1.3. Формирование сценариев добычи и подготовки запасов нефти в крупных нефтедобывающих регионах

Моделирование крупных нефтедобывающих регионов

Крупный нефтедобывающий регион представляет со­бой совокупность нефтяных месторождений, объединяе­мых по признаку общей геологической истории нефтеобразования и сходным условиям нефтенакопления. Со­средоточенные в крупных регионах значительные запасы нефти неравномерно распределены на большой террито­рии и сконцентрированы в основном в крупных, (нередко уникальных) и средних нефтяных месторождениях, а также в ряде мелких.

Как правило, ведущей отраслью промышленности в крупном регионе, играющей решающую роль в его экономике, является нефтедобывающая промышленность, включающая в себя подготовку запасов, добычу нефти и ее внутрирегиональное транспортирование.

Как уже было отмечено, развитие нефтедобывающей промышленности в ре­гионе проходит несколько характерных стадий.

На участке 0, t₁ ведется региональный поиск и раз­ведка потенциальных запасов нефти, выявление перспек­тивных структурных образований методами геофизиче­ских исследований (здесь открывают запасы категорий C₂). Затем осуществляют глубокое разведочное бурение, позволяющее обнаружить запасы нефти и под­готовить их к промышленной эксплуатации (катего­рии A+B+C₁).

В зависимости от объема глубокого бурения подго­товку запасов осуществляют с различной интенсивно­стью. К моменту t₅ основные запасы, сосредоточенные в крупных и средних нефтяных месторождениях, переведены в промышленные категории и до момента t₇, соответствующего 100 % потенциальных запасов в регионе, идет снижение объема бурения.

Траектория нефтедобычи в регионе взаимосвязана с подготовкой запасов и обладает своей спецификой. В те­чение периода 0, t₂ – открытия начальных запасов до­быча нефти отсутствует. Момент t₂, к которому обеспе­ченность накопленных запасов нефти достигла опреде­ленной величины, является началом стадии рос­та добычи нефти, продолжающейся до момента t₃. Период t₃–t₁ стабилизация добычи в регионе, а пе­риод t₅–t₇ – ее снижение.

В зависимости от фазы освоения региона можно вы­делить три их типа: перспективный, новый и старый (эта классификация относительна, так как с течением времени регионы переходят из одного состояния в другое). Характерным признаком перспективного региона является существенная неопределенность ряда параметров, что вызвано недостоверностью величины потенциальных ресурсов нефти в целом по региону и в отдельных его областях (зонах); невозможностью полноценного прогноза струк­турного состава нефтяных месторождений по их разме­рам (неизвестно соотношение крупных, средних и мелких месторождений); отсутствием закономерностей перевода запасов из низших категорий в высшие (т. е. отсутстви­ем информации о связи между объемом разведочного бурения и размерами, приращиваемых запасов).

Кроме того, в перспективных регионах не развита производственная и бытовая инфраструктура (сети до­рог, линии электропередач, коммуникации и т. п.), что на начальном этапе развития региона отражается во временном разрыве (лаге) между моментом открытия месторождений и вовлечением их в разработку. Следст­вием неопределенности характеристик перспективного региона является неоднозначность предполагаемых уровней добычи нефти.

Одним из немногих известных показателей развития региона этого типа является достигнутый уровень мощностей по разведочному бурению и прогноз его измене­ния в ближайшей перспективе.

Новые крупные нефтедобывающие регионы, находящиеся в стадии роста добычи нефти или в начальной стадии ее стабилизации, характеризуются как показате­лями детерминированного типа, так и. параметрами, от­ражающими свойства неопределенности:

– в регионе открыты и подготовлены значительные запасы нефти промышленных категорий, некоторая часть которых уже извлечена;

– на открытых месторождениях достигнут высокий, систематически растущий уровень добычи нефти;

– используемые для разработки нефтяных месторож­дений системы обладают широкой областью вариации технологических параметров;

– в областях региона существует относительно высо­кий уровень производственных мощностей (по разведоч­ному и эксплуатационному бурению), а также создана развитая инфраструктура. Экономические показатели добычи нефти и подготовки запасов в этих областях, как правило, лучше среднеотраслевых.

