Добыча нефти на шельфе – задание не такое сложное, как, скажем, исследовать месторождения в Сибири. Но для этой цели используется дорогостоящее оборудование, которое максимально извлекает пласты нефти из морских глубин.
Шельф представляет собой месторождение у берегов морей и океанов, которые часто затрагивают и часть прибережной территории. Границы места добычи называют бровкой, которая представляет собой выраженный уступ перепада глубин. Сама глубина залежей нефти может достигать от 100 до 1500 м, в зависимости от нахождения пород. Тяжелей всего добывать нефть на шельфах возле Новой Зеландии или в водах Охотского моря.
Перед тем, как выбрать технологию добычи, исследователи определяет глубину расположения пластов нефти и геофизические особенности участка. Если месторождение находится на мелководье, то сооружаются небольшие укрепленные островки, на которые устанавливается все оборудование. Именно с него и проводят бурение. Такая технология была разработана более 50 лет назад, когда начали исследовать Каспийский регион (в частности, шельф возле Баку). Но здесь требуется особая аккуратность, так как в холодных водах остров может повредиться льдами. Для примера, в 1953 году большая часть скважин была уничтожена большой плавучей льдиной. Если есть подобная угроза, то устанавливают большие дамбы и выкачку нефти проводят в котловане.
Если месторождения находится достаточно близко к берегу, то бурение скважины проводится именно с него, под определенным наклоном. Иногда даже делают горизонтальную скважину, которой легко управлять с помощью современных технологий. Точность в этих приборах настолько высокая, что можно точно попасть прямо в пласты нефти с расстояния управления в несколько километров. Компания Эксон Мобил до сих пор продолжает совершенствовать эту технологию, и, на сегодняшний день, считается лидером в этом направлении.
Сложность добычи и мощность оборудования зависит от глубины месторождения:
- 40 метров – используются стационарные платформы;
- 80 метров – буровые установки плавучего типа;
- 150-200 метров – платформы полупогруженного типа, которые динамически стабилизируется для избежания сдвига с места добычи;
- более 200 метров – буровые суды, которые используются для добычи нефти со скважин-рекордсменов. Такой способ наиболее распространен в Мексиканском заливе, где глубина одной скважины может достигать 3 км.
Развитие добычи нефти в шельфах – необходимое мероприятие, так как 75 % мировых запасов нефти находятся именно в них. Еще неисследованным остается арктический шельф, где базируется более 25 % от общих запасов нефти, но технологии для ее добычи пока только разрабатываются.
- 3.84 МбОСВОЕНИЕ шельфовых месторождений
Лекция №1. Введение. Современное состояние освоения морских месторождений.
Постепенное истощение запасов нефти и газа на суше и обострение мирового энергетического кризиса обусловило необходимость все более и более широкого освоения нефтегазовых ресурсов морского дна в недрах которого сосредоточено почти в 3 раза больше нефти и газа, чем на суше.
Около 22% площади Мирового океана (примерно 80,6 млн7 км 2) занимает водная окраина материков, состоящая из трех зон: шельфа, материкового склона и подножья. Из общей площади дна морей и океанов перспективны на нефть и газ около 75 млн. км 2 (примерно 21 %), в том числе на шельфе 19,3 млн. км 2 , на материковом склоне 20,4 млн. км 2 и в пределах материкового подножья -35 млн. км 2 . Наиболее доступной является шельфовая зона.
Под шельфом (анг. Shelf) понимается выровненная часть подводной окраины материков с незначительным уклоном, примыкающая к суше и характеризующаяся общим с ней геологическим строением. Глубины у внешней границы шельфа обычно составляют 100-200 м, но в отдельных случаях достигают 1500-2000 м (Южно-Курильская котловина Охотского моря). Ширина шельфа лежит в пределах от 1 до 1700 км (Северный Ледовитый океан), составляя в среднем 65-70 км, а общая площадь - около 32 млн. км 2 или почти 11,3 % поверхности Мирового океана. Основная часть площади шельфа Мирового океана (примерно 70%) располагается на глубинах, не превышающих 180 м, а глубина моря в районе перехода шельфа в материковый склон колеблется от 200 до 600 м.
На рисунке 1 представлен профиль континентального шельфа. За береговой линией 2 следует континентальный шельф 3, за кромкой 4 которого начинается континентальный склон 5, спускающийся в глубь моря. За подножьем 6 склона находится область отложения осадочных пород, так называемый континентальный подъем 7, уклон которого меньше, чем у континентального склона. За континентальным подъемом начинается глубоководная равнинная часть 8 моря.
Рис.2-Профиль континентального шельфа.
Изучение показало, что глубина кромки шельфа по всему земному шару, составляет примерно 120 м, средний уклон континентального шельфа -1,5-2 м на 1 км.
По прогнозам специалистов свыше 60% площади шельфа перспективны на нефть и газ. При этом прогнозируемые ресурсы и запасы, выявленные в месторождениях газа и конденсата, преобладают над соответствующими ресурсами и запасами нефти.
