Зарождение науки о разработке нефтяных месторождений (стр. 4 из 5)
В 1943 г. были опубликованы результаты исследований Н.Я.Полубариновой-Кочиной, посвященные решениям «прямой» и «обратных» задач гидравлики нефтяного пласта. Решения «обратных» задач гидравлики позволили определять весьма важные для проектирования разработки гидродинамические характеристики нефтеносных пластов. Автор указывает на то, что в современной учебной литературе подобные методики получили название как задачи по «идентификации». Решение этих задач существенно упростилось вследствие развития ЭВМ в последние годы.
Под руководством В.Н.Щелкачева проводились исследовательские работы на промыслах Грознефти в тяжелые годы войны, когда фашисткие войска перерезали железную дорогу по линии Грозный – Ростов и когда в 1944 г. фашисткие войска были отброшены к западной границе нашей Родины. Затруднения, возникшие в вывозе нефти, позволяли останавливать скважины и проводить серьезные исследования. В.Н.Щелкачев так вспоминает: «В определенном смысле военная обстановка помогла исследованиям. Однако, с другой стороны, обстановка была, конечно, очень тяжелой для коллектива исследователей». По словам В.Н.Щелкачева был накоплен бесценный практический опыт по упругому режиму.
Следует сказать, что теория упругого режима широко применяется уже на протяжении более полу века на промыслах при исследовании скважин. Это так называемые методы КВД (кривая восстановления давления) или КВУ (кривая восстановления уровня – менее точный вариант исследования). Эти методы были разработаны В.Н.Щелкачевым и позволяют определять гидродинамическими методами исследований гидродинамические и фильтрационные параметры пласта или пластов. Это лишний раз доказывает неоценимость вклада В.Н.Щелкачева в развитие науки о разработке нефтяных и газовых месторождений, в частности в развитии упругого режима и исследований, базирующихся на полученных решениях. Автор пишет эти строки, испытывая глубокое уважение и восхищение этому человеку.
При ПИБ образовали группу по интенсификации нефтедобычи и нефтеотдачи. На эту Группу были возложены такие обязанности: подбор объектов из числа нефтяных пластов отечественных месторождений для внедрения на них новейших методов интенсификации нефтедобычи и увеличения нефтеотдачи (МУН); оказание помощи производственным организациям при внедрении этих методов; изучение и обобщение соответствующего зарубежного опыта.
В этот неспокойный период, когда страна остро нуждалась в нефти, составлялся проект разработки крупнейшего в мире Туймазинского нефтяного месторождения в Башкирии. ПИБ и в частности Группа по интенсификации добычи не остались в стороне в принятии множества проектных решений. Данные исследований девонских продуктивных пластов утверждали возможность их разработки только на упруговодонапорном режиме. Тогда одному из членов Группы, собиравшему геолого-промысловую информацию Г.К.Максимовичу пришла в голову идея провести аналогию девонских пластов Туймазинского месторождения (тогда крупнейшего в СССР) с пластом Вудбайн месторождения Восточный Техас в США. Месторождение это было открыто в 1930 г., и его разработка в условиях упругого режима широко описывалась начиная с 1938 г. в статьях крупнейших специалистов США – Шилсюиза, Херста, Маскета и др. На месторождении Восточный Техас в 1936 г. был начат и в 1938 г. впервые в мире промышленно освоен процесс законтурного заводнения. На основании всего этого Г.К.Максимович предложил (он был именно первым, внесшим это предложение) проводить разработку Туймазинского месторождения обязательно с применением законтурного заводнения. Технология заключается в закачке воды в водоносную часть через нагнетательные скважины, с целью увеличения искусственного ускорения вытеснения нефти водой.
По поводу заводнения (внутриконтурного), о котором будет более подробно описано ниже, автор хочет привести историю «О дядюшке Сэме» пересказанную студентам Альметьевского нефтяного института (среди которых некогда находился автор этой работы) из уст многоуважаемого преподавателя АлНИ, д.т.н., профессора Мельникова Г.М. (к сожалению покойного).
«В Америке был некий дядюшка Сэм, когда одна из его добывающих скважин максимально обводнилась, он решил её законсервировать. Он оказался настолько жадным, что не оставил обсадную колонну гнить в земле, а извлек ее для повторного использования. Далее скважину законсервировал, как полагается. Жадность дядюшки Сэма привела к существенному росту дебита соседней скважины. Соседняя скважина стала фонтанировать. Оказалось после извлечения обсадной колонны из забрасываемой скважины вышележащий водоносный пласт начал интенсивно подавать воду в нефтеносный. Таким образом, случайно был применен без технического обоснования и планирования метод законтурного заводнения».
Возвращаясь к проектированию Туймазинского нефтяного месторождения, впервые в мире в проекте был использован метод законтурного заводнения, как искусственный метод воздействия применяемый сначала разработки (в США законтурное заводнение применяли после частичного обводнения пласта). Это было результатом развития практической и теоретической науки о разработке месторождений углеводородов. Проект разработки под руководством А.П.Крылова был составлен; с 1946 г. процесс законтурного заводнения начал осваиваться и с июня 1948 г. считался освоенным промышленно.
