«Мир на пИке, мир в пикЕ»

Если посмотреть на верхний график, то видно, что тумбочка работает в режиме «Рабинович берет» уже как минимум с середины 1980-х годов, а Сара кладет туда денег все меньше и меньше. И как в такой ситуации быть геологам? Ведь они, как и Сара, не могут «нарисовать» нефтяные месторождения там, где нефти и в помине-то нет. У них тумбочка — это вся планета Земля, и они уже излазили ее вдоль и поперек.

Остаются нефтяники и их пресловутый КИН.

КИН — это отношение величины извлекаемых запасов нефти к величине открытых геологических запасов месторождения. В зависимости от многочисленных факторов КИН варьируется от 0.09 до 0.75 (или от 9 до 75 %). Это обозначает, что мало того, чтобы «нефтяной мед» оказался в «геологической банке» какой-нибудь хорошей вмещающей породы. Надо еще уметь его оттуда выковырять. И желательно бы поменьше оставить «по стеночкам».

Однако, понятным образом, несмотря на постепенное увеличение значения КИН, нефтяники тоже не могут добыть из пласта нефти больше, чем там нашли геологи. Да, сейчас уже никто не эксплуатирует месторождение в виде бьющего фонтана нефти (как это показывают в старых фильмах). Такой способ позволяет получить лишь единицы процентов (от 1 до 5 %) от общих геологических запасов нефти. Это и есть добыча нефти «быстро и дешево». После этого естественное расширение сжатой давлением на глубине нефти прекращается, и фонтан перестает бить. Дальше же в ход идут разные гидравлические хитрости.

За счет различных способов поддержания давления в пласте нефти или газа можно добыть уже от 20 до 40 % от общих запасов нефти, а не 1-5 %, как при фонтанном режиме.

Обычно для повышения давления в пласте вместо добытой нефти приходится закачивать в пласт что-то взамен добываемой нефти. Поскольку клубничный кисель и пот грешников у нас в мире дорог, то обычно для этого используется обыкновенная пресная вода. Морская вода не всегда подходит для закачки в пласт, так как имеет неприятную особенность забивать насосы и ствол скважины отложениями своих минеральных солей, а бурение, да еще и на большую глубину, — это всегда процесс затратный и небыстрый.

Поэтому для закачки воды в пласт обычно используют пресную воду. Вода не смешивается с нефтью и слабо растворяет в себе газ, поэтому, даже если часть закачанной воды попадет в отбор нефтяной или газовой вышки, ее потом можно отделить от добытого продукта более-менее простыми способами.

В жизни такой водонапорный режим эксплуатации скважины может носить естественный или искусственный характер. Хорошо, если вода под давлением уже есть где-то ниже пласта. Плохо, когда ее нет. В этом случае нефтяники качают воду в пласт сами, через систему водонапорных скважин, которые поддерживают пластовое давление. Водонапорный режим в целом очень эффективен и позволяет добыть от 35 до 75 % от содержащейся в породе нефти.

Если же воду не закачивать назад в пласт, а лишь выкачивать оттуда нефть, то, кроме падения КИН на месторождении, можно вообще получить весьма интересные последствия.

Это снимок побережья курортного (!) города Лонг-Бич в штате Калифорния в 1930-х годах. Нефтяное месторождение Уилмингтон, расположенное возле морского побережья Калифорнии, начали разрабатывать в 1930-е годы, просто выкачивая нефть наружу в самом бешеном темпе. Заодно можете оценить по фотографии, что такое «плотная сетка скважин» на месторождении, и прикинуть масштабы человеческой алчности. Недавно алчностью убили американского странствующего голубя, а тут у нас снова алчность, но уже на нефти. В итоге к концу 1940-х годов территория месторождения и близлежащие районы просели на целых 9 метров вниз на поверхности. Нефть-то из породы ушла, а закачать назад воду никто как-то не подумал. В результате курортный город Лонг-Бич оказался ниже уровня моря. Сюрприз. Пришлось срочным образом качать воду назад в пласт и защищать город Лонг-Бич от океана высокой дамбой.

Вообще, большинство курьезов и ляпов по добыче нефти — это именно США. Там частный капитал иногда просто забывал обо всем в погоне за длинным нефтяным долларом. В других странах все же алчность и жадность гораздо реже брали верх над здравым смыслом.

