НА ПЕРЕСЕЧЕНИИ ПАРАДИГМ
Записки научного сотрудника
АКТУАЛЬНО ДЛЯ ВСЕХ
Для сотрудника СО РАН, человека в расцвете сил, но не пенсионного
возраста, если такие еще остались в наших Палестинах, выбор
деятельности в последнее время не так и велик. А так хочется быть
пенсионером-романтиком -- это характерный типаж для
Академгородка: квартира -- на Морском, машина -- есть, дача --
рядом, дети хорошо пристроены, зарплаты + пенсии + что раздобыл
-- хватает на еду, как правило, имеется маленькая феодальная
"деревня" и корпоративная поддержка на "производстве", можно всех
поругать, можно пофилософствовать в духе "пикейных жилетов" или
придумать прожект в духе Манилова. Но этот сказ не про нас. У нас
дети маленькие и очень дорогие. Машины, квартиры, дачи -- в
мечтах детей, зарплаты на еду не хватает. "Феодалам", которые как
бы тобой владеют, на тебя плевать, они заняты важным делом, они
брюзжат, да ты им еще и какой-то оброк платить должен, иначе --
плохой. Жесткие условия modern life определяют возможности
выбора: 1) уехать (физически или фактически, т.е. эпизодически)
за границу; 2) уйти в бизнес; 3) найти работу в работающей
отрасли. Выбор под номером 3 определил наш путь на Север. На
Севере живут только хорошие люди, происходит некоторая селекция.
Они не мелочные, они просто нормальные. На "Большой земле" народ
помельче и так было всегда.
...Обитатели маленькой гостиницы "Урайнефтегаза", в которую меня
занесла машина времени при выборе третьего варианта, представляли
собой довольно интересную компанию. Там были немцы (оттуда),
венгры (которые не манси), коллекция изобретателей из окрестных
населенных пунктов, просто фокусник, снабженцы и бухгалтеры с
дальних участков, мы, новосибирцы, а в соседнем номере по вечерам
пел песни веселый московский академик. В конторе "Нефтегаза"
настоящее паломничество. Оказывается, великое множество людей
хотят помочь нефтяникам в их благородном деле.
Добыть побольше и подешевле черного золота, наверное, еще долго
будет важной и актуальной задачей. Особенно важны эти задачи для
Западной Сибири. И вообще для всех глубоких нефтяных залежей,
характерных для тюменского пласта.
"Запад", который на Западе и на Востоке, эти проблемы не сильно
интересуют. На Ближнем Востоке нефть близко, порядка 200 метров
под поверхностью, колодец вырыл -- и черпай ведром. Для промыслов
Западной Сибири вопросы повышения нефтеотдачи очень актуальны,
так как нефтяные месторождения находятся глубоко, а нефтепромыслы
далеко. И если уж проковырял дырку в матушке-Земле и создал
условия для жизни в труднодоступной местности, то уж попытайся
раздобыть побольше черной маслянистой жидкости. Иначе вся затея
превращается в широкомасштабные игры на труднодоступной
территории.
Разработкой методов повышения нефтеотдачи сейчас занимается
больше людей, чем могут это делать. Создается впечатление, что
все те, кто хотел раньше стать космонавтом или изобрести вечный
двигатель, теперь стремятся осчастливить человечество
самодвижущейся рекой из предельно насыщенных углеводородов. По
приметам, нефть бывает там, где есть "нефтегазы", а газ --
"газпромы".
Нефтегазы, как и газпромы на тюменском севере, можно подразделить
на три типа:
-- Развитая инфраструктура + долгий срок эксплуатации =
истощенные запасы -- закат;
-- Развитая инфраструктура + короткий срок эксплуатации =
неистощенные запасы -- рассвет;
-- Зачаточное состояние.
Если читатель догадался, зачем приведена эта классификация, то
может пропустить следующий далее текст.
