Skip to content
Brent$117,6Газ TTF$1 192USD453,87 ₸
MunaiHub
Физика пластаПластовые условия и задачи разработки Базовый 16 мин чтения

Инженерия пласта: задачи на всех этапах жизни месторождения

Инженерия пласта (reservoir engineering) — инженерная дисциплина о том, сколько нефти и газа находится в залежи, какую их часть можно извлечь, в какие сроки и каким способом это выгоднее сделать. В русскоязычной практике её задачи решают специалисты по разработке месторождений — инженеры-разработчики (reservoir engineers).

Зачем это нужно

Пласт нельзя увидеть: о нём судят по нескольким скважинам, сейсмическим данным и истории добычи, а на этом основании принимают решения стоимостью в сотни миллионов долларов — сколько бурить скважин и где, какие объекты строить, закачивать ли воду, когда остановить добычу. Этот урок — карта дисциплины: какие задачи инженер-разработчик решает на каждом этапе жизни месторождения, на каких данных и с какой неопределённостью и в каком уроке библиотеки каждая задача разобрана подробно.

Кратко о главном

  • Три вопроса разработки: сколько нефти и газа в залежи (геологические запасы), какую часть удастся извлечь (коэффициент извлечения и извлекаемые запасы) и в какие сроки (профиль добычи). Ответы опираются на свойства пород и флюидов, законы фильтрации и источники пластовой энергии.
  • Данные приходят постепенно: сейсморазведка, скважины с каротажем, керном и пробами, испытания, затем история добычи. Диапазон оценок сужается, но не исчезает, а лучшая оценка может сдвигаться в любую сторону.
  • Извлекаемые запасы — свойство не одного пласта, а пласта вместе с проектом разработки: условная залежь библиотеки при истощении до 5 МПа отдаёт около 17 % нефти, при заводнении — около 40 %.
  • Каждый пласт уникален: свойства аналога — только начальная оценка, описание своего пласта уточняется всю жизнь месторождения, и самые информативные данные приходят во время добычи.
  • После заводнения нефть остаётся в двух видах: остаточная — в промытых порах, неохваченная — там, куда вода не дошла. У условной залежи библиотеки неохваченной вдвое больше, и извлекают эти части разными способами.
  • Кривая падения — продолжение тренда: две-три точки не определяют её форму, а от формы зависят оставшиеся запасы и срок жизни месторождения.
Ключевые соотношения
N=Vp (1−Swi)BoiN = \frac{V_p\,(1 - S_{wi})}{B_{oi}}

геологические запасы нефти по поровому объёму залежи, начальной водонасыщенности и объёмному коэффициенту

Np=ER N,ER=ED EA EVN_p = E_R\,N,\qquad E_R = E_D\,E_A\,E_V

добыча и коэффициент извлечения при заводнении: вытеснение и охват

NorN=EAEV (1−ED),NuN=1−EAEV\frac{N_{or}}{N} = E_AE_V\,(1 - E_D),\qquad \frac{N_u}{N} = 1 - E_AE_V

остаточная нефть в промытых порах и нефть вне охвата

q=qi e−Dt,ΔNp=365 q1−q2Dq = q_i\,e^{-Dt},\qquad \Delta N_p = 365\,\frac{q_1 - q_2}{D}

экспоненциальное падение: дебит в м³/сут, DD в 1/год, добыча между двумя дебитами в м³

Где чаще всего ошибаются
  • Считать запасы раз и навсегда известными: их пересчитывают по новым скважинам и истории добычи.
  • Переносить коэффициент извлечения с месторождения-аналога без поправки на свой пласт, свою нефть и свою систему разработки.
  • Путать геологические и извлекаемые запасы, пластовые и поверхностные объёмы.
  • Доверять модели только потому, что она повторила историю: одну историю часто одинаково хорошо повторяют разные модели.
  • Продолжать кривую падения через перемену режима работы — бурение новых скважин, закачку, ремонты.

После урока вы сможете

  • назвать три главных вопроса инженерии пласта — сколько углеводородов в залежи, какую часть удастся извлечь и в какие сроки — и знания о породах, флюидах, фильтрации и пластовой энергии, на которых строятся ответы;
  • для каждого этапа жизни месторождения — разведки и оценки, проектирования, добычи, поздней стадии — перечислить, какие данные появляются, какие решения принимают и какая неопределённость остаётся;
  • объяснить, почему извлекаемые запасы зависят не только от пласта, но и от проекта разработки, и почему каждый пласт уникален;
  • описать, что инженер-разработчик получает от геологов, петрофизиков, лабораторий и испытателей скважин и что передаёт буровикам, технологам добычи, экономистам и в проектные документы;
  • разделить нефть, оставшуюся после заводнения, на остаточную и неохваченную и назвать способы извлечения каждой части; продолжить кривую падения добычи и оценить, насколько прогноз зависит от формы кривой;
  • найти в библиотеке урок для каждой задачи разработки.

Три вопроса инженерии пласта

Нефть и газ залегают на глубине в тысячи метров, в порах горной породы. Увидеть пласт целиком нельзя: о нём судят по редким скважинам, сейсмическим разрезам и по тому, как пласт откликается на добычу. Между скважинами — сотни метров неизвестного, и задача инженера-разработчика — построить из разрозненных измерений картину, на которую можно опереть дорогие решения.

