книги / Морская нефть. Развитие технологий освоения морских арктических месторождений нефти и газа

Время от времени течение относится от побережья на расстояние до 60 км. Эти выносы сопровождаются явлениями, которые известны как водовороты прибрежного течения. Образование и распространение водоворотов были из­ учены коллективом НГЛ по изображениям в инфракрасном свете, полученным с помощью искусственного спутника Земли, и по результатам исследований.

Огромные водовороты, имеющие скорость течения более 1,5 м/с и диаметр 50-100 км, образуются при неравномерном истечении солоноватых вод из про­ лива Скагеррак. Юго-западные ветры, дующие в проливе, нагнетают огромные массы этих более легких и пресных, чем в океане, вод, которые впоследствии (когда ветер стихает или меняет свое направление на северо-восточное) не­ ожиданно выносятся в Северное море. Под влиянием вращения Земли этот поток поворачивает направо и продолжает свой путь на север, вдоль западного побережья Норвегии. Этому течению свойственна неустойчивость, оно начи­ нает извиваться, время от времени образуя водовороты. Вода в водоворотах может перемещаться в сторону берега или в открытое море. Это необходимо учитывать при решении таких проблем, как предотвращение разливов нефти на поверхность моря, а также принимать во внимание при планировании опе­ раций, выполнение которых зависит от силы морских течений (например, при прокладке трубопроводов). Инерция массы воды в водоворотах очень велика, и их медленное смещение к северу, видимо, подвержено влиянию местных ветров. Таким образом, можно предсказывать направление перемещения водо­ ворота в данном районе за несколько дней, но без детального прогноза погоды. Для более точной информации о структуре водоворота необходимо учитывать не только силу сопутствующих ветров, но и данные о внешних океанских те­ чениях. В настоящее время ведется напряженная работа по подготовке базы данных, нужных для создания системы раннего обнаружения водоворотов при­ брежного течения, что, в свою очередь, позволит планировать морские неф­ тяные работы.

В 1984 г. началось испытание методов предсказания возникновения во­ доворотов. 17 февраля было получено предупреждение о возможности появ­ лении водоворота на месторождении Тролль. Оно основывалось на данных, полученных при анализе результатов лабораторных исследований, снимков, отснятых с помощью искусственного спутника Земли, и информации, собран­ ной в проливе Скагеррак. 19 февраля водоворот со скоростью течения воды 1,3 м/с появился в указанном районе и был зарегистрирован радиобуем «Тобис». В этот же день анализ ветровой ситуации в проливе Скагеррак показал, что в конце февраля в районе месторождения Тролль должен появиться новый крупный водоворот. Он был обнаружен 1 марта. Скорость течения превышала 1,5 м/с. Снимок, сделанный со спутника 3 марта, зарегистрировал водоворот

большого диаметра, перемещающийся вдоль Берга (от г. Бергена до Согне-фи- орда) и достигающий района месторождения Тролль.

В 80-х гг. в СССР появился подводный исследовательский аппарат (спе­ циальная атомная подводная лодка), который позволяет находиться под водой практически неограниченное время и перемещаться на большие расстояния. Этот аппарат снабжен необходимым оборудованием для проведения подвод­ ных исследований, в том числе телевизионными камерами и бинокулярной системой, манипулятором, высокочастотным профилографом, фотоустановкой, локатором бокового обзора, эхолотом, навигационным оборудованием, систе­ мой отбора проб воды, измерителями температуры воды, pH и солености, на­ правления и скорости течений, магнитометром и др. Местонахождение подвод­ ного аппарата определяется с помощью космической навигационной системы и (или) гидроакустическим пеленгованием.

Известно, что океанологические исследования из подводных лодок про­ водились еще в 30-х гг. XX в. В 1930 г. на подводной лодке «Наутилус» была проведена экспедиция на Северный полюс (США, Губерт Хилкинс), а Вениг Мейнес в 1932 г. с борта голландской подводной лодки проводил в полярных льдах измерения силы тяготения. Достаточно известны рыбохозяйственные исследования советских океанографов с борта подводной лодки «Северян­ ка». В 90-х гг. прошлого века с американских подводных лодок класса USS «Стургеон» проводились комплексные океанологические исследования Арк­ тики. Надо отметить, что подводные лодки США за 90-е гг. XX в. провели

вЦентральной Арктике пять экспедиций по программе SCICEX и получили новые данные по океанической коре (по данным, в Северном Ледовитом оке­ ане океаническая кора может быть тонкой или вообще отсутствует), уточнили географическое положение хребта Ломоносова (он оказался восточнее, чем предполагалось), добыли новые доказательства экзарации (ледниковой эрозии) дна шельфа и мелководных срединно-океанических плато и хребтов. Эти гпяциогенные формы дают важную информацию о плейстоценовых оледенениях

вАрктике и связанных с ними палеоклиматических изменениях. И, самое глав­ ное, подледные плавания подводных лодок показали, что в ледовых условиях подводные лодки с большим энергетическим ресурсом — надежное и более дешевое (по сравнению с надводным) средство для получения комплексной ин­ формации по изучению дна (батиметрические данные, картирование осадков, картирование следов экзарации на дне, биотурбации и др.).

