Задачи и методы изучения залежей углеводородов

Нефть известна с давних времен. Слово «нефть» происходит от слова «нафата», что значит на языке одного из народов Малой Азии «просачиваться». Выделение природного горючего газа получил у древних народов наименование «вечных огней». Это связано с тем, что замечались лишь те значительные выделения газа, которые, раз загоревшись, продолжали гореть многие десятки лет. Упоминание о нефти можно найти в различных древних рукописях и книгах, дошедших до нас. Даже в библии упоминаются многие «смоляные ключи» в окрестностях Мертвого моря.

Использовалась нефть для разнообразных целей. Она употреблялась как лекарство, как смазка, шла на освещение, использовалась как зажигательное средство во время сражений, как строительный материал и т.д. Так, известно, что в Месопотамии еще за много столетий до нашей эры разрабатывались выходы нефтяных битумов для строительных целей. Одно из семи чудес древнего мира – «Сады Семирамиды» – было построено с применением битума как цементирующего вещества. Знаменитые, поражавшие современников своей неприступностью укрепления Вавилона были построены также с применением битума.

Добывали нефть с глубокой древности, современным методам добычи предшествовали примитивные способы. Сбор нефти с поверхности открытых водоемов – это, по-видимому, один из старейших способов ее добычи.

Первые упоминания о добыче нефти из ям и колодцев на Апшеронском полуострове относятся к ХIII в. н.э. Для этого рыли ямы – копанки глубиной 1,5 – 2 м, куда просачивалась нефть вместе с водой. Затем смесь собирали в бочки, закрытые снизу пробками. Когда более легкая нефть всплывала, пробки вынимали и отстоявшуюся воду сливали. К 1840 г. глубина ям – копанок достигла 6м, а позднее нефть стали извлекать из колодцев глубиной около 30 м. Ее черпали из колодцев бурдюками, которые поднимались ручным воротом или с помощью лошади.

При колодезном способе техника добычи нефти не менялась на протяжении столетий.

Однако толчком к развитию добычи в середине XIX века послужило изобретение керосиновой лампы, с помощью которой удалось увеличить трудовой день. Рост потребления керосина, получаемого путем перегонки нефти, привел к необходимости добычи нефти в промышленных масштабах. Одним из основных факторов, сыгравшим решающую роль в развитии нефтяной и газовой промышленности, явилось применение бурения, позволившего получать нефть и природный горючий газ в больших количествах и с больших глубин.

Первая в мире скважина для разведки нефти была пробурена на Биби-Эйбатском месторождении на побережье Каспийского моря вблизи Баку 14 июля 1846 года (более чем на десятилетие раньше, чем была пробурена первая скважина в США) и, была закончена бурением ударным способом на глубине 21 м.

В1859 г. 27 августа в Пенсильвании американец Эдвин Дрейк пробурил скважину глубиной 69 футов (21 м), давшую фонтан нефти. Эту дату на Западе принято считать началом мировой промышленной добычи нефти. Однако приоритет России в этой области налицо.

Но первый опыт бурения в нашей стране не получил развития. Длительное время к добыче нефти посредством бурения скважин относились с предубеждением. Считалось, что раз сечение скважины меньше, чем у нефтяного колодца, то и приток нефти к скважинам существенно меньше. При этом не учитывалось, что глубина скважин значительно больше, а трудоемкость их сооружения меньше.

При эксплуатации скважин нефтепромышленники стремились перевести их в режим фонтанирования, т.к. это был наиболее легкий путь добычи. Первый мощный нефтяной фонтан в Балаханах ударил в 1873 г. на участке Халафи. В 1887 г. 42 % нефти в Баку было добыто фонтанным способом.

Форсированный отбор нефти из скважин приводил к быстрому истощению прилегающих к их стволу нефтеносных слоев, а остальная (большая) ее часть оставалась в недрах. Кроме того, из-за отсутствия достаточного количества хранилищ значительные потери нефти имели место уже на поверхности земли. Так, в 1887 г. фонтанами было выброшено 1088 тыс. т нефти, а собрано – всего 608 тыс. т. На площадях вокруг фонтанов образовывались обширные нефтяные озера, где в результате испарения терялись наиболее ценные фракции. Сама выветрившаяся нефть становилась малопригодной для переработки и ее выжигали. Застойные нефтяные озера горели много дней подряд.[7]

Добыча нефти из скважин, давление в которых было недостаточным для фонтанирования, производилась с помощью цилиндрических ведер длиной до 6 м. В их дне был устроен клапан, открывающийся при движении ведра вниз и закрывающийся под весом извлекаемой жидкости при давлении ведра вверх. Способ добычи нефти посредством желонок назывался тартанием, в 1913 г. с его помощью добывали 95 % всей нефти.

