CC BY
0Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 6 (75) Том 1. ИЮНЬ 2024 г. УДК 622.276.66
Гаффаров Д.Р.
магистрант
Уфимский государственный нефтяной технический университет
(г. Уфа, Россия)
ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НЕФТЕДОБЫЧЕ
Аннотация: в статье освещена история применения метода гидравлического разрыва пласта в отечественной нефтедобыче. Определены и рассмотрены основные события, оказавшие существенное влияние на промышленное становление метода, приведен прогноз на дальнейшее его применение.
Ключевые слова: гидравлический разрыв пласта, многостадийный гидравлический разрыв пласта, интенсификация добычи, трудноизвлекаемые запасы нефти.
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - гидрогазодинамический метод интенсификации притока и приемистости пластов, заключающийся в создании искусственных и расширении естественных трещин в пласте путем закачки в скважину жидкости под высоким давлением и последующим закреплении их расклинивающим материалом. В 2023 году исполнилось 70 лет со дня первого применения метода ГРП в отечественной нефтедобыче. За это время метод преодолел большой путь - от первых опытов до массового применения и сложных конфигураций. Сегодня ГРП не просто применяют для интенсификации добычи - с ней связывают большие надежды по освоению трудноизвлекаемых запасов. В связи с этим особый интерес вызывает изучение основных этапов становления, развития и перспектив применения ГРП в отечественной нефтедобыче.
1944
Первые отечественные изыскания на тему ГРП относятся к 1950 году. Тогда сотрудники УфНИИ приступили к исследовательским работам по разработке рациональной технологии ГРП применительно к геологическим и эксплуатационным условиям отечественных месторождений. Позже присоединились и другие институты - АзНИИ, ВНИИ, ГрозНИИ, Гипровостокнефть, а также конструкторские бюро по разработке оборудования и приборов для оснащения [5].
В июне 1953 года на Туймазинском месторождении (Башкортостан) в нагнетательной скважине законтурного заводнения № 191 был произведён первый ГРП в СССР. Обработка прошла успешно, и уже концу 1956 года в скважину было дополнительно закачено 51 285 м3 воды. Первый отечественный опыт ГРП в нефтяной скважине также получен на территории Туймазинского месторождения (скважина № 604) и датируется 1954 годом. Однако эта обработка не дала положительных результатов, весь закаченный песок (1400 кг), остался на забое в виде пробки, дебит скважины не изменился [5].
Вместе с тем промышленные и лабораторные исследования метода продолжались. Были достигнуты значительные успехи в скважинах девонских месторождений Башкортостана, которые убедительно показывали эффективность метода как в нагнетательных, так и в добывающих скважинах.
С 1955 года ГРП стали внедрять как постоянно действующее мероприятие с твердым планом на каждый год для различных нефтяных объединений. В пиковый период, который пришелся на 1958 по 1962 годы, в СССР ежегодно выполнялось более 1500 операций по ГРП, а рекорд по этому показателю был поставлен в 1959 году - 3000 операций. Основными центрами по проведению ГРП были месторождения Краснодарского края, Волго-Уральского региона, Чечено-Ингушетии и др. [3,6]. Характерной чертой этого раннего этапа внедрения ГРП стало то, что метод в основном применялся для освоения и увеличения производительности нагнетательных скважин.
После 1962 года количество проводимых операций ГРП снизилось и постепенно стабилизировалось на уровне примерно 100 операций в год. Это, в
1945
частности, объясняется оснащением промыслов мощной техникой для закачки воды, но в большей степени этому поспособствовало ввод в разработку крупных высокодебитных месторождений Западной Сибири. В результате с начала 1970-х по конец 1980-х годов в отечественной нефтедобыче гидроразрыв в промышленных масштабах не применялся [3,6].
Интерес к методу вернулся в конце 1980-х годов, когда задачи интенсификации добычи вновь обрели актуальность в связи с существенным изменением структуры запасов нефти и газа. Это проявлялось тенденцией роста в них доли, приуроченной к низкопроницаемым коллекторам. Так, на тот момент более 40% извлекаемых запасов находилось в коллекторах с проницаемостью менее 0,05 мкм2, из них около 80% - в Западной Сибири. В этой связи с 1988 по 1995 годы в Западной Сибири проведено более 1600 операций ГРП. Для целого ряда объектов гидроразрыв стал неотъемлемой частью разработки и проводился в 50-80% фонда добывающих скважин [3,6]. Этот период называют «вторым рождением» ГРП в отечественной истории нефтедобычи. Уже в это время гидроразрыв рассматривали не только как метод интенсификации, но и как экономически целесообразный метод разработки месторождений с низкопроницаемыми коллекторами. Стоит отметить, что за десятилетия невостребованности отечественное оборудование и опыт ГРП значительно отстали от мирового уровня. Поэтому подавляющее число операций проводилось совместно с зарубежными компаниями по зарубежным технологиям и на зарубежном оборудовании.
