К оглавлению

УДК 553.982:550.812

Рациональная система освоения нефтяных ресурсов крупного региона

Ф.К. САЛМАНОВ (Главтюменьгеология), И.И. НЕСТЕРОВ, Н. X. КУЛАХМЕТОВ, В. И. ШПИЛЬМАН (ЗапСибНИГНИ), А. В. Тян (ЗапСибМВТК)

Выявление и подготовка залежей нефти к разработке - процесс многостадийный и сложный. В крупном регионе, подобном Западной Сибири, поисково-разведочные работы ведутся одновременно на нескольких сотнях площадей, десятки месторождений ежегодно передаются на балансы добывающих организаций.

Многочисленность объектов исследования, огромные объемы поискового, разведочного и эксплуатационного бурения обусловливают основные закономерности глобального процесса освоения ресурсов. В то же время в таких регионах наиболее заметен экономический ущерб, который наносится отступлением в хозяйственной деятельности от этих главных закономерностей.

В Западной Сибири в последние 20 лет подготовку запасов нефти к промышленному освоению проводят главным образом геологоразведочные предприятия, которые передают их на балансы добывающих организаций. В регионе отмечается рост добычи нефти, объемы поисково-разведочного и эксплуатационного бурения также интенсивно увеличиваются, поисково-разведочными работами охвачена большая часть территории распространения высоко- и среднеперспективных нефтегазоносных комплексов на освоенных бурением глубинах (3-3,5 км).

В свете вышеизложенного авторы считают необходимым рассмотреть следующие вопросы: оптимальное соотношение запасов, числящихся на балансах разведочного и добывающего предприятий; рациональная система передачи ресурсов с баланса на баланс и утверждения их в ГКЗ СССР; рациональное соотношение объемов поисковых и разведочных работ и запасов категорий С₁ и С₂ на балансе разведочного предприятия.

Прежде чем перейти к рассмотрению этих вопросов, кратко остановимся на наиболее существенных закономерностях поисково-разведочного процесса.

Поисково-разведочный процесс объективно приводит к ухудшению во времени структуры невыявленных ресурсов. Под структурой мы понимаем распределение последних по залежам различных размеров и сложности строения с неодинаковыми добычными возможностями и т. п. Задачей поисково-разведочных работ всегда было обнаружение наиболее крупных, высокодебитных месторождений. Это равносильно максимальному обеднению невыявленной части ресурсов, в первую очередь тех, с которыми приходится иметь дело каждый последующий год. В Западной Сибири уже выявлено 13 % всех прогнозируемых нефтяных и нефтегазовых залежей. Чем лучше организован поисково-разведочный процесс, тем интенсивнее ухудшается структура невыявленных ресурсов. Это достигается выбором рационального размера сети сейсмопрофилей, первоочередных структур для опоискования и последующей разведки, а также объектов разреза для опробования принятым комплексом ГИС и пр. Ухудшение структуры невыявленных ресурсов обусловливает ухудшение структуры ресурсов выявленных запасов на последующих стадиях опоискования региона и соответственно структуры подготавливаемых запасов. Эта тенденция отмечается при определенных условиях, основными из которых являются: охват поисково-разведочными работами более 50 % высоко- и среднеперспективной территории; изученность территории бурением в пределах 10-12 м/км² и выше; вскрытие максимальным числом глубоких скважин изучаемого нефтегазоносного комплекса.

Этим требованиям на большей части Западной Сибири отвечает неокомский нефтегазоносный комплекс, а в ее южных и западных районах - юрский.

В процессе подготовки запасов УВ в определенном нефтегазоносном комплексе можно выделить два этапа. Период низкой изученности комплекса, когда структура запасов по ряду причин (выбор района, объемы и методы ведения поисково-разведочных работ) может улучшаться или ухудшаться, нами выделен как начальный этап освоения ресурсов. Период ухудшения структуры подготавливаемых запасов по мере повышения изученности комплекса назовем зрелым этапом освоения ресурсов, на этом этапе снижаются основные параметры залежей (размер, продуктивность и др.).