В1994 г. в южной части Баренцева моря специальная атомная исследо­ вательская подводная лодка осуществляет тысячекилометровый подводный переход без всплытия. Проводились подводные исследования по профилю на большом протяжении. Маршрут следования представлен на рис. 1.14.

Для подводного ландшафтоведения наиболее важным итогом «графологи­ ческого» направления является установление того факта, что именно трофи­ ческий облик морской донной фауны наиболее точно отражает современные физико-географические условия водоема. Геоэкологические условия на том или ином участке дна можно рассматривать как биоток донных и придон­ ных живых организмов. Взаимоотношения между абиотическими факторами среды и биотой самые тесные. Это хорошо показала еще в середине XX в. Е. П. Турлаева. Геоэкологический профиль дна Южной части Баренцева моря представлен на рис. 1.15.

Рисунок 1.15. Геоэкологический профиль дна южной части

Баренцева моря по маршруту подводного аппарата:

а — характер прохождения трассы: 1— придонный режим; 2 — движение в толще воды; 3 — за­ висание над грунтом; 4 — покладка на грунт; б — состав и форма грунта: 1 — каменные рос­ сыпи; 2 — песчано-алевритопелитовый; 3 — заиливание; 4 — выраженный холмистый грунт; 5 — отдельные ямы; в — интенсивность биотурбации: 1 — сильная; 2 — средняя; 3 — слабая; г — гидрогенные явления: 1— промоины; 2 — нефелоидные слои; д — следы антропогенной деятельности: 1 — следы траловых досок; 2 — отдельные предметы

В 80-х гг. в Баренцевом и Карском морях сотрудники лаборатории под­ ключились к поиску нефти и газа (10. А. Павлидис, В. С. Медведев, Н. А. Айбулатов и др.). Была сделана новая грунтовая карта этих морей, исследованы взвесь, радиоэкология региона и т. д.

Анализ распределения прогнозных запасов углеводородов и складываю­ щейся экономики обустройства месторождений показал, что наиболее рента­ бельными для освоения являются высокоперспективные на нефть площади в Печорском море, шельф Восточного Сахалина и газоконденсатное Шток­ мановское месторождение в Баренцевом море. При этом надо учитывать не­ обходимость создания инфраструктуры (строительство магистральных нефте­ газопроводов, нефтеналивных терминалов, специальных судов, морских ледостойких платформ), способной обеспечивать ежегодный ввод в эксплуатацию новых месторождений.

Процедура «Оценки воздействия на окружающую среду» обустройства нефтяного месторождения Приразломное на Печорском море выполнена под руководством Н. А. Айбулатова большим коллективом специалистов по при­ брежной зоне. Сотрудник института А. Беляева при этом решила очень важ­ ную геохимическую задачу. Теоретически схема обустройства Приразломного нефтяного месторождения включает в себя одну гравитационную морскую ледостойкую стационарную платформу. Предполагаются одновременное бу­ рение, добыча и хранение нефти на платформе, в которой будут пробурены наклонные и горизонтальные скважины с отходом забоя до 7 км, перевалка нефти с платформы в танкеры и отправка ее на Запад, а также хранение на платформе.

Большая работа была выполнена в Мурманском морском биологическом институте группой сотрудников под руководством Г. Г. Матишова по оценке разработки Штокмановского газоконденсатного месторождения. К этой работе была подключена лаборатория шельфа и морских берегов Института океано­ логии им. П. П. Ширшова РАН.

Как известно, Штокмановское газоконденсатное месторождение приуро­ чено к куполовидному поднятию (45 х 32 км), расположенному в Баренцевом море в 650 км северо-восточнее Мурманска. Намечено построить и установить несколько ледостойких платформ, подводные модули в кустах скважин, подвод­ ные внутрипромысловые трубопроводы и кабели, хранилище конденсата на платформе и магистральный подводный газопровод длиной 635 км (до пункта Гериберка на Кольском полуострове). В результате проделанной процедуры ОВОС были даны важные рекомендации по обеспечению экологической безо­ пасности моря при эксплуатации этого объекта. Предлагаемые трассы газопро­ вода представлены на рис. 1.16.

