Как найти новое месторождение

Как ищут нефть в России

Геологоразведка меняется, но, как оказалось, в ней все еще есть место бородатым мужикам с палатками и гитарами. С другой стороны, часть геологов давно прописалась в офисах, поскольку обработка собранных данных порой занимает годы. Тут все средства хороши, начиная от «облаков» и заканчивая ML.

Платформа «Приразломная». Фото: «Газпром»

Под катом — интервью с PhD по направлению Petroleum Engineering и директором Центра Heriot-Watt Валерием Рукавишниковым. Под его началом в середине апреля в томской Точке кипения должен был пройти финал студенческого чемпионата OilCase, который в итоге перенесли в онлайн. Отсутствие возможности личной встречи на этом мероприятии не помешало нам пообщаться на столь актуальную для России тему. Да, и про сорванную сделку с ОПЕК+ мы тоже спросили.

Валерий Рукавишников с одной из финалисток всероссийского чемпионата OilCase в 2018 году (OilCase 2018)

— Чтобы сразу определиться с тем, насколько остро стоит задача поиска, начнем издалека: надолго ли хватит нефти из уже обнаруженных месторождений?

При текущих объемах потребления (зафиксированных до недавнего кризиса) объема выявленных месторождений хватит на 60 лет. Но тут есть несколько нюансов.

Во-первых, со временем появляются новые технологии нефтеизвлечения, которые позволяют добыть то, что раньше мы добыть не могли.

Хороший пример — Венесуэла, где нефти больше всего в мире, но она высоковязкая, поэтому добыть ее экономически эффективным способом пока не получается.

Еще есть неисследованные регионы. Та же Арктика. Но даже если не вести разведку, срок окончания запасов будет постоянно сдвигаться.

Во-вторых, меняется структура потребления. Лет через 15-20 объемы переработки нефти в топливо будут намного ниже, т.е. сырье будет перенаправлено куда-то еще.

В-третьих, нужно понимать, что уровень запасов — вещь вероятностная. Зачастую эти цифры используются для спекуляции, и даже международный аудит не может сказать, насколько точна оценка. Мы можем найти перспективное месторождение и после бурения одной скважины оценить объемы в 100 миллионов тонн. А после бурения второй скважины может оказаться, что там всего 10 миллионов или наоборот — 200 миллионов тонн. Так что оценка в 60 лет очень приблизительная.

— А кто инициирует поиски новых месторождений в нашей стране?

Структура нашего нефтяного рынка такова, что частных компаний здесь очень мало и они небольшие. Поэтому основная разведка осуществляется компаниями с госучастием.

— Разве не в интересах государства делать это своими силами, учитывая значение нефти для нашей экономики?

Государство так или иначе субсидирует программы геологоразведки, но в очень маленьких объемах. Свои усилия оно направляет на участки, где до этого никаких работ не проводилось — о которых мы ничего не знаем. Там нужны огромные вливания денег и административные решения.

То, что нефтяные компании разрабатывают сейчас, это плоды работы еще Советского союза, 60-70 годов прошлого века. Чтобы охватить новые территории, например Арктику, необходимо в суровых условиях провести сейсморазведочные работы 2D на участках по 120 км. Это просеки в тайге, завоз оборудования.

Более того, подобные исследования не несут прямой выгоды. Это просто сбор информации, интерпретируя которую, можно будет предположить, какие замеры провести в будущем на меньших территориях. Исследования на таких масштабах не позволяют сказать, что мы пробурим скважину в такой-то точке и получим нефть. Но это работа, которую необходимо сделать. Ее итогом будет условный кусочек 500 на 500 км, где стоит сосредоточить усилия для поиска конкретных месторождений.

Таким образом государство занимается разведкой на долгосрочную перспективу, но в маленьких объемах, поскольку это очень дорого.