Освоение морских месторождений началось в 1824г., когда на шельфе Апшеронского полуострова в районе Баку в 25-30 м от берега стали сооружать изолированные отводы – нефтяные колодцы, и вычерпывать нефть из неглубоко залегающих горизонтов. Нефтегазовые месторождения в прибрежной зоне Каспийского моря начали осваиваться еще более 100 лет назад. С 1891 года в США стали продаваться участки моря, на дне которых были обнаружены запасы углеводородного сырья. В эти же годы на Калифорнийском побережье началось бурение наклонных скважин, достигающих залежей нети на расстоянии 200 м от берега. В 1936 г. на шельфе Каспийского моря, а с 1947г. на шельфе Мексиканского залива стали устанавливать буровые платформы на свайном основании.
В настоящее время на шельфе эксплуатируется достаточно большое количество буровых установок различного типа. Ежегодно бурится около 1000 поисково-разведочных и примерно 2000 эксплуатационных скважин. Всего же в мире пробурено более 100 000 скважин.
Россия в настоящее время находится на пороге промышленного освоения запасов нефти и газа на континентальном шельфе. Она располагает 22 % площади шельфа Мирового океана, 80-90% из которого считаются перспективными для добычи углеводородов.. Около 85 % запасов топливно- энергетических ресурсов приходится на шельф арктических морей, 12 %, а по некоторым данным 14 % приходится на шельф дальневосточных морей, а остальное на шельфы Каспийского, Азовского и Балтийского морей.
Наиболее перспективной по запасам углеводородов является акватория Западной Арктики, включающая регионы Баремского, Красного и Печорского морей. В последние годы здесь выявлены крупные структуры и открыто 10 месторождений нефти и газа и 2 газоконденсатных, среди которых 4 гигантских по запасам: Штокмановское- газоконденсатное, Ленинградское, Русановское- газовые и Приразломное- нефтяное.
Мировые запасы нефти оцениваются примерно в 90 млрд. тонн. Наибольщее запасы нети находятся в Саудовской Аравии, Кувейте, Иране, Ираке, США, Объединенных Арабских Эмиратах. В России впервые нефть начали добывать на Кавказе, позднее были открыты месторождения нефти в Поволжье, Западной Сибири, Темано-Печорской провинции, на Сахалине. Теперь на очереди Восточный Сибирь и континентальный шельф морей.
В 40-х гг. ХХ в. на шельфе Каспийского моря началась добыча нефти и газа с искусственных насыпных островов, а затем – с металлических эстакад, что обеспечило добычу нефти с глубин моря от 0,2 до 2,9 м. На Каспии был создан целый город буровиков и добытчиков нефти и газа – Нефтяные Камни.
Существенно доля морской нефтегазодобычи в общемировом балансе стала проявляться лишь в 60-е гг. ХХ в. Рост морской нефтедобычи в настоящее время более чем в 5 раз превышает динамику роста добычи на суше (таблица 1).
Таблица 1
Доля морской нефтедобычи в мировом балансе
Главные ресурсы нефти и газа также расположены в Атлантичес ком и Индийском океанах. В начале 70-х гг. нефтегазодобычу в морях и океанах вело 21 государство, геофизические и буровые работы осуществляли 46 стран и 5 готовились к ним. В начале 80-х гг. более 100 стран участвовало в освоении континентального шельфа, 37 из них вели разработку морских месторождений нефти и газа. Поисками морских месторождений и их разработкой в начале 90-х гг. занимались уже 136 компаний и фирм из 118 государств. В эти годы добыча нефти и газа на континентальном шельфе Мирового океана достигла 900 млн. т. условного топлива (в пересчете на нефть, где 1 т нефти равна 1200 м 3 газа) в год и составила около 35 % мировой добычи.
В настоящее время более 120 государств вовлечены в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе. На шельфах морей и океанов выявлено около 2000 месторождений нефти и газа, значительная часть которых может быть отнесена к гигантским или крупным (рис. 2).
Рис.2-Морские месторождения нефти и газа в мире (без России).
1-добыча на шельфе малым числом скважин; 2- зоны промышленной добычи; 3- перспективные районы добычи.
Наиболее богатыми нефтью и газом участками континентального шельфа Мирового океана являются Персидский (более половины общемировых запасов нефти), Мексиканский и Гвинейский заливы, моря Юго-Восточной Азии, Бофорта и Северное, морская лагуна Маракайбо (Венесуэла).
На них приходится большая часть запасов нефти и газа континентального шельфа. Открыты крупнейшие в мире морские месторождения нефти – Саффания с запасамим, оцениваемыми в 5 млрд.т, и с годовым дебитом 75,5 млн. т (Саудовская Аравия); лагуна Маракайбо с запасами, превышающими 7 млрд. т, и газа –Норз Доум с запасами 71 трлн. м 3 (Катар). В настоящее время все масштабнее развертывается морская нефтегазодобыча в Карибском море, в Мексиканском заливе, у берегов Саудовской Аравии и Кувейта, в Северном и Норвежском морях, на шельфе Аляски и других морских акваториях.
Контрольные вопросы:
1. Что такое шельф?
2. Когда началось освоение морских месторождений?
3. Сколько государств в настоящее время вовлечены в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе?
4. Из каких зон состоит водная окраина метериков?
5.Какие участки континентального шельфа Мирового океана являются наиболее богатыми углеводородами?