Рисунок 1.16 — Альтернативные трассы газопровода (А-В) от Штокмановского газоконденсатного месторождения

Исследования в Арктике и Субаркгике носили как фундаментальный, так и прикладной характер. Достаточно напомнить, что изучение Белого моря предусматривало получение необходимых материалов для проектирования приливных гидроэлектростанций. Работы в Баренцевом, Печорском, Карском морях помимо решения научных задач были направлены на обеспечение по­ исково-разведочных работ на нефтегазовых месторождениях и разработку мер по охране окружающей среды. По результатам исследований сотрудники лабо­ ратории (А. С. Ионин, П. А. Каплин, Е. Н. Невесский, Ю. А. Павлидис и др.), помимо многочисленных статей по арктическим морям России, опубликовали целую серию монографий. Эти ученые, а также И. Леонтьев, Ф. Щербаков, учитывая исследования, проведенные А. А. Величко, Ф. Э. Арэ, П. А. Каплиным, разработали краткосрочный прогноз развития прибрежно-шельфовых областей в Мировом океане.

Глава 2

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО РАЗВЕДКЕ И ОСВОЕНИЮ МОРСКИХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ АРКТИЧЕСКИХ РАЙОНОВ США

О том, что на Аляске, в окрестностях Нефтяной бухты (Oil Вау), имеются признаки нефти, было известно задолго до того, как потоки золотоискателей, после первых успехов в Клондайке, растеклись по обширной территории полу­ острова. В свое время предпринималась попытка разведочного бурения, однако за недостатком денежных средств вскоре работы были заброшены. В указан­ ном районе наблюдались прямые выделения нефти и газа. Мартин наблюдал выходы нефти близ бухты Инискин, в зоне прилива и отлива. Здесь, по со­ общению названного автора, можно было видеть перемежающиеся выделения нефти из трещины в сланцеватой породе. Однако последующие исследования Моффита не подтвердили его первоначальных наблюдений.

Один из выходов нефти у Нефтяной бухты находился у подножья холма, при­ мерно в 100 футах от колесной дороги, ведущей от морского берега. Здесь нефть выделялась на поверхности источника. Однако размеры выделений были невелики.

В2 милях от Сухой бухты (Dry Вау) на поверхности источника наблюда­ лись мощные выделения газа.

Многочисленные признаки наличия нефти обнаруживались в районе бух­ ты Chinitna, особенно на ее южном побережье.

Наиболее интенсивные, массовые поиски нефти на Аляске имели место

в1921 г. Позже поисковая деятельность несколько ослабела, хотя было сделано несколько заявок на бурение. Качественные исследования состава нефти до 1927 г. были немногочисленны. Нефть в районе Нефтяной бухты — темно­ зеленая. Пробы, взятые с поверхности стоячих вод, не давали точного пред­ ставления о составе нефти, которая могла быть получена из скважин. Эта по­ следняя, естественно, богаче летучими компонентами и легче.

Нефтеносные горизонты приурочены к песчаникам Tuxedni. Две скважины

врайоне Нефтяной бухты обнаружили продуктивные горизонты на глубине 500 и 770 фут.

Выходы нефти известны в районе Золотой бухты (как в непосредственной близости от нее, так и по реке Пирл) и в ряде других местностей.

В1927 г. географическая отдаленность и отчасти климатические условия Аляски делали ее мало привлекательной для предпринимателей. Более серьез-

ный интерес, способный повлечь за собой детальное изучение ее геологии и промышленного значения ее нефтяных ресурсов, конечно, мог возникнуть лишь при коренном изменении конъюнктуры на основной части территории США.

Первые разведочные работы в арктических районах начались в водах за­ лива Кука на Аляске в 1959 г. Опыт морского бурения в этом заливе представ­ ляет особый интерес для России, поскольку его метеорологические условия сходны с условиями шельфа арктических морей нашей страны, периодически замерзающих почти по всей территории. Трудность работ в заливе Кука за­ ключается еще и в периодическом перемещении мощных ледовых полей под воздействием ветра и приливов с амплитудой до 10 м.

В 1923 г. президент Уоррен Гардинг создал на Арктическом побережье Аляски топливный резерв военно-морского флота, и в последующие годы некоторые компании на свой страх и риск вели в этом регионе разведочное бурение. После Суэцкого кризиса в 1956 г. к разведке нефти на Аляске присту­ пили «Шелл» и «Стандард Ойл оф Ныо-Джерси», но в 1959 г., когда бурение самой дорогостоящей по тому времени скважины оказалось безрезультатным, работы были приостановлены. Тем не менее разведочные работы на Аляске продолжались. Их вела базировавшаяся в Калифорнии независимая компа­ ния «Ричфилд». Особый интерес у нее вызывали мощные осадочные отложе­ ния в Норт-Слоупе. В 1964 г. «Стандард Ойл оф Ныо-Джерси» снова решила заняться Аляской, и, уплатив за участие в разработке свыше 5 млн дол., ее дочерняя компания «Хамбл» стала партнером «Ричфилда». В 1965 г. это со­ вместное предприятие выиграло тендер на ведение разведки в прибрежной структуре Норт-Слоупа в заливе Прадхо-Бей. Другим главным победителем было объединение «Бритиш Петролеум» — «Синклер». В тот же год «Рич­ филд» слилась с «Атлантик Рифайнинг», образовав компанию «Атлантик Рич­ филд», которая позднее стала называться «АРКО». Возглавил корпорацию Р. О. Андерсон.