По данным Ф.К. Салманова, Ф.3. Хафизова (1984 г.), в 1981-1983 гг. в Тюменской области почти треть запасов нефти была подготовлена в залежах с дебитами менее 15 т/сут. Эту тенденцию чрезвычайно важно предвидеть заранее, чтобы заблаговременно принять меры по техническому перевооружению бурения, испытания, геофизических исследований и подготовиться к работе с более трудными для освоения залежами.

Темп перевода запасов категории С₂ в C₁ и категории С₃ в С₂ при постоянных затратах времени на бурение скважин не может превышать некоторого предела, обусловленного изученностью района, поскольку каждый этап освоения предопределяет долю зависимых скважин.

Из вышеперечисленных тенденций следует, что на зрелом этапе освоения ресурсов темпы объемов эксплуатационных работ должны превышать темпы роста добычи, а темпы роста поисково-разведочных работ - темпы роста интенсивности перевода невыявленных ресурсов в выявленные. Под интенсивностью перевода мы понимаем долю невыявленных ресурсов, переведенную в промышленные категории за определенный отрезок времени (год, пятилетка).

Базируясь на основных тенденциях поисково-разведочного процесса в регионе, попытаемся осветить сформулированные в начале статьи вопросы.

Рациональный объем запасов категорий С₁ и С₂ на балансе геолого-разведочного предприятия

Из совокупности параметров, обусловливающих структуру выявленных ресурсов, рассмотрим распределение залежей по величине их запасов. Формулы для расчета предложили В.И. Шпильман, 1982 г., А.Э. Конторович, В.И. Демин, 1977 г., Л.Ф. Айвенхо, 1976 г. Эти расчеты показывают, что для крупного региона с несущественными для рассматриваемых задач отклонениями выполняется следующее положение: если залежи разделить по запасам на классы, когда граничные запасы данного класса в 2 раза больше предыдущего, то для хорошо разведанных классов залежей суммарные запасы каждого класса примерно одинаковы. Запишем такую последовательность запасов (млн. т) по классам: ...1,2-2; 2-5; 5-10; 10-20; 20-40; 40-80; 80-160; 160-320; 320-640... Эта последовательность может быть продолжена как в сторону больших, так и в сторону меньших размеров залежей.

В конкретном регионе верхняя граница классов определяется по комплексу геолого-геохимических факторов, которые обусловливают размер самого крупного месторождения, а нижняя - техногенными факторами. Геологоразведочное предприятие не в состоянии одновременно изучать весь спектр размеров залежей, существующих в природе. Организация буровых и геофизических работ, технологические и экономические показатели приводят к тому, что на каждом этапе поисково-разведочными работами изучается не более семи классов месторождений, начиная с самого крупного, а разведочными - пять наиболее крупных в данном регионе классов. После того как исчерпаны самые крупные месторождения, средние размеры разведываемых залежей уменьшаются за счет вовлечения в разведку все более мелких, перестраивается соответственно технология и организация работ, но длина спектра изучаемых залежей остается прежней: соответственно семь и пять эквивалентных классов.

Учитывая общую стратегию работ, приоритет при разведке отдается наиболее крупным залежам, поэтому средняя разведанность запасов в каждом классе залежей (доля запасов, переведенная в промышленные категории) различна. Средняя разведанность группы залежей самого низшего класса не может быть меньше 20 % (пробурено две-четыре скважины), а самого высокого класса определяется условием передачи их нефтедобывающему предприятию.

Рассмотрим два случая, когда для передачи на баланс добывающего предприятия требуется перевести в промышленные категории 100 и 80 % запасов (А.М. Быбочкин, 1984 г.). Зная среднюю разведанность класса мелких залежей и самого крупного класса, равномерно проинтерполируем значение разведанности для остальных классов и, взвесив эту величину по запасам каждого класса, определяем, что при 100 %-ном переводе запасов залежи в категории А, В, С₁ из общей суммы запасов категорий А, В, C₁, С₂, находящихся в данный момент на балансе геологоразведочного предприятия, 62 % должны составлять запасы категории С₁, при 80 %-ном переводе запасов в промышленные категории на балансе геологоразведочного предприятия должно быть равное количество запасов категорий C₁ и С₂.