Тем не менее, инженерная мысль не стояла на месте. В 70-х годах IХ в. В.Г. Шухов предложил компрессорный способ добычи нефти посредством подачи в скважину сжатого воздуха (эрлифт). Испытана эта технология была в Баку только в 1897 г., другой способ добычи нефти – газлифт – предложил М.М. Тихвинский в 1914 г.

Выходы природного газа из естественных источников использовались человеком с незапамятных времен. Позже нашел применение природный газ, получаемый из колодцев и скважин. В 1902 г. в Сураханах близ Баку была пробурена первая скважина, давшая промышленный газ с глубины 207 м.

В развитии нефтяной промышленности можно выделить пять основных этапов:

I этап (с 1871 г. до 1917 г.) – дореволюционный период;

II этап (с 1917 до 1941 гг.) – период до Великой Отечественной войны;

III этап (с 1941 по 1945 гг.) – период Великой Отечественной войны;

IV этап (с 1945 по 1991 гг.) – период до распада СССР;

V этап (с 1991 г.) – современный период.

Основные события дореволюционного периода:

В 1813 г. к России были присоединены Бакинское и Дербентское ханства с их богатейшими нефтяными ресурсами. Это событие оказало большое влияние на развитие нефтяной промышленности России в последующие 150 лет.

Официальная дата возникновения нефтяной промышленности в России – 1871 г.

В 1888 г. геолог А.М.Коншин впервые произвел подсчет запасов нефти, применив объемный метод.

В 1905 г. И.Н.Стрижев подсчитал запасы нефти Грозненского района.

В 1910 – 1912 гг. выходят из печати работы по Майкопскому нефтяному району академика И.М.Губкина, который по праву считается основоположником нефтяной науки в нашей стране. Тогда И.М. Губкин впервые объяснил механизм образования рукавообразной залежи и ввел само понятие о стратиграфических залежах нефти.

В связи с несовершенством техники строительства горных выработок (колодцев, скважин) нефтяной пласт обычно не удавалось вскрывать на полную мощность. Как правило, вскрытая нефтенасыщенная мощность составляла 1 – 3 м. Каких-либо принципов разработки месторождений не было. Оценка значимости нефтеносных земель производилась отдельными лицами и нередко носила спекулятивный характер.

Динамика изменения нефтедобычи в России в дореволюционный период такова. Если в 1860 г. она составляла всего 4 тыс. т, то в 1864 г.– 9 тыс. т, в 1890 г. – 3,8 млн. т, а в 1900 г. – 10,4 млн. т. Перед революцией в силу известных событий добыча нефти снизилась до 8,8 млн. т.[8]

Период до Великой Отечественной войны. Первая мировая и гражданская войны нанесли огромный ущерб нефтяной промышленности. В 1920 г. добыча нефти в России составила 3,9 млн. т, т.е. около 41 % от уровня 1913 г. Многие нефтепромыслы были разрушены, а их оборудование вывезено за границу.

После завершения гражданской войны восстановление нефтяной промышленности было одной из главных задач страны. Это годы бурного развития нефтяной промышленности. Резкое увеличение объемов разведочного бурения. Возросла глубина добывающих скважин. Открываются новые месторождения. Все это обеспечило увеличение добычи нефти в стране. Начинается разработка научных основ рациональной разведки и разработки нефтяных месторождений.

Важнейшую роль в развитии методики геологоразведочных работ на нефть и газ сыграло признание антиклинальной теории формирования нефтяных залежей. Однако широкое практическое использование ее фактически началось лишь после национализации нефтяной промышленности (1921 г.). Великая заслуга в этом важном деле принадлежит И.М. Губкину, создавшему и возглавившему советскую школу геологов-нефтяников и геологическую службу в нефтяной промышленности. С тех пор как была установлена приуроченность залежей нефти и газа к антиклинальным складкам и куполовидным поднятиям, выявление и детальные исследования этих форм, а также изучение вообще тектонического строения нефтегазоносных территорий приобрели решающее значение при поисках нефти и газа.

В 1927 г. в стране начинаются систематические работы по подсчету запасов. М.В.Абрамович впервые предложил выделять категории запасов по степени их разведанности.