Зимой 1966 г. «АРКО» при участии «Хамбл», затратив огромные средства, пробурила скважину в 60 милях к югу от северного побережья Аляски. Сква­ жина оказалась пустой.

Весной 1967 г. «АРКО» — «Хамбл» начала рискованное предприятие, ко­ торое, при условии отсутствия результатов, стало бы концом разведки в этом регионе. Скважину назвали Прадхо-Бей Стейт № 1.

26 декабря 1967 г. фонтан природного газа известил об открытии место­ рождения. В середине 1967 г. в 7 милях от скважины № 1 пробурили контроль­ ную скважину, которая показала, что открыто огромное нефтяное месторож­ дение мирового уровня.

По подсчетам технологической фирмы «Де Гольер и Макнотон» промыш­ ленные запасы Прадхо-Бей доходили до 10 млрд бар.

В 1962 г. было открыто месторождение Норд-Кук-Инлет, в 1965 г. — мес­ торождение Гранит-Пойнт, Традинг-Бей, Макартур-Ривер. На этих месторож­ дениях было установлено 14 платформ для добычи нефти и газа. С 1966 г. по 1986 г., по данным управления минеральных ресурсов, накопленный объем до­ бычи нефти на этих месторождениях составил 124 млн м3, газа 37 млрд м3. До середины 70-х гг. отборы в заливе Кука составляли основную часть добычи на Аляске. Наиболее богатым являлось месторождение Макартур-Ривер. За 20 лет эксплуатации с четырех основных платформ «Кинг Саломон», «Грей­ динг», «Долли Варден» и «Моиопод» на нем было добыто 83 млн м3 нефти

и8,5 млрд м3 газа. Это месторождение являлось одним из самых продуктив­ ных в США. Максимальная добыча на нем была достигнута в середине 70-х гг. XX в. и составляла 16 тыс. м3/сут. Тем не менее к 1977 г. Аляска занимала не­ значительное место в нефтегазовом производстве США. Добыча нефти в штате в 1977 г. достигла 22,8 млн т, а газа — 5,3 млрд м3. Несмотря на систематическое нарастание в производстве основных энергоносителей, оно находилось на уров­ не значительно более низком, чем позволяли добывающие возможности.

Одновременно значительным являлся удельный вес запасов нефти и газа Аляски в общем объеме этого вида ресурсов в США: 32,5% и 15,3%. При этом доля аляскинского газа в общеамериканской добыче не достигала и 1 %

иносила лишь вспомогательный xapaicrep, сопутствуя добыче нефти, которая сравнительно недавно стала пользоваться спросом за пределами штата.

Овторостепенном характере газодобычи говорит тот факт, что на 1000 м3 газа приходилось 4,3 т добытой нефти, тогда как по запасам это соотношение составляло 1000 1,5. Причем свыше трети добываемого газа закачивалось в пласт для обеспечения поддерживания давления в целях интенсификации нефтедобычи и рациональных объемов добычи газа. В табл. 2.1 приводятся данные, отражающие динамику и структуру добычи природного газа на Аляс­ ке, а на рис. 2.1 показана доля Аляски в общем объеме добычи нефти и кон­ денсата на морских месторождениях США.

Таблица 2.1 — Добыча природного газа на Аляске в 1965-1976 гг., млн м3

Рисунок 2.1 — Объем добычи нефти и конденсата на морских месторождениях США

Примечательно, что вспомогательный характер газодобычи сохранился и в условиях, когда были обнаружены крупные запасы природного газа. Такое направление разработки нефтегазовых ресурсов обусловлено прежде всего потребностями внутриштатного рынка, развитого к 1977 г. слабо, о чем сви­ детельствует и состояние газотранспортных систем. К 1978 г. общая протяжен­ ность магистральных газопроводов составляла 318 км, а распределительных сетей— 1240 км.

Работы по разведке на нефть и газ у берегов Аляски, несмотря на сущест­ вующие проблемы, продолжались, и в 1977 г. были сданы в аренду участки в заливе Кука, где осуществлялась первая стадия оценочных работ. В первый год промышленных притоков не было получено. Первая скважина, опробован­ ная испытателем пласта, спускаемым на бурильных трубах, дала некоторое