Истощенные запасы не означают, что добыта вся нефть, по различным
оценкам из пласта добыто от 50 до 30 процентов. Но расчеты не
облегчают жизненные проблемы тех, кто проживает в зоне развитой
инфраструктуры и у которых нет работы. Все есть, а нефти и работы
нет. Внизу есть, а наверху нет. Но зато есть много энтузиастов,
желающих помочь увеличить добычу углеводородов. В их числе
местные самородки, московские умельцы и заморские профессионалы.
Наших (из СО РАН) там нет -- то ли ленивые, то ли не могут, то ли
могут, но не хотят или хотят, но не могут. А больше всего
говорят, что хотят и могут, но их никто не хочет.
Как и положено, основные методы решения трудной задачи -- это
пробы и ошибки. Расцвет подобных подходов к разработке методов
повышения нефтеотдачи обусловлен тем, что промышленность работает
в подземном космосе, в сложной и абсолютно непредсказуемой
обстановке. А наша наука делает то, что может, а не то, что надо
для рационального использования возможностей подземного сейфа
Сибири, пока еще, как избушка на курьих ножках из русской
народной сказки, находится задом к Гее, а передом к Марсу.
Наша неформальная комплексная группа ведет работы в
"Урайнефтегазе" (этот "нефтегаз" относится к первому типу
предприятий нефтяной отрасли). Это произошло благодаря
благоприятным обстоятельствам. Осколочек оборонки, который волею
судьбы (благодаря состоянию звезд) оказался в одном из
"нефтегазов" -- известном ЛУКойле. Высокий профессионализм и
работоспособность этого подразделения "показались" руководству, и
вскоре были получены первые заказы. Так было образовано НПП
"Сибнефтегаз" в Новосибирске. Дальнейшее развитие работы этого
научно-производственного предприятия привело к необходимости
сотрудничества с Академией наук в лице сотрудников Института
гидродинамики им. М.А.Лаврентьева и небольшой группы
Объединенного института геологии, геофизики и минералогии. В
результате поднялся уровень исполнения и глубина проработки
выполнения заказов. Возросли силы и это обусловило постановку
ряда новых задач. Сотрудничество НПП "Сибнефтегаз" с институтами
СО РАН оказалось выгодным и даже необходимым всем. Наши партнеры
занимаются производственными задачами, внедрением, про которое
всегда что-то говорили, и даже создавали какие-то пояса
внедрения, которые почему-то играли роль поясов верности. Научные
исследования, проводимые профессионалами, помогают разобраться с
физикой и механикой технологических процессов. Разобраться с
механикой -- это значит усовершенствовать процесс, что, в свою
очередь, ведет к увеличению прибыли, иногда очень существенному,
а иногда -- единственно возможному.
Для исследования эффективности методов повышения нефтеотдачи пока
проводятся только натурные испытания. Но они имеют очень большую
погрешность, нестабильны, а на их результаты очень сильно влияет
человеческий фактор. Кроме всего, натурные испытания чрезвычайно
дороги, может быть, чуть дешевле космических. Естественно, что
важным, трудным и актуальным вопросом остаются методы
лабораторного моделирования технологических воздействия на
нефтяной пласт. Эта сложная комплексная задача под силу только
Академии наук, которая как раз сейчас и не знает, что ей надо
делать.
Многочисленные исследования вытеснения нефти водой в реальном
пласте сводятся к моделированию этих процессов при нормальных
атмосферных условиях. В нефтяной промышленности применяется метод
добычи нефти путем вытеснения ее водой из пористых пород. Однако
при нагнетании вытесняющей жидкости капельки нефти, воды или газа
могут застревать в отдельных капиллярах, препятствуя дальнейшему
продвижению флюидов, кроме этого в реальных пластах существуют
зоны обводненной нефти, глобулы, обводненные пропластки. В связи
с этим возникает задача о ликвидации капиллярно запертой
жидкости, что поможет увеличить темпы и коэффициент
нефтеизвлечения. Наиболее перспективны методы различных
механических воздействий, например, -- виброакустические. Они
технологичны, не требуют больших капитальных вложений,
экологически безопасны, но недостаточно хорошо исследованы. На
протяжении ряда лет мы и занимаемся такими исследованиями --
влинием вибрации на процесс вытеснения нефти водой из образцов
породы реальных месторождений. Силами неформального коллектива
были развернуты комплексные исследования. В настоящее время
созданы и запущены в эксплуатацию две экспериментальные установки
для моделирования реальных условий в пласте, разработан
рентгенографический метод контроля движения флюидов в пористых
средах.
