Эндрю Чен и Рональд Пэгэн, компания «Shell», Канада
Оригинальная статья

    Петрофизика это наука, изучающая свойства (физические, электрические и механические) горных пород и насыщающих их флюидов, а также их взаимное влияние в данной нефтяной системе. В нефтегазовой промышленности, геолог и геофизик определяют откуда начинать разработку месторождения, исходя из структурных особенностей перспективного участка, тогда как петрофизик предоставляет детальные сведения о текстуре и структуре горной породы-коллектора, а также заполняющих ее флюидах. Инженеры приходят к этому решению путем сбора и анализа данных о горных породах и свойствах флюидов на начальных стадиях исследования месторождения, используя данные бурения, каротажей, отбора керна и тестирования инструментов для измерений – на забое или на поверхности скважины.

Чем занимаются петрофизики?

    Поиски углеводородов начинаются с понимания преобладающих региональных геологических структур в нефтегазоносном бассейне, где геолог предоставляет количественную информацию о песчаных седиментационных отложениях. После этого, геофизики проводят сейсморазведку и обработку данных; для уточнения геологического строения и усовершенствования структурной модели поверхности пластов может быть пробурена поисково-разведочная скважина с высокой степенью риска. Если углеводороды были обнаружены, то далее следует сбор данных для оценки масштаба, качественных и количественных характеристик открытого месторождения.  

    Затем в дело вступает петрофизик, который выполняет ряд задач, играющих ключевую роль в принятии конечных решений, касающихся стратегии разработки месторождения. Петрофизику необходимо использовать все непосредственно измеренные скажинные данные, которые могут быть, в свою очередь, весьма ограниченными, и построить максимально надежную (насколько это возможно) модель пласта. 

    Петрофизик принимает участие на этапе бурения скважины, изучая вынесенные на поверхность буровым раствором выбуренные кусочки горной породы и регистрируя проявления нефти и газа в открытом необсаженном стволе скважины во всех соответствующих литологических и стратиграфических интервалах. Затем применяется каротаж во время бурения (КПБ) или стандартный кабельный каротаж согласно программе, разработанной петрофизиком. Все это позволяет петрофизику идентифицировать продуктивный интервал в стволе скважины, различить нетфе-/газо- и водоносные участки и оценить пористость и насыщенность пласта углеводородами.

Категория типа данных и источник ресурсов

    По причине того, что каротаж предполагает собой спуск измерительного оборудования внутрь скважины (т.е. в глубокую, темную и загрязненную среду, где буровой раствор проникает в околоскважинное пространство) и измерительные устройства часто показывают искаженные  данные из-за проблем низкой разрешающей способности, измерений лишь в поверхностных слоях или неоднозначности отклика прибора, необходим  анализ текстур и структур горной породы.  Петрофизик заказывает работы с керном и при помощи колонковой трубы для снятия керна или бокового керноотборника образцы керна доставляются на поверхность. Основной анализ керна проводится в лаборатории. Стандартные исследования керна предполагают не только подтверждение литологических последовательностей и обстановки осадконакопления , но и предоставление подробной информации о минералогическом составе горной породы, который был уже оценен согласно интерпретации первоначальной каротажной диаграммы. Лабораторный анализ образцов керна также дает независимую оценку пористости и проницаемости , которая используется для калибровки интерпретационной модели, базирующейся на  основе анализа каротажей. Типичный набор элементов для анализа включает в себя диаграммы гамма-каротажа, кавернометрию, нейтронно-плотностного каротажа; сопротивления на различных глубинах проникновения;  пористость и проницаемость образцов керна; рекомендации относительно интервалов перфорации. Все это ведет к дальнейшим исследованиям ключевых продуктивных интервалов и оценкам их фильтрационных потенциалов.

    Если исследования первой скважины нового месторождения дали положительные результаты, то далее могут быть пробурены скважины с целью количественной оценки простирания резервуара по латерали и в вертикальном направлении. Затем, петрофизик строит модель поперечного сечения месторождения, объединяя между собой данные пробуренных в разных участках скважин,  очерчивает пространственное расположение каждого стратиграфического интервала и охарактеризовывает качество коллектора, его протяженность и степень однородности.