Работа сводится к трём вопросам и одной постоянной обязанности:

  1. Сколько? — геологические запасы: начальные запасы нефти и газа в пласте. Их считают по объёму пород, пористости, насыщенности и свойствам флюидов (Подсчёт запасов объёмным методом).
  2. Какая часть? — коэффициент извлечения и извлекаемые запасы. Доля зависит от пород и флюидов, от естественной энергии залежи и от того, как её разрабатывают (Естественные режимы работы залежей, Зачем закачивают воду: поддержание давления и вытеснение нефти).
  3. Как быстро? — профиль добычи: сколько нефти, газа и воды будет добыто по годам, сколько для этого нужно скважин и какой мощности объекты (Приток к скважине: диаграмма работы скважины, профиль в модели проекта).
  4. И всё время — сопровождение разработки: сравнение факта с прогнозом, объяснение расхождений, предложения по скважинам и режимам их работы.

Ответы не выводятся из одной формулы. Они опираются на четыре группы знаний — о породах, о флюидах, о фильтрации и о пластовой энергии, — к которым добавляются расчёты вытеснения и моделирование. В библиотеке каждой группе соответствуют свои уроки.

На чём строится разработка
Что нужно знать
Свойства пород
Главные величины
пористость, проницаемость, насыщенность, капиллярное давление, относительные проницаемости
Что нужно знать
Свойства флюидов
Главные величины
состав, давление насыщения, газосодержание, объёмные коэффициенты, вязкость
Что нужно знать
Фильтрация и скважины
Главные величины
закон Дарси, режимы фильтрации, продуктивность, скин-фактор
Что нужно знать
Пластовая энергия
Главные величины
упругость, растворённый газ, газовая шапка, законтурная вода
Что нужно знать
Вытеснение и модели
Главные величины
коэффициенты вытеснения и охвата, доля воды в потоке, гидродинамическая модель

Этапы жизни месторождения

Месторождение проходит путь от первой поисковой скважины до ликвидации последней. Удобно выделить четыре этапа: у каждого свой главный вопрос, свои данные и свои решения. Границы условны: оценка запасов продолжается всю жизнь месторождения, а данные для проекта начинают собирать ещё при разведке.

Этапы жизни месторождения: профиль добычи и диапазон оценки извлекаемых запасовРазведкаи оценкаПроект иобустройствоДобычаи контрольПоздняя стадияи ликвидациядобычаростполкападениеликвидацияпервая нефтьоценка извлекаемых запасовдобыто в итогевремя (не в масштабе)

Схема из четырёх вертикальных полос — этапов: разведка и оценка, проект и обустройство, добыча и контроль, поздняя стадия и ликвидация. В верхней части — профиль добычи: на первых двух этапах добычи нет, с начала третьего она растёт, держится на полке, затем плавно падает до ликвидации в конце четвёртого этапа. В нижней части — пять вертикальных отрезков диапазона оценки извлекаемых запасов с точкой лучшей оценки; первый отрезок очень длинный, следующие всё короче, последний почти совпадает со штриховой линией итоговой добычи. Точка лучшей оценки сначала чуть ниже итоговой линии, потом выше, затем сходится к ней.

СхемаЖизнь месторождения (схема, не в масштабе): этапы, профиль добычи и диапазон оценки извлекаемых запасов. Вертикальные отрезки — диапазон оценки в разные моменты, точки — лучшая оценка, штриховая линия — то, что в итоге удастся добыть. Диапазон сужается по мере поступления данных, а лучшая оценка сдвигается то вверх, то вниз.
Этапы и задачи инженера-разработчика
Этап
Разведка и оценка
Главный вопрос
есть ли залежь, сколько в ней нефти и стоит ли её разрабатывать
Что делает инженер-разработчик
оценивает запасы и их диапазон, тип флюида, продуктивность скважин; планирует оценочные работы
Этап
Проектирование
Главный вопрос
как разрабатывать
Что делает инженер-разработчик
сравнивает варианты: режим, закачку, число и тип скважин, полку добычи; строит прогнозы и их диапазоны
Этап
Добыча
Главный вопрос
так ли работает пласт, как ожидали
Что делает инженер-разработчик
сравнивает факт с прогнозом, уточняет модель и запасы, предлагает скважины и мероприятия
Этап
Поздняя стадия
Главный вопрос
где осталась нефть и когда остановиться
Что делает инженер-разработчик
ищет, где осталась подвижная нефть, обосновывает новые скважины, методы увеличения нефтеотдачи и сроки ликвидации

Как такая работа выглядит в числах, видно на одной залежи. Через уроки раздела проходит одна и та же условная нефтяная залежь: поровый объём 16,0 млн м³, начальная водонасыщенность 0,25, начальное давление 30 МПа, давление насыщения 18 МПа при 85 °C. В разных уроках для неё решены разные задачи, и их результаты согласованы между собой:

Одна залежь — разные задачи
Задача
Запасы и свойства нефти
Результат для условной залежи
NN = 9,06 млн м³ (7,70 млн т); газосодержание 110 м³/м³, BoiB_{oi} = 1,324
Задача
Естественный режим
Результат для условной залежи
упругий режим до давления насыщения даёт около 3,4 % запасов, дальше работает растворённый газ
Задача
Проверка запасов по добыче
Результат для условной залежи
материальный баланс по истории давления и добычи даёт около 9,05 млн м³ — объёмный подсчёт подтверждён
Задача
Прогноз без закачки
Результат для условной залежи
полка 1200 м³/сут держится около 1,2 года; к 5 МПа, через 9,4 года, добыто 17,3 % запасов
Задача
Заводнение
Результат для условной залежи
коэффициент вытеснения 0,667 и охват 0,85⋅0,700{,}85\cdot0{,}70 — около 40 % запасов
Задача
Где останется нефть
Результат для условной залежи
остаточная и неохваченная нефть после заводнения
Урок
раздел о поздней стадии ниже

Данные залежи условные; их согласованность позволяет сравнивать результаты уроков между собой.