При существенном превышении доли запасов категории C₁ над установленной пропорцией геологоразведочное предприятие сдерживает темпы роста нефтедобычи, не передавая запасы С₁ в разработку. Если доля запасов C₁ ниже установленного предела, геологоразведочное предприятие неинтенсивно ведет разведку месторождений, оттягивая сроки их ввода в эксплуатацию.

Абсолютная величина запасов категорий С₁ и С₂, числящихся на балансе разведочного предприятия, предопределяется величиной планируемых годовых приростов запасов промышленных категорий. И.И. Нестеровым, Ю.П. Тихомировым и др., 1979 г., Г.И. Плавником и др., 1976 г., установлено оптимальное число скважин для разведки залежей различного типа.

На основании этих исследований находим, что доля запасов залежи (Д), переведенных в промышленные категории, подчиняется достаточно строгому закону: Д=Ln(n)/Ln(N), где N, n - число скважин, соответственно необходимых для перевода 100 % запасов залежи в категорию C₁ и пробуренных на определенной стадии разведки.

Если конечная цель разведки не 100, а 80 %-ный перевод запасов в категорию C₁, то общее число скважин, требуемых для разведки N*, равно 0,8 N.

Используя найденные соотношения и учитывая число зависимых скважин при разведке месторождений различного типа, а также реальные сроки их бурения в Западной Сибири, находим, что оптимальные сроки разведки залежей различного типа должны быть от 4 до 10 лет, т.е. годовой перевод запасов залежи в промышленные категории К должен варьировать от 10 до 25 %. Значение этого параметра в заданном интервале предопределяется структурой запасов, а последняя с достаточной точностью контролируется двумя показателями: долей выявленных потенциальных ресурсов и удельными (на квадратный километр) плотностями еще не выявленных ресурсов. Чем меньше доля выявленных ресурсов и выше плотность оставшихся запасов, тем ближе к 25 % допустимый годовой перевод запасов категории С₂ в С₁. В Тюменской области этот коэффициент в конце 70-х годов колебался от 0,16 до 0,18 (16-18 %). В ближайшие годы в соответствии с изменением структуры запасов он составит 0,11-0,15 (11-15%).

Таким образом, мы получили все данные для расчета необходимого количества запасов категорий С₁ и С₂ на балансе разведочного предприятия.

Если запланирован годовой прирост запасов q, то запасы категории С₂ можно вычислить по формуле , а категории C₁ при 100 %-ном переводе запасов залежей в эту категорию будут равны , при 80 %-ном переводе. Суммарное количество запасов категорий C₁ и С₂, находящихся в разведке (на балансе), при 100 %-ном переводе равно , при 80 %-ном окончательном переводе . Рассмотрим пример. Требуется приращивать ежегодно 80 млн. т нефти, структура запасов предопределяет ежегодный темп перевода не более 12 %, т.е. К=0,12, а в категорию C₁ необходимо переводить все запасы разведываемых залежей. По указанным формулам находим, что в этом случае на балансе разведочного предприятия должно быть 667 млн. т запасов С₂ и 1000 млн. т запасов категории C₁, а при 80 %-ном переводе запасов на завершающей стадии запасы категорий С₁+С₂ должны составлять 1334 млн. т.

Для расчета оптимального соотношения поисковых и разведочных работ нужно ввести два новых показателя: эффективность разведочных работ (отношение прироста запасов категории C₁ к разведочному метражу) и эффективность поисковых работ (отношение общего изменения запасов С₁+С₂ за анализируемый период к поисковому метражу). Для разведочного бурения этот показатель рассчитывается по известным формулам (И.И. Нестеров, Ю.П. Тихомиров и др., 1979 г.), а для поискового метража он устанавливается с учетом подтверждаемости данных сейсморазведки и структуры невыявленных ресурсов.

