Согласно данным Международного энергетического агентства, 16 из 20 крупнейших месторождений мира истощаются и для компенсации спада в разведку и работы по повышению нефтеотдачи потребуются инвестиции в размере около $5 трлн до 2030 года.
Для простого обывателя фонтан нефти на промысле — признак наличия ее на месторождении и предмет радости буровиков, стремящихся умыться черной жижей. Но это бывает в кино. Или было в реальности давным-давно. Теперь нефть ищут цивилизованно, с трезвым и холодным расчетом и по возможности бесконтактно. Она отвечает той же изощренностью — иссякая, прячась в труднодоступные пласты и не поддаваясь тривиальным технологиям обнаружения.
В XIX и начале XX веков нефтяные пятна на поверхности были главным и едва ли не единственным признаком наличия месторождения. Отцом разведочного бурения стал полковник Эдвин Дрейк, который подсмотрел этот метод у соледобытчиков и в 1858 году получил нефть из скважины в г. Тайтусвилл в Пенсильвании. Хотя первенство американцев оспаривается. Согласно докладу князя М.С. Воронцова к императору России, уже в 1846 году в Баку на каспийском месторождении в Биби-Эйбате "посредством буров" была найдена нефть.
В начале 1900-х годов немецкий геофизик Минтроп занимался тем, что регистрировал волны, возникающие после того, как он осуществлял сброс на землю многотонных железных шаров или проводил микровзрывы. Так зародился метод сейсморазведки, основанный на том, что разные по плотности породы земной коры при внешнем воздействии дают отличные ответы, и выяснилось, что у углеводородов свой специфический ответ. Эксперименты Минтропа привели к тому, что в 1921 году он создал собственную компанию Seismos Hamburg. Так начался золотой век геофизики. Наряду с сейсморазведкой развились направления по изучению плотностей земных пород на основе анализа их гравитационного, магнитного и электрического полей. В плане коммерческого применения новых методов первыми успеха добились опять же американцы: в 1924 году в Техасе с помощью сейсмики было открыто крупное месторождение.
2D versus 3D
Упрощенно, для осуществления сейсморазведки необходимо всего два элемента — возбудитель (взрыв, удар, вибрация, выстрел из пневматической пушки и др.) и датчик, фиксирующий распространение возникающих в результате воздействия на породы упругих волн. Геологические пласты отличаются плотностью и упругими свойствами, поэтому обладают различными скоростями распространения упругих волн. Это приводит к тому, что на границах слоев, где скорости меняются, могут образоваться отраженные, преломленные, рефрагированные, дифрагированные и другие волны, регистрируя которые на земной поверхности, можно получить информацию о скоростном разрезе, а по нему судить о геологическом строении. Наименьшими скоростями обладают рыхлые сухие пески (0,5-1 км/с), нефть (~1,2 км/с), вода (~1,5 км/с), глины (1,3-3 км/с), уголь (1,8-3,5 км/с). Большие скорости (3-6 км/с) у скальных осадочных пород (известняки, мрамор, доломит, соль и др.). Сейсмопрофилирование позволяет определить структуру пород вплоть до поверхности Мохоровичича — границы между земной корой и мантией.
По месту приложения различают полевые, акваториальные, скважинные и околоскважинные, а также подземные виды сейсморабот.
Используются две основные разновидности сейсмики — двухмерная (2D) и трехмерная (3D) съемка. В первом случае датчики располагаются по отдельным линиям (их также называют профилями или разрезами) и исследования проводятся в глубину и вдоль разреза (результат оценивается в погонных километрах). 3D-разведка предполагает распределение датчиков по поверхности исследуемой площади и позволяет получить трехмерную модель расположения ископаемых (квадратные километры). Этот вариант обеспечивает более точную и полную информацию о месторождении, но требует больше вычислительных ресурсов, поскольку на порядок возрастает объем получаемых данных. В "Газпром нефти" посчитали, что 1 км двухмерной сейсмосъемки стоит в четыре раза дешевле 1 кв. км трехмерного изучения, но при этом количество полученной информации различается в 400 раз: вдоль 1 км профиля 2D расположено 40 точек с шагом 25 м, а на 1 кв. км площади 3D — 1600 точек с шагом 25 м. Как правило, компании проводят разведку по двумерной технологии, по результатам которой выделяются зоны для разведочного бурения и более детального обследования с помощью 3D. Этот же метод применяется при доразведке.
