Как ищут нефть

В 1860 - 70-е годы главным поисковым признаком был поверхностный выход нефти, вблизи которого и закладывали скважину. Эти годы были началом нефтяной промышленности. Двадцать лет спустя появился новый принцип поиска - "ход по следу", когда скважины закладывались по "нефтяной линии" - прямой, соединяющей две продуктивные скважины. В 1859 году нефтепромышленник США полковник Дрейк пробурил удачную скважину в низине. В результате скважины стали закладывать в пониженных рельефах, но вскоре нефть обнаружили на возвышении и буровые стали затаскивать в горы. Порой это приводило к крупным открытиям, т.к. повышение рельефа иногда соответствует антиклинальным поднятиям на глубине. Следуя этому принципу на побережье Мексиканского залива в 1901 - 1905 г. г. на антиклинальной складке было открыто 17 месторождений нефти.

В 1863 г. русский академик Г.В. Абих и позже американский геолог И.С.Уайт высказали идею, что нефтяные месторождения приурочены к антиклинальным складкам, положив начало антиклинальной теории.

Используя эту теорию, было обнаружено Новогрозненское месторождение нефти. В 1911 г. И.М. Губкин выявил рукавообразную залежь, не имеющую никакой связи с антиклиналью.

И в конце первого десятилетия прошлого века многие нефтепромышленники поняли, что без геологического обоснования бурение скважин - затея опасная. В эти годы широкое распространение получила геологическая съемка (метод изучения поверхностной геологии и геоморфологии местности, на основании чего составлялась геологическая карта района).

Геологическая съемка дала хорошие результаты. На ее основе было открыто уникальное нефтяное месторождение Болнвар-Коустл (Венесуэла), в Иране - нефтяной гигант Месджид-и-Сулейман и др. Влияние геологов распространилось и на процессы эксплуатации месторождений.

Проведение геологической съемки геологи называют полевыми работами, хотя им приходится работать и в тайге, и в горах. К полевому сезону геологи тщательно готовят снаряжение, топографический инструмент, карты, рацию, изучают предыдущие исследования. В маршрут отправляются на машинах, на лошадях или пешком. В маршруте внимательно изучаются пласты горных пород, выходящие на поверхность (их состав, углы выхода и наклона). Все это тщательно записывается в дневник, делаются фотография, рисунки. Приходится рыть шурфы, закопушки, канавы. При геологической съемке бурятся и мелкие (500 - 600 м) каргировочные скважины.

После окончания полевого геологического сезона, а он бывает летом, все данные изучаются, сводятся к составлению геологической карты и пояснительной записки к ней.

Геологическая карта - это проекция на горизонтальную плоскость (топографическую основу) выходов горных пород на дневную поверхность. Геологическая съемка бывает разного масштаба в зависимости от поставленных задач. Различают региональную и детальную съемки. Региональной съемкой покрыта вся территория РФ, а детальная съемка проведена далеко не везде.

Но геологическая съемка прослеживает антиклиналь не всегда. Чтобы "прощупать" глубокие недра используют геофизические методы поиска. сейсморазведку, гравиразведку, магниторазведку, электроразведку.

Сейсмический метод геофизики основал на изучении особенностей распространения упругих колебаний в земной коре. Сейсмические волны могут быть вызваны взрывом. Скорость их распространения в породе варьирует от 2 до 8 км/с и зависит от плотности: чем плотнее порода, тем быстрее проникают сквозь нее сейсмические волны. На разнице раздела двух сред с различной плотностью упругие колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности земли, и частично преломившись, продолжают свое движение вглубь недр до новой поверхности раздела.

Отраженные сейсмические волны улавливают сейсмоприемниками.

В настоящее время применяются невзрывные методы - импульсные, вибрационные и эл. динамические.

Гравиметрический метод впервые для поисков нефти был применен в 1922 г. на побережье Мексиканского залива. Данные гравиметрической съемки используют для составления соответствующих карт. В настоящее время используют высокочастотную гравиразведку для выявления месторождений нефти и газа на глубине.

Обычно гравиразведка применяется в комплексе с магниторазведкой. Над местом залегания магматических пород возникает магнитное поле. По отклонению магнитной стрелки судят о наличии железных руд. Часто магнитометры устанавливают на самолетах, что удобно для изучения труднодоступных районов. Современные магнитометры позволяют выявить поднятия на глубине 6-7 км.

Существует еще один геофизический метод — электроразведка, разработанный в 1923 г. французом К. Шлюмберже. Идея метода в том, что горные породы обладают различными диэлектрическими свойствами: нефть - диэлектрик, а отложения с железными минералами - проводники. Создавая искусственное электрическое поле, геофизики зондируют недра, изучают сопротивление горных пород.

Но геологические и геофизические методы поиска не всегда дают ответ на вопрос - есть в недрах залежь нефти или газа. Поэтому при поисковых работах рекомендуется комплексировать геолого-геофизические методы с геохимическими и гидрогеологическими. Газовая съемка впервые предложена В.А. Соколовым в 1930. Вокруг любой залежи образуется ореол рассеяния за счет фильтрации и диффузии газов по порам и трещинам пород. Достигая поверхности Земли, углеводородные газы образуют в верхних слоях микроконцентрацни. Отбирая пробы горных пород и грунтовых вод с глубин 2-3 до 20-50 м с помощью чувствительного газоанализатора определяют содержание газов в пробах. Чувствительность этих приборов очень высокая -они могут установить присутствие одного объема углеводородных газов в нескольких миллионах объемов воздуха. Над нефтяными и газовыми залежами обычно образуются газовые аномалии, которые являются прямым поисковым признаком. Но аномалия может смещаться от источника вверх, или может быть непромышленной залежью.

Люминесцентно-битуминологическая съемка исследует ореол рассеяния битумов. Над залежами нефти и газа содержание битумов в породе повышается, отбирают пробы и изучают их в ультрафиолетовом свете.

Радиоактивная съемка основана на перераспределении радиоактивных элементов (в первую очередь урана) над нефтегазовыми залежами. В пределах проекции контура залежи на дневную поверхность обнаруживается зона пониженной радиоактивности. Эти изменения регистрируются приборами.

Гидрохимическим методом изучают химический состав подземных вод и содержание в них растворенных газов. По мере приближения к залежи концентрация этих компонентов в водах возрастает, что служит признаком скопления УВ.

В акваториях и на шельфе широко применяются геофизические методы: сейсмические исследования методом отраженных волн (MOB), глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) в комплексе с методом преломленных волн (МПВ), гравиметрия, магнитометрия, геотермические исследования.

Последние годы ознаменовались началом практических работ по построению моделей месторождений. Таких моделей создано пока немного, но работы по компьютеризации при изучении нефтегазоносности проводятся интенсивно. Обобщение накопленного опыта по методам поисков нефтегазоносных структур отражается в документе "Регламент по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и нефтегазовых месторождений", введенном в действие 10.03.2000 г.

Модель практически рассматривается как обширная сводка данных по геолого-геофизической изученности месторождения с целью прогнозирования нефтегазовых работ.

В геологических целях широко используется космическая техника. Возникла космическая геология, изучающая геологическое строение Земли - Аэрогеология.

Космическая геология располагает многими методами. Это - визуальное наблюдение, фото - телевизионная, спектрометрическая, радарная, инфракрасная и другие виды съемки, а также магнитные, радиационные, рентгеновские и другие исследования.

Благодаря космометодам получено много результатов по уточнению строения и формирования тектонических структур, проанализировано строение труднодоступных регионов, выявлены геологические особенности многих территорий.

Космическая геология выявляет структуры, благоприятные для накопления нефти и газа (в частности, зоны разломов) и других полезных ископаемых.

