Первый съезд ВНИТО нефтяников в 1933 г. с итоговыми и перспективными докладами по разработке

Весьма важным этапом на пути развипгп именно плановой системы разработки послу­жила деятельность проходившего в августе 1933 г. Первого Всесоюзного съезда ВНИТО нефтяников, офор­мившего и организацию ВНИТО. Обращает на себя внимание даже само название выпуска 2 Трудов этого съезда** – «Плановая разработка нефтяных месторожде­ний» [15]. В этот выпуск были вклю­чены не толъко все сделанные на съезде общие и частные доклады (итоговые и перспективные), но и резолюции по докладам и еще конс­ультации профессоров из США С. Геролъда и Л. Юрена, приглашенных для участия в работе съезда.

Так как упоминаемый съезд был первым в нашей стране с весьма обширной программой именно но вопросам разработки нефтяных месторождений (он послужил образцом и для последующих аналогичных съездов), то необходимо, хотя бы кратко, проанализировать основные доклады. Начнем с принципиальных общих докладов.

В докладе И.М.Губкина и соавторов [16] рассмотрены вопро­сы политики разработки неф­тяных месторождений, основанные, в частности, на содержании ранее опубликованных и разбиравшихся выше работ И.М.Губкина. В докладе подчеркивается, что система разра­ботки должна обеспечить:

• плановую потребность в нефти,
• высокую эффективность капитальных затрат,
• повышенную нефтеотдачу.

Отметим, что эти цитированные критерии рациональности систем разработки повторялись в конце 40-х и в более поздних годах во многих работах, но выдавались авторами как новые и свои соб­ственные, без ссылок на разбираемый здесь доклад 1933 г. Кроме того, второй критерий И.М.Губкина был изменен, причем в худ­шую сторону.

В докладе сформулированы и такие «основные вопросы пла­новой разработки нефтяных месторождений»:

1. Выбор системы разработки для данного месторождения и пласта.

2. Вопрос о темпах разработки и отдачи пласта.

3. Проблема расстояния между скважинами.

Авторы доклада тут же оговаривают, что «нигде, пожалуй, нет такого отставания теории от практики, как на этом фронте» ... «Сла­бость нашей научной работы заключается имен­но в недостаточном исследовании практики разработки, недостаточном осмыс­ливании накопившегося богатого опыта».

В докладе Л.С. Лейбензона и И.П. Москалькова [17] было впервые выдвинуто такое со­вершенно правильное утверждение: управление разработкой и эксплуатацией нефте­носного пласта не может быть обеспечено без использования сведений термодинамики, физики, механики и гидромеханики. В докладе были кратко приведены основные законы движения воды, нефти, газа и газированной нефти в пористой среде и те выводы из этих законов, на основании которых следует изучать явления взаимодействия скважин и определять основные принципы разработки пласта. Более подробно, чем в докладе, изложение подземной гидродинамики дано в монографии Л.С. Лейбензона, о которой будет сказано дальше.

Если судить по названию доклада В.М. Николаева «Режим пластов Новогрозненского района» [18], то его следовало бы причис­лить к частным, а не общим докладам. Однако содержание этого доклада таково, что его вполне можно считать общим, принципиаль­ным. Дело в том, что на основании изучения особенностей режимов продуктивных плас­тов Новогрозненского района В.М. Николаев сделал очень важный правильный принци­пиальный вывод: каждый нефтеносный пласт надо рассматривать как сопряженное физи­ческое поле, сочетающее в себе несколъко физических полей. Особое значение надо уделять полям давлений, температур. Говоря о гидравлическом режиме пласта, В.М. Ни­колаев подчеркивал, что «его изучение нелъзя ограничивать только областью нефтенос­ности, а надо изучать всю гидравлическую систему, которая должна иметь начало и конец».

Эти передовые идеи В.М. Николаева, которые вошли в фундамент современной науки, основывались на разбиравшихся выше исследованиях грозненских геологов – Н.Т. Линд­тропа и его школы, проводившихся в 20-х годах.

