Александр Хуршудов. Размышления над тонущим Баккеном.

Месяц назад я опубликовал статью о дальнейших перспективах сланцевой нефти и не нашел их особо блестящими. В рамках объемного материала нельзя было углубляться в детали, и пришлось отложить это занятие на потом. Время пришло, и сегодня я намерен  сосредоточиться на самом крупном сланцевом месторождении Баккен. Сразу оговорюсь: я пишу для широкой российской аудитории; знающих специалистов прошу не пенять на то, что в статье будут встречаться давно им известные истины.

1. ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

По площади (520 тыс. кв. км) Баккен - второе крупнейшее нефтяное месторождение мира, оно лишь немного уступает территориям материковой Франции или Ханты-Мансийского округа. Нефтеносные пласты прослеживаются на территории американских штатов Северная Дакота и Монтана, канадских Саскачеван и Манитоба. Однако канадская добыча в лучшие времена составляла не более 9% от общей, а в штате Монтана залежи давно выработаны и сейчас подают нефти менее 300 т/сут. Более 90% текущей добычи приносит штат Северная Дакота; на его территории нефтеносная площадь составляет 68 тыс. км2, это 13 % от всей площади месторождения.

В разрезе формации Баккен имеется три продуктивных пласта (рис.1). Основной пласт «средний баккен» толщиной до 40 м представлен очень плотными песчаниками с примесями сланцев и доломитов. Сверху и снизу он ограничен сланцами толщиной от 5 до 15 м.

Рис.1. Схематичный разрез формации Баккен

В результате такого строения, похожего на пирожок с начинкой, на Баккене образовались ПРЕКРАСНЫЕ УСЛОВИЯ для многоступенчатого гидроразрыва. Толстый пласт между двумя пластичными прокладками – идеальное место для горизонтальной скважины. Там, где толщина его уменьшается до 10-15 м, притоки малы, и никакой гидроразрыв уже не поможет. Из рис.2 видно, что пласты с толщиной более 18 м занимают менее половины площади, восточная и южная части тоньше. Забегая вперед, отметим, что они практически не разбурены.

Рис.2. Карта изопахит, линий равных толщин пласта

Ниже основного горизонта найдены частично нефтеносные пласты Sanish и Three Forks, но они содержат на порядок меньше запасов.

Геологические (начальные) запасы нефти Баккена огромны. Хотя нефть здесь занимает всего лишь 5% объема породы, только в Северной Дакоте ее содержится 22 млрд тонн. За прошедшие годы добыто 240 млн т, следовательно, текущий коэффициент нефтеотдачи (внимание!) составляет 1,1%.

С другой стороны, проницаемость породы изменяется в пределах 0,02-0,6 мД, это в сотни и тысячи раз меньше, чем у богатых месторождений. Ранее я уже писал, что большая часть скважин пробурена в зонах естественной трещиноватости, примерно в центре Баккена. Сейчас мы добавим к этому тезису кое-какие цифры.

Власти Северной Дакоты публикуют подробную статистику по всем скважинам, отдельно по муниципальным округам (графствам). Для начала вычислим, сколько нефти ежедневно добывается с 1 км2  в разных округах. Результаты в виде карты изображены на рис.3, а прочие детали – в табл.1. 

Рис.3. Карта удельных отборов нефти с единицы площади

Таблица 1. Показатели добычи нефти и газа

Оказывается, 91% всей нефти добывается в четырех графствах: McKenzie, Mountrail, Dann и Williams. Здесь пробурено 11271  добывающих скважин (73% фонда), сейчас они работают с неплохим средним дебитом 8-13 т/сут. Отметим, что общая площадь этих округов составляет 23,4 тыс кв. км. Это тоже много, но все же в 22 раза меньше всего Баккена. Франция тут уже не поместится, только Израиль. Еще 5 округов приносят 8,2% добычи, а на территориях остальных семи графств она вообще незначительна. Почти 32 % скважин там простаивают.

2. ГАЗ ВМЕСТО НЕФТИ

В пластовых условиях, при аномально высоких давлениях 430-460 ат каждая тонна нефти Баккена содержит 70-150 м3 попутного газа. После запуска скважины давление вокруг нее резко снижается и при 180 ат газ начинает выделяться из нефти. А поскольку вязкость газа намного ниже, чем жидкости, его доля в продукции растет, а нефти – падает.

Динамика добычи нефти, газа и изменения газо-нефтяного фактора приведена на рис.4. Видно, что еще 10 лет назад газа добывалось втрое больше положенного. Не удивительно, что средний дебит нефти тогда составлял скромные 4 т/сут.