При уменьшении масштабов участков к исследованиям подключаются компании, которые покупают лицензии на определенные территории, где они предполагают наличие нефти. Разведкой на местах бизнес занимается самостоятельно, инвестируя собственные деньги. У каждой нефтяной компании есть стратегия геологоразведочных работ лет на пять.

— А кто непосредственно осуществляет геологоразведку — подразделение нефтяной компании или независимый подрядчик?

Тут есть несколько бизнес-моделей. В каждой компании есть собственные инженеры-геологи, которые могут провести сейсморазведку или пробурить разведочную скважину. К масштабным исследованиям привлекаются подрядчики: как госкорпорация Росгеология, так и частные, например, Schlumberger. Внутри нефтяной компании таких узких специалистов содержать невыгодно.

— Где сейчас идет разведка?

Сейчас компании выходят работать в основном в Восточную Сибирь, в частности, Иркутский регион. Это новая серьезная нефтегазовая провинция, откуда уже идет добыча, но продолжается разведка.

Арктика тоже представляет интерес. Вероятно, вы слышали про месторождение Приразломное, где добывает «Газпром нефть» при помощи единственной арктической платформы в мире.

Платформа приразломная: персонал — 200 чел., кессон в нижней части — 126х126 м, объем добычи — 5 млн тонн в год (фото: «Газпром»).

На иллюстрации — стволы скважин, уходящих горизонтально в нефтеносный слой. Окончания скважин имеют множество перпендикулярных отводов, из-за чего их именуют «рыбьими костями» (изображение: «Газпром»)

В том регионе есть еще ряд открытых месторождений, и работы по региональному поиску продолжаются. Но экономическая ситуация не позволяет оценить, когда там можно будет приступить к каким-то масштабным действиям.

Еще один регион, где уже идет добыча, — шельф Сахалина. Остальное — это более локальные работы в Западной Сибири, на Ямале.

— По каким признакам ищут месторождения?

Чаще всего нефть встречается в районах, где выполняется несколько условий:

• нужна материнская порода, из которой нефть может образоваться, например, так называемая Баженовская свита;
• требуется наличие пористой осадочной породы — коллектора;
• сам пласт должен быть соответствующим образом деформирован и изолирован непроницаемой покрывающей породой;
• должна образоваться ловушка, где эта нефть могла бы скопиться;
• и необходимо, чтобы с последних геологических метаморфоз прошло определенное время, чтобы нефть успела «вызреть» в нефтематеринской породе и мигрировать в ранее сформированную ловушку.

Выполнение этих условий — лишь признак того, что нефть может быть в изучаемом районе. А задача геологоразведки — различными методами проверять гипотезы о том, что она есть. При этом все данные геологоразведки также косвенные.

— Какие именно методы поиска применяются?

Любая геологоразведка — это целый комплекс разных методов. Прежде всего выполняется крупномасштабная съемка больших территорий, которая позволяет определить региональную геологию. Такие съемки по всей стране проводились в 30–50 годы прошлого века. Накопленных на текущий момент знаний хватает, чтобы понять, какие процессы проходили в том или ином регионе за последние сотни миллионов лет. Так что мы можем сужать районы поиска, повышая качество исследований — выбирать небольшие участки (условно — 500 на 500 км), чтобы проводить более детальную аэрофотосъемку и магниторазведку, проектировать сеть сейсморазведочных профилей.

По полученным данным мы оцениваем вероятность нахождения нефти в определенной точке и бурим там скважину.

Тектонические структуры, построенные в результате интерпретации временного разреза по сейсмическому профилю бассейна дельты Нигера (источник: American Association of Petroleum Geologists)

— Учитывая объемы инвестиций в нефтянку, здесь, наверное, уже все пересели на современное оборудование — беспилотники и т.п.?

Вы себе рисуете в воображении красивую картину, но в реальности это пока не так.

Нефтяная отрасль — очень неповоротливая. Здесь очень важна человеческая и экологическая безопасность. Любые новинки «железа» должны пройти испытания на прочность.