Разведка и оценка: сколько нефти и стоит ли её добывать

После открытия у инженера-разработчика почти нет собственных данных: одна-две скважины, сейсмические карты, каротаж, несколько метров керна, пробы флюида и испытание скважины. По ним нужно ответить на вопрос, стоит ли тратить деньги дальше.

Главный результат этапа — не одно число запасов, а диапазон и понимание того, какая неопределённость сильнее всего влияет на решение. Оценочные скважины, сейсморазведка 3D и пробная эксплуатация стоят денег и времени, и проводить их стоит, только если они могут изменить решение. Какие данные покупать и когда — задача дерева решений и ценности информации; как оценочные работы сужают диапазон — в уроке о технической неопределённости.

Проектирование: варианты, прогнозы и неопределённость

Когда решено, что залежь стоит разрабатывать, инженер-разработчик вместе с другими специалистами ищет лучший способ это сделать. Вариант разработки — это сочетание решений:

Для каждого варианта строят прогноз добычи нефти, газа и воды и объёмов закачки. На ранних стадиях — простыми расчётами: материальным балансом (Общее уравнение материального баланса нефтяной залежи), прогнозом по режиму залежи (Прогноз работы залежи с режимом растворённого газа), расчётом вытеснения (Теория Баклея–Леверетта и метод Уэлджа); для неоднородных пластов и сложных систем — гидродинамической моделью (Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна). Варианты сравнивают по экономике — чистой приведённой стоимости и рискам (Анализ чувствительности и сценарии).

Неопределённость на этом этапе ещё велика, и хороший проект учитывает её явно. Полезно спрашивать не «что мы не знаем о пласте», а «какое незнание может изменить решение»:

Решения проекта и неопределённости, от которых они зависят
Решение
Сколько скважин и где
От чего зависит
строение залежи, разломы, связность коллектора
Чем уменьшают неопределённость
сейсморазведка 3D, оценочные скважины, замеры давления по пластам (Разрезы по картам, совмещение карт и разломы на картах, Строение коллектора и поведение пласта при разработке)
Решение
Нужна ли закачка и сколько
От чего зависит
активность законтурной воды, давление насыщения, сжимаемость
Чем уменьшают неопределённость
PVT-исследования, история давления при пробной эксплуатации (Модели притока законтурной воды)
Решение
Когда придёт вода
От чего зависит
неоднородность, высокопроницаемые прослои, относительные проницаемости, вязкость нефти
Чем уменьшают неопределённость
керн, каротаж, специальные исследования керна (Относительная проницаемость, Вытеснение в неоднородных пластах)
Решение
Какие объекты строить
От чего зависит
дебиты, газовый фактор, обводнённость по годам
Чем уменьшают неопределённость
испытания скважин, пробная эксплуатация (Скин-фактор, Индикаторная кривая притока)

Порядок важности у каждого месторождения свой. Полезная проверка: изменит ли крайнее значение этой неопределённости выбранный вариант? Данные покупают прежде всего там, где ответ «да».

Как обустроить месторождение — где ставить сборные пункты, как подготавливать и транспортировать нефть и газ, что строить на суше и на море, — отдельная тема (Концепции обустройства месторождений).

Добыча: контроль за разработкой

С началом добычи пласт впервые отвечает на воздействие в полном масштабе, и именно теперь приходят самые информативные данные. Их систематический сбор и анализ называют контролем за разработкой (reservoir surveillance):

Эти данные сравнивают с прогнозом. Полного совпадения почти не бывает, и задача инженера — понять, почему: пласт хуже или лучше, чем думали, вода пришла по пропластку, разлом разделил залежь на блоки, скважины работают с повреждённой призабойной зоной? По ответу меняют и модель, и план: бурят дополнительные скважины, переводят скважины на другие пласты, меняют закачку, проводят обработки (Повреждение пласта и скин повреждения, Кислотные обработки: принцип, экономика и выбор скважин, Гидроразрыв пласта: назначение и выбор скважин).

Пример рассуждения: у скважин растёт газовый фактор
  1. 1
    Сравнить давление с давлением насыщения

    Если среднее пластовое давление опустилось ниже давления насыщения, в пласте выделяется свободный газ, и рост газового фактора — ожидаемое следствие режима растворённого газа (Прогноз работы залежи с режимом растворённого газа).

  2. 2
    Посмотреть, какие скважины затронуты

    Если газовый фактор растёт прежде всего у скважин вблизи газонефтяного контакта, а у удалённых скважин держится, вероятнее всего, это газ газовой шапки: прорыв по высокопроницаемому пропластку или конус (Конусообразование воды и газа).

  3. 3
    Проверить саму скважину

    Негерметичность колонны или переток газа из соседнего пласта по заколонному пространству дают тот же признак; их проверяют исследованиями в скважине.

  4. 4
    Выбрать меры и обновить прогноз

    Ограничить отбор прорвавшихся скважин, перенести интервал перфорации, начать или усилить закачку — и пересчитать прогноз с учётом новой картины.

Новые данные уточняют и описание пласта. Материальный баланс по истории давления и добычи проверяет геологические запасы и наличие притока законтурной воды (Общее уравнение материального баланса нефтяной залежи, Уточнение параметров водоносного горизонта по истории разработки); гидродинамическую модель подстраивают, пока она не воспроизведёт историю (Адаптация модели к истории разработки). Хорошее совпадение — необходимое, но не достаточное условие надёжного прогноза: одна и та же история часто совместима с разными моделями.

