ВОДА — НЕФТЬ — ГАЗ — ПОРОДА,
ИЛИ
КАК СОЗДАЮТСЯ
НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В НАУКЕ
Междисциплинарные исследования, программы интеграционных проектов
Сибирского отделения буквально вывели на поверхность
многие исследовательские работы, в свое время опубликованные, но
недооцененные научной общественностью, в лучшем случае
послужившие для одноразового использования в той или иной
диссертации или при выполнении конкретных хоздоговорных работ.
Можно представить, какая библиотека новых знаний создана в СО РАН
почти за 50 лет! А главное, в ней можно обнаружить золотой запас
для развития науки. И, кстати, «живые деньги», так необходимые
науке.
Галина Шпак, «НВС»
Факты, подтверждающие эту мысль, сами шли в руки. Однажды
член-корр. РАН М. Эпов, директор Института геофизики, только
намекнул о совместной работе с группой научных сотрудников
Института гидродинамики. Речь шла об интеграционном проекте
«Комплексный электромагнитный и гидродинамический анализ
характеристик нефтегазовых коллекторов по данным каротажа и
бурения». Проект близится к завершению. Тому, кто понимает, ясна
неожиданная новизна научного исследования. Так совпало, что почти
одновременно с итоговой работой по проекту один из его
участников, ведущий научный сотрудник Института гидродинамики
Валентин Пеньковский, защитил диссертацию на соискание ученой
степени доктора физико-математических наук. Защита состоялась
22 ноября.
Накануне защиты, о которой я еще не знала, мы встретились в
институте. Меня интересовал «вечный вопрос» — как возникают
новые задачи, тем более фундаментального характера, открывающие
путь к созданию нового направления в конкретной предметной
области. Каким образом геофизики и гидродинамики — математики и
механики-теоретики — нашли друг друга?
Валентин Иванович ответил, что это было очень просто:
постановка задачи принадлежит геофизику М. Эпову, он и пригласил
группу лаборатории фильтрации поработать вместе. Хорошо
поработали, коль скоро В. Пеньковский вышел на защиту докторской
диссертации. Конечно, я получила авторский реферат «Процессы
массопереноса в прискважинной зоне и электромагнитное
зондирование пластов». Знакомясь с публикациями по теме
диссертации, я обнаружила любопытные вещи. Первая журнальная
статья автора относится к 1968 году — «Две модельные задачи о
движении агрессивной жидкости в пористой среде». Назову еще
пятнадцатилетней давности монографию «Фильтрация в прискважинной
зоне пласта и проблемы интенсификации притока» (ИГиЛ СО АН СССР,
Новосибирск, 1989). Ее авторы С. Антонцев, А. Доманский, В. Пеньковский.
И, наконец, для контраста, самая свежая совместная
статья Н. Корсаковой, В. Пеньковского, М. Эпова — «Гидродинамическая
и электромагнитная модель пластов, насыщенных
нефтью и свободным газом» (Докл. РАН, 2005).
Кстати, эта публикация перекликается с докладом (стендовым)
В. Пеньковского и Н. Корсаковой «Теория и практика интерпретации
данных электромагнитного зондирования пластов», представленным на
Лаврентьевских чтениях по математике, механике и физике (май 2005 г.,
г.Новосибирск). Сопоставляя выборочные данные, даже только
по названиям работ, убеждаешься, насколько широко, объемно
работала лаборатория фильтрации отдела прикладной гидродинамики
института еще со времен академика П. Полубариновой-Кочиной
(1899-1999). И все-таки получается, что если бы геофизики не
зашли в тупик, а один из них не догадался бы, как возможно решить
очень сложную комплексную задачу, то в лучшем случае давняя
монография гидродинамиков осталась бы первой теоретической
попыткой ее решения. Понятно, конечно, что логика развития той же
геофизики, ее методов рано или поздно привела бы к искомому
результату и что интеграционные проекты формируются для активных
фундаментальных исследований и создания наукоемких технологий.
Так и произошло. Но драматизм самой науки и ее научных работников
никуда не денешь. Это вечный спутник.