С началом 2000-х годов интерес к ГРП в России только усилился. Широкому распространению метода поспособствовало не только ухудшение структуры запасов, но и высокие цены нефть, а также совершенствование самого метода. Изменились типы и увеличились объемы применяемых рабочих агентов (жидкости ГРП, проппанты, химические добавки), внедрялись технологии точечной стимуляции (Pinpoint и др.), гидроразрыв стал применяться в пластах со средней и высокой проницаемость (технология TSO). Большим достижением «нулевых» годов стали опытно-промышленные работы (ОПР) по ГРП в
1946
горизонтальных скважинах. Первые такие разрывы были произведены в 20042005 годах сотрудниками «Ноябрьскнефтегаза» вкупе с зарубежными сервисными компаниями [3,6]. Тогда среди зарубежных операторов ГРП лидирующие позиции занимали компании: «Schlumberger», «Halliburton», «BJ Services», «Weatherford», «Baker Hughes» и др. Эти компании и по сей день удерживают свои высокие позиции.
В течение 2000-2008 годов количество операций ГРП в России значительно увеличилось (рисунок 1) [4]. Если в 2000 году было произведено 2170 гидроразрывов, то в 2008 году их количество достигло 8783 (прирост более 300%). Подавляющее большинство операций производилось на переходящем фонде скважин Западной Сибири и Волго-Уральской провинции, где находятся наиболее старые истощающиеся месторождения.
Рисунок. 1. Динамика операций ГРП по регионам России в 2006-2018 годы.
В 2009 году российский рынок ГРП уже в рамках своей новейшей истории встретился с первым конъектурным вызовом. Тогда мировой
1947
финансовый кризис охватил практически все отрасли отечественной деятельности, и в особенности нефтяную. Нефтедобывающие компании, стали оптимизировать объемы своих затрат. Как итог, количество операций ГРП снизилось до 8684.
В 2010-2014 годах вместе с ростом цен на нефть росло и количество операций ГРП - с 9672 до 13 566 [4]. Большинство операций всё также производилось на переходящем фонде скважин, однако по сравнению с предыдущим периодом наметилась положительная динамика операций ГРП на новых скважинах. Последнее объясняется увеличением доли трудноизвлекаемых запасов нефти (ТРИЗ) и необходимостью применения специальных методов добычи. В 2011 году как результат ОПР, начатых в 2004 году и благодаря технологическим достижениям в сланцевой добыче [2] (в США) в России также начали массово применять технологию многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) в горизонтальных скважинах. Первый «пилотный» МГРП из четырёх стадий был реализован компанией «Газпром нефть» на Вынгапуровском месторождении [1]. С тех пор количество операций МГРП на месторождениях «Газпром нефти» и в целом по России росло из года в год (рисунок 2) [4].
Рисунок 2. Динамика операций МГРП по регионам России в 2011-2018 годы.
1948
В 2014-2017 годах отечественный рынок ГРП и МГРП ожидало второе испытание. В эти годы помимо снижения цен на нефть были введены санкции США и ЕС, влияющие на нефтяную отрасль России. Из санкций, непосредственно влияющих на рынок ГРП и МГРП можно выделить запреты на использование зарубежных: буровых установок для горизонтального бурения, бурильных труб, программного обеспечения для проектирования операций и насосов высокого давления. Усиливало эффект санкций и тот факт, что на тот момент доля зарубежных сервисных компаний на отечественном рынке ГРП и МГРП составляла около 90%. Сегмент был практически монополизирован, к примеру в 2013 году из 9000 операций ГРП только 5 операций были выполнены на отечественном оборудовании. Как результат на введенные санкции Российское правительство начало активно разрабатывать меры по увеличению импортозамещения в нефтегазовой отрасли. Параллельно с этим компании находили приемлемые способы обхода санкций, среди них: регистрация дочернего предприятия в российской юрисдикции, сделки по слиянию и поглощению [7].
Спустя годы можно сказать, что рынок ГРП и МГРП не сильно пострадал от санкций 2014-2017 годов. Более того в 2014-2018 годах рынок работ по проведению гидроразрыва пласта стал одним из наиболее динамично развивающихся секторов российского нефтесервиса: выручка компаний, работающих на этом рынке, выросла более чем в 2,2 раза, а общее количество операций на 6% [7].
В 2019 году суммарное количество операций ГРП и МГРП в России составило 15 580. Основные события этого года: переломлена наметившаяся с 2014 года отрицательная динамика ГРП на переходящем фонде скважин (+8%), поменялась на отрицательную динамика операций ГРП на новых скважинах (2,4%), увеличение объемов дорогостоящих операций МГРП более, чем на 40%, рост числа стадий МГРП (8-9 стадий) [8].