Исключительно большое значение имел доклад Г.К.Макси­мовича «К методике состав­ления генеральных планов разработки нефтяных месторождений» [19].

Приведем кратко изложение важнейших положений доклада, включая и цитаты из этого доклада.

Г.К. Максимович указал, что идея о необходимости генерального плана разработки была выдвинута в 1931 г. Генеральный план должен основываться как на общих данных о месторождении, так и на планах разработки отдельных пластов.

Для составления плана разработки отдельного пласта необходимо знать физико-геологи­ческие условия: характеристику пласта, нефти, воды, газа; данные о давлении и темпе­ратуре, иметь сведения о запасах, режиме пласта, о его предыдущей разработ­ке и современном состоянии.

При составлении плана разработки пласта должны рассмат­риваться: «система разработки пласта, расстояние между скважинами и, следовательно, степень уплотнения сетки сква­жин, порядок ввода в эксплуатацию отдельных скважин, последовательность применения вторичных методов. Основными критериями при этом будут: режим пласта, его запасы, сорт нефти и потребность в ней на данном этапе».

Весьма полезно знание итогов практики разработки аналогичных пластов данного или соседних месторождений. «В технической части разрабатываются вопросы методов буре­ния запроектированных скважин, скорость проходки, крепления скважин, а отсюда по­требность в оборудовании, материалах, энергии, транспорте и рабочей силе».

Выбирается способ эксплуатации. Составляется проект вторичных методов. Разрабаты­вается вопрос о газовом хозяйстве.

На основании ведущих хозяйств (бурения, эксплуатации и газового) разрабатываются тех­нические планы подсобных предприятий.

Кадры определяют вопрос о потребных жилищном, комму­нальном и культурном фондах.

Технический план подвергается экономическому анализу и на основе выявленных при экономической проработке неувязок в него вносятся необходимые коррективы.

На основе проектов, проработанных с геологической, технической и экономической сто­рон, составляется генеральный план разработки всего месторождения.

«Генеральный план кладется в основу всех пятилетних и годовых планов-программ пред­приятия, работающего на данном месторождении».

Изложенное позволяет утверждать, что на съезде Г.К.Максимовичем впервые было пред­ложено составление генеральных планов разработки нефтяных месторождений, причем эти планы понимались автором в столь широкой, единой и сложной форме, которая, к сожалению, начала реализовываться лишь значительно позже, причем без всякого упо­минания о подлинном творце идеи генерального плана разработки – Г.К. Максимовиче. Перейдем теперь к рассмотрению частных, но весьма важных докладов.

Первый доклад [20]*, сделанный В.В. Билибиным, был посвящен современным методам подсчета подземных запасов. Докладчик внес существенные усовершенствования в каждый из двух методов:

I – объемно-статистический метод подсчета запасов нефти,

II – подсчет запасов нефти на основе приложения методов математической статистики к построению кривых (кривых производительности скважин), отражаю­щих зависимость дебитов скважин от различных факторов.

При применении объемно-статистического метода подсчета запасов нефти докладчик впервые предложил использовать «коэффициент использования объема пор», который вошел в со­временную практику под названием «коэффициент нефтеизвле­чения» (КНИ). Очень ценно, что на основе анализа большого числа залежей нефти, разработку которых можно было считать законченной, В.В. Билибин выявил четкие зависимости коэффици­ентов использования объема пор от литологических характеристик коллекторов и удель­ного веса нефти. Полученные В.В.Билибиным значения КНИ оказались значительно боль­шими, чем ранее предполагалось.

При анализе статистических кривых В.В.Билибин выявил зависимость дебитов скважин от степени их уплотнения на залежи, от сроков вступления скважин в эксплуатацию и т.п.