В 1928 г. добыча нефти составила 11,6 млн. т., в 1930г.– 18,5 млн. т, а в 1932 г. – 22,3 млн. т. По объемам добычи нефти (19,5 % мировой) СССР вышел на 2-е место в мире.

С 1929 г. для изучения разрезов скважин стали применять геофизические метод определения кажущегося сопротивления пород. Первые же результаты показали высокую эффективность метода.

В 1931 г. советскими геофизиками и сотрудниками фирмы «Шлюмберже» был разработан второй метод электрометрии скважин – метод потенциалов собственной поляризации пород. Эти два метода позволили составлять непрерывные геологические разрезы скважин.

В 1935 г. была создана Центральная комиссия по запасам полезных ископаемых (ЦКЗ). В этом же году была разработана гидравлическая теория пластовых водонапорных систем.

В 1936 – 39 гг. профессором В.Н. Щелкачевым разрабатывается новая теория взаимодействия скважин, изучены особенности различных систем расстановки скважин.

В 1940 г. в стране было добыто 31,1 млн. т нефти, из которых около 71% давал Азербайджан.

Период Великой Отечественной войны. Война нарушила поступательное развитие нашей страны в целом и нефтяной промышленности в частности. Несмотря на то, что ведение военных действий требовало огромного количества нефтепродуктов, поставки всех видов топлива в 1942 г. по сравнению с 1940 г. сократились более чем в 2 раза.

В сложившихся условиях нефтяная промышленность страны развивалась благодаря освоению месторождений в восточных районах.

В 1945 г. район «Второго Баку» дал 2,6 млн. т «черного золота» – почти половину всей нефтедобычи в РСФСР (57 млн. т).

Период до распада СССР. В первые послевоенные годы было разведано значительное количество нефтяных месторождений, в том числе Ромашкинское (Татария), Шкаповское (Башкирия), Мухановское (Куйбышевская область). Соответственно росла и добыча нефти: в 1950 г. она составила 37,9 млн. т, а в 1956 г. – 83,8 млн. т.

В 1957 г. на долю Российской Федерации приходилось более 70 % добываемой нефти, а Татария вышла на первое место в стране по добыче нефти.

Главным событием данного периода стало открытие и начало разработки богатейших нефтяных месторождений в Западной Сибири. Еще в 1932 г. академик И.М. Губкин высказал мысль о необходимости начала систематических поисков нефти на восточном склоне Урала. Сначала были собраны сведения о наблюдениях естественных нефтяных выходов (реки Большой Юган, Белая и др.). В 1935г. здесь начали работать геологоразведочные партии, которые подтвердили наличие выходов нефтеподобных веществ. Но «большой нефти» не было. Разведочные работы продолжались до 1943 г., а затем были возобновлены в 1948 г. Лишь в 1960 г. было открыто Шаимское нефтяное месторождение, а вслед за ним Мегионское, Усть-Балыкское, Сургутское, Самотлорское, Варьеганское, Лянторское, Холмогорское и др. Началом промышленной добычи нефти в Западной Сибири считается 1965 г., когда ее было добыто около 1 млн т. Уже в 1970 г. добыча здесь составила 28 млн. т, а в 1981 г. – 329,2 млн. т. Западная Сибирь стала основным нефтедобывающим районом страны, а СССР вышел на первое место в мире по добыче нефти.

Первый промышленный приток нефти на территории Томской области был получен в августе 1962 г. из разведочной скважины, пробуренной на Соснинской площади (Советское месторождение) близ с. Александровского. В том же году в районе с. Каргасок скважина, пробуренная на Усть-Сильгинской площади, дала первый промышленный фонтан газа с конденсатом.

Активные поисково-разведочные работы на нефть и газ в 50-е и, особенно, в 60-е годы привели к открытию нескольких групп нефтяных, нефтегазовых и газоконденсатных месторождений в пределах трех нефтегазоносных областей: Среднеобской, Каймысовской и Васюганской.

Несмотря на природно-климатические трудности, Советский Союз смог нарастить добычу в регионе с астрономической скоростью. Рост добычи в Западной Сибири с 7,6 млн. баррелей в день в 1971 году до 9,9 млн. баррелей (около 1,4 млн. т) в день в 1975 году. 1988 год – 11,4 млн. баррелей в день (объем добычи выше, чем в США и Саудовской Аравии) [8]. Начиная с 1989 г. добыча нефти стала падать.