    Обычно для нефтяных компаний только два технических параметра имеют значение – объем ресурсов/запасов и потенциальный объем добычи. Предполагается, что петрофизик способен наилучшим образом провести анализ чувствительности и оценить параметр количества углеводородов на месторождении, известный как Начальные геологические запасы товарной нефти/газа на данном месторождении. Эти оценки помогают собрать полученные результаты в цельную картину и просчитать количество потенциальной прибыли, исходя из которой предлагаются различные бизнес-решения – либо продолжать разведочные работы дальше и оценивать результаты, либо сократить риски путем передачи разработки месторождения подрядной организации. Оценка начальных геологических запасов нефти/газа на месторождении требует от петрофизика максимальной сосредоточенности на ключевых параметрах резервуара – средней пористости, высоты продуктивного интервала (общей и эффективной), первоначальной насыщенности углеводородами и уровнях контактов флюидов. 

Роль петрофизика в оценке коллекторских свойств пласта

    Из всех разведанных объемов углеводородов, учитываются только те их количества, которые могут быть добыты. В работе над данным вопросом две дисциплины объединяются между собой: петрофизика и оценка коллекторских свойств пласта.
 Подходя к вопросу продуктивности части или целого резервуара и оценки эффективности извлечения углеводородов, в конечном итоге всегда рассчитываются значения коэффициента извлечения и потенциальной добычи углеводородов.

    Петрофизик предоставляет качественные описания потенциальных продуктивных зон, исходя из каротажей и анализа керна. В ходе стандартного анализа керна выявляются основные типы пористости, значение проницаемости и возможное присутствие естественных трещин. Специальные исследования керна дают подробную информацию о поведении капиллярного давления, образцах смачиваемости, благоприятных / неблагоприятных механизмах извлечения нефти из пласта и о лабораторной оценке степени извлечения при возможных вариантах разработки.

    Даже несмотря на такие трудности, как неточная интерпретации каротажей и невозможность воссоздать в лаборатории точно такие же условия, как непосредственно в скважине , работа петрофизика высоко цениться и принимается в рассмотрение инженерами-разработчиками, занимающимися оценкой продуктивных пластов, внимание которых сфокусировано, прежде всего, на динамических характеристиках пластов и природу движениях в них флюидов. Разработка и проведение испытания скважины на приток осуществляются  с целью наблюдения способности течения скважинного флюида и индекса продуктивности пласта. Затем, накопленные данные по расходу и давлению тщательно анализируются.  Хорошая интерпретация означает, что данные, полученные испытанием скважины на приток, могут быть объяснены  такими петрофизическими понятиями, как продуктивная толщина пласта, значение средней пористости, насыщение углеводородами и другими описывающими свойства резервуара параметрами.

    Гидродинамические исследования скважины иногда проводятся с целью выявления минимально сообщающихся между собой дренируемых областей резервуара, насыщенных углеводородами, тогда как начальные геологические запасы нефти/газа не могут быть определены для установления определенных пороговых значений. Такие мероприятия требуют огромных совместных усилий как от геологов, так и от инженеров-разработчиков, которым необходимо согласовать между собой  и объяснить разницы объемов дренируемых областей резервуара по данным сейсморазведки и гидродинамических  испытаний.

    Для оптимизации вариантов разработки при ограниченных ресурсах, инженер-разработчик строит гидродинамическую модель месторождения, беря за основу данные петрофизических исследований. На основе этого прогнозируется количество скважин, которые необходимо пробурить в области простирания резервуара и оценить их потенциальный дебит. Прогнозирование объемов добычи, устанавливаемое согласно экономическим расчетам и инвестиционной матрицы проекта, входит в план эксплуатации и учет геологических запасов.

Начинающему петрофизику...

