Автор статьи – д.т.н. С.М.Богданчиков

Ванкорское нефтегазовое месторождение было открыто в 1988 г., однако активных работ по его освоению не проводилось. В 2003 г. лицензию на его разработку получила НК «Роснефть» в результате приобретения Англо-Сибирской нефтяной компании. В настоящее время освоение и эксплуатацию месторождения, извлекаемые запасы которого оцениваются в 520 млн т нефти и 95 млрд м3 газа, осуществляет дочернее предприятие Роснефти – ЗАО «Ванкорнефть».

Ванкорское нефтегазовое месторождение имеет стратегическое значение для экономики России. Совместно с 14 прилегающими к нему участками недр Ванкор образует первую нефтегазоносную провинцию, введенную в эксплуатацию в истории постсоветской России. Его ресурсы должны стать основой долгосрочного роста добычи нефти в России. Объем капитальных вложений ОАО «НК «Роснефть» с 2003 по август 2009 г. составил более 200 млрд руб.

В первой декаде декабря на Ванкорском месторождении добыто три миллиона тонн нефти. Первый миллион тонн нефти на Ванкорском месторождении был добыт в сентябре, второй – в октябре 2009г.

В настоящее время добыча на Ванкоре приближается к 30 тысячам тонн нефти в сутки и, как ожидается, до конца года превысит этот уровень. Планируется, что на пике добычи из недр будет извлекаться более 25 млн тонн нефти в год.

С момента начала промышленной добычи нефти на месторождении 21 августа текущего года количество добывающих скважин увеличено с 48 до 61, нагнетательных – с 40 до 44. Проект освоения Ванкорского нефтегазового месторождения и строительства магистральных нефтепроводов разрабатывался при участии лучших российских и западных специалистов.

Растущие темпы добычи обеспечиваются за счет ввода в эксплуатацию новых объектов подготовки нефти и газа, применения передовых методов повышения нефтеотдачи пластов, увеличения действующего фонда скважин, применения новейших технологий бурения и нефтегазодобычи, промышленного строительства и природоохранных мероприятий. Ниже приводятся примеры таких технологий.

Технологии геолого-разведочных работ

В результате успешного проведения геолого-разведочных работ запасы нефти Ванкорского месторождения с момента его приобретения НК «Роснефть» возросли более чем в 4 раза.

В настоящее время пробурено 17 разведочных скважин, в каждой из них проведен полный комплекс современных геофизических исследований для определения свойств пласта и уточнения запасов.

Технологии обработки и интерпретации данных сейсморазведки.

На Ванкорском месторождении выполнено 700 км профильной сейсморазведки 2D и 370 км2 площадной съемки 3D (покрыта вся структура). Для компенсации искажающего влияния многолетнемерзлых пород (толщина до 400 м) на геометрию структуры была использована технология коррекции низкочастотных статических поправок PAKS 3D, в результате погрешность структурных построений снизилась с ±24 м на поисковом этапе до ±5 м – на эксплуатационном.

При прогнозе свойств геологического разреза и распределения углеводородов в нем успешными оказались собственные разработки ОАО «НК «Роснефть» (нейротехнология с многомерными зависимостями, разработка ООО «РН-КрасноярскНИПИнефть»), позволившие осуществить количественную оценку развития коллекторов пласта Нх-1 и выделить зоны неколлектора. Применение технологии спектрально-скоростного прогнозирования (патент ОАО «НК «Роснефть» №2289829 «Способ геофизической разведки для выявления нефтегазовых объектов») дало возможность оконтурить газонасыщенные пласты и выделить техногенные газовые залежи.

Результаты интерпретации данных сейсморазведки легли в основу проектирования и бурения эксплуатационных скважин и показали их высокую эффективность (подтверждаемость прогноза составила около 80%).

Технология бассейнового моделирования, реализованная в ПО Temis и примененная на Ванкоре и прилегающих участках, позволила оптимизировать процесс геолого-разведочных работ за счет обоснованного выбора технологии бурения разведочных скважин для снижения рисков.