Самый простой способ продлить прогноз — продолжить тренд добычи по кривой падения (decline curve). Это быстро и не требует модели, но кривая ничего не знает о причинах падения, а две-три точки не определяют её форму — подробнее в дополнительном разделе о кривых падения.

Поздняя стадия: где осталась нефть и когда остановиться

Добыча каждой залежи когда-нибудь начинает падать: давление снижается, к скважинам подходит вода или газ, их доля в продукции растёт. Падение задерживают механизированной добычей (Механизированная добыча: когда нужна и как выбрать способ), новыми скважинами между старыми, перераспределением закачки, обработками призабойной зоны. По способу воздействия на пласт добычу принято делить на три ступени:

Первичная добыча (primary recovery)
за счёт естественной энергии пласта: упругости, растворённого газа, газовой шапки, законтурной воды (Естественные режимы работы залежей). Механизированная добыча сюда же: насос помогает подъёму жидкости в скважине, но не добавляет энергии пласту.
Вторичная (secondary recovery)
закачка воды или газа для поддержания давления и вытеснения нефти (Зачем закачивают воду: поддержание давления и вытеснение нефти, Вытеснение нефти газом).
Третичная — методы увеличения нефтеотдачи
МУН (enhanced oil recovery, EOR): воздействия, которые меняют свойства флюидов или их взаимодействие с породой, — тепловые (пар, внутрипластовое горение), газовые в смешивающемся режиме (углекислый или углеводородный газ), химические (полимеры, поверхностно-активные вещества), микробиологические. Более широкое понятие — увеличение добычи любыми средствами, включая новые скважины и управление закачкой (improved oil recovery, IOR).

Ступени не обязаны идти по порядку: заводнение часто начинают в первые годы разработки, а залежи высоковязкой нефти разрабатывают паром с самого начала.

Чтобы выбрать способ продолжения, нужно знать, где и в каком виде нефть осталась. После заводнения она остаётся двух видов. Остаточная — капли, защемлённые капиллярными силами в промытых порах: её извлекают только методы, меняющие эти силы. Неохваченная — нефть в частях пласта, куда вода не дошла (в отечественной практике — целики): она подвижна, и до неё можно добраться новыми скважинами или перераспределением закачки.

Где остаётся нефть после заводнения
NpN=ED EAEV,NorN=EAEV (1−ED),NuN=1−EAEV\frac{N_p}{N} = E_D\,E_AE_V,\qquad \frac{N_{or}}{N} = E_AE_V\,(1 - E_D),\qquad \frac{N_u}{N} = 1 - E_AE_V
где:
  • NNгеологические запасы нефти, м³ (стандартные условия)
  • NpN_pнефть, добытая заводнением, м³
  • NorN_{or}остаточная нефть в промытых (охваченных) порах, м³
  • NuN_uнефть вне охвата — в частях пласта, куда вода не дошла, м³
  • EDE_Dкоэффициент вытеснения — доля нефти, вытесненная из промытых пор, доли единицы
  • EAEVE_AE_Vкоэффициент охвата — произведение охвата по площади и по разрезу, доли единицы

Единицы: доли единицы; объёмы — в одних единицах

Справедливо, если
  • коэффициенты вытеснения и охвата — как в уроке Зачем закачивают воду: поддержание давления и вытеснение нефти; их произведение — коэффициент извлечения;
  • давление поддерживается, объёмный коэффициент нефти почти не меняется и свободного газа нет: доли запасов равны долям нефтенасыщенного порового объёма;
  • в неохваченной части нефтенасыщенность начальная, в охваченной — остаточная. На деле между ними есть частично промытые зоны с промежуточной насыщенностью, поэтому разделение схематично и преувеличивает контраст между частями.

Три доли в сумме дают единицу. Первая — то, что добыто; вторая — цель методов увеличения нефтеотдачи, снижающих остаточную насыщенность; третья — цель новых скважин, управления закачкой и методов, улучшающих охват (например, полимерного заводнения).

Расчётный примерГде останется нефть условной залежи после заводнения
Исходные данные (условные)
Водонасыщенность начальная; нефтенасыщенность остаточная
SwiS_{wi} = 0,25; SorS_{or} = 0,25 (опыты на керне)
Охват к концу заводнения (оценка по модели пласта)
EAE_A = 0,85; EVE_V = 0,70
Два варианта продолжения
новые скважины и перераспределение закачки поднимают охват EAEVE_AE_V до 0,70; метод увеличения нефтеотдачи снижает остаточную нефтенасыщенность в промытых порах до 0,15
Решение
  1. Коэффициент вытеснения: ED=(1−0,25−0,25)/(1−0,25)=0,667E_D = (1 - 0{,}25 - 0{,}25)/(1 - 0{,}25) = 0{,}667; охват: EAEV=0,85⋅0,70=0,595E_AE_V = 0{,}85\cdot0{,}70 = 0{,}595.
  2. Доля запасов, добытая заводнением: 0,667⋅0,595=0,3970{,}667\cdot0{,}595 = 0{,}397, то есть 0,397⋅9,06=3,600{,}397\cdot9{,}06 = 3{,}60 млн м³.
  3. Остаточная нефть в промытых порах: 0,595⋅(1−0,667)=0,1980{,}595\cdot(1 - 0{,}667) = 0{,}198, или 1,79 млн м³.
  4. Неохваченная нефть: 1−0,595=0,4051 - 0{,}595 = 0{,}405, или 3,67 млн м³. Всего в пласте остаётся 5,46 млн м³, из них неохваченной — 67 %.
  5. Больший охват: 0,667⋅(0,70−0,595)⋅9,06=0,630{,}667\cdot(0{,}70 - 0{,}595)\cdot9{,}06 = 0{,}63 млн м³ дополнительной нефти.
  6. Меньшая остаточная насыщенность: в промытых порах освобождается доля (0,25−0,15)/0,75(0{,}25 - 0{,}15)/0{,}75 начальной нефти, и добавка равна 0,595⋅0,10/0,75⋅9,06=0,720{,}595\cdot0{,}10/0{,}75\cdot9{,}06 = 0{,}72 млн м³.
Ответ: Заводнение извлечёт 3,60 млн м³ (39,7 % запасов); в пласте останутся 1,79 млн м³ остаточной и 3,67 млн м³ неохваченной нефти. Расширение охвата даст около 0,63 млн м³, снижение остаточной насыщенности — около 0,72 млн м³.