Для морской сейсмической съемки используются специальные суда, буксирующие батарею из пневмопушек и систему для приема сигнала — сейсмическую косу, которая состоит из пластикового шланга и закрепленных на нем датчиков для передачи данных на борт. При двухмерной съемке за кораблем следует только одна сейсмокоса, а пушка "выстреливает" через каждый километр проходки судна. Трехмерная съемка обеспечивает большее разрешение деталей в толще дна — с ячейками порядка 25x25 м. Для этого необходимо несколько сейсмокос — от 4 до 20, буксируемых на расстоянии 100 м друг от друга, а также несколько батарей пневмопушек, стреляющих поочередно.
2D и 3D качественно отличаются по методам интерпретации. После изобретения современных интерактивных компьютерных систем традиционная оценка сейсмических данных по профилям безнадежно устарела. По существу, она была эффективной лишь на ранних стадиях 2D-исследований, которые выполнялись на бумаге. Для обработки данных 3D-съемки используется объемная интерпретация (по методике Shell). Метод представляет собой анализ трехмерных сейсмических показателей и относящейся к ним информации о породах и жидкостях. Объемная интерпретация трехмерных исследований возникла на основе технологий визуализации, первоначально использовавшихся для зрительного воспроизведения горизонтов, сгибов и скважин. Технология позволяет ученым изучать ранее невидимые структурные сложности. По мере роста возможностей компьютеров и относящихся к ним графических технологий создаются средства, позволяющие "смотреть сквозь" объемы сейсмоданных 3D. Таким методом можно считать, к примеру, сейсмическую инверсию (по методике Schlumberger).
В среднем объем данных при 2D-съемке составляет 20-30 ГБ, а при трехмерной разведке — до 1,5 ТБ. Совершенствование разведывательных методов приводит к неуклонному приумножению накапливаемой информации. На международной нефтегазовой конференции SPE 2010, прошедшей в конце октября в ВВЦ, Д.-М. М. Регтиен из Shell привел график роста темпов сбора и передачи данных с течением времени. Согласно докладу "Распространение концепции интеллектуальных методов освоения месторождений", произошло десятикратное умножение: если десять лет назад в базы данных поступало порядка 1 ГБ в сутки, то сейчас этот показатель на хорошо оборудованных площадках мира составляет не менее 1 ТБ. Shell обладает глобальной виртуальной базой данных, доступной сотрудникам компании по всему миру.
4D — впервые в России
Кризисы приходят и уходят, и думающие на перспективу компании продолжают внедрять инновации в сфере геологоразведки. В июне компания "Сахалин Энерджи" (оператор проекта "Сахалин-2") завершила первое в России четырехмерное (4D) сейсмопрофилирование у берегов Сахалина на Астохском участке Пильтун-Астохского нефтегазового месторождения. Shell является акционером и оперативным управляющим "Сахалин Энерджи", а также техническим консультантом проекта.
По сути, 4D — это точное воспроизводство 3D (выстрелы той же амплитуды и в тех же точках) для определения истощения или перемещения подземных резервуаров после начала добычи. Затем исходные данные сравнивают с данными повторной сейсмики, чтобы выявить изменения залегания углеводородов в пласте (поэтому 4D-сейсмику еще называют периодической). Первая фоновая 3D-сейсмика на Астохском участке была проведена в 1997 году, месторождение эксплуатируется с 1999 года, в 2004 году была начата закачка воды для поддержания пластового давления. В 2010 году компания провела контрольную 3D-сейсмику на участке. Четырехмерное исследование летом 2010 года проводилось в точности при тех же параметрах съемки и направления линий сейсморазведки, что и фоновые исследования. "Сравнение результатов позволит лучше понять эффективность вытеснения при заводнении, выполненном в предыдущие годы, а также в значительной степени улучшить размещение будущих нагнетательных и нефтедобывающих скважин",— говорится в презентации М. Боекхолта ("Сахалин Энерджи Инвестмент Компании, Лтд"), представленной на конференции SPE 2010. Все работы были выполнены с обеспечением мер по защите охотско-корейской популяции серых китов, находящихся на грани исчезновения. По этому направлению "Сахалин Энерджи" сотрудничала с Всемирным союзом охраны природы и рядом экспертов.