Технологии строительства и исследования скважин

Успешное бурение скважин на Ванкорском месторождении с большими отходами от вертикали и сложными траекториями стало возможным вследствие широкого применения новейших достижений в области строительства скважин: современных буровых установок; высокоэффективного бурового инструмента; современных систем буровых растворов; сложных телеметрических систем; передовых методов цементирования скважин и других технико-технологических инноваций.

Строительство скважин с большими отходами от вертикали и сложными траекториями.

Отечественные буровые установки БУ 4500/270ЭКБМ грузоподъемностью 270 т, с помощью которых осуществляется строительство скважин, дооборудованы импортными верхними силовыми приводами и системами очистки бурового раствора. Эти установки являются одними из лучших в России, однако сложность проводки скважин требует применения новых, более совершенных буровых установок с еще большей грузоподъемностью. К таким установкам относятся подобранные для условий Ванкорского месторождения рецептуры буровых растворов, они обеспечивают достижение высоких технико-экономических показателей бурения, качественное вскрытие продуктивных пластов и минимальное воздействие на окружающую среду.

Роторные управляемые системы.

Использование роторных управляемых систем, позволяющих бурить скважины в заданном направлении, повысило эффективность буровых работ в 2,5 раза по сравнению с применением стандартных компоновок низа бурильной колонны для наклонно-направленного бурения. При этом удалось значительно увеличить эффективную длину горизонтальных участков скважин за счет своевременного принятия ключевых решений при геонавигации. Роторные управляемые системы бурения скважин обеспечили максимальное увеличение отхода траекторий от вертикали 2 700 м, что позволило уменьшить число кустовых оснований и капитальные вложения.

Геологическое сопровождение бурения в реальном времени – геонавигация.

Геонавигация (geosteering) – современный подход к управлению бурением сложных скважин на основе получаемой во время бурения информации, включающий сбор и анализ данных, а также выдачу рекомендаций по проводке скважин. На Ванкорском месторождении геонавигацию осуществляет Центр геологического сопровождения бурения скважин ОАО «НК «Роснефть», который расположен в московском офисе компании. Здесь ежедневно обновляется геологическая модель месторождения. Обладая всей полнотой информации, поступающей с месторождения, консолидируя и анализируя ее, специалисты центра выдают оптимальное решение и отслеживают его исполнение. Постоянно совершенствуется методология геологического сопровождения. Например, силами специалистов центра было разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс геонавигации путем сопоставления данных геофизических исследований скважин (ГИС), поступающих с буровой во время бурения скважины, с расчетными данными.

Удаленный мониторинг бурения.

Существенный вклад в обеспечение эффективности бурения на Ванкорском месторождении вносит корпоративная информационная система «Удаленный мониторинг бурения». Сегодня все буровые установки, работающие на Ванкорском месторождении, оснащены оборудованием этой системы, которая позволяет получить доступ к геолого-геофизической и технологической информации, поступающей в процессе бурения скважины, с любого рабочего места в сети передачи данных НК «Роснефть». Таким образом, бурение каждой скважины контролируется специалистами центра в режиме реального времени, что дает возможность объединить работу центра и геологической службы ЗАО «Ванкорнефть» при принятии решений по оперативной корректировке траектории ствола скважины в продуктивном пласте.

Геофизические исследования скважин во время бурения.

Для эффективного выполнения работ по проводке горизонтальных скважин была использована современная технология ГИС в процессе бурения LWD (logging while drilling). По полноте информации о свойствах пласта, получаемой в процессе бурения, данный комплекс исследований сопоставим с каротажом в разведочных скважинах, так как помимо стандартного гамма-каротажа, обычно применяемого при бурении, в технологии LWD используется многозондовый индукционный, нейтронный и плотностный каротаж. Кроме того, постоянное вращение бурильной колонны за счет применения роторных управляемых систем позволяет записывать плотностной каротаж в азимутальном режиме, что дает возможность получить распределение плотности горных пород по стволу скважины, определить угол падения и азимут простирания пласта и соответственно корректировать траекторию скважины.

