Математика нефти: пять необходимых на каждом месторождении формул

Зачем стучаться в месторождение

Геологи начинают изучать потенциальное место добычи нефти с «простукивания» земли с помощью специального оборудования. Машина «стучит» по земле и этим генерирует акустические волны. Волны попадают в толщу земли и распространяются в ней. Если звуковая волна встречает препятствие — камень, пустоту или полость с нефтью, — она частично проходит дальше, в это препятствие, а частично отражается от него и летит обратно, к машине. На ней находятся не только устройства для простукивания, но и датчики, способные улавливать отраженные звуковые волны. По характеристикам этих волн нефтяники понимают, есть ли в недрах что-то ценное.

Основная формула для сейсморазведки — формула акустического импеданса. Она учитывает плотность среды, в которой распространяется волна, и скорость ее распространения. По двум этим параметрам рассчитывают импеданс, то есть меру сопротивления среды акустическим волнам.

У исследователей месторождения есть данные о плотностях разных веществ и скоростях распространения волн в них, поэтому по импедансу можно понять, есть ли в породе углеводороды, как глубоко они находятся, чем окружены и какие у месторождения объемы запасов этого ресурса.

Изучение конкретного пласта породы

Допустим, нефть обнаружена. Скорее всего, это залежи в песчаниках — пористой породе. Она не монолитна, а похожа на губку, только эту «губку» нельзя легко сжать: ее плотность сопоставима с гранитом.

Поры в песчанике могут быть заполнены нефтью, водой или газом. Сеть пор сильно разветвлена и может быть хорошо или плохо соединена между собой. Характеристики пор и материала, соединяющего песчинки, могут принимать широкий спектр значений, и каждая из них влияет на сложность добычи нефти.

Чтобы оценить характеристики пласта песчаника, используют формулу Вилли: снова придется использовать акустические волны, но уже не на поверхности месторождения, а под землей.

Специалисты бурят скважину, цилиндрическое отверстие в земной породе глубиной несколько километров. В скважину опускают датчик и распространитель волн. По тому, как быстро распространяются акустические волны в выбранном пласте, геологи могут понять пористость породы и есть ли в порах жидкость.

Не только звук, но и электропроводность

Мы на новом этапе. Уже известно, что в породе есть жидкость. Но это может быть вода, а не нефть, или то и другое одновременно.

Геологам снова нужно решить, не слишком ли много воды в выбранном пласте породы. В дело вступает формула Арчи — Дахнова, определяющая насыщенность порового пространства.

В скважину снова отправляется прибор, на этот раз для исследования характеристик электропроводности пласта породы. Вода проводит электричество лучше углеводородов более чем в пять раз, поэтому отличить одно от другого с помощью формулы — рутинная задача для специалистов.

На что влияет размер скважины

Пришло время собрать все, что геологи узнали, и посчитать, насколько сложно будет «выманить» нефть из пласта породы.

Уравнение Хокинса помогает рассчитать скин-фактор — меру того, насколько сложно поднять нефть на поверхность. В нем учитываются не только характеристики породы и давление на глубине, но и то, на что нефтедобытчики могут влиять: параметры скважины, ее диаметр и потенциальная производительность. Чем ниже скин-фактор, тем легче будет добыть нефть.

Кое-что для будущих нефтяников

С современными технологиями добычи нефти из каждого месторождения можно извлечь только 20-40 процентов от общего запаса известными способами, остальное остается глубоко под землей. Ученые и инженеры постоянно работают над новыми и альтернативными способами добычи нефти, технологиями и машинами для этого, но на данном этапе технические ограничения все еще есть.

Чтобы те, кому предстоит добывать оставшуюся нефть, точно знали, чего ожидать от месторождения, специалисты вывели формулу Крылова. Она показывает коэффициент нефтеотдачи, он же — коэффициент извлечения нефти — отношение величины извлекаемых запасов ко всем геологическим запасам месторождения.

Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее проходит добыча на месторождении. Анализ данных по формуле Крылова дает геологам найти проблемы месторождения, проанализировать ситуацию и предложить способы повысить долю извлечения нефти.

Это только некоторые из плеяды формул и сложных расчетов, которые нужны геологам, инженерам и технологам для добычи углеводородов. Молодые нефтяники изучают фундаментальные основы и тонкости геологоразведки и процесса добычи углеводородов в крупнейших вузах страны. Чтобы правильно пользоваться формулами, специалист должен иметь университетскую подготовку и немалый полевой опыт, а полную картину состояния месторождения может построить только большая команда. И займет это месяцы или даже годы тщательной геологической разведки.

Реклама. ООО «Газпромнефть-НТЦ», ИНН 7838395487. ERID 2VtzqxMajh4.

Evgenia Vavilova

148 статей

Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram