Новые технологии подводной разведки углеводородов позволяют геологам и геофизикам открывать месторождения, до которых еще недавно сложно было добраться. Один из таких методов — электромагнитная разведка, или каротаж морского дна.
Уловить сигнал
Мировое потребление энергии растет с каждым годом — по прогнозам экспертов, к 2030 году спрос на нее вырастет вдвое по сравнению с 2000 годом. Мир озабочен поиском альтернативных источников энергии, но полноценной замены углеводородам до сих пор не найдено, поэтому основная часть потребностей в энергии в среднесрочной перспективе будет удовлетворяться за счет нефти, газа и угля.
Поставки углеводородов поддерживаются и растут в основном за счет добычи на крупных месторождениях, открытых в XX веке — к настоящему времени разведанные мировые запасы углеводородов составляют примерно 2,2 трлн бар нефтяного эквивалента. Вновь обнаруживаемые объемы традиционных углеводородов ежегодно снижаются уже с 1960-х годов. При этом неразведанные запасы углеводородов огромны — по разным оценкам, они составляют от 1 трлн до 1,6 трлн бар нефтяного эквивалента. Обнаружить их и ввести в разработку становится все сложнее из-за геологических, географических факторов и проблем доступности.
Такая ситуация заставляет нефтяные компании совершенствовать технологии. Одно из направлений этой работы — развитие подводной геологоразведки, ведь основная часть еще не разведанных запасов углеводородов находится на шельфе. Но из-за несовершенства технологий разведки и высокой стоимости подводной добычи нефти идти за нефтью и газом на шельф до сих пор было зачастую рискованно и нерентабельно. Однако цены на нефть постоянно растут, а месторождения на суше истощаются, поэтому компании интенсивно ищут новые технологии разведки, которые позволят снизить геологические риски при бурении разведочных скважин.
Основным методом геофизической разведки является сейсморазведка. Этот метод основан на свойствах упругих волн: они меняют свои характеристики в зависимости от геологической среды, в которой распространяются. На землю (или неглубоко под землей) устанавливается механизм, который при помощи небольшого взрыва или сильного удара о землю создает сейсмическую волну. Установленные на земле датчики регистрируют отраженный сигнал. На основе информации, полученной датчиками, с высокой степенью точности определяется строение земной коры в данном месте и вероятность наличия коллекторов углеводородов (то есть пород, которые теоретически могут их содержать). В зависимости от количества датчиков на единицу площади сейсморазведка бывает более или менее точной — 2D или 3D.
Технологии наземной сейсморазведки и интерпретации ее данных постоянно совершенствуются. Однако настоящий прорыв происходит в подводной сейсмике. До сих пор она не отличалась высокой точностью из-за способа проведения исследования. За кораблем на поверхности воды тянется сейсмическая коса — сеть датчиков, которые регистрируют измененный сигнал. Однако толща воды может создавать шумы и искажать этот сигнал. Поэтому чем больше глубина, на которой ведется исследование, тем рискованнее доверять данным такой разведки и лишь на их основании делать заключение о необходимости бурения дорогостоящих подводных разведочных скважин.
В конце 2010 года планируется провести испытания совершенно новой технологии — сейсморазведки при помощи автономных подводных аппаратов. Корабль, с которого ведется сейсморазведка, выпускает от 3 тыс. до 5 тыс. таких аппаратов, которые закрепляются на дне, регистрируют сигнал, после чего самостоятельно всплывают на поверхность. Если технология окажется эффективной и экономически выгодной, она позволит сделать сейсмические исследования под водой гораздо более точными.
Сопротивление нефти и газа
Сейсморазведка под водой — это дело хотя и ближайшего, но будущего. Однако подводные аппараты уже сейчас используются для разведки углеводородов в другой прорывной технологии — каротаже морского дна.
Традиционный каротаж — это геофизическое исследование скважины с целью изучения геологического разреза. В скважину опускается аппарат — источник электромагнитных волн. Датчики регистрируют сигнал, измененный непосредственно прилегающими к скважине породами. На основании этого делается вывод о строении земной коры непосредственно в пробуренном месте. Небольшой диаметр скважины ограничивает мощность источника волн, поэтому каротажем исследуется столб диаметром 2-4 м.