Сопоставляя расчетные данные с тенденциями изменения этих параметров в прошлом, удается получить достаточно надежные их оценки на 7-10 лет вперед и таким образом рассчитать оптимальные объемы поисковых и разведочных работ.

Оптимальные объемы запасов и темпы их восстановления для добывающего предприятия

Как показали исследования СибНИИНП (Е.П. Ефремов, А.И. Чуриков и др.) и ЗапСибНИГНИ (И.И. Нестеров, А.Г. Потеряев и др.), обеспеченность добычи запасами предопределяет не абсолютный уровень добычи, а возможные темпы ее роста или падения. Уровень обеспеченности, гарантирующий стабильную добычу, зависит от динамичности хозяйственного механизма отрасли, отлаженности межотраслевых связей, освоенности региона, т. е. от того, насколько быстро можно начать разрабатывать новые ресурсы.

Зарубежный опыт показывает, что в хорошо освоенном регионе при четкой организации работ стабильная добыча не снижается при критической 10-12- кратной обеспеченности. В сложных районах это значение увеличивается до 20-25 (речь идет о критическом уровне обеспеченности добычи).

При критической обеспеченности R и стабильной годовой добыче U объем промышленных запасов должен быть

Рост добычи требует дополнительной обеспеченности запасами. Целесообразно рассматривать отдельно обеспеченность стабильной добычи (при неизменности годового уровня) и приращиваемой за год. По нашим данным, последняя должна быть в 2 раза выше первой.

Таким образом, добывающее предприятие располагает запасами

где U - добыча на начало года; DU - прирост добычи за год; - необходимые запасы на начало года. На начало следующего (второго) года добыча будет равна U+DU, и если к концу года она увеличится на DU, то запасы на начало второго года должны составить:

Вычитая Q из Q', находим, что текущие запасы необходимо увеличить на DUR.

Геологоразведочное предприятие путем передачи новых запасов соответственно должно компенсировать годовую добычу и обеспечить рост запасов добывающего предприятия на величину DUR. Всего за год оно должно передать добывающему предприятию U+DU +DUR=U+DU (1+R) запасов. В конечной формуле коэффициент, отражающий отношение стабильной обеспеченности к приращиваемой, сократился, и восполнение запасов контролируется только критической обеспеченностью стабильной добычи R.

Для примера рассмотрим условное добывающее предприятие, у которого добыча на начало года составляет 40 млн. т и на несколько лет вперед запланирован ее рост 1 млн. т/год. Освоенность района такова, что обеспеченность стабильной добычи выполняется при R=20. Такое предприятие на начало года должно иметь не менее 840 млн. т. запасов категории A, В, С, (40*20+1*40), а геологоразведочное предприятие должно передать добывающему за год 40+1 (1+20) =61 млн. т.

Как и при рассмотрении ресурсов геологоразведочного предприятия, мы отвлеклись от многих частностей, обусловливающих необходимую величину запасов добывающего предприятия, но за счет этого выявили ведущие, главные факторы. На величину необходимого восполнения запасов добывающего предприятия определяющее влияние оказывают: достигнутый уровень добычи, обеспеченность R и годовой прирост добычи. При этом кратность обеспеченности добычи запасами прежде всего зависит от совершенства хозяйственного механизма и обустройства района. В принципе существуют два крайних пути: 1) не развивать инфраструктуру региона и не вводить новых технологий, тем самым неизбежно повысится критическая обеспеченность R, будет осуществляться восполнение добычи новыми запасами во все возрастающих количествах - это экстенсивный путь освоения недр; 2) за счет совершенствования инфраструктуры и технологии добычи стремиться к уменьшению предельной обеспеченности - это интенсивный путь хозяйствования.