Вместе с тем в регионе имеются зоны с недостаточно разведанными запасами, размеры которых не подтверж­дены и в некоторых не установлены закономерности пе­ревода ресурсов в промышленные категории. Как прави­ло, в этих зонах экономические показатели значительно превышают сложившийся среднерегиональный уровень.

В отличие от перспективных и новых, старые регионы находятся в заключительной стадии стабилизации или в стадии падения добычи нефти. Для них характерно:

– значительная степень разведанности потенциаль­ных запасов нефти в различных зонах региона и вслед­ствие этого прирост запасов идет за счет месторождений с меньшими собственными запасами нефти и худшими коллекторскими свойствами;

– использование при разработке нефтяных место­рождений наряду с традиционными методами интенси­фикации добычи новых методов, повышающих нефтеотдачу пластов;

– как правило, высокий удельный вес механизированной добычи нефти на эксплуатируемых месторож­дениях;

– накопление значительных размеров производственных мощностей и наличие развитой инфраструктуры;

– систематическое ухудшение экономических показателей, характеризующих эффективность подготовки запасов и добычи нефти.

В крупных регионах имеются области со свойствами перспективных и старых регионов, состав которых по­стоянно изменяется. При проектировании разработки месторождений применятся следующие технические решения [39].

Для многопластовых месторождений осуществляется максимально возможное объединение пластов, имеющих близкие геолого-промысловые характеристики, в единый объект разработки. Поддержание пластового давления осуществляют при сочетании внутри контурного и закон­турного заводнения. С самого начала разработки при­меняются интенсивные методы поддержания пластового давления с размещением между линиями нагнетания не более 3–5 рядов эксплуатационных скважин. При наличии на месторождении нескольких объектов разработки проводят опережающее разбуривание и освоение в первую очередь наиболее продуктивных горизонтов. Применяют насосную эксплуатацию при обводнении скважин до 30–50 %, а по горизонтам с ухудшенной промысловой характеристикой – с самого начала. Как следствие сказанного обеспечивается ускоренный ввод месторождений в разработку, высокие темпы их освое­ния, достигается максимальный уровень добычи и значи­тельные темпы отбора нефти от начальных извлекаемых запасов.

На основе сырьевой базы крупных нефтедобываю­щих регионов создают неф­тяной комплекс, который объединяет тесно связанные между собой производст­венные процессы: разведку, подготовку и добычу нефти, внутри- и межрайонное транспортирование нефти, ее переработку и распределение потребителям.

Нефтедобывающая промышленность региона может развиваться по различным вариантам, на основе которых формируется сценарий добычи и подготовки запасов нефти.

При формировании сценария развития нефтедобывающей промышленности в новых регионах решают следующие задачи.

Определение рационального соотношения между добычей нефти и подготов­кой запасов; определение динамики подготовки запасов нефти в отдельных зонах ре­гиона; выявление числа открытых месторождений и их долевого участия в обес­печении суммарной добычи нефти; установление оптимальной очередности вво­да открытых месторождений в разработку; выбор направления и способа внутрире­гионального транспортирования нефти; определение объемов эксплуатационного и разведочного бурения, размеров капитальных вложе­ний в подготовку запасов нефти, разработку нефтяных месторождений и внутрирайонный транспорт.

Для перспективных районов дополнительно определяют объемы разведочного бурения и соответствующую им динамику подготовки запасов нефти до момента при­нятия решения о промышленном развитии нефтедобычи в регионе; величину начальной обеспеченности запасами нефти в регионе и момент начала добычи.

Установленная в рамках региона динамика добычи нефти отдельных месторо­ждений обусловливает решение задач оптимизации параметров систем разработок: определение числа вводимых в эксплуатацию новых нефтяных и нагнетательных скважин (в частности, плотность сетки скважин), выбор способа эксплуатации объ­екта и метода воздействия на пласт, определение темпа и периода разбуривания месторождения.

Разработка сценария развития крупного района предусматривает взаимоувя­занное определение объемов добычи и подготовки запасов нефти.