Что это значит. Две трети оставшейся нефти — неохваченная, подвижная нефть: до неё добираются средствами самого заводнения — новыми скважинами, перераспределением закачки, выравниванием профиля приёмистости. Остаточная нефть требует методов увеличения нефтеотдачи. В примере оба пути дают сопоставимые объёмы, но обходятся по-разному, и выбор решают стоимость, риск и то, насколько надёжно известны охват и остаточная насыщенность. Поэтому на поздней стадии главная работа инженера — найти, где именно осталась подвижная нефть: замеры давления и насыщенности в новых скважинах, промыслово-геофизические исследования и модель, подстроенная под историю добычи. Данные примера условные.

Когда добыча перестаёт окупать затраты на неё, наступает экономический предел (как его считают). Затем скважины ликвидируют, объекты демонтируют, землю рекультивируют. Затраты на ликвидацию — обязательство, которое закладывают в экономику проекта с самого начала (ликвидация в модели проекта).

Почему каждый пласт уникален

Двух одинаковых пластов не бывает. Залежи одного горизонта на соседних поднятиях могут различаться строением ловушки, слоистостью, свойствами нефти, активностью законтурной воды — и по-разному отзываться на одну и ту же систему разработки. Поэтому проект, перенесённый с соседнего месторождения без поправок, — частый источник ошибок, а опыт аналогов служит отправной точкой, которую проверяют собственными данными.

Неполнота знаний здесь — не упущение, а условие работы. Каждая новая скважина проверяет карту в одной точке, и такие проверки нередко её меняют: сдвигают контакт, находят разлом, который делит залежь на блоки с разным давлением, или прослой, по которому уйдёт закачанная вода. Ждать, пока описание станет полным, нельзя: пока нет добычи, вложенные деньги не возвращаются. Поэтому решения принимают на неполных данных — но так, чтобы их можно было поправить, когда данные придут.

  • Оценку держат в виде диапазона и пересматривают с каждым новым набором данных (Геологическая и техническая неопределённость проекта).
  • Решения, которые трудно изменить, принимают позже и на большем объёме данных, легко поправимые — раньше; разработку начинают с той части залежи, что изучена лучше.
  • Пласт сравнивают с аналогами по физике — породам, флюидам, режиму, системе разработки, — а не по соседству на карте.
  • В проект закладывают сбор данных: замеры давления, исследования скважин, отбор керна и проб в новых скважинах. Данные дешевле всего получить, пока скважину бурят.

Инженер-разработчик и соседние дисциплины

Почти все исходные числа инженер-разработчик получает от других: геологов и сейсморазведчиков, петрофизиков, лабораторий, испытателей скважин. Его работа — свести эти данные в одну непротиворечивую модель пласта и превратить их в прогнозы, по которым другие будут бурить, строить и считать деньги. Поэтому важно понимать, откуда приходят числа, насколько им можно доверять и что с ними сделают дальше.

Что инженер-разработчик получает от соседних дисциплин и что им передаётПОЛУЧАЕТПЕРЕДАЁТГеология, сейсмикаструктура, разломы,фации, объём породПетрофизикапористость,насыщенность, толщиныЛабораториикерн и пробы:ОФП, свойства флюидовИспытания скважиндавление, kh, скин,границы пластаБурениецели и траектории,ожидаемые давленияДобыча и объектыдебиты нефти, газа,воды, закачкаЭкономикапрофили добычи,запасы и диапазоныПроектные документыпроект разработки,подсчёт запасовИнженер-разработчикмодель пласта,варианты,прогнозыистория добычиуточняет модель

Схема с тремя колонками. Слева четыре прямоугольника: геология и сейсмика — структура, разломы, фации, объём пород; петрофизика — пористость, насыщенность, толщины; лаборатории — керн и пробы, относительные фазовые проницаемости и свойства флюидов; испытания скважин — давление, kh, скин, границы пласта. Стрелки от них сходятся к центральному прямоугольнику «Инженер-разработчик: модель пласта, варианты, прогнозы». От центра стрелки идут к четырём прямоугольникам справа: бурение — цели и траектории, ожидаемые давления; добыча и объекты — дебиты нефти, газа, воды, закачка; экономика — профили добычи, запасы и диапазоны; проектные документы — проект разработки, подсчёт запасов. Под центральным прямоугольником штриховая петля со стрелкой и подпись: история добычи уточняет модель.