Использование современного комплекса ГИС во время бурения позволило отказаться от проведения окончательных геофизических исследований в горизонтальной части ствола скважин и уменьшить затраты времени и средств на строительство горизонтальных скважин.

Применение сканеров потока и доставка приборов на забой.

При эксплуатации горизонтальных скважин необходимо оценивать профиль притока и определять источник обводнения продукции или интервалов прорывов газа. Для решения этой проблемы на Ванкорском месторождении были выполнены опытные работы по испытанию сканеров потока FSI, которые позволяют проводить такие работы в горизонтальных скважинах. Доставка приборов на забой осуществлялась при помощи скважинных тракторов (well tractor), что дало возможность провести исследования во всей горизонтальной части ствола скважины. В результате выполненных работ была отработана технология проведения исследований и получены количественные данные по составу притока.

Отбор глубинных проб нефти прибором MDT и геофизические исследования скважин.

Основные продуктивные пласты Ванкорского месторождения имеют обширные газовые шапки, т.е. пластовое давление близко к давлению насыщения. Использование обычных глубинных пробоотборников в таких геолого-технологических условиях затруднительно. Поэтому для отбора проб применялись современные пробоотборники компании «Шлюмберже» MDT, позволяющие создавать минимальные депрессии при отборе пластовых флюидов, чтобы не допустить выделения свободного газа, и на основе использования оптического датчика и датчика удельного электрического сопротивления контролировать процесс в режиме on-line. Для оценки параметров нефтенасыщенных пластов в скважинах Ванкорского месторождения применяется наиболее современный комплекс ГИС, включающий, кроме стандартных методов, ядерно-магнитный каротаж и кросс-дипольный акустический каротаж.

Технологии эффективного освоения месторождения

Ванкорское месторождение характеризуется сложным геологическим строением пластов, высокой неоднородностью свойств коллектора, наличием газовых шапок и подстилающей воды и различными свойствами нефти в отдельных объектах разработки.

Геолого-технологическое моделирование.

Для оценки факторов геологической неопределенности, влияющих на разработку месторождений углеводородов, выполнено вероятностное геостатистическое моделирование с получением большого числа вариантов моделей. С учетом построенной седиментологической модели для каждого продуктивного объекта определены диапазоны возможных количественных показателей неоднородностей (технология процессного моделирования, разработка ОАО «НК «Роснефть»).

Прогноз ключевых показателей разработки выполнен на базе пакета гидродинамического моделирования BOS, созданного в ОАО «НК «Роснефть». Он обладает всеми необходимыми инструментами для моделирования разработки месторождений компании, а также имеет ряд уникальных возможностей, таких как моделирование процессов в призабойной зоне пласта для сложных систем заканчивания, используемых в скважинах Ванкорского месторождения. В результате получены наиболее вероятный сценарий уровней добычи для оптимальной системы разработки, а также возможный диапазон отклонений для оценки рисков и проектирования инфраструктуры. Полная интеграция с базами данных компании, поддержка многоядерных систем с общей памятью и использование кластера HP Proliant DL145 G2 с 16 двухъядерными процессорами позволили сократить время проектирования разработки на 70 %.

В настоящее время закончено бурением и пущено в эксплуатацию 36 скважин. Текущая суточная добыча превышает 24 тыс. т. Все скважины подтвердили геологическую модель месторождения как по запасам, так и по продуктивности пластов, что позволяет утверждать, что проектные показатели являются надежными.

Управление притоком в горизонтальные скважины.

Для обеспечения равномерной выработки пласта на Ванкорском месторождении были применены передовые технологии управления притоком флюидов – установка в горизонтальные стволы специальных устройств контроля притока ICD для снижения доли воды и газа в продукции скважины. В НК «Роснефть» разработаны методики расчета эффективности подобных устройств исходя из конкретных условий месторождений компании и созданы шаблоны применения технологии, позволяющие подбирать оптимальное оборудование и прогнозировать эффективность с высокой точностью. Применение подобных интеллектуальных скважинных систем управления притоком дало возможность запроектировать коэффицент извлечения нефти (КИН), равный 43,4%. Только за первые два года использование технологии управления притоком обеспечит дополнительную добычу 500 тыс. т нефти. Горизонтальные скважины на Ванкорском месторождении являются одними из первых интеллектуальных скважин в России. Кроме Ванкора, эта технология используется в новых проектах компании в Северном море и Саудовской Аравии.