Лекция №2. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений.
Континентальный шельф, или материковая отмель, в геологическом отношениии
топографическом отношении представляет собой продолжение суши в сторону моря. Это зона вокруг континента от уровня малой воды до глубины, на которой резко меняется уклон дна. То место, где это происходит называется кромкой континентального шельфа. Обычно кромку условно распологают на глубине 200м, но известны случаи, когда резкое увеличение уклона происходит на глубине более 400м или менее 130м. В тех случаях, когда зона ниже уровня малой воды крайне нерегулярна и в ней встречаются глубины, намного превыщающие типичные для континентального шельфа, применяют термин «бордерленд».
Как показывает опыт освоения нефтегазовых ресурсов шельфов морей и океанов, несмотря на большие капитальные вложения добыча углеводородного сырья из морских месторождений дает значительную выгоду. Прибыли от продажи нефти и газа, добытых на шельфе, прекрывают расходы в 4 раза. Затраты на поисково-разведочные работы в акваториях составляют от 10до 20 % от общих щатрат на освоение морских месторождений.
Общие капитальные вложения в разработку морских месторождений нефти и газа зависят от климатических условий, глубины и отдаленности месторождение от береговых баз обслуживания, от извлекаемых запасов месторождения, дебитов скважин, и наконец от научно-технического прогресса в области автоматизации всего процесса бурения, обустройства морских промыслов, добычи, промыслового сбора, подготовки и транспортировки нефти и газа в морских условиях.
К особенностям освоения морских нефтегазовых месторождений можно отнести следующие:
- создание, с учетом суровых морских гидрометереологических условий6 специальных гидротехнических сооружений новых плавучих технических средств (плавувучих крановомонтажных судов, судов обслуживания, трубоукладочных барж и других специальных судов) для геофизических, геологопоисковых работ и строительства нефтепромысловых объектов на море и их обслуживания в процессе обустройства, бурения, эксплуатации и ремонта скважин, а также при сборе и транспорте их продукции;
- бурение наклонного-направленного куста скважин с индивидуальных стационарных платформ, с приэстакадных площадок, на исскуственно создаваемых островках, с самоподьемных и полупогружных плавучих установок и других сооружений как над водой, так и под водой.
- выбор при проектировании наиболее рациональной для данного месторождения или залежи сетки скважин, которая должна иметь такую плотность, чтобы не требовалосьее уплотнения, так как оно в морских условиях связано с чрезвычайно большгими трудностями из-за уже существующей системы обустройства месторождения и сети подводных коммуникаций, когда размещение новых гидротехнических сооружения для бурения дополнительных скважин может оказаться невозможным.
- выбор рациональных конструкций и числа стационарных платформ, приэстакадных площадок, плавучих эксплуатационных палуб и других сооружений для размещения на них оптимального числа скважин (в зависимости от залегания пластов, сроков проводки скважин, растояние между их устьями, их дебитов, ожидаемых при имеющихся устьевых давлениях, и т.д.).
- соответствие долговечности и надежности гидротехнических и других сооружений срокам разработки нефтяных и газовых месторождений т.е. периоду максимального извлечения нефти из залежи и всего месторождения в целом.
- Форсирование строительства скважин созданием надежной техники и прогрессивной технологии для бурения наклонно-направленных прицельных скважин с необходимым отклонением от вертикали и обеспечением автономности работы буровых бригад (чтобы их работа не зависела от гидрометеорологических условий моря) в стесненных условиях платформ, приэстакадных и других площадок, что позволяет за короткий срок завершить разбуривание всех запроектированных скважин и только после этого приступить к их освоению, исключая необходимость в одновременном бурении и эксплуатации скважин.
Факторы, осложняющие разработку морских месторождений
Существует множество различных факторов, так или иначе осложняющих разработку залежей природных углеводородов и снижающих ее эффективность. Последнее в гораздо большей степени относится к нефтяным, нежели к газовым и газоконденсатным месторождениям. Наиболее важными из таких факторов являются:
- неоднородность фильтрационно-емкостных свойств залежи по простиранию и вкрест простиранию;
- неблагоприятное соотношение подвижностей фильтрующихся в пласте фаз;
- гравитационное разделение фаз, приводящее к преимущественной фильтрации газа по верхней части пласта, и воды по его нижней части;
- образование водяных и газовых конусов.
Все эти факторы, проявляющиеся отдельно или вместе, приводят к низкому макроскопическому (т.е. проявляющемуся в пределах всей залежи) охвату пластов воздействием и, как следствие, к низкой нефтеотдаче. Другим фактором, влияющим на нефтеотдачу, является эффективность вытеснения нефти водой. Этот фактор часто называют микроскопическим коэффициентом охвата.
Образование целиков нефти (т.е. зон, из которых нефть практически не вытесняется) часто связано с процессом вытеснения нефти водой или газом из неоднородных по проницаемости пластов. Этот эффект существенно возрастает в случае вытеснения высоковязких нефтей, при котором неблагоприятное соотношение подвижностей вытесняющей (вода, газ) и вытесняемой (нефть) фаз становится более очевидным. Неоднородность пласта по проницаемости при этом приводит к образованию так называемых языков обводнения, которые, обходя участки пласта с низкой проницаемостью, оставляют за собой зоны с нефтенасыщенностью, существенно выше остаточной, и потому называемые целиками.
Образование водяных и газовых конусов.
В условиях статического равновесия, т.е. до начала процесса вытеснения, газ, нефть и вода в пластах распределены в соответствии с их плотностями. В случае наличия свободного газа он располагается в верхней части структуры, образуя так называемую газовую шапку, за которой следует нефтенасыщенная часть пласта или нефтяная зона, подстилаемая подошвенной водой.
В процессе добычи это равновесие нарушается из-за создания градиентов давления, принимающих особенно высокие значения в призабойной зоне добывающих скважин. Наличие высоких градиентов давления приводит к изменению формы условных границ разделов фаз (т.е. водо-нефтяного и газо-нефтяного контактов), заставляя их изгибаться в сторону перфорационных отверстий скважины, через которые осуществляется добыча. При превышении градиентами давления (или перепадом давления между скважиной и пластом) определенного уровня может наступить прорыв воды и/или газа в скважину, в результате которого дебит нефти может резко сократиться, а добыча газа и/или воды стать неоправданно большой. Рис. 3 может служить в качестве иллюстрации подобного процесса образования водяного конуса.
Описание работы
Постепенное истощение запасов нефти и газа на суше и обострение мирового энергетического кризиса обусловило необходимость все более и более широкого освоения нефтегазовых ресурсов морского дна в недрах которого сосредоточено почти в 3 раза больше нефти и газа, чем на суше.
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.:
- 160 - в Северном море;
- 150 - на шельфе Западной Африки;
- 115 - в Юго-Восточной Азии.
Объемы добываемой нефти - около 1200 м.тн.т. (37% мировой добычи), газа - 660 млрд.м 3 (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:
- Норвегия - работают Statoil, Norsk Hydro и др.
- Великобритания - British Petroleum, Chevron, Conoco, Fillips, Shell, Statoil и др.
- Нигерия - Chevron, Mobil, Shell, Statoil и др.
- Малайзия - Exxon, Shell и др.
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.км 2 , из них около 4 млн.км 2 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.м 3 газа. 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.м 3 газа. Для сравнения - в России в 1997 году из месторождений на суше добыто нефти 350 шт. т., и около 700 млрд.м 3 газа. На континентальной шельфе к этому времени не было добыто ни одной тонны нефти, ни одного м 3 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.
- Общий объем запасов вблизи побережья Астраханской области - до 2 млрд. т.у. Крупнейшие структуры: блок "Северный", "Центральная" и др.;
- вблизи Дагестанского побережья запасы - до 625 млн. т.у.т., где наиболее крупное месторождение Инчхе-море. Ведется сейсморазведка;
- вблизи побережья Калмыкии общие запасы до 2 млрд. т. нефти. В работах по освоению месторождений задействованы НК: "Лукойл", "Лукойл- Астраханьморнефть", "Газпром", CanArgo, J.P. Redd и др.;
Черное/Азовское море. "Роснефть" ведет разведочное бурение. Предполагаемые запасы газа на шельфе Азовского моря - более 320 млрд. м 3 .
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.
Проект по добыче первой российской арктической нефти вступил в активную фазу в середине 2013 года. «Приразломная» обеспечивает выполнение всех технологических операций, в том числе бурение скважин, добычу, хранение, подготовку и отгрузку нефти на танкеры. «Приразломная» - первая в мире стационарная платформа, с которой начали добывать нефть на шельфе Арктики в сложных условиях дрейфующих ледовых полей.
Опорное основание платформы - кессон - представляет собой уникальную разработку: он несет на себе основную нагрузку и от его надежности зависит надежность всей платформы. Именно кессонная часть позволяет «Приразломной» успешно противостоять арктическому климату, защищать все оборудование и обеспечивать безопасную работу персонала. Высота кессона составляет 24,3 метра, т.е. почти равна высоте девятиэтажного дома.
В кессоне МЛСП «Приразломная» находится состоящее из 16 отсеков нефтехранилище, а над ним расположены все остальные технологические комплексы и системы платформы. В танках--нефтехранилищах применяется «мокрый» способ хранения нефти – то есть они постоянно заполнены либо нефтью, либо водой. Такой способ хранения исключает образование любой взрывоопасной среды, что является дополнительным условием безопасности платформы.
МЛСП «Приразломная» оборудована двумя комплексами устройств прямой отгрузки нефти (КУПОН), работающими на основе крановой системы и позволяющими производить загрузку танкеров из нефтехранилища платформы. КУПОНы расположены на противоположных концах платформы, что делает возможным беспрепятственный подход танкеров к платформе в любых погодных и навигационных условиях.
Устройства КУПОН оборудованы специальным носовым приемным устройством. Отгрузка нефти осуществляется через одно из устройств в зависимости от направления внешних нагрузок (волнения, дрейфа льда, течения, ветра). КУПОН отслеживает перемещения танкера в секторе 180°. В случае его отклонения от сектора, обслуживаемого одним устройством, проводится отшвартовка танкера и переход к другому КУПОНу.