СхемаЧто инженер-разработчик получает от соседних дисциплин и что им передаёт (схема). ОФП — относительные фазовые проницаемости, khkh — проводимость пласта. История добычи возвращается к нему и уточняет модель пласта.
Что инженер-разработчик получает и что передаёт
Дисциплина
Геология и геофизика
Получает от неё
структурные карты, разломы, фации, объём пород, модель строения (Структурные карты: данные и построение изолиний, Строение коллектора и поведение пласта при разработке)
Передаёт ей
контакты и границы по замерам давления, сведения о связности, расхождения прогноза с фактом
Дисциплина
Петрофизика
Получает от неё
пористость, насыщенность, эффективные толщины (Порядок интерпретации каротажа)
Передаёт ей
проницаемость по испытаниям для сопоставления с керном и каротажем
Дисциплина
Лаборатории
Получает от неё
свойства флюидов и керна, относительные проницаемости, капиллярное давление (Лабораторный анализ керна, Лабораторные PVT-исследования)
Передаёт ей
программы отбора проб и исследований
Дисциплина
Бурение и заканчивание
Получает от неё
фактические траектории, конструкции скважин, качество вскрытия пласта (Заканчивание скважины: вскрытие пласта и лифтовая колонна)
Передаёт ей
точки заложения и цели скважин, ожидаемые пластовые давления, требования к продуктивности
Дисциплина
Добыча и обустройство
Получает от неё
фактические дебиты и давления, ограничения оборудования (Узловой анализ добывающей системы)
Передаёт ей
прогнозы добычи нефти, газа и воды и объёмов закачки — основу выбора оборудования и мощности объектов
Дисциплина
Экономика
Получает от неё
цены, затраты, налоги, критерии решений (Чистая приведённая стоимость (NPV))
Передаёт ей
профили добычи, запасы и их диапазоны (Модель денежного потока нефтегазового проекта)

Связи двусторонние: прогноз разработки задаёт число скважин и мощность объектов, а ограничения объектов — например, сколько воды может подготовить установка, — становятся ограничениями прогноза. Хороший прогноз согласован со всеми, кто будет по нему строить и платить.

Общий язык обмена — единицы и условия приведения. Прогноз в баррелях при 60 °F нельзя сложить с замерами в кубометрах при 20 °C без пересчёта, а давление с устьевого манометра — сравнить с давлением из модели без поправки на атмосферное (Системы единиц: СИ, промысловые и метрические промысловые).

Термины и обозначения

Геологические и извлекаемые запасы
геологические — вся нефть (газ) в залежи; извлекаемые — часть, которую можно добыть при выбранной системе разработки и экономических условиях.
Коэффициент извлечения нефти (КИН)
доля геологических запасов, которую удаётся добыть; при заводнении — произведение коэффициентов вытеснения и охвата.
Профиль добычи; полка
добыча по годам жизни месторождения; полка — период наибольшей и примерно постоянной добычи, ограниченной мощностью объектов и числом скважин.
Контроль за разработкой
систематический сбор и анализ замеров дебитов, давлений, обводнённости и газового фактора для сравнения с прогнозом.
Адаптация модели
подстройка гидродинамической модели, пока она не воспроизведёт историю давления и добычи.
Месторождение-аналог
изученное месторождение, похожее по породам, флюидам и условиям залегания; источник начальных оценок для нового.
Остаточная и неохваченная нефть
остаточная защемлена в промытых порах; неохваченная (целики) находится там, куда вытесняющий агент не дошёл, и остаётся подвижной.
Первичная, вторичная, третичная добыча; МУН
за счёт естественной энергии; закачкой воды или газа; методами увеличения нефтеотдачи, меняющими свойства флюидов или их взаимодействие с породой.
Кривая падения добычи
зависимость дебита от времени на стадии падения; её продолжение до экономического предела даёт быструю оценку оставшихся извлекаемых запасов.

Частые ошибки и заблуждения

Неверно

«Запасы утвердили — значит, они известны».

На самом деле

Утверждённые запасы — лучшая оценка на дату подсчёта. По мере бурения и добычи их пересчитывают, и изменения бывают в обе стороны.

Неверно

«Коэффициент извлечения возьмём у соседнего месторождения».

На самом деле

Аналог даёт ориентир, но коэффициент извлечения зависит от неоднородности пласта, вязкости нефти, режима и системы разработки; переносить его можно только после сравнения этих факторов.

Неверно

«Модель повторила историю — значит, прогноз надёжен».

На самом деле

Одну историю часто одинаково хорошо воспроизводят разные модели с разными прогнозами; надёжность оценивают по набору моделей и проверяют новыми данными (Адаптация модели к истории разработки).

Неверно

«После заводнения в пласте осталась только остаточная нефть — дальше помогут лишь методы увеличения нефтеотдачи».

На самом деле

У условной залежи урока неохваченной подвижной нефти вдвое больше, чем остаточной. До неё добираются новыми скважинами и управлением закачкой — обычно дешевле, чем методами увеличения нефтеотдачи.

Неверно

«Кривую падения можно продолжить по двум точкам».

На самом деле

Через две точки проходят и экспонента, и гипербола, а оставшиеся запасы по ним различаются в полтора раза. Форму кривой выбирают по длинной истории и по физике падения.

Подробно: для продвинутых

Кривые падения добычи: быстрый прогноз и его пределы

Когда добыча уже падает, а режим работы скважин не меняется, проще всего продолжить наблюдаемый тренд. Такой анализ кривых падения не требует ни модели, ни свойств пласта, поэтому его широко применяют для быстрых оценок оставшихся извлекаемых запасов отдельных скважин и участков. Его ограничения вытекают из того же: кривая не знает, почему дебит падает.