Система комплексного управления добычей TPM Sys™.

На Ванкорском месторождении внедрена комплексная система управления добычей TPM Sys™, которая включает 11 уникальных программных продуктов, созданных специалистами НК «Роснефть» совместно с крупнейшими российскими и зарубежными профильными научными центрами. Система проводит оперативный мониторинг показателей скважин, ведет расчеты необходимых параметров, что позволяет оптимизировать работу любой скважины. Кроме Ванкора, система TPM Sys™ установлена на более чем 2500 рабочих местах во всех подразделениях компании.

Проектом освоения Ванкора предусмотрено максимальное использование нефтяного газа в производственном цикле промысла. Основным потребителем газа объемом более 1 млрд. м3 в год будет газотурбинная электростанция. Планируется для поддержания пластового давления закачивать в пласт 2,5 млрд м3 нефтяного газа, на более поздних стадиях разработки – до 5,6 млрд м3 газа в год направлять в систему Газпрома.

Применяемые технологические решения позволяют достигать высоких производственных и экономических показателей.

Передовые технологии поверхностного обустройства

Обустройство Ванкора является одним из самых масштабных проектов последнего времени. Оно включает строительство 1685 объектов инфраструктуры, 148 км нефтепроводов, 97 км автодорог и других объектов. Для осуществления данного проекта только в России было задействовано более 60 проектных институтов, 150 поставщиков оборудования, 65 заводов-изготовителей и более 450 подрядных организаций. Проектирование обустройства месторождения такого масштаба осуществлялось в партнерстве с ведущими российскими и мировыми инжиниринговыми центрами.

Современные технологии позволили реализовать проект такого масштаба с начала проектирования обустройства до старта промышленной эксплуатации всего за 3 года, а привлечение современных технологий в дальнейшем позволит вести надежную эксплуатацию месторождения и избегать возможных осложнений в суровых условиях Крайнего Севера.

3D проектирование объектов обустройства.

Проектирование осуществлялось с применением новейших технологий 3D проектирования, что позволило связать все элементы объектов обустройства в одной модели для обеспечения качественной проектно-сметной документации. Впервые в компании были применены интеллектуальные схемы P&ID для расчета материально-технического баланса и выбора оптимальных параметров технологического оборудования.

Помимо этого при проектировании были проведены HAZOP тесты по исследованию безопасности эксплуатации объектов производства, что позволило повысить общий уровень эксплуатационной надежности объектов и минимизировать возникновение наиболее вероятных аварийных ситуаций.

Технология термостабилизации грунта.

Для снижения затрат на строительство фундаментов и повышения экологичности реализована технология термостабилизации грунтов, позволяющая упрочить основания сооружений на грунте в условиях многолетнемерзлых пород с помощью охлаждающих устройств. Термостабилизация грунтов промораживает основания свайных фундаментов и обеспечивает их надежную эксплуатацию, в том числе в теплое время года. Для повышения надежности эксплуатации промысловых трубопроводов было принято решение осуществлять их прокладку наземным способом на свайных опорах также с термостабилизацией грунта под ними.

Технологии строительства объектов обустройства.

При строительстве объектов обустройства широко использовались технологические модули высокой степени готовности, которые прошли испытания на заводах-изготовителях. Это позволило сократить строительно-монтажные работы на самом месторождении на 67 %.

Среди возведенных объектов – уникальная установка подготовки нефти и сброса воды (УПСВ-Юг), на которой осуществляется подготовка нефти до товарной кондиции. Проектная мощность УПСВ – 13,5 млн т товарной нефти в год, производительность первого комплекса – 7 млн т в год. В России подобные установки в основном применяются с объемом подготовки нефти до 3 млн т в год. Линия подготовки, максимально близкая по производительности к ванкорской, построена лишь в рамках проекта «Сахалин-1», ее производительность составляет 6 млн т в год.