Структурный состав предполагаемых к открытию месторождений неодинаков в различных зонах региона, которые отличаются, в частности, степенью изученно­сти. Как правило, в зонах региона преобладают залежи с не­большими запасами. Число открываемых залежей и раз­меры содержащихся в них запасов находятся в функциональной зависимости типа асимметричного нормального закона, в которой максимум приходится на залежи с не­значительными запасами . При этом мелкие залежи обладают низкой продуктивностью (дебитами скважины), что объясняется незначительным числом продуктивных горизонтов и неблагоприятными коллек­торскими свойст­вами пород. Ввиду значительной недостоверности прог­ноза струк­турного состава предполагаемых и открытых месторождений целесообразно при построении модели перспективного развития региона не учитывать неоднородно­сти пространственного размещения запасов. Однако при этом недопустимо их рас­смотрение в неделимом (едином) виде, так как тем самым искусственно улучша­ются экономические показатели, характеризующие пред­полагаемые объекты раз­работки (это обусловливается нелинейным законом изменения ряда экономических нор­мативов, на основе которых оцениваются производствен­ные процессы на ме­сторождении). Естественным компромиссом между сложностью и недостоверно­стью учета структурного состава открываемых месторождений, с одной стороны, и неправомерностью полного отказа от нее, с другой, является их представление в виде несколь­ких пространственно обособленных групп, сосредоточен­ных в раз­личных зонах региона и содержащих некоторое число идеализированных (усред­ненных) месторождений, суммарные запасы которых равны прогнозируемым за­пасам зон (для крупных регионов число таких зон может быть велико, и они могут находиться на значительном расстоянии друг от друга) [41].

Таким образом, для какой-либо зоны запасы нефти могут быть выражены сле­дующим образом [15]:

где G­_is – неизвестные запасы нефти s-й структурной еди­ницы l-й зоны; g_l – запасы усредненного месторожде­ния l-й зоны; N_l – число, усредненных месторождений l-й зоны; Р – число выделенных зон.

Запасы усредненного месторождения g_l могут быть найдены для каждой зоны экспертным путем (например, если зона разведана в достаточной степени, то в ка­честве g_l принимают запасы замыкающего месторождения, для зон с начальной стадией разведки могут быть приняты средневзвешенные запасы месторождений предполагае­мого структурного состава и т. д.).

Наряду с отражением пространственного размещения запасов и их концентра­ции необходимо указать правило перевода запасов из низших категорий в про­мышленные.

В литературе, посвященной анализу геологоразведоч­ных работ [ 43,44 ], установ­лены соответствующие зависи­мости между накопленным объемом разведочного буре­ния и размерами открываемых запасов. Эти зависимости имеют явно выра­женный нелинейный характер.

На начальной стадии поиска необходим невысокий уровень разведочного бу­рения для открытия значительных запасов (это обусловлено в основном тем, что перво­начально открывают крупные месторождения). В даль­нейшем прирост каж­дой дополнительной единицы запа­сов требует все возрастающего объема разве­дочного бу­рения. Открытие потенциальных запасов нефти G_п свя­зано с бурением бесконечного числа разведочных сква­жин – кривая асимптотически стремится к прямой G_п (при построении указанных зависимостей учитывают «сухие» сква­жины» т. е. не давшие нефть).

В рамках модели региона целесообразно пользоваться кривой эффективности геолого-разведочных работ, рассчитываемой из исходной зависимости и представ­ляющей собой отношение величины открываемых запасов нефти к соответствую­щему объему разведочного бурения. В этом случае можно построить зависимость прироста запасов на 1 м бурения как функцию степени разведанности ре­гиона.

Такого рода зависимости могут быть построены для каждой из выделенных зон региона (эффективность гео­логоразведочных работ в зонах различна, так как раз­личны размеры запасов нефти и их плотность).