Так называемый «легкий характер» помогает его обладателям
справляться с трудными рабочими ситуациями в науке (и не только в
науке). Давным-давно Валентин Пеньковский «проходил» и заканчивал
аспирантуру у Пелагеи Яковлевны Кочиной. Она приучала своих
учеников внимательно работать с научной литературой.
Валентин Иванович увлекся и прослужил лет двадцать внештатным
корреспондентом реферативного журнала «Механика». Ему почти
еженедельно присылали по пять-шесть рефератов. В основном это
были новые проблемы, новые работы. Труд большой, а получал он за
каждый отзыв по рублю. За месяц набегало рублей пятнадцать
гонорара. Сейчас смешно звучит, но до сих пор оплата
интеллектуального труда соотносится с крепким советским рублем,
хотя деньги «другие». Разумеется, и в те времена работали ради
науки.
— Я до сих пор пользуюсь этим багажом, занимаясь математическими
методами фильтрации воды, нефти и других полезных ископаемых — всем,
что движется в пористой среде. А Земля — это пористая
среда. Даже гранит проницаем, в нем образуются трещины, по
которым движутся различного рода флюиды. Суммирую: как
механик-теоретик я специализировался по движению всевозможных
флюидов, их взаимодействиям друг с другом в пористых средах.
— И вы можете смоделировать, где находятся так называемые
нефтяные ловушки?
— Но бывает, что нефть просто плавает. И не обязательно
находится в ловушках. Плавающие пласты могут находиться в
капиллярно-подвешенном состоянии. Они хорошо заперты, если
существует какая-нибудь глинистая прослойка. А глина (осадочная
порода) — удивительный материал, она хорошо впитывает воду и,
разбухая, становится непроницаемой, в том числе и для самой воды,
не говоря уже об углеводородах. Так что нефти очень трудно
пробиться сквозь преграды. В пластах дикие давления — до 300
атмосфер… Геофизики нас пригласили поработать вместе, потому что
мы специалисты по моделированию процессов, которые протекают в
пластах.
— В чем же принципиальная новизна, чем отличаются ваши
построения от существующих моделей?
— В любом месторождении всегда находится природная вода
в меньшем или большем количестве. Это исторический факт. Вода,
как правило, минерализованная. Часть воды попадает в скважину и
снижает пропускную способность прискважинной зоны. Уменьшается
проницаемость. Скважина «запирается». Существуют некоторые методы
борьбы с такими явлениями, чтобы прочистить прискважинную зону.
Подобные отрицательные воздействия воды могут происходить и в
процессе эксплуатации скважины. Что же происходит в пласте, когда
в него через стенки скважины проникает буровой раствор?
Электропроводность изменяется. Вода другая! Она уже отличается от
природной. Кстати, никто заранее не знает, какова минерализация
пластовой воды, а это затрудняет прогноз содержания нефти.
Словом, мы использовали отрицательные качества воды во благо
тестирования нефтегазоносных пластов. Решалась математическая
задача проникновения бурового фильтрата в пласт и его
взаимодействие с природной водой. Это довольно сложная система
уравнений. Но решением гидродинамической задачи исследования не
заканчиваются. Могу показать некий результат, — Валентин
Иванович перелистал на экране монитора несколько страниц с
изображениями кривых, отражающих показания измерительных приборов
и то, что получено в результате решения математической задачи. — Видите?
Данные знаменитого ВИКИЗа, у него пять зондов. Мы
работали и с ВЭМКЗом, с девятью зондами — это тоже разработка
НПО «Луч». Каждый зонд снимает показательные пробы со своей
глубины проникновения, и по сдвигу фаз в измерительных катушках
можно определить поле электрического сопротивления. Их в геологии
и геофизике называют «кажущимися». Они не совпадают с истинными.
Кажущееся сопротивление дает только некую усредненную картину
физического состояния пласта в прискважинной зоне. А математика
показывает фактическое состояние. На теоретической кривой это
видно. По ней мы сразу определяем — хороший нефтяной пласт или
плохой. И соответственно — какой коллектор. Раньше никто
количественных оценок не умел делать. А мы по пяти точкам,
которые дают нам приборы, определяем несколько параметров
исследуемого пласта!
