Инновации на страже экологии: как разрабатывают сероводородсодержащие месторождения Оренбуржья

На юге России, почти на границе с Казахстаном, в степях Оренбургской области находится Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение. Открыто оно было в ноябре 1966 г., после оценки запасов его признали самым крупным месторождением газового конденсата в России и Европе.

Открытие заметно изменило судьбу Оренбуржья, которое стало не просто одним из основных сельскохозяйственных регионов страны, но и центром нефте- и газодобычи. Однако оказалось, что месторождение отличают не только огромные запасы, но и сверхвысокое содержание сероводорода. Как осваивать такой сложный актив с точки зрения безопасности для человека и природы? Оренбургские нефтяники смогли ответить на этот вопрос и подобрали ключи к этой богатейшей и некогда неприступной кладовой недр.

Труднодоступная «Восточка»

Одним из крупнейших в регионе и уникальным по сложности геологических условий считается восточный – «нефтяной» – участок Оренбургского месторождения. Запасы углеводородов здесь составляют свыше 100 млн т нефти и порядка 66 млрд м3 газа. Его активная разработка началась сравнительно недавно – в 2011 г. До этого времени бурить скважины и добывать здесь нефть считалось нерентабельным: слишком сложные геологические характеристики месторождения с преобладанием карбонатных, низкопроницаемых коллекторов, высоким газовым фактором и содержанием сероводорода (до 6%). Сюда же можно добавить высокую вязкость нефти и низкую температуру пласта. Система экологического мониторинга на Восточном участке Оренбургского месторождения включает 3 передвижных эколаборатории, 10 стационарных постов и 700 датчиков на оборудовании промысла. Контроль состояния инфраструктуры с воздуха ведут 3 беспилотника. За освоение этих сложных залежей взялся Газпромнефть-Оренбург, доказав, что даже к самым сложным месторождениям можно подобрать ключи, и добывать на них нефть не только рентабельно, но и безопасно.

Энергия недр

Газовый фактор изначально осложнял разработку месторождения. Однако нефтяники смогли обернуть эту особенность в свою пользу. Они задействовали газ, значительные объемы которого присутствуют в недрах, для добычи нефти. Энергию газа, смешиваемого под давлением с жидкими углеводородами, стали использовать для выталкивания нефти из расположенных на глубинах от 2 до 3 км под землей пластов на поверхность.

Газлифтный метод нефтедобычи – технология не новая, однако в России используется достаточно редко. Помимо Оренбургского месторождения такой способ применяют всего на нескольких активах в Западной Сибири. С учетом достаточного объема газа на месторождении, газлифт является очень привлекательным экономически и позволяет экономить на обустройстве добычной инфраструктуры. Дешевле получать нефть только при фонтанной добыче, когда сырье выходит на поверхность самостоятельно под воздействием пластового давления.

Для управления работой скважин с газлифтной добычей на месторождении была внедрена современная автоматика. Система позволяет получать данные об основных параметрах работы газлифтных скважин в режиме онлайн, анализировать их и дистанционно корректировать режим эксплуатации оборудования. Еще один плюс – сокращение присутствия персонала на объекте, что очень важно для Восточного участка, где сероводород (опасный для человека газ) остается одним из основных факторов риска.

Наличие соединений сероводорода в нефти крайне осложняет добычу на Восточном участке. Сероводород (тяжелый газ с характерным запахом) встречается довольно часто на месторождениях нефти и газа. Особенно им богаты месторождения Урало-Поволжской и Прикаспийской нефтегазоносной провинции. Это Карачаганакское месторождение, Кашаган и Тенгиз в Казахстане, богатейшее в мире Астраханское газоконденсатное месторождение, где газ содержит до 26% сероводорода. При бурении скважин на таких месторождениях в далекие 80-е нефтяники сталкивались с вызовами, которые в то время решить было практически невозможно. Не существовало литературы по методике и тактике бурения скважин или ликвидации газонефтяных фонтанов с такими сложными характеристиками, как большое содержание сероводорода и высокое давление в скважине.

Газ обладает сильной коррозионной активностью. Взаимодействие с металлом приводит к появлению сульфида железа, а во влажной среде образуется атомарный водород, который попадает в металл и делает его хрупким. Когда в нашей стране, да и за рубежом, не было опыта разработки сероводородсодержащих месторождений, большое число аварий происходило именно из-за растрескивания металла.

При освоении Восточного участка Газпромнефть-Оренбург задействовал современные методы антикоррозионной защиты и специальные устойчивые к агрессивной среде материалы. Сотрудники следуют строгим правилам безопасности и не выходят на вахту без обязательного инструктажа и дополнительных современных средств индивидуальной защиты. Кроме того, на месторождении создана уникальная инновационная система экологического мониторинга. Она призвана обеспечить как стабильность работы промысла, так и безопасную разработку этого сложнейшего актива – для сотрудников предприятия и экологии.

Экологический мониторинг

Наблюдение за состоянием воздуха на территории месторождения и на прилегающих к нему участках ведется круглосуточно с помощью новейшего цифрового оборудования. Инновационная система экологического мониторинга создана Газпромнефть-Оренбургом в рамках проекта «Щит». Круглосуточное дежурство ведут три передвижные лаборатории, которые проводят анализ воздуха на содержание в нем девяти возможных посторонних веществ. За сутки такие автолаборатории проезжают более 250 км, делая замеры по периметру защитной зоны Восточки, опираясь на данные розы ветров.

Вокруг месторождения предприятием выстроена система из 10 стационарных станций экомониторинга. Они позволяют мгновенно распознавать малейшее изменение состава воздуха и прогнозировать распространение воздушных масс. Кроме того, более 700 датчиков, определяющих концентрацию сероводорода в воздухе, установлены на скважинах и технологическом оборудовании по всему периметру Восточного участка. Проводится контроль состояния поверхностных и подземных вод, радиационной обстановки. Отбор проб и анализ компонентов окружающей среды выполняет аккредитованная лаборатория. Данные со всех систем-экопостов, мобильных лабораторий и датчиков автоматически и в режиме онлайн передаются в службу мониторинга газовоздушной среды предприятия. Система позволяет мгновенно фиксировать изменения состава воздуха и оперативно реагировать на любые нештатные ситуации.

В этом году Газпромнефть-Оренбург заключил соглашение с министерством природных ресурсов Оренбургской области и другими добывающими предприятиями региона об информационном взаимодействии в рамках Единой системы экологического мониторинга. Данные с экологических постов всех предприятий передаются в единую систему. Информация находится в открытом доступе: оренбуржцы могут в режиме онлайн, не выходя из дома, узнавать об экологической обстановке в области.

В перспективе предприятием будут дополнительно установлены еще 6 станций экологического мониторинга в населенных пунктах. Также начнут действовать 227 датчиков контроля загазованности на скважинах «старого» фонда и 19 датчиков на газопроводе внешнего транспорта газа.

Заместитель гендиректора Института национальной энергетики А. Фролов: «Высокое содержание сероводорода – это существенная проблема, с которой сталкивается нефтегазовая отрасль (и геотермальная энергетика) не только в нашей стране, но и за рубежом. За примерами необязательно далеко ходить: Астраханское месторождение. Здесь ведется постоянный мониторинг воздуха, а добыча организована таким образом, чтобы снизить риск вредных выбросов в атмосферу. С аналогичной проблемой на протяжении десятилетий сталкиваются на ряде нефтяных и газовых месторождений в США. Так, эта проблема характерна для Калифорнии. Здесь в ходе газо- и нефтедобычи уделяют особое значение защите органов дыхания и мониторингу состава атмосферы. Также сероводород может стать проблемой при разработке некоторых перспективных месторождений в Китае. Примечательно, что знаменитый «Турецкий поток» прокладывался в агрессивной среде с высоким содержанием сероводорода, что потребовало добавить дополнительную защиту на использованных при строительстве трубах.

Учитывая количество датчиков и территориальный охват, проект «ЩИТ» на Оренбургском НГКМ – в чем-то стандартная, но в то же время крайне разумная, эффективная и, главное, оперативная система контроля, хорошая мера защиты здоровья и жизни сотрудников компании. Также важно, что данные, собираемые этой системой, открыты для простых жителей области».