Второй доклад В.В.Билибина [21] был на тему «Анализ систем разработки отдельных горизонтов». В докладе учитывались различные формы сеток скважин, расстояния между скважинами, т.е. степень их уплотнения, темпы ввода скважин в эксплуатацию, различные расположения скважин по отношению к структуре пласта и т.п. Докладчик правильно указывал на то, что нельзя считать наиболее рациональной такую систему разработки, которая обес­печивает наибольшую нефтеотдачу. Критерий рациональности раз­работки нельзя отрывать от экономических оценок. Сам докладчик отметил, что в своем анализе он «не касался вопросов о режимах отдельных горизонтов и о влиянии этого режима на отдачу плас­тов. Это обстоятельство является следствием отсутствия исследо­вательских работ в этом направлении». Отсутствие анализа режимов разрабатываемых пластов было, несомненно, недостатком всех докладов бакинских специалистов на съезде.

В докладе А.Я. Кремса [22] на тему «Анализ практики разработки нефтяных месторож­дений Бакинского района» были рассмотрены четыре последовательные этапа развития нефтедобы­чи в этом районе:

1) исторический период, охватывающий первые сведения о нефтедобыче с Х по ХIII сто­летия на Апшеронском полуострове, – до присоединения Баку к России в 1813 г. и пере­дачи нефтяной промышленности с 1820 г. на откупное содержание;

2) период развития нефтяной промышленности с 1820 до 1873 гг., когда была уничтожена система откупа;

3) промышленно-капиталистический период с 1873 г. до национализации нефтяных про­мыслов в 1920 г.;

4) посленационализационный период с 1920 г. до начала 30-х годов.

Особое внимание докладчик уделил, естественно, поиску и выбору рациональных систем разработки нефтяных месторож­дений, ссылаясь на работы геологов М.В. Абрамовича, В.В. Билибина, М.В. Никитина. Доклад был основан на большом числе данных, характе­ризующих состояние разработки раздельно каж­дого из многочисленных разрабатываемых пластов на Балаханской, Сабунчинской, Раманинской, Сураханской, Биби-Эйбатской, Бинагадинской нефтеносных площадях и в районах Бухты Ильича и острова Артёма.

Кроме того, А.Я. Кремс представил и второй доклад [23], само название которого говори­ло о его значимости: «Генеральный план оздоровления нефтяных месторождений Азер­байджана». Представленный план проведения оздоровительных работ был тесно увязан с планом развития разработки каждого из нефтяных пла­стов на каждом из месторождений.

В докладе М.В.Никитина [24] была обоснована рациональность очередности последова­тельной разработки нефтеносных пластов месторождения Бухта Ильича по системе «снизу вверх». Такая система была обусловлена весьма сильной литологической неодно­родностью разрабатываемых пластов.

В резолюциях съезда до докладам В.В. Билибина, А.Я. Кремса и М.В. Никитина указыва­лось, что на основе систематизации и анализа большого фактического материала сотен и тысяч скважин, эксплуатировавших множество пластов многоэтажных нефтяных место­рождений, удалось предложить обоснованные системы подсчета запасов нефти, устано­вить зависимости нефтеизвлечения от множества факторов, рационализировать системы разработки.

С.Н.Шаньгиным был сделан доклад на тему «Практика разработки Грозненских место­рождений нефти» [25]. Доклад, который был дополнен на этом же съезде докладами Т.А. Осениной и Н.М. Карпенко, посвященными особенностями разработки Новогрозненского и Старогрозненского нефтяных месторождений. Во всех докладах были охарактеризованы особенности разработки нефтяных месторождений в условиях ярко выраженного водо­напорного режима. Особое внимание уделялось установлению областей питания и выходов нефтеносных пластов, что вполне соответствовало развитию передовых идей, впервые сформулированных в 20-х годах грозненскими геологами во главе с Н.Т. Линдтропом.