Частная практика
В крупнейших ВИНК "Ъ" рассказали, что 2D- и 3D- (в том числе вторичная) сейсмика проводится на всех значимых месторождениях или местах их предполагаемого расположения. Объем сейсморазведочных работ "Роснефти" в 2009 году составил 6641 км по 2D и 3234 кв. км по 3D. В результате поискового и разведочного бурения было открыто пять месторождений и девять новых залежей на ранее открытых площадях. За счет геологоразведочных работ (ГРР), а также эксплуатационного бурения был получен прирост запасов в размере 140 млн тонн. Основные объемы обеспечили месторождения Западной и Восточной Сибири.
У ЛУКОЙЛа сейсмоработы организованы на севере Каспия, Азовском море, в районах Западной Сибири, Пермском крае и Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (Денисовская впадина), при Большехетской впадине и др. По состоянию на конец 2009 года группа участвует в 13 зарубежных геологоразведочных проектах: в Колумбии, Казахстане, Саудовской Аравии, Узбекистане, Кот-д`Ивуаре, Гане, Ираке и Венесуэле (в рамках деятельности Национального нефтяного консорциума). В 2009 году компания выполнила 2446 км 2D и 4548 кв. км 3D-сейсморабот. Было открыто Тимеровское месторождение в Татарии и 17 залежей нефти на раннее известных участках. Увеличение запасов составило 82,2 млн. тонн. Затраты ЛУКОЙЛа на геологоразведку в 2009 году-- $394 млн.
"Сургутнефтегаз" в 2009 году проводил ГРР в основном в трех нефтегазоносных провинциях: Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и Тимано-Печорской. Сейсмоработы 2D выполнены в объеме около 11 500 км, 3D — более 1000 кв. км. По результатам сейсмики к поисковому бурению подготовлены объекты с ресурсами нефти 159 млн тонн, уточняют в компании.
В ТНК-BP выбирают наиболее экологичный вибрационный вид сейсморазведки на участках юга России (Оренбургская, Самарская, Астраханская, Саратовская области) и на Крайнем Севере в тундре (НАО, ЯНАО). Взрывная разведка проводится в основном в таежных удаленных районах Западной и Восточной Сибири, поясняют в компании. В Ханты-Мансийском АО основные работы направлены на поиск и разведку месторождений-спутников и доразведку существующих запасов. В Тюменской области, где расположены значительные территории с перспективными ресурсами, проводится сейсмика 2D и 3D. Лицензионные участки севера Новосибирской области мало изучены, и на них компания осуществляет сейсморазведку 2D и поисковое бурение. В 2009 году за счет ГРР компания обеспечила прирост 33,3 млн тонн. Затраты на проведение двухмерной и трехмерной сейсмики в сезоне 2009-2010 годов распределились в отношении 20% к 80%, говорят в ТНК-BP, не раскрывая конкретных цифр.
В "Газпром нефти" рассказывают, что в настоящий момент на всех лицензионных участках компании выполнена в том или ином объеме и продолжает выполняться 2D- и 3D-съемка. По результатам работ открыто Нижневынгапуровское месторождение и три новых залежи нефти на существующих участках с суммарными запасами более 4 млн тонн. В целом прирост запасов нефти в 2009 году составил 105 млн тонн. В 2011 году планируется выполнить объем 3D-сейсмики, равный 3955 кв. км.