Хотя компании постепенно начинают перестраиваться. Уже два или три года проводятся пилотные проекты с дронами, и эта тенденция набирает обороты. Не так давно закончились исследования «зеленой» сейсморазведки.

Классический сейсмологические исследования Западной Сибири — это просеки в лесу на территории в десятки квадратных километров, где расставляются датчики, соединенные проводами в единую сеть. Это огромные трудозатраты, сотни километров кабеля. Сейчас начали развиваться методики, основанные на беспроводных датчиках, под которые не нужно рубить лес. Это экономит время и силы, поэтому технология постепенно завоевывает рынок.

— Неужели отрасль настолько консервативна?

Наоборот. Местами нефтегаз сравним с аэроспейсом, просто здесь нет такой популяризации.

Базовые принципы исследований той же сейсморазведки, которая появилась в 20-х годах прошлого столетия, не изменяются. Но методики настолько усложняются внутри, что ими занимаются целые научные центры, с каждым годом улучшая технологию. Нельзя сказать, что здесь суперновые гаджеты. Просто идет планомерное улучшение всего вокруг так, что за 10 лет отрасль кардинально меняется.

Очень сильно подтолкнула развитие цифровизация. Она позволяет серьезно экономить на капитальных вложениях. Технологически она обеспечивает интеграцию между собой различных цепочек процессов. Эволюция здесь идет не по пути новомодных гаджетов, а через изменение подходов. Если раньше геологоразведкой занимался один департамент, который в принципе не пересекался с другими (нашли месторождение — написали отчет — отправили в следующий отдел), то теперь выстраивается цепочка единой команды. Без технологических вещей провести такие преобразования невозможно. Здесь и облака данных, и общее рабочее пространство, которое пришло к нам из информационных технологий.

Дроны тоже используют, только не для геологоразведки, а для контроля целостности трубопроводов. И в целом гаджеты больше внедряются в процессы контроля за нефтепереработкой. К примеру, через видеокамеры контролируется ношение каски в опасных зонах производства.

— Предположим, наша геологоразведка дала какие-то результаты. Какая должна быть вероятность обнаружения нефти, чтобы началось бурение?

Тут не может быть жестких границ. Геологоразведочный бизнес имеет высокую степень неопределенности. Единственный метод, который может продемонстрировать, что нефть действительно есть, — это бурение. В остальных случаях мы не можем это утверждать — только если она не выходит в прямом смысле на поверхность, как в Баку.

Почтовая открытка конца XIX века (автор: DKP64, CC BY-SA 4.0)

Вероятность получения нефти в 30-40% — это очень хороший показатель для геологоразведки. Проблема в том, что объект исследований находится на глубине 3–5 км, и мы не можем его со всех сторон изучить. Вся отрасль построена на вероятностных моделях.

Но цель разведки не только сама нефть, но и информация. Представьте, что вы нашли перспективное месторождение, пробурили скважину, нашли нефть, но не знаете, сколько ее там. Вы начинаете планировать строительство нефтеперерабатывающего завода, и это колоссальные инвестиции. Начинаете вкладывать деньги, сэкономив на дальнейшей разведке. А потом при бурении следующей скважины вы уточняете запасы и выясняете, что месторождение намного меньше, чем ожидалось.

Иногда важно провести бурение там, где нефти точно нет, и уточнить некоторые параметры. В будущем это позволит реализовать более правильные шаги по поиску нефти в конкретном регионе.

— А как выглядят люди, которые занимаются геологоразведкой и бурением? Это все те же бородатые дядьки с гитарами?

Олдскульные ребята действительно сохранились среди тех геологов, которые физически выполняют замеры в полевых условиях. Им приходится работать на севере страны, куда их забрасывают на вахту на вертолетах или по зимникам. Из связи у них только спутниковый телефон.