Экспоненциальное падение добычи
q=qi e−Dt,ΔNp=365 q1−q2Dq = q_i\,e^{-Dt},\qquad \Delta N_p = 365\,\frac{q_1 - q_2}{D}
где:
  • q, qiq,\ q_iдебит в момент tt и в начальный момент, м³/сут
  • DDноминальный темп падения, 1/год
  • ttвремя от начального момента, годы
  • ΔNp\Delta N_pдобыча за время, пока дебит снижается с q1q_1 до q2q_2, м³

Единицы: дебит — м³/сут, время — годы, добыча — м³

Справедливо, если
  • дебит снижается на одну и ту же долю за равные промежутки времени;
  • режим работы не меняется: нет нового бурения, перевода скважин на другие пласты, изменений закачки и ограничений объектов;
  • 365 переводит произведение «м³/сут × год» в кубометры.

На графике логарифма дебита от времени экспонента — прямая, а в координатах «дебит — накопленная добыча» — прямая с наклоном −D/365-D/365 (дебит в м³/сут, добыча в м³). Продолжив её до экономического предела, получают оставшиеся извлекаемые запасы.

Полезно различать номинальный темп экспоненциального падения DD — показатель экспоненты — и эффективный dd — долю, на которую дебит снижается за год: d=1−e−Dd = 1 - e^{-D}. Падение «на 30 % в год», с которым условно продолжена добыча проекта в уроке Модель денежного потока нефтегазового проекта, — эффективное; номинальный темп для него −ln⁡0,7=0,357-\ln 0{,}7 = 0{,}357 1/год. Как дисконтируют добычу, падающую по экспоненте, — в уроке Аннуитеты и дисконтированная добыча.

Падение часто замедляется со временем: дебит снижается по гиперболе с показателем bb от 0 (экспонента) до 1 (гармоническое падение). Так бывает, например, при режиме растворённого газа и в пластах из прослоев разной проницаемости без перетоков между ними: проницаемые прослои истощаются быстро, плотные — медленно, и суммарное падение со временем замедляется. Показатель больше 1 описывает уже неустановившийся приток в плотных пластах, и продолжать такую кривую на десятилетия нельзя. Экспоненциальную, гиперболическую и гармоническую зависимости вместе называют кривыми падения Арпса (Arps).

Гиперболическое падение добычи
q=qi(1+bDit)1/b,Np=365 qi(1−b) Di[1−(qqi)1−b]q = \frac{q_i}{(1 + bD_it)^{1/b}},\qquad N_p = 365\,\frac{q_i}{(1 - b)\,D_i}\left[1 - \left(\frac{q}{q_i}\right)^{1-b}\right]
где:
  • bbпоказатель кривой: 0 — экспонента, 1 — гармоническое падение, —
  • DiD_iначальный номинальный темп падения, 1/год
  • NpN_pдобыча от начального момента до момента, когда дебит равен qq, м³

Единицы: как в формуле экспоненциального падения

Справедливо, если
  • 0<b<10 < b < 1; при b→0b \to 0 формулы переходят в экспоненциальные, при b=1b = 1 добыча равна 365 (qi/Di)ln⁡(qi/q)365\,(q_i/D_i)\ln(q_i/q);
  • показатель bb подбирают по длинной истории; без неё выбор bb — допущение.

Темп падения гиперболы Di/(1+bDit)D_i/(1 + bD_it) со временем снижается, поэтому её «хвост» длиннее и запасов в нём больше, чем у экспоненты, проходящей через те же замеры.

Расчётный примерОставшиеся запасы участка по двум годовым замерам
Исходные данные (условные)
Средний дебит участка в начале и в конце года
420 и 336 м³/сут
Экономический предел
60 м³/сут
Вторая гипотеза
гиперболическое падение с bb = 0,5 через те же две точки
Решение
  1. Эффективный темп падения: d=1−336/420=0,20d = 1 - 336/420 = 0{,}20; номинальный: D=−ln⁡(336/420)=0,2231D = -\ln(336/420) = 0{,}2231 1/год.
  2. Добыча за прошедший год по экспоненте: 365⋅(420−336)/0,2231=137,4365\cdot(420 - 336)/0{,}2231 = 137{,}4 тыс. м³.
  3. Оставшиеся запасы до предела: 365⋅(336−60)/0,2231=451,5365\cdot(336 - 60)/0{,}2231 = 451{,}5 тыс. м³; срок: ln⁡(336/60)/0,2231=7,72\ln(336/60)/0{,}2231 = 7{,}72 года.
  4. Гипербола с bb = 0,5 через те же точки: Di=(420/336−1)/0,5=0,2361D_i = (\sqrt{420/336} - 1)/0{,}5 = 0{,}2361 1/год. Добыча за прошедший год — 137,1 тыс. м³, почти столько же, сколько по экспоненте.
  5. Оставшиеся запасы по гиперболе: множитель 365⋅420/(0,5⋅0,2361)=1 298 602365\cdot420/(0{,}5\cdot0{,}2361) = 1\,298\,602 м³, разность 336/420−60/420=0,5165\sqrt{336/420} - \sqrt{60/420} = 0{,}5165, произведение — 670,7 тыс. м³. Предел будет достигнут через (420/60−1)/(0,5⋅0,2361)=13,94(\sqrt{420/60} - 1)/(0{,}5\cdot0{,}2361) = 13{,}94 года после первого замера, то есть ещё через 12,94 года.
  6. Через год после второго замера экспонента предскажет 268,8 м³/сут, гипербола — 274,9 (разница 2,3 %); ещё через год — 215,0 и 229,0 (6,5 %).
Ответ: По экспоненте участок даст ещё около 451,5 тыс. м³ за 7,72 года, по гиперболе — около 670,7 тыс. м³ за 12,94 года, на 49 % больше.