    Рис.4. Изменение добычи нефти и газа

Интенсивное бурение в 2009-2014 г.г. добавило в эксплуатацию 8 тыс. новых скважин,  газонефтяной фактор от этого снизился, но в последние 3 года снова вырос на 60 %. Самые высокие значения его (450 м3/т) достигнуты в округах  McKenzie и Williams. Дальнейший рост добычи газа сдерживается тем, что при газовом факторе 700-1000 м3/т дебит нефти уже очень мал, и скважины, как правило, останавливают.

Рост газо-нефтяного фактора сопровождается уменьшением плотности нефти. Более тяжелые фракции задерживаются в порах породы, а легкие лучше выносятся газом. Именно поэтому американская WTI на 5-7% легче других марок. Нефть Баккена весьма летуча и взрывоопасна, ее нужно тщательнее сепарировать и отстаивать перед транспортировкой. Вероятно, нарушение этих требований стало одной из причин взрывов при железнодорожной аварии в канадском городе Лак-Мегантик. В силу этих факторов нефть Баккена существенно дешевле; в декабре ее баррель стоил $40,5, что на 20% меньше барреля WTI.

Но все это, так сказать, мелкие, преодолимые неприятности, а главная беда поджидает нас впереди. По росту добычи газа можно приближенно судить о давлениях вблизи ствола скважин; я его оцениваю в 40-60 ат. При таких давлениях на глубинах 2500-3000 м достигается предел прочности пород на сжатие, это влечет за собой деформацию цементного кольца и прилегающей породы. Вблизи ствола появляются трещины, которые часто приводят к перетокам пластовых вод из других горизонтов.

3. ВОДА ИЗ ВСЕХ ЩЕЛЕЙ

Баккен заливает вода. Более 98% скважин добывают ее вместе с нефтью. Средняя массовая доля воды в продукции месторождения составляет 61%.

Поначалу я не поверил своим глазам. Ведь в основном пласте, среднем баккене  подстилающей воды нет. Конечно, четверть скважин работают из других пластов, в них вода присутствует, но они не делают погоды. Разумеется, я много раз сталкивался с аварийными скважинами, в которых отмечались заколонные перетоки пластовых вод. Но трудно было представить, что все 10 тыс скважин имеют такие дефекты. Перепроверил таблицы – все верно. В прошлом году на 50 млн т добытой нефти Баккена пришлось 66 млн т воды. И есть три серьезных аргумента в пользу ее постороннего происхождения.

Во-первых, даже при обычных операциях гидроразрыва примерно в половине скважин через месяц-другой появляются притоки воды из ближайших пластов. А тут в скважинах рвут пласты десятки раз перед вводом в эксплуатацию.

Во-вторых, перетокам посторонней воды очень способствуют низкие давления в скважинах. В нашем пласте – 50 ат, а в том, что над ним – 300 ат. Вдоль обсадной колонны возникают огромные перепады, и порода часто их не выдерживает.

В третьих, именно на Баккене притоки воды в течение многих месяцев сохраняют свою величину, будто черт открыл на полпальца подземный кран. Это не черт, это другой пласт сообщается со скважиной через небольшое повреждение цемента за колонной. Со временем оно может и увеличиться.

 Проиллюстрирую обводнение скважин на конкретном примере (рис.5).

Рис.5. Динамика добычи нефти и воды в скважинах округа McKenzie

Первую скважину (верхний график) ввели в эксплуатацию  в августе 2012 года с прекрасным дебитом нефти 95 т/сут. Через три месяца в ней установился стабильный приток воды в объеме 15-30 т/сут. Дебит нефти за последующие 1,5 года упал до 6-7 т/сут.

В апреле 2014 года владелец провел операцию по стимулированию скважины. В результате добыча нефти выросла вдвое, а воды – в 8 раз, до 116 т/сут. Все последующие 2,5 года скважина работала с обводненностью 60-90 %. Сейчас приток нефти почти иссяк и составляет около 4 т/сут.

Примечательно, что пробуренная позже в том же блоке вторая скважина (нижний график) сразу обводнилась на 95%. Добыча воды в ней достигала 150-175 т/сут, тогда как нефти было не более 5 т/сут. Всего на этом небольшом блоке Statoil пробурила 4 скважины, все они сразу подавали более 60 % воды, две уже полностью обводнились и в настоящее время простаивают.

Если вдуматься, то эти явления выглядят закономерно. Округ McKenzie разбурен вдоль и поперек, здесь 4157 скважин, по одной на каждые 1,78 км2 площади. Это горизонтальные стволы длиной до 3 км. К каждому из них примыкает по 20-30 искусственных трещин гидроразрыва длиной до 100 м. В залежи создана огромная сеть высокой проницаемости, а давления в разных точках изменяются от 20 до 460 ат. При таких градиентах вода будет гулять там легко и свободно.