И они занимаются жесткой напряженной работой. Если идет бурение, то процесс продолжается круглые сутки — его нельзя остановить. Если они занимаются сейсморазведочными работами, то они своими руками рубят просеки, перемещаются на вездеходах, живут в палатках. В этом плане вся эта «гитарная романтика» никуда не делась, разве что есть какой-то налет современности — интернет местами… Кстати, это может быть не так далеко от города — например, километрах в 200 на север от Томска. Но и там это связано с определенным риском для жизни людей и сложной логистикой.

Группа геологов в республике Саха (автор: Эрдни Тямисов, CC BY-SA 2.0)

— Значит геологи, в привычном для всех образе, никуда не денутся?

Есть в отрасли идея перехода к безлюдным производствам. Сами подумайте, насколько будет проще, если придется никого никуда «забрасывать». Но условия, в которых приходится работать, настолько суровы, что никто кроме человека их не может выдержать. Те же морозы в минус 40–50 градусов — это вызов для всего мирового научного сообщества с точки зрения материаловедения, применяемых смазок. Это огромный пул задач, которые только предстоит решить.

А в целом сегодня «геолог» — широкое понятие. Это человек, который работает в офисе за компьютером, анализируя собранные данные. И отсутствие опыта работы «в поле» не является серьезным препятствием.

Валерий Рукавишников со студентами

— Исследования ведут разные компании, и в сумме они генерируют огромное количество данных. Обобщаются ли они как-то на уровне государства?

Как у компаний, так и у государства эти данные обычно имеют высокий уровень секретности, поэтому единого хранилища, к сожалению, нет.

Однако благодаря росту компьютерных мощностей и развитию алгоритмов уже начался анализ данных в автоматическом режиме, который позволяет видеть то, что вручную невозможно было оценить. Компании собирают собственные базы в рамках своего периметра, обрабатывают данные единым потоком и получают новые инсайты, с которыми могут работать сотрудники и партнеры именно этой компании.

Все данные, кстати, обязательно сдаются государству, но у него нет ресурсов дополнительно их обрабатывать. Да и смысла нет, поскольку свои месторождения компании покрывают полностью. Государство может разве что предоставлять их ученым, чтобы те могли проверять свои гипотезы.

— Вы упоминали, что на месте геологоразведки зачастую нет интернета. А как оттуда передаются данные?

Проблема передачи данных стоит не так остро, как проблема обработки. В нефтяной отрасли важны сроки принятия решений. Поэтому все расчеты должны выполняться максимально быстро. Как это реализуется на практике, зависит от того, что это за разведка.

Если идет корабль и снимает сейсмику на шельфе, то на этом же корабле сидят ребята, которые интерпретируют и обрабатывают данные в максимально сжатые сроки. Если же данные сейсморазведки собираются на земле, то они в течение сезона (зимой) собираются на жесткие диски и вывозятся, после чего около года обрабатываются уже в офисе.

Скорость обработки — это один из технологических вызовов, которые стоят перед отраслью. Если срок обработки сократить хотя бы на 30-40%, это даст миллиарды рублей экономии.

Компании постоянно следят за передовыми технологиями, чтобы понять, как можно упростить сбор данных. На практике случается, что выгоднее лишний раз куда-то вертолет отправить, чтобы сократить срок обработки, например, с двух лет до года.

— Сейчас алгоритмы обработки данных развились достаточно хорошо. С видео «на лету» делают потрясающие вещи. Неужели нельзя разработать аналогичные алгоритмы для обработки данных сейсморазведки?

А они уже разрабатываются. Machine Learning активно применяется для их интерпретации, в том числе отечественными компаниями. Загвоздка в том, что типичную сейсмическую картину очень тяжело алгоритмизировать. Пока нет достаточного количества размеченных образцов, чтобы все сделать автоматом и быть уверенным в результате. Геология в разных уголках Земного шара отличается. Алгоритм, который мы обучили на Ямале, скорее всего, не сработает в Хакасии. При этом по результатам его применения необходимо принять решение на миллиарды рублей. Так что тут встает тонкий вопрос ответственности.