— Как вы назвали новый метод зондирования пластов?
— Метод вероятностных сверток. Кстати, мы контактируем с
математиками Казахстана, с университетом имени Аль-Фараби.
Конкретно — с группой профессора Данаева. Они в своих расчетах
используют данные ВИКИЗов. Приборы устроены очень умно, и я
считаю, что они лучше зарубежных аналогов.
Новый метод очень перспективен, но его надо отшлифовывать. Видите ли,
зондирование пластов сложнейшая задача, и очень хорошо такое
взаимодействие геофизиков, математиков и фильтрационщиков, потому
как проясняются многие вещи. Если вы посмотрите на форму кривых
зондирований — она очень разная. Бывает, вроде нефть
просматривается, а на самом деле ее нет, или наоборот. Бурить
скважину и промахнуться или пробурить, а потом забросить эту
скважину… Во-первых, вы не получите продукт. Впустую работа
идет, сплошные убытки и упущена выгода. Сейчас, может, реже, но
промахиваются. Я не специалист по бурению, не нефтяник, но мне
рассказывали: прозондировали скважину, «прострелили», и по
измерениям приборов вроде там ничего нет, кроме воды. А мы
показали, что при некоторых низких насыщенностях формы кривых
зондирования похожи на изображения зондирования водоносного
пласта. Не отличите! Тут нужна интерпретация гидрогеолога, потому
что по математике, по математической модели — это уже сверх
наших возможностей.
— Большая ли группа у вас гидродинамиков?
— Начинали работать втроем. Надежда Константиновна Корсакова,
Александр Александрович Кашеваров, доктор наук. Они математики,
занимались компьютерными методами. Я был в роли идейного
руководителя разработки нового метода. Здесь возникло множество
аспектов, в которых надо было разобраться. Мы три года доводили
эту работу.
— Интересно, когда вы стыкуете исследования в единое целое, как
вы работаете?
— Как все творческие люди. Сидим и думаем. У нас разные амплуа,
я же вам говорил.
— А воедино кто сводит?
— Тот, кто поставил задачу и все вместе. Вначале разбирались с
физической проблемой интерпретации данных электромагнитного
зондирования. Как я понял, у геофизиков были некоторые проблемы,
их работа шла, по нашим представлениям, немножечко вслепую. Они
не знали то, что знаем мы. И наоборот. Мне даже пришлось в их
науку «влезть». Поэтому и получилась такая неплохая идея, которую
мы реализовали. Но ее еще доводить надо, потому что природа
настолько многогранна, бывают такие сочетания, что диву даешься.
Мне М. Эпов рассказывал, что есть такие хорошо проницаемые
пласты, перемежающиеся осадочными породами (это же создавалось
миллионами лет!), — глинистыми пропластками не более двух
сантиметров… Но они существенно влияют на показания приборов.
Почему? Во-первых, там глина и проникновение затруднено.
Проникновение происходит по хорошим слоям пласта, но зато
микрослои — глинистые пропластки — обладают низким
электрическим сопротивлением. В них содержится соленая природная
вода. Приборы как бы шунтируются. Казалось бы, должна быть кривая
с ярко выраженным минимумом. А его нет. Мы анализировали подобное
на скважинах конкретных месторождений. Например, прибор вроде
ничего не показывает, а геологи с хорошей интуицией говорят — нет,
тут должна быть нефть. Такое несоответствие приходится
уточнять, еще раз простреливать, прожигать обсадную трубу и
стенку скважины кумулятивными зарядами. Сейчас это делается более
цивилизованно. Но это уже относится к разработке месторождения.
А задача геофизиков — указать, где эти отверстия надо делать.
— Вашу совместную работу называют новым направлением в
геофизике, чуть ли не сенсацией в науке поиска углеводородов.
— Действительно, так. Это новый метод интерпретации данных
электромагнитного зондирования.
— Насколько мне известно, научная оценка работы великолепна, а
нефтяные компании заинтересовались?
— У них свои интересы, и у нас тоже свои. Трудность, как я
считаю, еще в том, что сейчас внедрение новых методов, научного
продукта идет путем продажи. Почти нет государственных
месторождений. Их владельцы предпочитают зарубежные технологии.