Обеспечение ванкорских объектов электроэнергией осуществляет газотурбинная электростанция (ГТЭС) мощностью 200 МВт и две газопоршневые электростанции мощностью по 42 МВт, работающие на нефтяном газе. Суммарная протяженность линий электропередач всех типов превысит 770 км.

Суровые климатические условия выдвигают особые требования к выбору технологий обустройства Ванкора. Например, уникальное технологическое решение позволило объединить в одном здании технологического блока проведение нескольких операций: измерение количества продукции скважины; дозирование химических реагентов; запуск средств очистки и диагностики нефтепровода. Замерная установка в составе технологического блока позволяет измерять дебиты скважин до 3000 м3/сут, что в 2 раза превышает возможности замерных установок, применяемых на других месторождениях компании.

Мобильные сборно-разборные скважинные укрытия защищают скважины от воздействия климатических факторов окружающей среды. Подобные технологии применяются в России только в компании «Полярное сияние» – совместном предприятии НК «Роснефть» и компании ConocoPhillips.

Охрана окружающей среды и обеспечение промышленной безопасности

Проект Ванкор изначально был ориентирован на 100%-ное обезвреживание отходов, образующихся в процессе освоения и эксплуатации месторождения. Во время строительства использовались щадящие технологии с применением специальной дорожной техники и 100 %-ной утилизацией производственных отходов. Экологический мониторинг на всех этапах строительства осуществлялся с учетом стандартов ISO 14001 и OHSAS 18001. Для обезвреживания и утилизации отходов бурения на Ванкорском месторождении предусмотрена технология обратной закачки бурового шлама, измельченного и перемешанного до состояния пульпы, в специально отведенный пласт. Данная технология является передовой экологически-безопасной технологией утилизации отходов и применяется во всех основных нефтедобывающих регионах мира.

Транспорт нефти осуществляется по собственному трубопроводу НК «Роснефть» протяженностью 556 км до нефтеперекачивающей станции в пос. Пурпе (ЯНАО) и далее – в систему магистральных трубопроводов «Транснефти». 330 км из 556 проложены под землей. Современные антикоррозионные технологии гарантируют его безопасную эксплуатацию в течение 35 лет. Для локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов создано четыре поста с современным оборудованием.

Для безопасного сжигания технологического газа нами выбрана уникальная для России закрытая факельная система, которая удаляет 99,9% газообразных канцерогенных веществ и может использоваться даже в густонаселенных районах.

Более 120 км промысловых дорог построено с применением современных щадящих методов. В основании дорожной насыпи мохово-растительный слой не срезается, для укрепления используется георешетка, заполненная торфо-песчаной почвой и засеянная семенами местных многолетних трав. В качестве специальной дорожной техники применяются вездеходы, оснащенные бескамерными шинами сверхнизкого давления, позволяющими сохранять почвенно-растительный покров.

Для обеспечения промышленной безопасности, охраны труда и окружающей среды проведена идентификация возможных промышленных опасностей и рисков при строительстве объектов, разработке и обустройстве Ванкорского месторождения, разработаны мероприятия по снижению рисков и создана интегрированная система менеджмента промышленной безопасности, охраны труда и окружающей среды, которая состоит из 50 стандартов, регулирующих взаимодействие с подрядными организациями.

Ванкор смело можно назвать интеграционным проектом для Восточной Сибири и Дальнего Востока. Нефть месторождения послужит основой для заполнения первой очереди строящейся трубопроводной системы Восточная Сибирь – Тихий океан.

По сути, Ванкорское месторождение является инновационной площадкой в нефтяном секторе России. Технологии, применяемые сегодня на месторождении, в последующем станут основой эффективного освоения всей Восточной Сибири.

По материалам статьи С.М. Богданчикова, д.т.н. (ОАО «НК «Роснефть»),
сообщениям СМИ и данным Корпоративного научно-технического центра