Однако сейчас вся эта сфера понемногу совершенствуется. Для более рутинного геофизического исследования скважин, когда мы опускаем в скважину нужные приборы и замеряем физические поля, есть уже зрелые технологии. ML позволяет интерпретировать результаты в автоматическом режиме. Это дает возможность заново провести интерпретацию данных с месторождений после изменения геологических гипотез, и делать это за считанные дни, а не за пару лет. Автоматические алгоритмы ускоряют работу в десятки и сотни раз. А самое важное, что мы можем смотреть на данные в другом масштабе, проверяя свои догадки.

— Речь идет о появлении принципиально новых методов исследований благодаря обработке данных?

Мы по-другому смотрим на данные, получаем из них другие комплексные вещи, которые раньше в принципе не могли бы выяснить. Но тут важно, чтобы модели строил не просто программист, а инженер-нефтяник.

— Предположим, месторождение обнаружено. Какие параметры оцениваются, чтобы решить, стоит ли его разрабатывать?

С точки зрения экономики перспективы месторождения зависят от множества факторов. Очевидный — его объем и стоимость добычи. Одно дело — месторождения, где нефть в буквальном смысле на поверхности. Другое дело — если надо бурить сложные скважины. Не менее важно наличие инфраструктуры в том месте, где мы ищем нефть. Если мы обнаружим колоссальное месторождение, но там не будет трубопровода, поднятую нефть будет просто некуда деть.

Строить трубопровод дорого, поэтому компании стараются разрабатывать участки рядом с уже существующей инфраструктурой. Это, кстати, одна из причин, почему в отдалении от цивилизации никто не проводит масштабных геологоразведочных работ.

Иными словами, оценка идет с позиции экономики. Иногда выгоднее разработать несколько маленьких месторождений рядом с существующей инфраструктурой, нежели одно большое где-то очень далеко.

— Когда из месторождения выкачивается нефть, под землей остаются пустоты?

Обычно мы закачиваем в пласт воду, чтобы она вытеснила нефть. Нужно понимать, что из каждого месторождения мы добываем всего 30–35% общего запаса. Так что никаких пустот не остается. Кстати, разработка способов добычи оставшихся 65–70% — это еще одна возможность увеличить запасы. На данный момент у нас не хватает технологий, чтобы эту нефть оттуда достать.

— А что происходит с обнаруженными месторождениями, которые приняли решение не разрабатывать?

Ничего. Сейчас в стране и в мире огромное количество нерентабельных запасов. Но сегодня цена на нефть — 20 долларов за баррель, а завтра — 100, и количество рентабельных месторождений резко возрастет. А будет цена за 200, появятся средства для инвестиций в Арктику, несмотря на жесткие погодные условия.

— Как вы думаете, кто сейчас «обрушил» цены на нефть? Кому это выгодно?

Тут есть разные мнения. Сделка ОПЕК+, с которой все началось, в долгосрочной перспективе была России не выгодна. Борьба же идет не просто за объем того, что мы продаем, а еще и за рынок сбыта. Если мы ограничим нашу добычу, то и новые рынки нам будет тяжело завоевать — это сделают другие.

Тем не менее, момент для разрыва отношений был выбран не очень удачный. Текущая цена на нефть уже вряд ли кого-то устраивает.

— Стоимость вернется к норме?

Посмотрите вокруг себя. Помимо топлива у нас есть масса производств, где применяются продукты переработки нефти. Та же химическая промышленность, фарма. И каких-то альтернатив в ближайшее время мы там не найдем.

Плюс нефть — это все-таки невозобновляемый источник. Больше ее не становится.

Так что восстановление цены — это вопрос времени.

Нефть называют «чёрным золотом», потому что это углеводород, без которого немыслимо развитие современного промышленного производства. Нефть и газ — основа топливно энергетического комплекса, который производит горючее, смазочные материалы, нефтяные компоненты используются в строительных материалах, косметике, продуктах питания, моющих средствах. Это сырьё продаётся за валюту и приносит благосостояние странам и народам, обладающим огромными его запасами.