На Западе, как считается, все лучшее, но, оказывается, не совсем
так, если разобраться.
Комментарий руководителя интеграционного проекта чл.-корр. РАН М. Эпова.
— Михаил Иванович, постановка задачи для создания нового метода
в геофизике принадлежит вам. Как возникли задача и новая
технология?
— Традиционно весь процесс исследования скважин разбит на две
части. Бурение самой скважины с использованием специальных
технологий — измеряют технологические параметры. Затем приходят
геофизики со своими приборами, занимаются своими исследованиями.
Зачастую эти два процесса существовали отдельно. И обработка
данных, и интерпретация. Хотя понятно, что при бурении среда,
прискважинное пространство, может по-разному изменяться, а
геофизики этого не учитывали. Получалось так, что все особенности
бурения геофизики относили на особенности среды. И уже
существовало довольно большое количество работ, в которых
предпринимались попытки объединения двух массивов данных,
совместной их интерпретации. Задача довольно сложная, потому что
возникают сложные гидро- и электродинамические задачи. И вот, когда
три года назад обсуждался интеграционный проект СО РАН,
сотрудники Института гидродинамики и нашего — Геофизики — начали
работу по созданию единой модели. Мы ее называем
гидродинамически-электрофизической или
фильтрационно-электрофизической. Фактически работа заканчивается.
Нам это удалось не только теоретически, но и на практических данных,
которые любезно предоставила Западно-Сибирская нефтяная компания
ЛУКОЙЛ-ЭЙК. Мы получили все исходные данные по бурению. И после
теоретической проверки на основе этих данных сделали
интерпретацию. Обычно электрические методы дают такой параметр,
как пористость среды, объем, который заполнен флюидами — водой
или нефтью. Но существует не менее важный параметр — проницаемость.
Так вот, определить проницаемость электрические
методы не могут. А используя фильтрационно-электрофизические, мы
научились определять эту самую проницаемость. Она в свою очередь — один
из важных параметров для нефтяников — разработчиков
месторождений. Проницаемость определяет, какое же количество
нефти за единицу времени можно извлечь из пласта. Получилось
удачно. Мы построили фундаментальную теорию для двух совершенно
разных процессов и на ее основе сделали современную технологию
бурения и интерпретации данных. Сейчас работа продолжается, но
больше без меня, я уже занят другими делами.
— Как вы оцениваете работу своих партнеров-гидродинамиков?
— Доктор А. Кашеваров внес очень большой вклад. И кандидат наук
математик-вычислитель Н. Корсакова, и, конечно, В. Пеньковский. Он
на днях успешно защитил докторскую диссертацию. И общая работа в
плюсе. Причем, мне понравились их подходы к решению большой
задачи. В какой-то степени подходы альтернативные. У нас были
горячие семинары. Очень интересно работали. Причем, в Институте
гидродинамики, в лаборатории фильтрации оказался такой научный
задел, что участники проекта спокойно, за достаточно небольшой
промежуток времени создали математические модели, построили
теорию и завершили работу созданием программного обеспечения. Для
меня лично открылся новый мир людей интеллигентных, высоко
образованных. А в лабораторию фильтрации наша совместная работа
вдохнула новую жизнь. Надеюсь, что это направление будет
развиваться.
Сейчас наш проект выходит на научно-технической уровень.
Создаются программные средства. Мы привлекаем к этой работе
студентов факультета информационных технологий НГУ. Это молодые
программисты. У нас давние связи с этим факультетом, и его декан
Михаил Михайлович Лаврентьев всячески поддерживает наши
начинания.
Идет технологическая гонка по всем направлениям. Но я считаю, что
результаты такого порядка нигде еще не получены. Мы смогли
проинтерпретировать очень большое количество практических
диаграмм, не просто на модельных примерах показали возможность
нового метода. Даже дали рекомендации нефтяной компании,
предоставившей нам данные, как оптимизировать работу на
промыслах.
— Вы своим научным золотом еще не распоряжались?
— Трудный вопрос, но всему свое время.
Фото В. Новикова
стр. 4
|