Проблемы "Большой нефти". Месторождения - гиганты

Для поисков нефти и газа применяют совершенную технику, новейшие достижения науки и техники. Но эффективность поиска все еще не велика. У геологов существует выражение "коэффициент успешности", которым определяется процент скважин, давших нефть или газ. В России (к 1990 г) этот коэффициент составлял 30%, в некоторые годы он падал до 15,2%. В США коэф, успешности - 9-11%. Это означает, что огромное число скважин бурится впустую. Стоимость бурения скважин весьма значительна, она зависит от глубины бурения, конструкции скважины, района работ (суша, море, наклонная скважина и т.д.), (В условиях инфляции н рыночных иен диапазон стоимости 1 м бурения по регионам РФ различный).

На заре нефтяной промышленности поиск месторождений нефти и газа велся вслепую. В Америке тогда возник термин "метод дикой кошки", означавший бурение наугад. До сих пор практикуется бурение скважин наугад, особенно в малоизученных районах. Это - параметрические и опорные скважины, в задачу которых не входит получить нефть или газ. Финансирование таких скважин отвлекает огромные капитальные вложения, но бурение их необходимо для изучения геологического строения территории. Особенно дорогостоящая разведка и бурение скважин на шельфе (море).

В нефтегазоразведочных работах большое внимание отводится месторождениям - гигантам. Между тем в это понятие вкладывается различный смысл. Известный американский геолог-нефтяник М. Хэлбути к гигантам относит месторождения, содержащие более 13,7 млн. т. нефти или более 28 млрд.м³газа. В США, Канаде, Мексике эти цифры являются общепринятыми. В России нет единого мнения по этому вопросу, но наиболее распространенная градация месторождений, предложенная в 1972 г. А.А. Бакировым (ученый-нефтяник), следующая:

По данным А.А. Бакирова (к началу 1980-х годов) за рубежом из 25 тыс. нефтяных месторождений на долю гигантов приходилось только 45 (0,18%), но в этих гигантах сосредоточено более 80% разведанных запасов нефти.

Большинство зарубежных гигантских месторождений нефти находится в странах Ближнего и Среднего Востока.

Преобладающая часть крупных газовых месторождений концентрируется на территории РФ.

Залежи месторождений - гигантов в подавляющем большинстве находятся на глубине до 3 км, где концентрируется 90% открытых запасов нефти и 82,5% - газа.

Самыми крупными месторождениями Аравийской нефтегазоносной провинции и мира являются Г авар и Большой Бурган. Гавар (С. Аравия) открыто в 1948 г. (10,2 млрд. т. нефти), длина 225, ширина 16-25 км, амплитуда 370 м. Глубины залегания горизонтов 1550-1750 м. Дебиты скважин до 1500 т/сут,

В.Буртн (Кувейт) выявлен в 1938 г. (9,13 млрд. т.), размер 40х(12-15) км, амплитуда 350 м. Залежи нефти на глубинах 1700-2300 м. Суточный дебит скважин 1500-2000 т/сут.

Северная Африка становится крупным нефтегазодобывающим регионом мира. Здесь в 1961 г. открыто уникальное месторождение Сарир (Ливия) с запасами 1,5-1,8 млрд. т., 30x20 км, амплитуда 120 м, глубина 2745 ч, отдельные скважины имеют дебит 3000-4000 т/сут. Ливия входит в десятку ведущих нефтяных держав мира, а месторождение "Сарир" называют "сюрпризом пустыни".

Самое крупное месторождение на Аляске - Прадхо-Бей (США), (73x30 км), глубина залегания нефти 2400-2700 м. Прадхо-Бей - самая большая сенсация последних тридцати лет. Американцы считают это месторождение открытием двадцатого века.

Интересна история открытия этого месторождения. В конце 1950х годов на Аляске пробурили 13 поисковых скважин глубиной 4100 м. Каждая скважина обходилась в 2-3 млн. долларов - успеха не было. Добуривалась последняя скважина на прибрежной равнине залива Прадхо-Бей. Она и "зацепила" крупную нефтяную залежь.