В чем опасность воды и почему нефть все же не добывается из пласта на 100 % даже при водонапорном режиме?

Обычно заводнение пласта и добычу нефти таким способом прекращают, когда скважина выдает на-гора уже 90-99 % воды. В отличие от бензобака автомобиля, в котором бензин и вода всегда разделятся естественным образом под действием силы гравитации, в пласте на жидкости — воду и нефть — действует еще уйма различных сил — гидростатического давления, сцепления с вмещающей породой и тому подобных. В пласте, например, всегда есть более и менее проницаемые области, сложенные более или менее пористой вмещающей породой. Вода, как мы помним, «всегда дырочку найдет» — поэтому она старается попасть в зону пониженного давления, к добывающей скважине, по самому кратчайшему пути, минуя области низкой проницаемости пород.

Из таких зон, которые вода уже обошла в своем постепенном движении наверх по пласту, нефть обычными способами извлечь уже практически невозможно. Можно, безусловно, прибегать к различным ухищрениям, но все эти ухищрения достаточно дороги и ненадежны. Поэтому, конечно, пласт пытаются обводнять максимально медленно, давая воде возможность максимально «нежно» выдавить нефть наверх из таких зон малой проницаемости. Старые скважины часто оставляют «отдохнуть» на несколько месяцев в надежде выжать потом нефть из таких зон пласта. Погоня же за сиюминутной прибылью и быстрое движение по пласту зоны водо-нефтяного контакта создает большое количество таких целиков нефти и как раз и является варварской технологией добычи. И теперь на большинстве старых, обводненных месторождений уже просто нереально добывать нефть так быстро, как надо человечеству. Старички устали, старички тонут в воде...

С обводнением пласта связана и вторая особенность потери нефти, которая, пожалуй, единственная является в чистом виде варварством и погоней за прибылью. Это образование так называемых конусов обводнения возле добычных скважин — в районе интенсивно работающих «качалок» воду из пласта выпирает наверх, выше обычного уровня водо-нефтяного контакта.

При обводнении скважины, понятное дело, вода безболезненно начинает выкачиваться в ствол скважины, а нефть так и остается в пласте. В итоге — рядом рано или поздно надо бурить другую скважину или на длительный срок оставлять без работы существующую, в надежде, что вода все-таки уйдет вниз, а нефть поднимется к скважине за счет меньшей плотности.

В чем еще органические недостатки технологии обводнения пласта?

Кроме потерь в КИН за счет нефтяных целиков и конусов обводнения в любом пласте присутствуют потери нефти за счет смачивания частиц коллектора нефтью. Любая вмещающая порода под микроскопом выглядит усредненно как-то так:

Песчаник состоит в основном из частиц кварца — SiO₂, а известняк — из частиц карбоната кальция — СаСО₃. Нефть плохо смачивает кварц, но очень хорошо пристает к карбонату. В среднем известняковые коллекторы имеют более низкий КИН, нежели песчаниковые, — в известняковых коллекторах нефть, даже на микроуровне, «жмется» к частицам породы, а вода легко просачивается через поры между частицами пласта.

При хороших раскладах, даже имея спокойный темп добычи, за счет традиционных методов добычи, можно достичь среднего значения КИН в 30-35 %. Это значит, что 2/3 найденной геологами нефти нефтяники просто вынуждены оставлять внизу, в пласте. Однако иногда в силу геологического строения пласта значение КИН, при всех ухищрениях нефтяников, может составить цифру в эпические 5 %. Что делать дальше?

Дальше нефть из ловушек, пор и целиков пытаются выдавить уже не «по-хорошему», а «по-злому». На макроуровне это делают тем самым гидравлическим разрывом пласта (в ход идут химия, динамит и даже тактические ядерные заряды), а на микроуровне всячески пытаются поднять собственную текучесть нефти и уменьшить ее сцепление с породой. По-английски эти «злые» технологии собирательно называются EOR — enhanced oil recovery — улучшенные способы добычи нефти.

Легче всего выдавить нефть, подавая в водонапорные скважины углекислый газ. Углекислый газ растворяется в нефти, содержащейся в породе, и собирает ее в более крупные «капли», которые уже можно выдавить вместе с потоком воды в добывающий ствол.