение обратных задач важно для человечества

    ​Говорят, рассуждение Платона о том, что человечеству в процессе познания порой доступны только тени на стене пещеры и эхо, явилось предвестником решения Аристотелем задачи восстановления формы Земли по ее тени на Луне.
    1548
  • 18/09/2017

    Выпускники ГГФ поздравили факультет с 55-летием

    ​​​​15 сентября в НГУ прошло торжественное собрание, посвященное 55-летию Геолого-геофизического факультета. В мероприятии приняли участие преподаватели ГГФ, представители ректората и других факультетов и институтов НГУ, выпускники разных лет.
    93
  • 08/09/2016

    Академик Михаил Эпов позвал малый бизнес в нефтяную отрасль

    ​​Академик РАН, директор Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, заведующий кафедрой геофизики Новосибирского государственного университета Михаил Эпов считает, что нефть перестанет играть важную роль раньше, чем кончатся ее запасы.
    883
  • 18/04/2016

    XII Международный научный конгресс «Интерэкспо ГЕО-Сибирь 2016». Международная конференция «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология».

    ​​​​​​С 19 по 22 апреля в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН пройдет Международная научная конференция «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых.
    2063
  • 27/01/2017

    Арктический шельф: история и современность

    ​В Арктике интересам России активно противостоит Дания. По словам главы Минприроды РФ, к датчанам "есть серьезные вопросы". Дело в том, что значительная часть датской арктической заявки строится на использовании геологических материалов.
    1356
  • 28/04/2017

    В ИНГГ СО РАН прошла Международная научная конференция «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология»

    С 17 по 21 апреля 2017 г. в Академгородке г. Новосибирска в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН) прошла ставшая уже традиционной Международная научная конференция «Недропользование.
    516
  • 09/08/2016

    Пресс-конференция по работам на полярной научно-исследовательской станции «НИС о. Самойловский»

    Уважаемые коллеги!10 августа в 11.00 в Президиуме СО РАН (пр. Академика Лаврентьева, 17, 4 этаж) состоится пресс-конференция по работам на полярной научно-исследовательской станции «НИС о. Самойловский».
    1117
  • 17/12/2015

    Михаил Эпов: "Мы должны обратить внимание на разработку уже действующих месторождений"

    ​Низкие цены на нефть сделали невыгодным освоение новых шельфовых месторождений - такое мнение высказал сегодня журналистам зампредседателя СО РАН, эксперт в области нефтегазовой геологии и геофизики Михаил Эпов.
    1131
  • 06/09/2016

    Евгений Демченко: строительство НПЗ повлияет на географию поставок

    ​По мнению директора новосибирской компании "Маник" (занимается перевозкой нефтепродуктов по территории России и ближнего зарубежья) Евгения Демченко, на рынке автомобильных грузоперевозок строительство нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) в Куйбышевском районе области скажется незначительно.
    678