В докладе М.А. Жданова «Опыт исследования разработки залежи С Апшеронского место­рождения нефти» [26] указывалось, что разработка нефтяных месторождений Майкоп­ского района была существенно улучшена на основе работ комиссии акад. И. М. Губкина. Для установления системы разработки залежи С докладчик широко использовал методы математической статистики, предложенные В.В. Билибиным, но правильно подчеркнул, что результаты применения этих методов не могут быть полноценными без учета особен­ностей режима разрабатываемого горизонта.

Доклад И.Г. Пермякова [27] был посвящен методам оценки месторождений на Эмбе, режиму их и методике выбора систем разработки. Докладчик правильно указал на то, что развитие Эмбинского района всецело зависит от ввода в эксплуатацию новых месторож­дений, для которых надо правильно спроектировать системы разработки. Применительно к особенностям Эмбинских месторождений докладчик и предложил основные принципы просктирования их разработки.

§4. Развитие важнейших исследований по разработке (1934-1941)

В 1934 г. была опубликована получившая широкую известность монография (она же была рекомендована и как учебник для втузов) проф. Л.С. Лейбензона [28], посвященная пол­ному и систематичному изложению подземной гидравлики. В предисловии автор указал, что свою следующую книгу он намерен посвятить теории эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Хотя это намерение Л.С. Лейбензона им самим не было реали­зовано (он был подвергнут репрессиям – аресту, тюремному заключе­нию и последующей ссылке), но, как выше уже упоминалось при анализе его доклада [17], созданная им наука легла в основу теории и практики разработки нефтяных и газовых месторожде­ний.

Отмечая огромное значение монографии Л.С. Лейбензона, необходимо сделать одну су­щественную оговорку. Свою монографию Л.С. Лейбензон посвятил «отцу теории фильт­рации – профессору Чарльзу Слихтеру», причем заимствовал у него такую идею, которая является в корне ошибочной (такая же неверная идея была и у Форхгеймера) для условий жесткого водонапорного режима. Именно, Ч. Слихтер, Ф.Ф. Форхгеймер и Л.С. Лейбен­зон считали, что при установившемся притоке жидкости из пласта к скважине эта скважи­на имеет в пласте строго определенный радиус влияния. В области пласта за пределами этого радиуса жидкость остается неподвижной. Получается явное противо­речие: не может быть установuвшегося притока жидкости к скважине и установившегося потока в облас­ти влияния, если через границу области влияния жидкость в нее не притекает. По Слих­теру, Форхгеймеру и Лей­бензону получалось, что две скважины в одном и том же пласте, которые устойчиво работают в условиях жесткого водонапорного режима*, друг на друга совсем не влияют, если они удалены друг от друга на расстояние двойного радиуса влияния.

Нельзя умолчать о том, что на развитие нефтяной науки и техники отрицательно сказа­лись необоснованные репрессии (аресты, заключения в тюрьмы и концентрационные лагеря, ссылки, расстрелы), которым были подвергнуты, кроме акад. Л.С.Лейбензона, многие из упомянутых выше или упомииаемых далее специалистов-нефтяников: В.В. Билибин, В.А. Еронин, Н.Т. Линдтроп, А.Я. Кремс, М.В. Никитин, И.Н. Стрижов, М.Г. Танасевич, С.Н. Шаньгин, а также автор этих строк. Все они в последующем были реабилитированы.

Выше уже говорилось о замечательной заслуге грозненских геологов, которые в 20-х го­дах обнаружили, что в условиях жесткого водонапорного режима скважины не имеют ограниченных областей влияния и явно взаимодействуют друг с другом на больших рас­стояниях, находясь в единой водонапорной системе. Позднее эту идею С. Герольд [13] выразил даже так: одна сква­жина оказывает влияние до границ пласта (до границ водона­порной системы), т.е., теоретически говоря, одной скважиной можно отобрать всю нефть из области нефтеносности, располо­женной внутри водонапорной системы.

На основе идей грозненских геологов ошибку Ч.Слихтера и Л.С. Лейбензона надо было исправить применительно к услови­ям жесткого водонапорного режима. Это и было выполнено не­сколько позднее.