Схема отгрузки нефти
Особое внимание уделяется вопросам безопасности: отгрузка нефти начинается только при единовременном соблюдении 30 необходимых условий. Линия по перекачке нефти на танкер оборудована системой аварийной остановки и закрытия, которая в случае необходимости позволяет практически мгновенно остановить отгрузку - максимум за 7 секунд.
Перед началом отгрузочных операций челночные танкеры «Михаил Ульянов» и «Кирилл Лавров», оборудованные носовой загрузочной системой, осуществляют бесконтактную швартовку, при которой расстояние от танкера до МЛСП «Приразломная» составляет 80 ±6 м. Для исключения непроизвольного столкновения с платформой они оснащены системой динамического позиционирования, которая, несмотря на ветер и волны, позволяет удерживать танкер на месте. Скорость загрузки танкера может доходить до 10 тыс. м3/час, что позволяет загрузить танкер нефтью ARCO за 8-9 часов. Постоянное дежурство рядом с платформой несут специализированные суда, оборудованные новейшими мощными комплексами аварийного нефтесборного оборудования для работы в зимних условиях.
Новый сорт нефти, добываемый на Приразломном месторождении, носит название ARCO – из начальных букв английских слов «Arctic» и «oil». Новый сорт нефти впервые поступил на мировой рынок в апреле 2014 года.
Нефть ARCO отличается высокой плотностью (около 24 АПИ) и содержанием серы около 2,3%, а также низким содержанием парафина. Относительно тяжёлая по сравнению с обычной российской экспортной нефтью, ARCO хорошо подходит для глубокой переработки на заводах северо-западной Европы. Из нее производятся уникальные химические продукты, которые могут использоваться в дорожном строительстве, шинном производстве, в космической и фармацевтической промышленностях.
Кандидат технических наук А. ОСАДЧИЙ.
«Богатство земли русской Сибирью прирастать будет и морями студеными», - писал Михаил Ломоносов. Осваивая Сибирь, мы обычно опускали последние слова этой цитаты. Но как же весомо они звучат сегодня, когда изучена геология не только суши, но и шельфа, то есть прибрежной мелководной части морей. Почти весь российский шельф располагается в холодных морях Северного Ледовитого океана и Охотского моря. Его протяженность у берегов России составляет 21% всего шельфа Мирового океана. Около 70% его площади перспективны с точки зрения полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа.
Основные нефтяные и газовые запасы российского шельфа сосредоточены вдоль арктического побережья.
Нефтеносные запасы России, включая шельф.
Богатства шельфа Карского и Баренцева морей и прилегающей сибирской суши. Такое крупнейшее месторождение, как Харасавейское, находится и на земле и в море.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Прогноз добычи нефти (А) и газа (Б) на шельфе России до 2035 года (по данным журнала "Нефть России" № 10, 2005 г.).
Монтаж платформы на производственном объединении "Севмаш" в Северодвинске.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Чтобы круглый год добывать нефть на месторождении Приразломное в суровых северных условиях, сконструирована морская ледостойкая платформа. На дне моря на подушке из щебня устанавливается стальное основание - кессон.
На Штокмановском месторождении для бурения скважин и откачки газа предполагается использовать ледостойкие полупогружные платформы.
На шельфе содержится четверть наших запасов нефти и половина запасов газа. Распределены они следующим образом: Баренцево море - 49%, Карское - 35%, Охотское - 15%. И лишь менее 1% находится в Балтийском море и на нашем участке Каспия.
Разведанные запасы на шельфе Северного Ледовитого океана составляют 25% мировых запасов углеводородного сырья. Чтобы понять, что это значит для нашей страны, напомним некоторые факты. Нефть и газ обеспечивают 20% внутреннего валового продукта России, они являются главными статьями нашего экспорта, давая более половины его доходов. Однако основные их месторождения на суше уже частично выработаны, а в Татарии и Западной Сибири - истощены. По прогнозам, при существующих темпах добычи эксплуатируемых месторождений России нефти хватит лет на 30. Прирост разведанных запасов в настоящее время не покрывает добываемого количества.
О том, что такое континентальный шельф и каково его происхождение, журнал «Наука и жизнь» уже рассказывал (см. статью «Континентальный шельф: «ахиллесова пята» океана» в № ). Там, где побережье носит равнинный характер и плавно уходит в море, шельф выступает как бы продолжением суши под водой, имея при этом ту же геологическую структуру. Если нефть и газ добывают в прибрежных районах, то почти наверняка их можно обнаружить и в глубинах морского дна. Уже сегодня в мире каждую третью тонну нефти добывают в море.
Нефть и газ, эти родные ископаемые «братья», образовались и залегают в одних и тех же материнских породах - в многокилометровых осадочных толщах, накопившихся на дне древних морей. Толщи эти не однородны, а расчленены на много пластов разного возраста. Бывает, что поверх нефтяной залежи в том же пласте находится газовая «шапка». Нефть и газ залегают в пористых пластах, сложенных в основном песчаниками и известняками, от древнейших - девонского периода (их возраст порядка 1,5 млрд лет) и до самых молодых - неогеновых, которым всего-то 20 млн лет. Месторождение считается нефтяным или газовым в зависимости от того, что преобладает. Средняя глубина залегания месторождений - около 3 км, хотя встречаются залежи и на глубине 7 км. В дальнейшем для краткости будем говорить только о нефти, поскольку для общей оценки запасов по их энергетическим свойствам нередко указывают нефть, пересчитывая запасы газа в нефтяной эквивалент (1 тыс. м3 газа приравнивается к 1 т нефти).