В Северной Америке в Северо-Западном Техасе до открытия газовых гигантов в Зап. Сибири было самым крупным в мире газонефтяное месторождение - Панхенда - Хьюготон, (2,0 трлн. м³газа), площадь нефтегазоносное™ свыше 20 тыс.км². Скважина - первооткрывательница была пробурена в 1918 г., сейчас на месторождении пробурено более 20000 скважин. Месторождение наполовину выработано, но здесь в газовых залежах от 0,2 до 0,5% содержание гелия и это - основной источник гелия в США.

Полюсом нефтенакопления называют район Атабески в Канаде, где нефть необычная, тяжелая, плотностью 1,0-1,07 г/см³, встречаются твердые битумы. Продуктивные песчаники залегают прямо на поверхности земли, постепенно погружаясь на глубину до 700 м,, а у Скалистых гор - на глубину 10-12 км. Площадь залежи 75 тыс. км². По расчетам из этого месторождения можно извлечь до 40 млрд.т, нефти. Разработку производят карьерным способом к нефтенасыщенные пески доставляют на завод, где нефть гидрогенизируют.

Южная Америка (Венесуэла) имеет одно уникальное месторождение нефти - Боливар-Коустл. Здесь выявлено более 200 залежей. Продуктивные горизонты от 170 до 3400 м, суточные дебиты скважин достигают до 1500 т., запасы нефти 4,3 млрд. т. Это месторождение обеспечивает более 70% всей добычи Венесуэлы.

В Северном море - открыты:

Разработка гигантских и крупных месторождений во много раз экономичнее, чем средних и мелких. Из общего числа разрабатываемых месторождений гигантские составляют 5,0% и они дают 85% мировой добычи нефти и содержат 80% начальных извлекаемых ресурсов. По данным ученых-геологов частота встречаемости крупных месторождений (отношение их числа к общему числу месторождений) по зарубежным странам составляет 0,037%, а частота встречаемости уникальных месторождений -0,0027%.

Глубинная разведка.

Одна из современных проблем "большой" нефти - поиск залежей на глубинах 4-5 км. До недавнего времени нефть и газ находили на глубине 2-3 км. В связи с этим 84% выявленных запасов нефти в РФ концентрируется на глубине до 2,4 км, 9% - на глубине от 2,4-3,0 км и только 7% - на глубинах свыше 3 км.

Такая же тенденция и за рубежом, где большая часть месторождений расположена на глубине до 3 км. В то же время известно, что осадочные бассейны мира часто бывают заполнены перспективными в нефтегазоносном отношении толщами пород мощностью 15 км и более. Эти глубоко погруженные комплексы изучены бурением недостаточно.

До 1956 г. у нас в стране было пробурено около 40 с кв. глубиной более 4,5 км; в 1960 г. - 200 скв., к началу 1982 г. - уже 2129, и в том же 1982 г. было пробурено 1304 скважин глубиной от 4,5-5 км, 36 скв. - более 6 км. Затем бурилось 12 скважин с целью достичь 7-километровой глубины в Прикаспии, Азербайджане, Карелии, Вол го-Урале. На Кольском полуострове пробурена сверхглубокая скважина - 12066 м (1984 г.).

В 1997 г. по Астраханскому проекту пробурена сверхглубокая скважина, подтвердившая запасы нефти на глубине 6,0 км.

Причем, вопреки мнению многих геологов, имеются данные сверхглубокого бурения, показывающие, что по мере увеличения глубины не всегда ухудшаются коллекторcкие свойства пород.

Вместе с тем на глубинах более 5 км чаще встречаются залежи газа, но есть примеры существования и нефтяных скоплений (Чечено-Ингушетия, Азербайджан, Волгоградская и др. области).

К 1990 г.г. в США открыто около 30 крупных месторождений нефти и газа на глубинах 4,5-6,5 км с суммарными запасами 3 трлн. м³(в переводе на газ).

В б. СССР к этому периоду на больших глубинах обнаружено 122 месторождения нефти и газа, причем 63% - на глубинах 4,5-5 км; 32% - на глубинах 5-5,5 км.