В 2020 году отечественный рынок ГРП и МГРП встретился с третьим по счёту вызовом. Пандемия СОУГО-19, снижение цен на нефть, сделка ОПЕК+ всё
1949
перечисленное негативно сказалась на рынке гидроразрыва пласта. Суммарное количество операций ГРП и МГРП снизилось до 13 300. Это снижение вызвано сокращением: операций ГРП на переходящем фонде скважин (-26%), объемов эксплуатационного бурения (-4%), объема рынка оборудования (-28%). Несмотря на негативные изменения в количественном выражении, качественно рынок гидроразрыва демонстрировал позитивные тренды: увеличилась средняя удельная эффективность на операцию (+11%), сократилось время проведения одной операции и снизились операционные расходы [9].
В период с 2021 по 2023 год в отношении России было введено рекордное количество санкций, которые прямо или косвенно касались импорта российской нефти. Однако несмотря на неблагоприятные прогнозы, уровень устойчивости отечественной нефтегазовой отрасли к ограничительным мерам оказался очень высоким. Подтверждением тому является рост уровня добычи нефти и газового конденсата (524 млн. тонн в 2021 году, 534 млн. тонн в 2022 году). В свою очередь рынок нефтесервиса также показал восходящий тренд, к примеру, объем рынка ГРП в 2022 году вырос в физическом на 10% и на 14% в денежном выражении. Среди основных достижений к этому году: использование воды из системы поддержания пластового давления в качестве рабочей жидкости ГРП, рост числа стадий МГРП (10-11 стадий) [10].
Что дальше? В России доля ТРИЗ, требующих специальных методов добычи, с каждым годом увеличивается, и, по оценкам Минэнерго, сейчас она составляет более 65% от общего объема. Это вкупе с истощающимися запасами традиционной нефти создает спрос на использование методов ГРП и МГРП. Согласно аналитическому отчёту компании от 2023 года [10], в целом по России в долгосрочной перспективе до 2030 года прогнозируется рост рынка ГРП в физическом и денежном выражении. Ключевым трендом рынка к этому году станет переориентация заказчиков в сторону сегмента МГРП и увеличение средней стадийности МГРП до 15 и более.
1950
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Алексеев, А.В. Эпоха ГРП // Сибирская нефть. - 2020. - № 4 (171). - С. 6063. // URL: https://www.gazprom-neft.ru/files/journal/SN171.pdf (дата обращения 25.05.2024 г.);
2. Гаффаров Д.Р. Нефть низкопроницаемых пород («сланцевая» нефть) -прошлое, настоящее и будущее // Вестник науки №5 (74) том 4. С. 1813 - 1824. 2024 г. ISSN 2712-8849 // URL: https://www.вестник-науки.рф/artideЛ5079 (дата обращения: 26.05.2024 г.);
3. Каневская, Р.Д. Математическое моделирование разработки месторождений нефти и газа с применением гидравлического разрыва пласта. -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 212 с;
4. Кравец, В.А. RPI: Многостадийный ГРП стал локомотивом для рынка гидроразрыва пласта в целом // ROGTEC. - 2019. - № 57. -С. 12-22. // URL: https://bit.ly/3TVaEu3 (дата обращения 25.05.2024);
5. Логинов, Г.Б., Блажевич В.А. Гидравлический разрыв пласта (Опыт нефтяников Башкирской АССР). - М.: Гостоптехиздат, 1958. - 140 с;
6. Магадова, Л.А., Силин М.А., Глущенко В.Н. Нефтепромысловая химия и материалы для гидроразрыва пласта: Учеб. пособие для вузов. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. - 423 с;
7. Митрова Т.А., Грушевенко Е.Н., Малов А.А. Перспективы российской нефтедобычи: жизнь под санкциями // Центр исследований в области энергетики бизнес-школы СКОЛКОВО. - Москва 2018. - № 11 (2). - С. 5-50;
8. Российский рынок гидроразрыва пласта: текущее состояние и сценарии его развития до 2030 года // RPI: research & consulting // URL: https://rpi-consult.ru/reports/dobycha-nefti-i-gaza/rossiyskiy-rynok-grp2020/ (дата обращения 26.05.2024);
9. Российский рынок гидроразрыва пласта: текущее состояние и сценарии его развития до 2030 года // RPI: research & consulting // URL: https://rpi-consult.ru/reports/dobycha-nefti-i-gaza/grp-21/ (дата обращения 27.05.2024);
1951
10. Российский рынок гидроразрыва пласта: текущее состояние и сценарии его развития до 2030 года // RPI: research & consulting // URL: https://rpi-consult.ru/reports/dobycha-nefti-i-gaza/grp2023/ (дата обращения 27.05.2024)
Gaffarov D.R.
Ufa State Petroleum Technological University
HISTORY AND PROSPECTS OF APPLICATION OF HYDRAULIC FRACTURING IN DOMESTIC OIL PRODUCTION
Abstract: the article covers the history of hydraulic fracturing method application in domestic oil production. The main events that had a significant impact on the industrial development of the method are defined and considered, and the forecast for its further application is given.
Keywords: hydraulic fracturing, multi-stage hydraulic fracturing, production intensification, hard-to-recover oil reserves.
1952