В богатейшей нефтью Западной Сибири толщина осадочных пород более 10 км. Больший объем и глубина погруженности осадочной толщи, как правило, свидетельствуют и о бoльших потенциальных ресурсах. Вопрос только в том, созрела ли накопленная органика до стадии нефти. На созревание требуется уж никак не менее 10 млн лет, да еще и высокая температура. Бывает так, что местами нефтеносные пласты не накрыты сверху толщей непроницаемых пород, например глинами или солями. Тогда не только газ, но и все легкие фракции нефти испаряются и образуются огромные запасы битумов. По калорийности они почти не уступают нефти; запасы сырья огромны и залегают неглубоко, но подступиться к битумным залежам почти невозможно: низкая текучесть препятствует практической разработке.
Наибольшая толщина осадочного чехла в России - в районе Каспия, там она достигает рекордных 25 км! Современное Каспийское море - это жалкие «усохшие» остатки древнейшего тепловодного моря. Поэтому-то здесь и наслоилось столько осадочных отложений, накопивших огромные запасы нефти (см. статью «Большая нефть Каспия», «Наука и жизнь» № ).
У России самая большая протяженность морских границ и соответственно морского шельфа. Бoльшая его часть находится в Ледовитом океане, суровом и холодном, почти круглый год покрытом льдом. На востоке Россию омывают моря Тихого океана. В зимние месяцы они затянуты льдом от берегов Чукотки и почти до южной оконечности Сахалина. Но под водой и ледяными полями лежат богатые нефтеносные структуры и уже открытые месторождения (структура становится месторождением, когда из пробуренной на ней скважины получен промышленный приток нефти, газа и уже можно примерно оценить запасы).
Путешествуя вдоль морских границ России, посмотрим, что открыто на шельфе, что добывают рядом на берегу, взглянем на геологию берега и шельфа, а точнее, на осадочную толщу. Следует сразу отметить, что шельфы морей в среднем изучены всего на 7%, в то время как основные сухопутные нефтегазоносные регионы - более чем на 50%. Поэтому мы можем говорить только о потенциальных шельфовых запасах.
ВДОЛЬ МОРСКИХ ГРАНИЦ РОССИИ
Со школьных лет мы знакомы с географической картой нашей страны, с зелеными пятнами низменностей и коричневыми, разных оттенков, горами. Но очень мало кто видел подобную же карту рельефа морского дна, особенно Ледовитого океана, - она появилась совсем недавно.
Начнем более детальный осмотр шельфа с границы с Норвегией. Конечно, на суше она определена точно - до метра, ведь эти небольшие километры были единственной нашей сухопутной границей со странами - членами НАТО. Далее же на север линия раздела дна Баренцева моря до сих пор не зафиксирована. Это объясняется тем, что еще в 1926 году правительство СССР объявило морскую границу продолжением точно на север границы сухопутной. Так она и обозначена на всех отечественных картах и в атласах. Долгое время граница вполне устраивала нашего соседа - Норвегию. Но настали другие времена. В 1982 году была принята Международная конвенция по морскому праву, которую подписали и мы. А она рекомендует проводить границу раздела морского дна по срединной линии между берегами принадлежащих странам территорий. (Так недавно мы и поделили Каспий с соседями - Казахстаном и Азербайджаном). В случае с российско-норвежской границей линия должна проходить посередине между берегами Новой Земли и Земли Франца-Иосифа, принадлежащими России, и берегами Шпицбергена и самой Норвегии. Оказалось, что эта срединная линия проходит восточнее от объявленной нами в 1926 году границы. В результате появился значительный (несколько десятков тысяч квадратных километров) участок морского дна, на который претендуют оба государства. По прогнозам, этот участок дна моря содержит большие запасы углеводородов. Причем условия добычи достаточно легкие: небольшая глубина и нет льда - ведь здесь проходит ветвь Гольфстрима, потому-то порт в Мурманске незамерзающий и зима на Кольском полуострове сравнительно теплая.
Двинемся дальше на восток. По геологическому строению весь Кольский полуостров - это часть выходящего на поверхность Балтийского щита, образованного древними изверженными породами. Их возраст на поверхности может достигать 3 млрд лет, а возраст Земли - всего-то 6 млрд. Неслучайно именно здесь, у границы с Норвегией, бурили Кольскую сверхглубокую скважину для изучения глубинного строения Земли (см. «Наука и жизнь» № ). Она достигла самой большой в мире глубины - более 12 км! Осадочных пород здесь нет, и нефти тоже нет. Но сушу омывает Баренцево море, а под дном его, в некотором удалении от берега, лежит большая осадочная толща - там и в древние времена было огромное море, по-видимому, теплое и мелкое, иначе не выпало бы столько осадков с органикой. И следовательно, у дна моря иное геологическое строение, чем у суши. Потому-то здесь и обнаружены значительные запасы углеводородов.