Современный период. После распада СССР падение добычи нефти в России продолжилось. В 1992 г. она составила 399 млн. т, в 1993 г. – 354 млн. т, в 1994 г. – 317 млн. т, в 1995 г. – 307 млн. т. Падение добычи прекратилось в 1997 году.

Снижение добычи нефти было связано с тем, что не устранено влияние ряда объективных и субъективных негативных факторов.

Во-первых, ухудшилась сырьевая база отрасли. Степень вовлеченности в разработку и выработанность месторождений по регионам весьма высока. На Северном Кавказе в разработку вовлечены 91,0 % разведанных запасов нефти, а выработанность месторождений составляет 81,5 %. В Урало-Поволжье эти цифры составляют соответственно 88,0 % и 69,1 %, в Республике Коми – 69,0 % и 48,6 %, в Западной Сибири – 76,8 % и 33,6 %.

Во-вторых, уменьшился прирост запасов нефти за счет вновь открытых месторождений. Из-за резкого снижения финансирования геологоразведочные организации сократили объем геофизических работ и поисково-разведочного бурения. Это привело к снижению числа вновь открытых месторождений. Так, если в 1986 – 90 гг. запасы нефти во вновь открытых месторождениях составляли 10,8 млн. т, то в 1991 – 95 гг. – лишь 3,8 млн. т.

В третьих, велика обводненность добываемой нефти. Это означает, что при тех же издержках и объемах добычи пластовой жидкости самой нефти добывается все меньше.

В четвертых, сказываются издержки перестройки. В результате ломки старого хозяйственного механизма жесткое централизованное управление отраслью было ликвидировано, а новое – еще только создается. Возникший дисбаланс цен на нефть, с одной стороны, и на оборудование и материалы, с другой – затруднил техническое оснащение промыслов. А ведь это необходимо именно сейчас, когда большинство оборудования отработало свой срок, а многие месторождения требуют перехода с фонтанного способа добычи на насосный.

Наконец, сказываются многочисленные просчеты, допущенные в прошлые годы. Так, в 70-е годы считалось, что запасы нефти в нашей стране неисчерпаемы. В соответствии с этим ставка делалась не на развитие собственных видов промышленного производства, а на покупку готовых промышленных товаров за рубежом на валюту, получаемую от продажи нефти. Огромные средства ушли на поддержание видимости благополучия в советском обществе. Нефтяная же промышленность финансировалась по минимуму.

На сахалинском шельфе еще в 70 – 80-х гг. были открыты крупные месторождения, которые до сего времени не введены в эксплуатацию. Между тем им гарантирован огромный рынок сбыта в странах Азиатско-Тихоокеанского региона.

Каковы же дальнейшие перспективы развития отечественной нефтяной промышленности?

Будущее развитие

Добыча нефти в России окончательно прекратила свое падение в 1997 году. Независимые эксперты считают, что Западная Сибирь располагает остаточными запасами более 150 млрд. баррелей (более 20 млрд. т), и уровень добычи может быть в три раза больше, чем сейчас. Но ситуация осложнена сложными пластовыми условиями на уже разрабатываемых месторождениях.

Другие провинции также обладают существенным потенциалом. Тимано-Печорский бассейн простирается от Урала на востоке до Баренцева моря на севере. Регион характеризуется резким климатом, большая часть запасов относится к категории трудноизвлекаемых и содержит тяжелую нефть. Несмотря на это остаточные разведанные запасы оцениваются приблизительно в 9 млрд. баррелей (1,25 млрд. т.)

Остаточные запасы Восточной Сибири оценены в 3 млрд. баррелей (0,45 млрд. т), но неразведанные запасы могут быть в несколько раз больше. Основной проблемой этого региона является удаленность от рынков сбыта и отсутствие транспортной инфраструктуры.

Нефтяные запасы острова Сахалин также представляются довольно значительными, но их разработка в наши дни сдерживается высокой капиталоемкостью.

Однозначной оценки запасов нефти в России нет. Эксперты называют цифры объема извлекаемых запасов от 7 до 27 млрд. т, что составляет от 5 до 20 % мировых.

Распределение запасов нефти по территории России таково:

Западная Сибирь – 72,2 %;

Урало-Поволжье – 15,2 %;

Тимано-Печорская провинция – 7,2 %;

Республика Саха (Якутия), Красноярский край, Иркутская область, шельф Охотского моря – 3,5 %.