Оптимальное соотношение запасов, числящихся на балансе геологоразведочного и добывающего предприятий

Выведенные в двух предыдущих разделах формулы позволяют решить эту задачу однозначно для той ситуации, когда пропорции ресурсов добывающего и геологоразведочного предприятий на предыдущих этапах были близки к оптимальным.

Необходимая для разведочного предприятия подготовка запасов за год q складывается из подготовки запасов как для передачи добывающей организации q₁, так и для оптимизации собственной структуры ресурсов q₂

q=q₁+q₂

Группу q₂ составляют запасы, планируемые к передаче добывающей организации в отдаленном будущем. Поддержка с помощью групп q₂ рациональных пропорций собственных запасов гарантирует возможность восполнять ресурсы добывающего предприятия не только в текущем году, но и обеспечивать его запасами через пять-семь лет. В общем случае q₂ может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Последнее встречается, если разведочное предприятие имеет на балансе «сверхнормативные» промышленные запасы, и в этом случае целесообразно в определенный период передавать добывающей организации запасов больше, чем готовится.

В соответствии с приведенными выше формулами для геологоразведочного предприятия изменение состояния запасов категории C₁ за год (при условии, что разведка залежи завершается при 80 %-ном переводе запасов в категорию C₁)должно составлять DU/К, т. е. , а. Общие объемы годовой подготовки запасов выражаются уравнением

Отсюда состояние запасов категории C₁ геологоразведочного предприятия, предопределяемое добычей и оптимальными пропорциями категорий, должно соответствовать (при 80 %-ном переводе С₂ в C₁ на завершающей стадии разведки) равенству

Поскольку оптимальные текущие запасы добывающей организации R (U+2DU), соотношение текущих промышленных запасов разведочного и добывающего предприятий определяется по формуле

Интересно рассмотреть случай, когда ; можно считать, что DU~0, тогда . Этот предельный случай позволяет подчеркнуть два главных фактора, обусловливающих соотношение промышленных запасов у разведочной и добывающей организации, которыми являются предельная доля перевода запасов категории С₂ в С₁ (K), отражающая структуру запасов, и критическая обеспеченность стабильной добычи R, отражающая освоенность района и развитие добывающей промышленности.

Если структура ресурсов весьма плохая (K=0,1), а промышленная освоенность региона высокая (R= 15), то , т. е. рациональное соотношение промышленных запасов разведочного предприятия и текущих запасов добывающего 1:1,5; если при той же структуре ресурсов район освоен плохо (R = 30), тои на балансе добывающей организации запасов должно быть в 3 раза больше, чем у разведочной; такое же соотношение должно выполняться и для хорошей структуры запасов (K=0,2) и высокого промышленного освоения района (R=15,).

На основании выведенных зависимостей можно сделать заключение, что отношение промышленных запасов на балансах разведочной и добывающей организаций будет в пределах 0,6-0,7. В ближайшие 10 лет не должны возрастать запасы, числящиеся на балансе разведочной организации, более того, передача запасов добывающей организации за год на 8-12 % должна превышать годовую подготовку запасов разведочной организацией. Годовая передача запасов будет соответствовать выражению

Оптимальная процедура передачи запасов разведочной организации добывающему предприятию

Традиционно предполагается, что величины запасов залежи и параметры пласта, характеризующие добычные свойства залежи, определяются при разведке месторождений параллельно. При высокой степени изученности величины запасов соответственно повышается степень изученности неоднородности строения коллектора и других параметров, предопределяющих добычные возможности залежи. Фактически же наблюдается другая картина.

Как показали исследования, выполненные по методике оптимальной разведки, все подсчетные параметры достаточно точно определяются при бурении сравнительно ограниченного числа разведочных скважин, а для детализации добычных свойств пласта дополнительно требуется значительный разведочный метраж. Высокая точность подсчета запасов месторождения подтверждается фактическими данными (Н.X. Кулахметов и др., 1974 г.). Об этом же говорит статистика утверждения запасов западносибирских месторождений в ГКЗ СССР. В среднем представленные запасы уменьшаются экспертизой, как правило, на 10 %, а через 3-4 года после бурения дополнительных скважин они возрастают по сравнению с представленными также на 10 %. При этом дополнительные скважины практически не уточняют оценку запасов, а только детализируют распределение локальных неоднородностей и гидродинамические свойства объекта.