За Кольским полуостровом - узкое горло Белого моря, окраина Балтийского щита. Поверх изверженных пород лежат осадочные. Но какая же здесь нефть - осадочная толща едва наросла до 500-600 м и еще не опустилась вглубь.
Следуем на восток. Миновали полуостров Канин, за ним остров Колгуев и Печорское море. На берегу леса сменились тундрой, а под ними - многокилометровая осадочная толща. Здесь, у Печоры, и далее на юг расположены мощные нефтегазовые месторождения. Нефтяники называют этот район Тимано-Печорской нефтегазоносной провинцией. И неслучайно, что на шельфе Печорского моря (оно сравнительно небольшое, и на крупномасштабных картах его не выделяют, считая частью Баренцева моря) находятся крупнейшие залежи нефти и газа. Они уходят на север, в Баренцево море, вдоль всего западного побережья Новой Земли, но близко к ней не подходят - Новая Земля является продолжением древних Уральских гор, и осадочных пород здесь нет.
Переваливаем за Урал, а в море - за Новую Землю. Взглянем на полуостров Ямал и восточный берег Обской губы. Они буквально усыпаны нефтегазовыми месторождениями, крупнейшие из которых - Ямбургское газовое, Уренгойское и Медвежье нефтяные. В самой Обской губе в 2004 году открыли два новых месторождения. Все месторождения как бы нанизаны на нитку, протянувшуюся с юго-востока на северо-запад. Дело в том, что глубоко под землей находится большой древний тектонический разлом, вдоль которого и сгруппированы месторождения. Вдоль разлома из глубин земли выделяется больше тепла, что способствует ускорению образования нефти из органики в древней осадочной толще. Итак, в Баренцевом и Карском морях сосредоточено 84% уже известных запасов всего шельфа России. А на берегу, южнее, расположена огромная Западно-Сибирская низменность, в которой находится 63% наших сухопутных ресурсов нефти. Все это - дно единого древнего моря, существовавшего в течение многих геологических эпох. Здесь-то и находится основная наша кормилица - Западно-Сибирская нефтяная провинция. Полуостров Ямал славен еще и тем, что Россия добывает на нем почти 80% газа. На соседнем шельфе, по-видимому, сосредоточено 95% запасов газа всего нашего шельфа. Отсюда начинаются основные российские газопроводы, по которым газ уходит в страны Западной Европы.
Продолжим путешествие вдоль побережья. Далее, на восток, находятся устье Енисея и Таймырский полуостров. У Енисея низменность Западной Сибири сменяется Сибирской платформой, тянущейся до устья Лены, на которой местами на поверхность выходят древние изверженные породы. Небольшой прогиб платформы с шестикилометровым слоем осадков огибает Таймырский полуостров с юга от устья Енисея до Хатанги, но нефти в нем нет.
Геология севера Восточной Сибири изучена еще очень слабо. Но общее геологическое строение этой горной страны указывает, что нефть приурочена к прогибам, где есть осадочный чехол. А вот дальше на восток, у берега моря, геология уже иная - здесь под дном Ледовитого океана лежит многокилометровая осадочная толща (после поднятия суши она местами «вылезла» и на берег), перспективная на нефть и газ, но почти совсем не изученная. Исследования с поверхности затруднены круглогодичными льдами, а бурение дна тут пока не проводилось.
Обогнем Чукотку: на ней местами велись поиски нефти и разведочное бурение. Следующий участок шельфа, где находятся 15% запасов, - уже побережье Тихого океана, от севера Камчатки до юга Сахалина. Правда, нефтяные вышки промыслов увидим только на северном Сахалине, где нефть добывают с 1927 года. Геология шельфа у острова повторяет геологию суши. Вернее было бы сказать, что лишь на северном Сахалине древний шельф «слегка обсох». Отдельные месторождения шельфа Сахалина почти «выползли» на сушу. Морские месторождения, площадь которых и запасы во много раз превышают сухопутные, тянутся вдоль всего восточного берега Сахалина и уходят на север. Часть месторождений была открыта еще в 70-е годы прошлого века. Прогнозируемые извлекаемые запасы шельфа Сахалина - более 1,5 млрд т (извлекаемые запасы составляют примерно 30% выявленных). Для сравнения: вся Западная Сибирь имеет 9,1 млрд т доказанных запасов. Первая промышленная нефть шельфа России получена на Сахалине в 1998 году, но это отдельная история.
Осталось взглянуть на шельф Каспийского, Черного, Азовского и Балтийского морей, хотя протяженность его составляет лишь небольшую часть российского, а на карте он едва виден. Согласно оценкам, российская часть шельфа Каспия содержит около 13% всех его запасов (основные принадлежат Казахстану и Азербайджану). У Кавказского побережья Черного моря нефть может быть в глубоководной (глубина 1,5-2 км) его части и совсем немного - в Азовском море. Но Азовское море маленькое и поделено между двумя странами. Украина ведет там добычу газа.
И, наконец, завершая путешествие по морям, посмотрим на Балтику. Балтийское море по сравнению с морями Ледовитого океана невелико, а государств много, но здесь, в Калининградской области, недалеко от берега, рядом с Куршской косой, в 1983 году обнаружена нефть на малых глубинах. В 2004 году начата ее промышленная добыча. Запасы по российским меркам, не столь велики - менее 1 млн т, но условия добычи значительно легче, чем в Ледовитом океане. Наличие нефти в этом месте не является сюрпризом, рядом на берегу ее добывают давно, и запасы больше.