Каротаж морского дна заключается в буксировании мощного дипольного источника электромагнитных колебаний очень низкой частоты на небольшом расстоянии от морского дна и регистрации откликов с помощью датчиков, размещенных на морском дне. Исследуя сигналы, ученые рассчитывают сопротивление породы на разных глубинах. Известно, что сопротивление углеводородов гораздо выше, чем воды, которая обычно присутствует в породах. Благодаря этому свойству месторождения нефти и газа показывают аномальные, отличные от фонового уровня, характеристики. Ощутимые аномальные значения могут быть получены только в местах залегания пластов с высокой углеводородной насыщенностью.
Разработкой этой технологии интенсивно занимаются нефтегазовые гиганты Shell и Statoil — компании видят в ней большой потенциал. Каротаж морского дна, в отличие от традиционного каротажа скважины, является глобальным исследованием, которое наряду с сейсмикой позволяет исследовать целое месторождение, простирающееся на несколько километров горизонтально и расположенное в двух с половиной километрах под дном моря. Более того, каротаж существенно дополняет и уточняет сейсмические исследования. В частности, сейсмические данные обычно относятся лишь к самим геологическим структурам, то есть говорят о наличии коллекторов углеводородов, но не дают полноценной возможности оценить количество содержащихся в них нефти и газа. Данные же электромагнитной разведки с аномально низкими сопротивлениями могут непосредственно указывать на содержание углеводородов. Кроме того, сейсмические исследования низких горизонтов могут затрудняться, например, наличием газа на малых глубинах, а каротаж позволяет оценить наличие углеводородов на всей глубине.
Также каротаж морского дна может использоваться, когда сейсмические данные ограниченны. Если по району имеются лишь данные 2D-сейсмики, каротаж морского дна может показать, целесообразно ли проводить дорогостоящую 3D-разведку. Затраты на изучение перспективной территории методом каротажа морского дна могут составлять лишь несколько сотен долларов, что несопоставимо с миллионами, необходимыми для сейсмического исследования.
Практическое применение
Новая технология уже позволила Shell существенно снизить геологические риски на нескольких объектах. В частности, на глубоководном участке в Малайзии Shell провела разведку перспективной структуры, на которой неглубоко залегающий газ затенял сейсмическое изображение. Первая пробуренная скважина выявила лишь остаточные углеводороды. Разведка методом каротажа морского дна показала наличие аномалии на небольшом расстоянии от этой скважины. С помощью второй скважины, которая без этой информации могла быть не пробурена, были выявлены промышленные объемы углеводородов. В Бразилии же, наоборот, каротаж морского дна в сочетании с дополнительными исследованиями позволил отказаться от дальнейшей разведки и дорогостоящего бурения, поскольку аномальных отклонений зафиксировано не было. Компания планирует широко использовать этот метод в будущем.
Эта технология совершенствуется. В частности, ведется работа по расширению возможности использования каротажа морского дна на малых глубинах — из-за помех, создаваемых прямой электромагнитной энергией, и сигналов, отражающихся от границы воздуха и воды, эта технология сейчас может использоваться только на глубинах моря свыше 200 м. Как и в сейсмике, ведется работа над интерпретацией данных с целью получения из них более сложной информации, позволяющей точнее прогнозировать глубины и конфигурации потенциальных пластов.
Разработку технологий в этом направлении успешно ведут и российские ученые — предлагаемый ими метод электромагнитной разведки отличается в деталях, но основан на том же принципе. Практическое применение этого метода для разведки месторождений углеводородов еще впереди, однако Минприроды уже присматривается к нему. В частности, Научно-методический совет (НМС) по геолого-геофизическим технологиям Минприроды России считает целесообразным использовать эти технологии для геологоразведочных работ федерального назначения, что позволит "не только повысить качество получаемых материалов, но и обеспечит принципиально новые представления о строении осадочного чехла земной коры",— говорится в заключении НМС по итогам заседания в августе 2009 года.