Запасы газа преобладают над запасами нефти, а с глубиной доля газа возрастает.

Шельфовые месторождения

1. Необходимость освоения шельфа

Согласно данным Всемирного Энергетического Совета (ВЭС) к 2020 г. мировое потребление энергоресурсов должно увеличиться в два раза (с 12,5 до 24,7 млрд. т. ул.), прн этом на долю нефти приходится - 24,0%, газа -21% от общего объема ресурсов, прогнозируемых к 2020 г.

Вместе с тем, разведанными запасами, мир обеспечен на период около 50 лет, при этом развитые страны - до 10 лет (по газу до 65 лет). Для поддержания энергетики мира на необходимом уровне очевидна необходимость открытия новых крупных нефтегазоносных провинций.

К настоящему времени суша относительно изучена и вероятность открытия крупных месторождений ограничена. Поэтому основные перспективы открытия новых крупных месторождений связывают с шельфом. Эти месторождения осваиваются недавно, но дают уже около 30% мировой добычи. Геологами установлено, что месторождения шельфа благодаря хорошим коллекторским свойствам дают хорошие дебиты. Супергигантские скопления углеводородов - это газонефтяное м/р Прадхо-Бей (Аляска), газоконденсатное Штокманояское (Баренцево море), гигантские газоконденсатные м/р Ленинградское и Русаковское (Карское море).

Добычу нефти и газа в акваториях ведут 35 стран, примерно на 700 месторождениях, в т.ч.:

Объемы добываемой нефти - около 1200 м.тн.т. (37% мировой добычи), газа - 660 млрд.м³(28%).

Согласно данным Всемирного Энергетического Совета (ВЭС) к 2020 г. мировое потребление энергоресурсов должно увеличиться в два раза (с 12,5 до 24,7).

Истощение мелководных месторождений приведет к открытию новых на больших глубинах. В настоящее время действует 173 проекта разработки месторождений на глубине (моря) свыше 300 м. Проектами определено, что глубоководная добыча нефти и газа в мире уже в ближайшие годы потребует бурения 1400 скважин, более 1000 комплектов подводной устьевой арматуры, свыше 100 стационарных и плавучих платформ. Морское бурение развито в Мексиканском заливе, у берегов Западной Африки, в Бразилии, в Норвегии.

Морское бурение в разных странах мира осуществляют компании:

2. Российский шельф: общая характеристика.

На шельфе морей России сосредоточено 45% ресурсов УВ всего шельфа Мирового океана.

Все моря РФ, кроме Белого, перспективны на нефть и газ. Общая площадь шельфовой зоны России равна 6 млн.км², из них около 4 млн.км² перспективны на нефть и газ.

Более 85% общих ресурсов нефти и газа приходится на арктические моря, 12% - на дальневосточные и менее 3% - на Каспийское море.

Более 60% находятся на глубинах моря менее 100 м, что весьма важно по технической доступности.

Начальные извлекаемые ресурсы шельфа составляют 100 млрд. т.у.т,. в т.ч. 16 млрд. т. нефти, 84 трлн.м³газа. В пределах многих районов шельфа прослеживается продолжение нефтяных областей с прибрежной суши (в море). Мировой опыт свидетельствует, что в этом случае нефтегазоносность шельфа значительно выше, чем на суще.

За рубежом 30% у.т. добывается на континентальном шельфе- Это составляет 700 млн.т. нефти и около 300 млрд.м³ газа. Для сравнения - в России в 1997 году из месторождений на суше добыто нефти 350 шт. т., и около 700 млрд.м³ газа. На континентальной шельфе к этому времени не было добыто ни одной тонны нефти, ни одного м³ газа.

Причины отставания России по освоению морского шельфа связаны с тем, что до 1970-х годов все работы на шельфе был" сосредоточены на Каспийском море (Азербайджан), где добывали 10-11 млн. т. морской нефти и Россия добывала рекордное количество УВ на суше, поэтому государство не испытывало особой нужды в развороте широкомасштабных работ на шельфе.