Как находят месторождения нефти?

Добыча полезных ископаемых начинается с разведки месторождений. Геологи определяют возможное залегание нефтяных горизонтов в недрах сначала по внешним признакам — географии рельефа, выходам нефтяных пятен на поверхность, наличию следов нефти в грунтовых водах. Специалисты знают, в каких осадочных бассейнах можно предположить наличие нефтяных пластов, у профессионалов есть на вооружении различные методы разведочно-поисковых исследований, в том числе поверхностное изучение выходов горных пород и геофизическая визуализация разрезов.

Предположительный район залегания месторождения определяется по совокупности признаков. Но даже если они присутствуют все, это не означает, что детальная разведка обнаружит нефтяной бассейн с большими запасами, необходимыми для того, чтобы начать промышленную добычу. Часто бывает так, что разведочное бурение не подтверждает коммерческую ценность месторождения. Эти риски всегда присутствуют в нефтеразведке, но без них невозможно определить структуры (ловушки), в которых скапливается нефть в необходимом для разработки количестве.

Определение границ месторождения и изучение объёма залежей

После подтверждения наличия нефтяных пластов требуется определить географические размера месторождения и его объём. Это делается способом бурения скважин, многие из которых бывают пустыми, но затраты окупаются сторицей, когда залежь правильно окантована и становится ясно, что её имеет смысл разрабатывать.

Достаточно сказать, что разведка новых месторождений всегда дешевле, чем покупка уже разведанных запасов. Поисковая часть разработки — это всего 2-3 доллара за баррель, а потом к себестоимости добавляются затраты на разработку, эксплуатацию, транспортировку. Но в итоге заниматься нефтедобычей выгодно, этот бизнес даёт колоссальные прибыли.

Объём бассейна исследуется способом определения дебита разведочных скважин, то есть при помощи подсчёта количества поднимаемой на поверхность нефти в единицу времени. По этому показателю высчитывается рентабельность разрабатываемого участка, определяется необходимый диаметр эксплуатационных скважин и необходимое для них оборудование — вышки, насосы.

Технологии добычи нефти

Самыми известными способами разработки нефтяных месторождений являются:

• механический (насосный)
• фонтанный
• сланцевый

Механический (насосный) способ добычи нефти

Механический означает бурение скважины трубами на глубину залегания пласта, установку насосного оборудования и откачка нефти с помощью компрессора. Компрессор находится на поверхности, от него к насосу подводится шнур для питания насоса энергией.

Фонтанный способ

Фонтанный способ — самый экономичный. Он основан на том, что нефтяной пласт в недрах находится под давлением пород, и жидкость сама поднимается на поверхность. Оборудование скважины состоит в этом случае только из труб в скважине и арматуры на поверхности, которая регулирует силу фонтана. Со временем напор, бьющий из скважины, ослабевает, тогда на место арматуры устанавливается механизированное оборудование, собирающее сырье в специальные резервуары.

Сланцевый метод добычи нефти

Сланцевая добыча нефти является самой дорогостоящей. Она осуществляется с помощью бурения вертикальной скважины с поворотом бура в горизонтальную плоскость вдоль нефтеносного пласта. После горизонтального пробуривания делается гидравлический разрыв для интенсификации поступления нефти в скважину. Сланцевая революция началась с разработки в США двух месторождений Bakken и Eagle Ford. Учёные утверждают, что запасов сланцевой нефти на планете хватит на 300 лет. Есть мнение, что сланцевый метод добычи нефти может быть очень опасен для окружающей среды.

В России и арабских странах нефть добывают традиционно механическим и фонтанным способами. Обходится она для российских нефтедобывающих компаний примерно в 15 долларов за баррель, в Саудовской Аравии — 6 долларов, в Америке сланцевая добыча рентабельна при себестоимости около 40 долларов за баррель. Добывают нефть не только на суше, но и на море, устанавливая плавучие нефтедобывающие платформы.

Как добывают нефть – интересное видео