Таким образом, необходимая для категории С₁ точность оценки запасов (±20-30%) достигается значительно раньше, чем точность оценки добычных возможностей месторождения. В реальной ситуации оказывается, что по величине запасов залежь уже разведана по категории С₁, а по добычным свойствам пласта эта изученность еще не достигла требуемой величины.

Вопрос о том, на какой стадии должны определяться различные параметры залежи, можно было бы рассматривать как чисто ведомственный при условии одинаковой стоимости 1 м бурения в разведочной и добывающей организациях и возможности использования разведочных скважин в качестве эксплуатационных.

Фактически, например, на Самотлорском месторождении передано в эксплуатацию только 33 % разведочных скважин, на Вынгапурском 10 %, на Варьеганском и Северо-Варьеганском 21 %, на Урьевском и Поточном 18 %, на Убинском 30 %, на Даниловском 28%.

Таким образом, речь идет о многомиллионных затратах для получения дополнительной информации, которая на стадии разведки обходится значительно дешевле по эксплуатационным скважинам. Сам вопрос об оптимальной процедуре передачи месторождений превращается в важную народнохозяйственную задачу. В районах, осваиваемых добывающим предприятием, большую информацию о добычных свойствах объектов разведки дают смежные разрабатываемые месторождения. В таких районах оптимальная процедура передачи запасов по разрабатываемым объектам от одного предприятия к другому должна заключаться, на наш взгляд, в следующем: разведочное предприятие бурит оптимальное число скважин для оценки величины запасов по категории C₁ (с погрешностью не ниже ±30 %) и передает эти месторождения добывающей организации.

Полученной при этом информации бывает вполне достаточно для составления технологической схемы разработки и начала обустройства промысла. Пробурив необходимое число эксплуатационных скважин, расстояние между которыми не превышало бы двух радиусов дренирования, и изучив более детально добычные свойства залежи, т. е. доведя их изученность до категории C₁, добывающее предприятие вместе с разведочным представляет запасы для утверждения в ГКЗ СССР.

В районах, не охваченных деятельностью добывающих организаций (арктические и частично северные районы Западной Сибири), месторождение должна изучать разведочная организация.

Выводы

1. Соотношение запасов категорий С₁ и С₂ на балансе разведочного предприятия в пределах крупного региона должно находиться в пределах от 1 (завершение разведки при 80 %-ном переводе запасов в промышленные категории) до 1,5 (при 100 %-ном их переводе).

2. На зрелом этапе освоения региона важнейшим параметром, определяющим соотношение между запасами категории С₂ и годовыми приростами запасов категории С₁, является предельная доля годового перевода категории С₂ в C₁, которая уменьшается вследствие ухудшения структуры запасов.

3. Важнейшие параметры, определяющие годовую подготовку запасов разведочным предприятием и величину запасов добывающего предприятия, - добыча, годовой темп ее роста и предельная обеспеченность запасами стабильной добычи. При этом из-за обустройства региона, развития инфраструктуры величина предельной обеспеченности снижается.

4. В районах действия добывающих предприятий разведочная организация на передаваемых объектах должна доводить изученность запасов до категории C₁ в пределах величины (+20- ±30%), а более детальную изученность добычных свойств объекта обязана выполнять добывающая организация на начальной стадии эксплуатационного разбуривания месторождения. При получении необходимых параметров залежи (месторождения) обе организации должны представлять материалы для утверждения запасов в ГКЗ СССР.

5. Применение приведенных формул и выявленных соотношений повысит эффективность работы энергетических комплексов в крупных регионах.