    Одни из первых электрических каротажей, проведенные братьями Конрадом и Марселем Шлюмберже в 1920 году, послужили основой для дальнейшего развития многочисленных направлений в области анализа каротажей. В качестве самостоятельной дисциплины петрофизика начала функционировать  в 1950-х годах после серии таких геофизических исследований скважин и анализа керна, как, например, проведенное ученым Гасем Арчи, чье знаменитое уравнение Расчета водонасыщенности служит нам для оценки свойств пород-коллекторов. Нефтяной кризис 1970-х годов и спад производства 1980-х годов были тяжелым периодом для специалистов нефтяной промышленности, которые сегодня занимают ведущие позиции в отрасли. Но когда они выйдут на пенсию через 5-10 лет, не найдется достаточного количества подобных специалистов, способных их заменить.
Экспертов в области петрофизики по обсаженным скважинам очень мало и они находятся далеко друг от друга по всему миру, что предоставляет молодым специалистам-петрофизикам большие возможности для  развития карьеры.

    Чтобы стать петрофизиком, необходимо уже в старших классах школы понимать научные концепции и основные законы физики, потому что петрофизика дает широкие возможности применения этих принципов на практике. В 2011 году компания «Shell» в Америке нанимала в качестве петрофизиков для исследования нестандартных сложных коллекторов специалистов с опытом работы в медицинских учреждениях по направлению магнитно-резонансной томографии. Если сегодня вы изучаете бозон Хиггса, то есть вероятность, что опыт изучения физики элементарных частиц поможет вам лучше понять механизмы поведения нейтрона и атома водорода в различных средах, где проводится каротаж.

    Настоятельно рекомендуется, чтобы вы, как молодой петрофизик в своей отрасли, нашли себе наставника из числа наиболее опытных экспертов в вашей компании. Многие из известных петрофизиков последних двух поколений по-прежнему активно занимаются консалтингом, обучением и передачей их опыта посредством Общества Петрофизиков и Аналитиков каротажей, Общества Нефтяных Инженеров, Американской ассоциации геологов-нефтяников, академических обществ и частных компаний.
Нефтяные сервисные компании предоставляют каротажное оборудование и обеспечивают услуги по сбору данных. Начать карьеру в одной из нефтесервисных компаний и, затем, перейти в нефтедобывающую компанию – очень хорошая стратегия. Такой подход к делу поможет вам очень быстро научиться и стать профессионалом в своей области. Работа оператором даст вам возможность увидеть общую картину и применить свои умения и навыки.

    С 2000 года в нашей отрасли проводятся поисково-разведочные мероприятия и добыча углеводородов в бассейнах с отличающимися от традиционных и экстремальными условиями: глубоководные предсолевые пласты, сверхнепроницаемые пласы, тонкие слойки, угольные пласты и газогидраты. Работа в подобных условиях требует от   специалистов нестандартного мышления и нетрациционных подходов к разработке, пересмотрения старых концепции продуктивной толщи или эффективной нефтегазонасыщенной толщи. В течение следующей волны промышленной революции, также ожидается и революции в петрофизической интерпретации данных и в оценке коллекторских свойств пласта.

Авторы статьи

Эндрю Чен работает совместно с компанией «Shell» в Канаде над различными проектами легких трудноизвлекаемых нефтей и насыщенных флюидами малопроницаемых резервуаров, включая проекты по развитию бизнеса, разведочного бурения и  выработки ресурсов. Он обладает более чем 20-летним опытом работы в таких компаниях как BP, AJM Deloitte, и Schlumberger, а также деятельности в качестве международного консультанта. Чэн получил степень бакалавра и магистра в области нефтяного инжиниринга в Восточном Китайском Нефтяном Инстритуте и степень Ph.D. в области машиностроения в Университете Манитобы в Канаде.

Рональд Пэгэн является главным петрофизиком компании «Shell» в Америке и менеджером отдела Доработки компании «Shell» в Канаде. За более чем 30-летнюю карьеру в компании «Shell», он побывал на различных должностях в области нефтяного инжиниринга в Новом Орлеане, Омане, Канаде и Великобритании. До своей нынешней должности, он занимал пост Технического директора петрофизического отдела компании «Shell» в Канаде (с 1997 по 2007 год).  Пэгэн получил степень бакалавра в области геологии в Эдинбургском университете и степень магистра в области нефтяного инжиниринга в университете Хериот-Ватт.

**Примечание: перевод любительский - это только мое хобби, совмещающее в себе приятное с полезным! Если будут комментарии и пожелания, пожалуйста, пишите. )