Не удивлюсь, если окажется, что на одном берегу Миссури добытую с нефтью пластовую воду качают в водоносный пласт Sanish или Longepole, а на другом берегу ту же самую воду добывают с нефтью из среднего баккена. Мне случалось видеть зигзаги воды и похлеще. На крупном Ватинском месторождении, близ Самотлора, геологи как-то решили проследить путь закачиваемой в пласт воды с помощью цветного индикатора. И были весьма удивлены, обнаружив его через два дня (!) в шести других пластах (!!!). А в том, куда качали, его так и не нашли...

Из-за быстрого обводнения нефтяники Баккена уже сокращают отборы. За последний год добыча нефти снизилась на 15 %, воды на 7 %, средняя обводненность выросла с 59,3 до 61,3%. И для того, чтобы закончить этот краткий анализ, нам осталось ответить на последний вопрос:

4. ГДЕ БУДЕМ БУРИТЬ ДАЛЬШЕ?

Взгляните на рис.6. Он очень нагляден, я привожу его не в первый раз. Это карта забоев скважин небольшого участка графства Mountrail. Где же тут бурить?

Рис.6. Расположение забоев скважин на участке близ г. Parshall

В правой части, похоже, непродуктивная зона. Неразбуренной осталась только площадь большого проточного озера, но получить здесь разрешение на бурение невероятно трудно. К тому же это территория проживания индейцев.

Если вернуться к таблице 1, то заманчиво выглядит бурение в округе Divide. Здесь уже имеется 824 скважины, 90% из них работают с приемлемым дебитом 5,4 т/сут. Но когда я подсчитал, что средняя обводненность скважин уже достигла 70%, желание бурить сразу исчезло. Похоже, не горят им и американские нефтяники: количество активных буровых станков Баккена за последние месяцы выросло всего лишь на 7 единиц до 37 шт. Это в 6 раз меньше, чем 5 лет назад в период сланцевого бума.

Нет никаких оснований полагать, что разбуривание периферии Баккена принесет больше нефти, чем в центре. Наоборот, все имеющиеся данные (см. табл.1) указывают на то, что нефтеносность там в 3-5, а кое-где и в десятки раз хуже. О добыче этой нефти можно будет говорить только через многие годы, с новым, пока еще неведомым арсеналом техники.

5. РЕЗЮМЕ

Месторождение Баккен при огромных геологических запасах, тем не менее, вступило в завершающую стадию эксплуатации. Налицо ВСЕ признаки этого процесса: снижение добычи нефти и отборов жидкости, рост обводненности и числа бездействующих скважин.

Главной причиной упадка является прогрессирующее обводнение. Из-за  снижения забойных давлений в скважинах повсеместно произошли прорывы посторонних пластовых вод. Прекратить этот процесс при современном уровне техники не представляется возможным.

Произошедший рост нефтяных цен мало повлиял на объемы бурения. Самые продуктивные зоны Баккена в четырех округах практически полностью разбурены, а выход за их пределы несет риски получения низких дебитов и ускоренного обводнения скважин.

6. В ЗАКЛЮЧЕНИЕ – НЕМНОГО О ГРУСТНОМ

Приведенная мной информация содержится в абсолютно доступных источниках. Истощение скважин Баккена из-за перехода на газ было известно еще 10 лет назад. Прогрессирующее обводнение массово выявилось в 2012 году. Почему никто не говорит об этом? Три года назад на форуме Р.Паттерсона прошло небольшое обсуждение, и только. С тех пор проблема из юного поросенка выросла в громадную свинью.

Ведь пора уже действовать. Надо проверять нагнетательные скважины на предмет утечек, прослеживать пути пластовой воды. Надо все же выявить связь между гидроразрывом и повреждениями цемента. Разумеется, сервисные компании поднимут жуткий крик и будут доказывать, что они не виноваты. Это их основной заработок и они будут драться за него когтями и зубами. Но можно собрать объективную статистику.  

Почему эти вопросы не обсуждаются федеральными геологами, Американским Нефтяным Институтом, Обществом инженеров-нефтяников? Почему только Арт Берман громко говорит о явных провалах «сланцевых» технологий?

Может быть потому, что бежать, зажмурив глаза, за Красной Королевой или хвалить наряд Голого Короля проще (и доходнее!), чем возражать и доказывать? Если так, я готов предложить выход из этой грустной ситуации. Нужно во всем обвинить русских.

Русские это сделали!

Это русские хакеры пролезли в компьютеры управления скважинами и мешают им работать на благо Америки!

Это русские подливают воду в скважины!

И все эти гадости про Баккен тоже написал русский, причем не ради нефтяной науки, не ради истины, а ради пропаганды и по специальному заказу!

Не подходит такой вариант? Тогда шутки в сторону, много работы впереди.