Именно в 1934-1935 гг. я (В.Щ.) ознакомился с передо­выми идеями грозненских геологов и в проводившихся в Гроз­НИИ исследованиях водонапорного режима отбросил пред­ставление о «радиусе влияния» скважины, заменив его «ра­диусом контура питания» или «расстоянием от скважины до контура питания». Разработанные Л.С.Лейбензоном мате­матические методы решения задач были сохранены, но только вместо «метода источни­ков-стоков» я (В.Щ.) использовал «метод отображения источников-стоков». Стоки и ис­точники отображались в контуре питания. Эти мои исследования не только были зафикси­рованы в ежегодных отчетах ГрозНИИ, начиная с середины 30-х годов, но и публикова­лись в журна­лах. Полный список всех этих моих работ и опубликованная в 1935 г. первая работа по подземной гидродинамике приведе­ны в конце тома 2 Избранных трудов [29], о которых далее будет еще сказано.

Учебник И.М.Муравьева и Ф.А.Требина [30], опубликован­ный в 1937 г., был первым, в котором излагались сведения о режимах нефтеносных пластов и основы теории их разработки. Первая работа [31], специально посвященная анализу режимов нефтяных месторождений Бакинского района, бьша опублико­вана в 1937 г. М.Ф.Мирчинком.

В 1937 г. была опубликована монография В.П.Яковлева [32], в которой не только были проанализированы особенности рабо­ты скважин при различных режимах пластов, но и приведены результаты многочисленных исследований скважин. Для своего времени заслуга В.П.Яковлева была очень велика в создании названного его именем аппарата для исследования скважин и в проведении массовых их исследований. По его методам и с помощью его аппаратов в 30-40-х годах проводились исследо­вания скважин почти во всех нефтяных районах. Сама методика этих исследований, связанная с интерпретацией прослеживания за движением уровней жидкости в скважинах после оттар­тывания или подлива жидкости в них, была принципиально неверной и уже давно вышла из употреб­ления.

В.П. Яковлев указывал на необходимость учитывать сжимае­мость жидкости в пластовых условиях. Работы В.П. Яковлева особенно ценны еще и тем, что способствовали пробуж­дению внимания инженерно-технических работников нефтяной промышленности не только к исследованию скважин, но и к изу­чению законов фильтрации в нефтеносных пластах.

В середине 30-х годов В.М.Барышев сконструировал в Азер­байджанском научно-исследовательском институте (АзНИИ) опытный куполовидный «пласт», на который было проведено 108 «скважин». На опытном пласте и на специальных «дренажных эле­ментах» В.М.Барышев и А.Н.Снарский тогда же провели интересные эксперименты по вза­имодействию скважин при различных системах их расстановки [33]. Результаты экспериментальных работ В.П.Барышева и А.Н.Снарского оказались в очень хорошем согласии с упомянутыми выше моими гидроди­намическими исследованиями в ГрозНИИ, описанными во многих статьях, частично вошедших в Избранные труды [29].

В 1937 г. в США была опубликована получившая широкую известность капитальная монография Мориса Маскета [34], второе издание которой было переведено в 1949 г. на рус­ский язык. Содержание этой монографии оказало очень большое влияние на всех зарубежных и отечественных специалистов, занимавшихся подземной гидродинамикой, теорией и практи­кой разработки нефтяных месторождений*.

В 1939 г. была опубликована моя (В.Щ.) в соавторстве с Г.Б. Пыхачёвым монография «Интерференция скважин и тео­рия пластовых водонапорных систем» [35]; позднее она была це­ликом включена в часть 1 тома 1 моих Избранных трудов (см. с. 100-399 [29]).