По степени изученности различных зон определяют уровень производственной и бытовой инфраструктуры (при условии наличия промышленных запасов нефти), что влияет на скорость ввода месторождений в разработку и обусловливает суще­ствование разновременных лагов между открытием и вводом в разработку место­рождений. Добычу нефти с открываемых месторождений тормозит также необхо­димость строительства внутрирайонного ма­гистрального нефтепровода, соеди­няющего удаленные зоны с промышленно развитыми, в которых существуют необходимые средства транспортирования добытой неф­ти. Строительство трубопровода должно завершиться к моменту пуска новых эксплуатационных объектов (т. е. к моменту создания в удаленных зонах соответствующей производственной базы). К этому необходимо добавить, что многокилометровое строительство внутрирайонного трубопровода осуществляют, как правило, в крайне не­благоприятных условиях природного ландшафта (забо­лоченная местность с резкими перепадами высот), что сказывается на удорожании строительства. Строительст­во трубопровода состоит из прокладки его линейной части с минимальным технологически допустимым числом пе­рекачивающих станций и наращивания пропускной спо­собности за счет подключения дополнительных станций. Однако столь детальное отражение транспортной соста­вляющей при решении задач перспективного развития региона чрезмерно, так как недостаточная изученность отдельных зон и районов прокладки трубопро­вода позволяет лишь приближенно учитывать влияющие в этих условиях факторы.

При формировании сценариев развития района необходим учет реальной территориальной структуры размещения его запасов и ресурсов. Этой задаче соответствует пространственная модель региона [36].

Эндогенными переменными для такой модели являются вариант динамики добычи нефти и ввода в разработку открываемых месторождений.

Структурно модель состоит из трех взаимосвязанных блоков: производственного, транспортного и геологического.

Производственный блок содержит балансовые уравне­ния, связывающие объем добычи нефти на открытых и неоткрытых месторождениях с предполагаемыми уровнями добычи, и соотношения, связывающие число открываемых месторождении с числом вовлекае­мых в разработку для каждой из выделенных зон раздельно.

В транспортном блоке учитывают связь между уров­нями добычи нефти в удаленных зонах и необходимостью полного транспортирования всей добытой нефти. Нара­щивание пропускной способности магистральных трубо­проводов по мере роста добычи нефти осуществляют под­ключением дополнительных перекачивающих станций и вводом новых трубопроводов[18].

Ограниченность запасов нефти в отдельных зонах отражают в соотношениях геологического блока. В этот блок входят условия, связанные с достигнутым уровнем разведочных работ на момент выполнения расчетов в районе в целом и по отдельным его зонам, а также усло­вия, связанные с возможным их изменением в пределах расчетного периода. Последние условия определяют ха­рактер изменения буровых мощностей во времени [24].

При формализации описанных выше условий предпо­ложим (не снижая общности построений), что рассмат­риваемый регион состоит из двух зон¹. В первой зоне пред­полагают наличие открытых запасов, сосредоточенных в эксплуатируемых и вовлекаемых в разработку месторождениях, неоткрытых запасов нефти (группа неоткрытых месторождений), развитой производственной базы, вклю­чающей созданный парк буровых станков, вспомогатель­ные производства и средства транспортировки добытой нефти потребителям, на основе которых возможен ускоренный ввод предполагаемых к открытию месторождений (варианты открытых месторождений включают в себя интенсификацию эксплуатируемых и ввод намечаемых).

Во второй зоне, находящейся на значительном удалении от первой проводят геофизические работы для определения промышленных запасов нефти.

Условия и ограничения модели

Производственный блок

1. Балансовое условие между добычей нефти в регионе и установленным вариантом планового задания

2. Условие выбора не более одного варианта на каж­дом эксплуатируемом и открытом вовлекаемом в разра­ботку месторождении

3. Взаимосвязь между числом открываемых усред­ненных месторождений в 1-й и 2-й зонах и их вовлече­нием в разработку

4. Ограничения на динамику ввода в разработку предполагаемых к открытию усредненных месторожде­ний 1-й и 2-й зон

Транспортный блок

5. Условия полного транспортирования добытой во 2-й зоне нефти

6. Ограничения на максимальную пропускную спо­собность нефтепроводной магистрали

Геологический блок предусматривает ограничения на максимальную величину извлека­емых запасов в 1-й и 2-й зонах соответственно; ограничения на характер изменения объемов буро­вых работ в 1-й зоне; ограничения, связанные с ростом буровых мощ­ностей во 2-й зоне.

В модели присутствуют традиционные требования целочисленности некоторых из них. Функционал минимизирует совокупные затраты по всем видам работ (подготовка запасов, добыча, транспорт и т.д.).

Таким образом, предлагаемый подход предусматривает формирование вариантов развития добычи и подготовки запасов нефти с последующей разработкой сценариев создания и развития нефтяной промышленности.