Еще в первой половине ХХ века нефть добывали методом «дикой кошки» (wildcat drilling). В удаленных регионах, где никогда прежде не разрабатывали нефтяные или газовые месторождения, люди находили залежи полезных ископаемых практически наугад. Современная нефтяная промышленность работает с куда большей точностью и меньшим риском, привлекая к решению непростых задач самых разных специалистов — от геологов до научных сотрудников и специалистов по большим данным. Как сегодня ищут нефть? Как отрасль использует большие данные? Как нефть превращается в бензин? Недавно российская компания «Газпром нефть» выпустила видеопроект «10 вопросов специалистам», в рамках которого ее сотрудники ответили на эти и другие популярные вопросы о «нефтянке». Редакция N + 1 выбрала и расшифровала самые интересные ответы.
Чем в нефтяной отрасли занимается геолог?
Анна Ротару, геолог Научно-технического центра: Я создаю цифровые модели продуктивных пластов. В специальной программе весь объем пласта представлен как набор ячеек, в которых содержатся характеристики породы: может она содержать нефть или нет, как быстро будет происходить фильтрация и так далее. Иначе говоря, какие будут перспективные дебиты по скважине, то есть какой объем добытых углеводородов можно получить в перспективе.
На основе этих данных я создаю геологическую модель, благодаря которой принимаются решения о том, сколько скважин нужно пробурить, в какой части месторождения и какой конструкции они должны быть. Все это для того, чтобы максимально эффективно, с экономической точки зрения, добыть нефть из залежи.
Правда ли, что нефть кончится?
Анна Ротару: Нет, не кончится. Геологические процессы на нашей планете продолжают происходить, органика никуда не девается. Возможно, через миллионы лет мы все станем нефтью, а пляжи, на которые мы сейчас ездим отдыхать, станут богатыми месторождениями для будущих стран.
Как раньше искали нефть?
Анна Ротару: Существовал метод, который назывался wildcat drilling. Бурение шло наугад, однако все-таки основывалось на поверхностных свидетельствах того, что нефть может быть на территории бурения.
Например, геолог видел вышедший на поверхность реперный горизонт — слой горной породы, отличающийся по геологическим признакам от окружающих его пород. Это означает, что где-то на глубине будет нефтяной пласт. Бурили до того момента, пока не найдут залежь либо не найдут вообще ничего.
Как долго длится разведка нефти?
Анна Ротару: Процесс разведки занимает порядка нескольких лет. Сначала новую территорию изучают при помощи различных съемок, после чего может быть принято решение о бурении. В скважине отбирается керн — образцы породы с глубины — и проводятся испытания, которые позволяют судить о присутствии залежи.
На основании поведения структуры пласта, свойств породы и нефти строятся вероятностные модели и оценивается экономическая эффективность бурения скважины и добычи нефти.
Можно ли выкачать с месторождения всю нефть?
Анна Ротару: Такого не бывает. На 100 процентов выкачать залежь невозможно.
Чаще всего в процессе эксплуатации месторождения растет обводненность по скважинам, то есть растет относительное содержание воды в добываемой жидкости. Это уже не просто нефть, а совместный продукт: нефть плюс вода. Таким образом, достигается предел рентабельности и добывать становится невыгодно. В таких случаях, как правило, начинают работать с геологией и искать зоны, которые еще не были вовлечены в разработку.
Чем работа научного сотрудника в нефтянке отличается от работы геолога?
Владислав Крутько, научный сотрудник «Газпром нефти»: Геолог работает с готовыми инструментами, программным обеспечением, которое он как потребитель использует для построения концептуальных моделей. Физики и математики этот софт создают.
Мы исходим из более фундаментальных установок. Решаем, например, действительно ли данное дифференциальное уравнение может описывать процесс течения в микроканалах. Мы подготавливаем инструментарий как почву для последующего использования геологами и нефтяниками.
В нефтянке есть инновационные разработки?
Владислав Крутько: Нефтянка сейчас задает высокие требования науке. Установки, на которых мы проводим исследования, как правило, дорогостоящие. Простые эксперименты нас по качеству и количеству информации уже не устраивают, а нефтяная индустрия готова разрабатывать новые методики измерений и вкладываться в цифровые модели (виртуальные копии месторождений) и методы моделирования, которые стоят на передовой современной науки.
За открытия в нефтянке можно получить Нобелевскую премию?
Владислав Крутько: Думаю, что да. Мы занимаемся фундаментальными исследованиями, а именно изучением взаимодействия флюидов (смесей углеводородов) с горной породой. Методы, используемые нами для изучения и моделирования керна, то есть образцов горной породы, извлеченной из скважины, — передовые в науке.