Соответственно тому, что было сказано выше, эта моногра­фия представляла собой первое строгое изложение гидромеха­нической теории пластовых водонапорных систем на основе пра­вильного представления о таких системах, выработанного гроз­ненскими геологами. Тем самым это было первое физически правильное обоснованное изложение теории водо­напорного режима. Следует указать еще на один очень важный вывод, сделан­ный в цити­руемой монографии: «количественный эффект взаи­модействия скважин зависит не только от их взаимного рассто­яния, но и от их расстояния до контура питания». Чем ближе рас­положены эксплуатирующиеся скважины к контуру питания, тем менее интенсивно они взаимодействуют друг с другом. Этот вывод, сформулированный в 1939 г. в моно­графии [35], предвосхитил одну из основ теории законтурного и внутриконтурного завод­нения. Действительно, линию расположения нагнетательных скважин можно рассмат­ривать как искусственно создан­ный контур питания. Поэтому приближение нагнетатель­ных скважин к эксплуатационным ослабляет их взаимодействие. Этот ис­ключительно важный вывод до сравнительно недавнего времени не понимали многие специалисты по разработке нефтя­ных мес­торождений. Не понимали, например, такого факта: на участке заданной площади можно получить больший дебит каждой сква­жины при плотном их расположении, чем при редком, если, конечно, приблизить контур питания (т.е. линию расположения нагнета­тельных скважин) к границам участка при плотном рас­положении на нем скважин. Скольких споров о влиянии плотности сетки скважин можно было бы избежать, если бы спорящие правильно учитывали только что поясненный вывод о влиянии нагнетательных скважин на эффект взаимодействия эксплуата­ционных скважин.

К этому вопросу придется еще вернуться при анализе дис­куссии, возникшей в связи с оценкой, предложенной в начале 50-х годов генеральной схемы разработки самого круп­ного в то время отечественного нефтяного месторождения – Ромашкинского. Повторяю, что правильное решение дискуссии могло быть получено только при усвоении резуль­татов той гидродинамической теории пластовых водонапорных систем, которая была изложена в цитируемой монографии, изданной в 1939 г. Дальше будет упомянут еще один поразительный факт: до самого недав­него времени во многих учебниках по подземной гидродинами­ке интерференция эксплуатационных скважин излагалась, к со­жалению, без всякого внимания на воздействие нагнетательных скважин.

При анализе докладов описанного выше Всесоюзного сове­щания в Баку (1933) было указано, что в то время явно не хва­тало сведений о режимах разработки нефтяных пластов в Баку. Это особо подчеркивалось в докладах В.В.Билибина [20], [21]. По­нятно, что нельзя осуществлять рациональную разработку плас­тов, не зная их режимов. Поэтому важное значение имела брошюра М.Ф.Мирчинка [36], изданная в 1936 г. и специально посвящен­ная описанию и анализу режимов многочисленных неф­теносных пластов Бакинского района Азербайджана.

Под редакцией Ф.А.Требина была опубликована в 1940 г. книга [37], в которой не только были систематично описаны методы исследования скважин, но и рассмотрены примеры установления технологического режима их эксплуатации, что весьма важ­но при проек­тировании разработки нефтяных месторождений.

В 1940-1941 гг. были опубликованы результаты исследования движения газированной жидкости в пористой среде, выполненные акад. С.А. Христиановичем [38], акад. Л.С. Лей­бензоном [39] и Б.Б.Лапуком [40]. Эти исследования содействовали развитию теории разработки нефтяных месторождений при режиме ра­створенного газа.

В 1941 г. в Московском нефтяном институте мною (В.Щ.) была защищена докторская диссертация (первая в нашей стране по вопросам разработки) на тему «Расстановка скважин в плас­те с водонапорным режимом (гидродинамическое исследование некоторых вопросов)» [41]. Эта диссертация была полностью опуб­ликована в части 2 тома 1 Избранных трудов [29]. Помимо гид­родинамического решения вопросов, связанных с работой раз­личных систем скважин (в частности, прямолинейных и круго­вых батарей скважин), в диссертации были исследованы осо­бенности стягивания контуров нефтеносности и обводнения сква­жин.