ПЕРВЫЕ ШАГИ В ОСВОЕНИИ СЕВЕРНОГО ШЕЛЬФА
В мире на шельфе и прибрежных акваториях сегодня добывают 35% нефти и около 32% газа. Начало положено бурением первых морских скважин лет 50 тому назад в мелком и теплом Мексиканском заливе.
Опыт освоения богатств морского дна есть и в Европе. Уже более 30 лет в Северном море добычу с морских платформ ведут Норвегия и Англия и получают нефти столько, что суммарный экспорт этих двух стран соизмерим с российским. Норвегия благодаря добыче нефти стоит на первом месте по уровню жизни. Правда, здесь добыча ведется не на шельфе, а на дне Северного моря, имеющем иное геологическое строение. Кстати, добыча ведется не только в экономических зонах этих стран, а и вне их согласно международной договоренности о разделе дна между примыкающими странами.
Ожидается, что в России доля добычи углеводородов на шельфе к 2020 году составит 4% общего объема. На шельфе запасы изрядные, да только разрабатывать их значительно труднее и дороже. Нужны огромные инвестиции, которые начнут давать отдачу и прибыль не ранее чем лет через пять, а то и через десять. Например, для освоения морских богатств Каспия суммарные инвестиции за десять лет превысят 60 млрд долларов. В Ледовитом океане стоимость будет еще выше из-за суровых ледовых условий.
И тем не менее Россия приступила к освоению своего шельфового богатства. Только 15% запасов углеводородного сырья шельфа приходится на Охотское море. Но именно здесь, у Сахалина, в 1998 году группа иностранных компаний впервые в России начала промышленную добычу нефти с шельфа. В 2004 году добыли промышленную нефть и на шельфе Балтийского моря.
К освоению на шельфе Печорского моря намечены два крупнейших месторождения. Первое - нефтяное Приразломное, открытое в 1989 году и расположенное в 60 км от берега, где глубина около 20 м. Название неслучайно - месторождение находится рядом с тем самым глубинным разломом. Его запасы - 74 млн т извлекаемой нефти и 8,6 млрд м3 газа. При современном уровне технологии в России извлекают только порядка 30% выявленных запасов нефти, в западных странах - до 40%.
Уже имеется проект разработки Приразломного. Лицензии на его освоение получили российские компании. В центре будет установлена огромная ледостойкая платформа общим весом около 110 тыс. т с опорным основанием размером 126ґ126 м, состоящим из четырех супермодулей. В них расположатся 14 танков нефтехранилища на 120 тыс. т. Жилой модуль рассчитан на 200 человек. Это лишь несколько впечатляющих цифр, которые позволяют представить масштабы только одного сооружения, а потребуется целый комплекс. Платформу подобного ледового класса в мире еще не изготавливали. Слишком уж суровы условия добычи в этих краях: ведь навигация по Северному морскому пути идет в течение нескольких месяцев, да и то в сопровождении ледоколов. К тому же каждый год ледовая обстановка разная, и в начале навигации встает вопрос: как лучше проходить через льды в районе Новой Земли - огибать архипелаг с севера или пробираться через проливы в середине. А ведь планируется круглогодичная добыча с шельфа. Строительство платформы начато в 1998 году на крупнейшем заводе под Архангельском, который до этого строил подводные лодки.
Вслед за Приразломным, вероятнее всего, будет освоено Штокмановское газовое месторождение, крупнейшее в Арктике и в мире. Оно открыто в 1988 году на шельфе Баренцева моря, в 650 км к северо-востоку от Мурманска. Глубина моря там составляет 320-340 м. Запасы Штокмановского месторождения оцениваются в 3,2 трлн м3 газа, что соизмеримо с месторождениями на Ямале. Общий объем капитальных вложений в проект составит 18,7 млрд долларов, срок окупаемости - 13 лет. Подготавливается проект строительства крупнейшего завода по сжижению природного газа: тогда его можно будет везти и за море, в Канаду и Америку.
Еще недавно считали, что нефть океана сосредоточена именно на шельфе, но за последние 10-15 лет обнаружены гигантские месторождения и на глубинах моря 2-4 км. Это меняет установившиеся представления о местах скопления углеводородов на дне океана. Здесь не шельф, а континентальный склон. Такие месторождения уже успешно разрабатываются, например, в Бразилии.
Почему мы отстали от других стран в освоении шельфа, наверное, можно объяснить. У нас большие запасы на суше, их пока хватает и себе и на экспорт. А добыча на шельфе стоит примерно втрое дороже. Отечественные компании на столь суровый шельф не спешат: сейчас, при высоких ценах на нефть, выгоднее вкладывать деньги в уже освоенные месторождения. Только вот что мы будем делать, когда легкодоступная нефть закончится? Как бы не опоздать с разработкой своих собственных богатств.
Редакция благодарит ЗАО «Севморнефтегаз» за предоставление ряда иллюстраций.
Онлайн калькуляторы