Метод законтурного заводнения был своего рода революцией в разработке нефтяных месторождений. Продвинулась вперед практика разработки, теория разработки. Метод воздействия дал огромный результат. По сути дела ученые предложили искусственно создавать (симулировать) упруговодонапорный режим, искусственно поддерживать давление в нефтяном пласте. Для сравнения автор приводит динамику дебитов нефти в добывающих скважинах при разработке на естественных режимах и с воздействием на пласт путем нагнетания воды. Как видно из приводимых графиков дебит нефти на естественных режимах стремительно падает от максимального значения, а при воздействии сохраняется на максимальном уровне.
Следует сказать, что именно благодаря применению законтурного заводнения на Туймазинском нефтяном месторождении Башкирия на протяжении 6-7 лет держала первое место по добыче нефти в СССР, до открытия и применения на Ромашкинском нефтяном месторождении в Татарии законтурного, приконтурного и внутриконтурного заводнений. О истории принятия такого решения пойдет разговор в последующем. Но прежде автор хочет привести данные, подтверждающие уникальность этих двух месторождений: Туймазинского и Ромашкинского. В мире насчитывается всего 7 месторождений нефти с геологическими запасами более 2-х млрд. т. Начальные геологические запасы Туймазинского месторождения превышали 2 млрд. т, а Ромашкинского по некоторым оценкам доходили до 4,7 млрд. т.
Первым ученым, предложившим внутриконтурное заводнение, был профессор математики Николай Семенович Пискунов. Н.С.Пискунову было ясно, что для интенсивной и эффективной разработки высокопродуктивных пластов надо поддерживать в них давление. Понятно было и то, что рассчитывать на поддержание пластового давления только способом законтурного заводнения было нельзя. Н.С.Пискунов предложил внедрить на Ромашкинском месторождении, кроме законтурного – еще и внутриконтурное заводнение. Тогда многим казалось непонятным: как такое принципиально важное предложение мог сделать математик. Уместны по этому поводу высказывания великого ученого А.Эйнштейна: «Какой-то ученый начинает заниматься новой для него областью и совсем не знает о том, что в этой области считается дозволенным, а что недозволенным. Ученый предлагает такое совершенно новое решение сложного вопроса в исследуемой им области, которое оказывается обоснованным, разумным, полезным, хотя и совершенно неожиданным. Нахождение ученым неожиданного, но разумного решения связывается с тем, что он не был связан ни с какими догмами». Это лишний раз доказывает пользу взаимодействия различных наук, так немало случаев, когда взаимодействие науки о разработки нефтяных и газовых месторождений с такими базовыми науками как математика, физика, химия и даже биология позволяло создавать новые технологии разработки месторождений углеводородов.
Создание искусственных методов воздействия существенно повысило конечный коэффициент нефтеотдачи месторождений (рост составил более, чем в два раза на крупных по размерам месторождениях). Но, к сожалению, в последующем никакие достижения науки и техники не позволили достичь предыдущего роста. Вот уже десяток лет средний коэффициент нефтеотдачи по стране не увеличивается, а снижается. Во-первых, структура запасов ухудшается (остаются лишь трудноизвлекаемые запасы), во-вторых, наука не выдает новых практичных идей, подобных тем, которые были описаны выше. В последние годы популярно горизонтальное бурение, это новшество носит технологический характер, но автор не приводит данные по развитию этого направления, так как это еще одна работа. Но автор указывает на то, что горизонтальное бурение порой отрицательно сказывается на конечном коэффициенте нефтеотдачи, особенно в многопластовых эксплуатационных объектах.
В заключение этого параграфа хочется сказать, что наука о разработке нефтяных и газовых месторождений зародилась в XX в. и получила свое практическое и теоретическое развитие благодаря следующим ученым: И.М.Губкин, Л.С.Лейбензон, И.Н.Стрижов, А.П.Крылов, М.М.Максимов, С.А.Христианович, Ф.А.Требин, Б.Б.Лапук, И.А.Чарный, В.Н.Щелкачев и др.
Заключение
В первом параграфе данной работы приводится анализ развития нефтедобычи в России до ХХ в. Приводятся материалы о характерах проявления нефти, способах примитивной добычи. Как показывает анализ, развитие нефтедобывающей промышленности определялся двумя составляющими: геолого-поисковыми работами; развитием технологии и техники строительства колодцев, а в последующем скважин, как технических сооружений для добычи нефти. Разработка месторождения протекала на естественном режиме, колодцы и скважины сооружались на площади хаотично. Бурное развитие во многом определилось успехом бурения Новосильцевым на Кубани первой в мире скважины. Продуктивности скважин возросли во много раз, в отличии от колодцев; их строительство было дешевле, быстрее; скважины значительно превышали колодцы по глубине, что открывало новые нефтяные источники для нефтяников. Автор условно называет переход от колодезного способа добычи к скважинной «первой революцией в нефтедобыче».