Под надзором беспилотников

Экологическую безопасность процесса нефтедобычи обеспечивает также созданная Газпромнефть-Оренбургом инновационная система аэромониторинга. В комплекс беспилотных воздушных судов предприятия включены три дрона повышенной дальности. С их помощью Газпромнефть-Оренбург контролирует состояние 2350 км промысловых трубопроводов и производственных объектов предприятия. За три года работы системы общий налет беспилотников над объектами предприятия превысил 70 тыс. км.

Беспилотные воздушные суда оснащены современной цифровой оптикой, позволяющей вести наблюдение, фото- и видеофиксацию как в светлое, так и в темное время суток. Управление дронами ведется с наземной станции, куда изображение поступает в режиме онлайн. Система обеспечивает надежный контроль ситуации на производственных объектах, значительно сокращая транспортные расходы служб наземного наблюдения, а при необходимости – и время реагирования на нештатные ситуации.

Попутный газ: побочный продукт или ценный ресурс?

В добываемой нефти растворен газ, который называют попутным нефтяным (ПНГ). Изначально являясь побочным продуктом нефтедобычи, он может превратиться в ценное сырье. Однако это требует значительных инвестиций и обустройства инновационного комплекса оборудования на самом активе. Благодаря созданию на Восточном участке развитой инфраструктуры для подготовки и транспортировки газа, Газпромнефть-Оренбург сумел диверсифицировать производство и монетизировать попутный нефтяной газ.

Предприятием была построена компрессорная станция, установка подготовки нефти и газа, а также газопровод, по которому углеводороды с месторождения поступают на Оренбургский газоперерабатывающий завод. Здесь газ доводится до товарных параметров и впоследствии сдается в магистральные газопроводы и направляется потребителям. Максимальная пропускная способность газопровода – более 5 млрд м3 в год.

Создание современной газотранспортной инфраструктуры позволило Газпромнефть-Оренбургу повысить уровень рационального использования попутного нефтяного газа на Восточном участке Оренбургского месторождения до рекордных 98%. Это обеспечило максимальную экологичность нефтедобычи, а также высокую эффективность и рентабельность производства.

Генеральный директор Газпромнефть-Оренбург Е. Загребельный: «Восточный участок Оренбургского месторождения – наш ключевой актив в регионе. При его освоении мы учитываем сложную геологию этих недр и сероводородный фактор. Это серьезные вызовы, которые когда-то могли даже поставить под вопрос возможность реализации самого проекта. Благодаря инновационным технологиям и цифровым решениям, развитию уникальной системы экологического мониторинга, сегодня мы успешно разрабатываем это непростое месторождение. Принципы освоения Восточного участка отражают общий подход предприятия – в каждом проекте нашими приоритетами являются ответственное отношение к окружающей среде, ставка на технологичность и безопасность производства. В этом году Газпромнефть-Оренбургу в рамках областного конкурса «Лидер экономики» в очередной раз было присвоено звание ведущего предприятия региона в области экологической ответственности и промышленной безопасности. Это является признанием значимости и эффективности реализуемых нами проектов и подтверждает правильность выбранной стратегии технологического развития».

Восточный участок Оренбургского месторождения – сложнейший актив в плане геологии, с преобладанием низкопроницаемых пластов, высокой вязкостью нефти, большим газовым фактором и наличием сероводорода. В то же время, актив входит в число крупнейших в стране и является настоящей жемчужиной Оренбуржья. Когда-то разработка таких участков считалась невозможной и нерентабельной, это было серьезным вызовом для всей отрасли.

Сегодня Газпромнефть-Оренбург создал уникальную систему, которая позволяет успешно осваивать эти некогда неприступные запасы. Она объединяет инновационные технологии добычи, современные материалы, цифровые решения и многоуровневую систему экомониторинга с земли и воздуха. Все это помогло предприятию подобрать ключи к Восточному участку Оренбургского месторождения, обеспечив не только эффективность и рентабельность, но и высокую экологичность разработки этого сложнейшего актива.

Автор: А. Игнатьева
Источник : Журнал «Чистый воздух», официальное издание Росприроднадзора, №11 (14) ноябрь 2020