Что это значит. Обе кривые одинаково хорошо описывают прошедший год, а прогнозы расходятся в полтора раза. Различить их по замерам удастся лишь через несколько лет: при обычном разбросе дебитов в несколько процентов первые годы почти неотличимы. Поэтому форму кривой выбирают не по двум точкам, а по длинной истории, по поведению похожих скважин и по физике падения: если его вызывает обводнение при заводнении, ход падения связан с вытеснением (Теория Баклея–Леверетта и метод Уэлджа), если истощение замкнутого блока — с материальным балансом (Общее уравнение материального баланса нефтяной залежи). Экспонента обычно даёт более осторожную оценку — но лишь пока не меняется режим работы. Данные примера условные.

Экспонента и гипербола через одни и те же годовые замеры и экономический предел036912154060100200400600Время от первого замера, годыДебит, м³/сутдва замераэкспонентагипербола, b = 0,5экономический предел 60 м³/сут8,7 года13,9 года

График дебита в кубометрах в сутки на логарифмической шкале от 40 до 600 против времени от 0 до 15 лет. Две точки замеров: 420 в начале и 336 через год. Через них проходят прямая экспоненциального падения и выпуклая вниз кривая гиперболического падения, которая идёт выше. Горизонтальная штриховая линия на уровне 60 — экономический предел; экспонента пересекает её на 8,7 году, гипербола — на 13,9 году.

РасчётДве кривые падения через одни и те же замеры (точки): экспонента — прямая на логарифмической шкале — и гипербола с bb = 0,5. Штриховая линия — экономический предел 60 м³/сут: экспонента доходит до него через 8,7 года после первого замера, гипербола — через 13,9 года.

Связь с другими темами

Проверьте себя

  1. 1

    Залежь разрабатывают с заводнением. Какую часть оставшейся в ней нефти можно извлечь без методов увеличения нефтеотдачи?

    1. А.Нефть, растворённую в закачанной воде
    2. Б.Неохваченную нефть в частях пласта, куда вода не дошла
    3. В.Никакую: после заводнения нефть неподвижна
    4. Г.Остаточную нефть в промытых порах
    Показать ответ

    Правильный ответ: Б. Неохваченную нефть в частях пласта, куда вода не дошла

    В неохваченных зонах нефтенасыщенность близка к начальной и нефть подвижна: до неё добираются новыми скважинами, перераспределением закачки, выравниванием профиля приёмистости. Остаточную нефть в промытых порах удерживают капиллярные силы, и её извлекают только методы, меняющие эти силы.

  2. 2

    Почему извлекаемые запасы одной и той же залежи могут различаться вдвое при одних и тех же геологических данных?

    Показать ответ

    Извлекаемые запасы — произведение геологических запасов на коэффициент извлечения, а он зависит от способа разработки и экономических условий. Условная залежь библиотеки при истощении до 5 МПа отдаёт около 17 % нефти, при заводнении — около 40 %. Число скважин, сроки начала закачки и экономический предел тоже меняют результат.

  3. 3

    Какие данные в начале разработки прямо показывают, сообщаются ли между собой пласты и блоки залежи?

    1. А.Структурная карта по сейсморазведке
    2. Б.Замеры давления по пластам в новых скважинах и изменение давления при добыче
    3. В.Пористость по каротажу
    4. Г.Плотность дегазированной нефти
    Показать ответ

    Правильный ответ: Б. Замеры давления по пластам в новых скважинах и изменение давления при добыче

    Если пласт или блок дренируется соседними скважинами, давление в нём ниже начального; если нет — остаётся начальным. Поэтому замеры давления в новых скважинах и изменение давления при добыче — прямой признак связности. Каротаж и сейсмика показывают строение, но не сообщаемость.

  4. 4

    Дебит участка за год снизился с 500 до 425 м³/сут. Каковы эффективный и номинальный темпы падения и сколько нефти даст участок до экономического предела 75 м³/сут, если падение экспоненциальное?

    Показать ответ

    Эффективный темп d=1−425/500=0,15d = 1 - 425/500 = 0{,}15, номинальный D=−ln⁡0,85=0,1625D = -\ln 0{,}85 = 0{,}1625 1/год. Оставшиеся запасы: 365⋅(425−75)/0,1625≈786365\cdot(425 - 75)/0{,}1625 \approx 786 тыс. м³, срок — ln⁡(425/75)/0,1625≈10,7\ln(425/75)/0{,}1625 \approx 10{,}7 года. Если падение на деле гиперболическое, запасов будет больше, а срок — дольше.

  5. 5

    Какое из решений разумнее принять позже, по данным первых скважин?

    1. А.Места скважин второй очереди на хуже изученном крыле залежи
    2. Б.Размер морской платформы
    3. В.Мощность установки подготовки нефти
    4. Г.Диаметр магистрального трубопровода
    Показать ответ

    Правильный ответ: А. Места скважин второй очереди на хуже изученном крыле залежи

    Трубопровод, платформу и установку строят до начала добычи и почти не могут изменить, поэтому их выбирают с учётом всего диапазона прогнозов. Места скважин на плохо изученном участке разумно выбрать позже, когда первые скважины уточнят строение пласта: так проект использует ценность новой информации.

  6. 6

    Что инженер-разработчик передаёт технологам добычи и проектировщикам объектов и почему это не одно число?

    Показать ответ

    Прогнозы по годам — добычи нефти, газа и воды и объёмов закачки; по ним выбирают оборудование и мощность объектов. Передают не одну оценку, а диапазон: объекты должны справиться и с низким, и с высоким вариантом, например с ранним ростом обводнённости, когда воды нужно подготовить и закачать больше.

Обновлено: 16 октября 2026 г.