Творческий коллектив студентов механико-математического и
физического факультетов НГУ создал автоматизированную систему
компьютерной обработки рентгенограмм. В Институте катализа по
нашему заказу специалисты сделали образцы пористых сред с
заданными свойствами. Создана математическая модель влияния
виброакустических воздействий на вытеснение капиллярно запертой
жидкости. Проводятся натурные испытания влияния виброакустических
воздействия на вытеснение нефти водой.
В ЛАБОРАТОРИИ И НА ПРОМЫСЛАХ
Мы находились в гостинице "Сибирь" одного из первых городков
нефтяников Западной Сибири, который сейчас принадлежит нефтяной
компании ЛУКойл (Лангепас, Урай, Когалым -- это названия нефтяных
городов, а что такое "ойл" теперь все знают). В соседнем номере
пел песни веселый московский академик. Цель нашего пребывания --
использование энергии самовозбуждающихся колебаний нагнетаемой
жидкости для повышения нефтеотдачи и нефтеизвлечения. Для этого
были разработаны специальные источники колебаний. Однако была не
ясна механика воздействия колебаний на вытеснение нефти водой.
Это не позволяло определить эффективные частоты и амплитуды,
выбрать наиболее подходящий тип излучателя. Работы велись
вслепую, как это обычно бывает у кротов. Да иначе и не бывает в
настоящей работе. Глубина скважины (нефтяной или "водянки") в
Западной Сибири около 2 километров и температура такая, что можно
яйца варить, а иногда и чай кипятить. Как вскоре выяснилось,
никто толком не знает, что происходит на больших глубинах.
Существуют ли уравнения состояния воды, нефти и газа тоже
неизвестно. Более того, имеется большое количество противоречивой
информации и практически нет лабораторных исследований потому,
что этими работами занимались только отраслевые институты. Все
это было выяснено при помощи эффективной работы библиотечной
службы СО РАН и мощной службы научно-технической информации
ЛУКойла.
Вообще говоря, наша группа приехала для организации
производственного эксперимента. Нами были разработаны и
изготовлены специальные гидродинамические излучатели, которые
устанавливаются на НКТ в забое нагнетательной скважины и работают
от энергии потока нагнетаемой жидкости. В результате
опытно-производственных работ на отдельных скважинах содержание
нефти в извлекаемом флюиде увеличилось в несколько раз.
У меня все спрашивают: а где вы деньги-то взяли на такие дорогие
опыты? Отвечу честно, как надо и как бывает на самом деле.
Натурные опыты может проводить только производственное
предприятие, потому что это очень и очень дорогое удовольствие,
которое мы должны обеспечить и продлить -- в этом и заключается
роль науки. Мы, как нам и положено по роли в пьесе "жизнь",
обслуживали натурные эксперименты главного геолога "Нефтегаза",
он-то и был руководителем работ de facto. А привлекали его в этом
методе технологичность, простота, дешевизна, экологическая
безопасность как для пласта, так и для природы на поверхности
Земли -- и никакой химии, только механическое воздействие. С
натурными экспериментами всегда много хлопот, без активного
участия самих производственников их провести невозможно, так как
никогда не будут известны реальные результаты. Проблемы связаны с
достоверностью измерений, критериями оценки эффективности
воздействий. Необходимо много времени для набора достоверных
данных, учитывая нестабильное поведение подземного космоса.
Первые данные натурных исследованиий влияния виброакустических
воздействий на вытеснение нефти водой были искажены, а эффект
воздействия был и очень даже явный, сомбреро оказалось по Хуану.