Но с 1970-х годов с падением добычи нефти стране требовались "нефтяные" деньги. Тогда и было принято решение об активизации работ на шельфе Охотского моря, с привлечением иностранных инвестиций, чем было положено начало поисково-разведочным работам на Российском шельфе.

Баренцево море. Общие потенциальные запасы - 31,2 млрд. т. условного топлива. Наиболее крупные структуры: Штокмановское газоконденсатное и Приразломное нефтяное месторождения, а также группа месторождений Печорской губы (Варандей-море, Медынское море, Северо-Долгинское, Южно-Долганское, Западно-Матвеевское, Русское). В работах по освоению этих месторождений принимают участие компании: "Газпром", "Росшельф", "Артикморнефтегазразведка", Wintershall, Conoco, Norsk Hydro, TotalFinaElf, Fortum.

Карское море. Общие потенциальные запасы - 22,8 млрд. т.у.т. Наиболее крупные структуры - месторождения Обско-Тазовской губы (Ленинградское, Русановское, Ледовое). Начато разведочное бурение. Предположительная дата начала эксплуатации - 2007 г. В работах задействованы компании "Газпром", "Росшельф", "Артикморнефтегазразведка".

Море Лаптевых. Общие запасы 3,2-8,7 млрд. т.у.т. Шельф изучен очень мало, ведется сейсморазведка.

Восточно-Сибирское и Чукотское море. Общие прогнозные ресурсы -18 млрд. т.у.т. Выявлены три крупнейших нефтяных бассейна: Новосибирский, Северо-Чукотский и Южно-Чукотский. К менее крупным бассейнам относятся: Благовещенский, Чаунсянй: шельф изучен мало.

Баренцево море. Общие ресурсы - 1075 млн. т.у.т. Выделяются три нефтегазовых бассейна: Анадырский, Хатырскнй и Наваринский. Раэведовательные работы практически не ведутся. Ожидается открытие месторождений нефти и газа.

Охотское маре и Татарский пролив. Общие извлекаемые ресурсы -около 15 млрд. т.у.т. Основные нефтегазовые бассейны: Северо-Сахалинскнй, Западно-Камчатский, Шелиховский, Магаданской, Пограничный, Северо- в Южно-Татарский, Шмидта и др.

На начало 2000 г. выявлено 173 перспективные структуры, подготовлен к поисковому бурению 31 объект и открыты семь месторождений нефти и газа (в основном на шельфе Сахалина). В освоении месторождений участвуют компании "Дальморнефтегорфиэика", "Роснефть", ExxonMobil, OGNC, Mitsui, Mitsubishi, Texaco, PGS, Hulliberton и др.

Каспийское море.

Черное/Азовское море. "Роснефть" ведет разведочное бурение. Предполагаемые запасы газа на шельфе Азовского моря - более 320 млрд. м³.

Балтийское море. Общие разведанные запасы — 800 млн. т. нефти (Месторождение Кравиовское). Разведочное бурение ведет НК "Лукойл", добыча нефти начнется в 2003 году.

Единственная структура, на которой ведется в настоящее время в РФ промышленная добыча нефти и газа - Пнльтун-Астохское месторождение (проект "Сахалин-2").

На месторождениях российского шельфа разведочные работы только начинаются. Конкурсы на получение лицензий на разработку шельфных месторождений в основном проводятся по "открытому" принципу, т.е. государство не ограничивает участие иностранных инвесторов, которые способны обеспечить приток в шельфовые проекты капиталовложения.

Например: Подсчитано, что общие инвестиционные потребности Сахалинских проектов составляют от 21 ("Сахалин-2) до 71 млрд. долларов ("Сахалин-3") за 30 лет.

Еще более капиталоемкими могут стать проекты освоения шельфов Баренцева и Карского морей. Разработка шельфовых месторождений нефти и газа в условиях Крайнего Севера требует совершенной техники и технологии, и самое главное - высококвалифицированных специалистов.