Зачем нефтянке нужны большие данные?
Дмитрий Перец, специалист по большим данным Научно-технического центра «Газпром нефти»: Вся информация о том, как работают скважины и какие исследования на них проводились, хранится в базах данных. В Научно-техническом центре ежедневно генерится около 500 гигабайт информации. Задача специалиста по большим данным — выгрузить эти данные, понять, как их можно использовать, и попробовать обнаружить взаимозависимость.
Как в отрасли применяется наука о больших данных?
Дмитрий Перец: Я занимаюсь работой в блоке разведки и добычи. Моя задача — оптимизировать работу скважин. Я анализирую деятельность на месторождении и принимаю решение о том, например, какую скважину выключить, а какую перевести в другой режим работы.
Такие задачи решаются в масштабах целого месторождения, то есть сотен скважин. Прокрутить все возможные варианты — нереально, но отсеить нерентабельные можно с помощью машинного обучения и интеллектуального анализа данных.
Как нефтяная платформа сохраняет устойчивость на море?
Алексей Уткин, начальник нефтяной платформы «Газпром нефти»: Платформа построена по гравитационному типу: жесткое основание стоит на дне и удерживается собственным весом. Снаружи под водой оно обсыпано крупными камнями и щебнем. В кессон (конструкцию для образования под водой или в водонасыщенном грунте рабочей камеры без воды — прим. N + 1) встроены датчики, определяющие давление на грунт, наклон платформы и другие характеристики платформы.
Где хранится добытая нефть?
Алексей Уткин: Внутри платформы находятся резервуары для хранения нефти. Используется так называемое мокрое хранение: они заполнены водой, но жидкости не перемешиваются. Из-за разницы в плотностях нефть оказывается сверху, а вода — снизу.
Как бурить в вечной мерзлоте?
Евгений Коломейцев, руководитель направления «Газпромнефть-Оренбург»: Бурить там не сложно: это просто мерзлый мох и песок, ничего особенного. Больше проблем на обычных месторождениях, хотя мерзлота обладает своей спецификой.
Главное — эту мерзлоту не растеплить. В обычных скважинах, когда мы бурим, промывочная жидкость, то есть буровой раствор, не уходит дальше ствола. Зато в вечной мерзлоте есть риск размытия породы теплым раствором.
Как убирают землю из скважины?
Евгений Коломейцев: В процессе бурения в скважине образуется выбуренная порода. Чтобы было легче углубляться, необходимо эту породу вымыть. Через насосы в скважину подается промывочная жидкость, и порода вымывается на поверхность. После очищенный буровой раствор идет обратно в приемные емкости, откуда насос снова забирает его в скважину.
У нефти есть срок годности?
Виталий Серюков, оператор технологической установки на Московском нефтеперерабатывающем заводе: Нефть начинает портиться только тогда, когда ее выводят наружу. При контакте с кислородом улетучиваются легкие соединения, необходимые для создания бензина.
Как делают бензин?
Виталий Серюков: Это очень длинный процесс, занимающий около 12 часов.
Нефть, поступающая на завод, попадает в блок предварительной очистки. Это огромный бак, к которому сверху подведено электричество. Под действием электрического поля молекулы воды образуют крупные соединения, становятся тяжелее и оседают. Так нефть отделяется от воды и поступает в блок разделения.
Затем предварительно подогретая в больших печах нефть поступает в ректификационную колонну — это своего рода кипятильник, где происходит разделение на светлые и темные углеводороды. Собранный на этой установке бензин переходит на следующую стадию, где под действием водорода очищается от различных сернистых соединений.
На выходе мы имеем компонент бензина, который в дальнейшем смешивается с дополнительными присадками и наконец становится товарным бензином.
Какие тесты проходит бензин?
Виталий Серюков: Существует два способа: исследовательский и моторный. Исследовательский заключается в том, что бензин сравнивают с эталоном, октановое число которого составляет чуть выше 100. Моторный способ — это испытание бензина на двухтактном двигателе.
Чем 95-й отличается от 92-го?
Виталий Серюков: Эти цифры — показатель октанового числа. Сегодня производители делают все более малолитражные двигатели, но хотят, чтобы даже маленький двигатель мог выдавать мощность, сравнимую чуть ли не с «Формулой-1». И вот октановое число как раз обеспечивает нам быструю «приемистость» автомобиля, чтобы машина могла быстро стартовать с места.