Итак, были разработаны, изготовлены и запущены в
опытно-производственную эксплуатацию гидродинамические
излучатели. В результате опытно-производственных работ на
отдельных скважинах содержание нефти в извлекаемом флюиде
существенно увеличилось. В целом количество дополнительно добытой
нефти определялось процентами, а это очень много для тех, кто
понимает, хотя и мало для тех, кто много хочет.
Мы понимали, что с натурными исследованиями будет много проблем,
и что большое значение приобретает лабораторный эксперимент.
Параллельно было организовано проведение лабораторного
моделирования -- влияние виброакустических воздействий на
вытеснение нефти водой из образцов нефтяного коллектора в
условиях месторождений Западной Сибири. Предыдущие исследования
обычно сводились к моделированию вытеснения нефти водой из
пористой среды при нормальных условиях (1 атм, 20 градусов
Цельсия). Настоящая работа ставила цель -- изучение влияния
вибрации на вытеснение нефти водой из пористых образцов породы
при естественных условиях, давлениях 150--200 атмосфер. И
температуре 70--100 градусов Цельсия. Высокие давления и
температура существенно усложняют экспериментальные исследования,
особенно трудно проводить количественные измерения. Как
определить количество нефти в камере высокого давления и в
пористом образце? Все известные методы неразрушающего контроля
указанных параметров оказались непригодны, потому что
недостаточно точны. На первом этапе исследования ставилась
простая задача -- ответ на вопрос: "Да--Нет?". Влияет или не
влияет виброакустическое воздействие на вытеснение нефти водой в
условиях, приближенных к натурным? На основании серии проведенных
опытов установлено, что виброакустическое воздействие в натурных
условиях ускоряет процесс вытеснения нефти водой. При решении
проблемы физического моделирования была преодолена наибольшая
трудность, связанная с методами неразрушающего контроля динамики
флюидов в пористых средах в условиях высоких давлений и
температуры, наблюдение движения флюидов в "камне". Мы
разработали методику рентгенографического исследования с
компьютерной обработкой рентгенограмм. С компьютерной обработкой
рентгенограмм нам очень сильно помогла, в порядке шефской помощи,
студенческая фирма. Студенты НГУ создали пакет программ, который
позволяет полностью автоматизировать обработку рентгенограмм.
Презентация этого пакета состоялась на конференции "Акустика
неоднородных сред-V" в мае этого года. Рентгенограф был
разработан и изготовлен в Институте гидродинамики им.
М.А.Лаврентьева, а, впрочем, как и сама методика
рентгенографического исследования. В экспериментах установлено,
что рентгенографические наблюдения движения флюидов через
пористые среды в условиях высоких давлений и температур допускают
высокую точность измерений, визуализацию потока флюидов,
возможность пространственной визуализации потока, наблюдение
движения границы раздела флюидов, допускают полную автоматизацию
обработки, совместимость со всеми другими методами неразрушающего
контроля.
Для моделирования процессов вытеснения нефти водой в пористых
образцах в условиях высокого давления (до 200 атм.) и температуры
(до 100 градусов Цельсия) был создан экспериментальных стенд.
Схема проведения опытов определялась диаграммой РЕНТГЕН -- СКАНЕР
-- ЭВМ -- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ. Модульный характер стенда
позволяет провести серию экспериментов с различным расположением
и количеством основных модулей. Методика исследований
заинтересовала ЛУКойл. В план научно-технических работ включено
создание в Академгородке большого экспериментального стенда по
исследованию эффективности методов повышения нефтеотдачи,
стоимостью около 2 млн условных единиц.
Результаты экспериментальных исследований показали, что
виброакустическое воздействие ускоряет вытеснение нефти водой.
Конечно же, создана математическая модель и определены
оптимальные частоты акустического воздействия, которые позволяют
увеличить темпы и количество нефти, вытесненной водой.
(Продолжение следует)
С.СУХИНИН, к.ф.-м.н., Институт гидродинамики.
г. Новосибирск.
На снимке:
Студенты НГУ из компании "Gadget Soft" Д.Семич, А.Бурлев,
Д.Кондратенко, Е.Бартули и выпускник ФМШ А.Черемисин (поступил на
физфак НГУ).
стр.
|
