Перспективы и проблемы освоения месторождений нефти и газа шельфа Арктики
Аннотация
Рост мировой потребности в углеводородном сырье и истощение его запасов на суше активизировали в последние десятилетия поисково-разведочные работы в акваториях морей и океанов, приведшие к существенному росту морской нефтегазодобычи. В последние годы доли морской нефти и газа от мирового объема добычи превышают 30%.
Россия обладает около 21% шельфа Мирового океана (свыше 6 млн км2), при этом наиболее перспективный и доступный, с точки зрения бурения, шельф превышает 60% площади ее акваторий. Общепризнанным является высокий углеводородный (УВ) потенциал шельфа России - суммарные извлекаемые ресурсы оцениваются многими ведущими отечественными специалистами в более чем 100 млрд тонн условного топлива (оценки западных экспертов намного скромнее), из которых газовая составляющая достигает 80%. При этом наибольший объем УВ, около 90%, сосредоточен в арктических морях [1, 2, 3].
Активные геологоразведочные работы (сейсморазведка МОГТ и бурение), начавшиеся на шельфе западного полушария Арктики более 40 лет назад, а восточного - более 30 лет назад, завершились открытием ряда новых крупных нефтегазоносных бассейнов (НГБ) или морских продолжений НГБ, ранее открытых на суше (рис. 1): Бофорта-Маккензи и Свердруп (Канада), Северного склона Аляски (США), Западно-Баренцевского (Норвегия), Восточно-Баренцевского и Южно-Карского (Россия). На российском шельфе обнаружены наиболее крупные месторождения (Штокмановское, Русановское, Ленинградское, Долгинское, Приразломное и др.) с запасами нефти и газа около 10 млрд тонн нефтяного эквивалента. Самое крупное на шельфе Арктики - Штокмановское месторождение содержит свыше 3,9 трлн м3 газа и 56 млн тонн конденсата [1, 3]. Сложные природно-климатические условия и имеющиеся на современном этапе технологические и экономические проблемы его освоения отодвинули начало разработки на неопределенный срок.
разведочный акватория море углеводородный
Рис. 1. Размещение нефтегазоносных бассейнов и скважин в Арктике
В 2011 г. на Приразломном нефтяном месторождении (ОАО «Газпром»), расположенном в 60 км от берега на шельфе Печорского моря и закрытом льдом большую часть года (7 - 8 месяцев), установлена одноименная морская стационарная ледостойкая платформа гравитационного типа, построенная в России. Планируется, что добыча нефти начнется в 2013 г. В зимнее время температура воздуха достигает -500С, а толщина льда - 1,6 м. Это накладывает на компанию-оператора особые требования по обеспечению безопасности для окружающей среды. Оптимизм вселяет нефтяной терминал «Варандей» (ОАО «Лукойл»), расположенный в 22 км от берега недалеко от Приразломного месторождения. Терминал успешно работает с 2007 г. и способен отгружать до 12,5 млн тонн нефти в год, вывозимой круглогодично танкерами ледового класса, имеющими для повышения безопасности двойные борта и дно.
Опыт освоения морских арктических и субарктических месторождений показал, что первоочередные месторождения для организации морских нефтегазовых промыслов в условиях сложной ледовой обстановки рационально выбирать вблизи побережья с широко развитой инфраструктурой. Особый интерес представляют залежи, которые можно разрабатывать горизонтальными скважинами, пробуренными с берега или искусственных островов. Такой подход успешно опробован на ряде опытных полигонов (месторождениях) в арктических и субарктических условиях США (море Бофорта - Endicott и другие 8 месторождений) и России (шельф Охотского моря - Чайво-море, Одопту-море и Карского моря - Юрхаровское) и является наименее опасным для ранимой природы Арктики [2, 3].
Проведенный нами анализ ресурсов, запасов и объемов добычи УВ в циркумарктическом регионе показал, что здесь Россия является мировым лидером по ряду позиций: по началу добычи на суше - с 1969 г. на Мессояхском и с 1972 г. на Медвежьем месторождениях (на 8 и 5 лет раньше, чем на месторождении Prudhoe Bay на Аляске); по объемам накопленной добычи УВ на суше (в 3,5 раза больше, чем на Аляске); по ресурсам и запасам УВ на суше и шельфе (В.И. Богоявленский и др., 2011). В настоящее время морская добыча углеводородного сырья ведется в трех НГБ: Северного склона Аляски (9 месторождений), Западно-Баренцевском (Snohvit) и Южно-Карском (Юрхаровское). За счет разработки Юрхаровского месторождения, основные запасы которого расположены под морским дном (Тазовская губа), с 2005 г. Россия является лидером по объемам добычи УВ на шельфе Арктики, опережая суммарную добычу США и Норвегии (рис. 2).
Рис. 2. Добыча углеводородов на шельфе Арктики
В последние годы значительно увеличилась лицензионная активность крупнейших нефтегазодобывающих компаний на Арктическом шельфе США и Канады. Одна лишь компания Shell в ходе лицензионного конкурса 2008 г. выплатила США бонусы 2,1 млрд долларов за 275 лицензионных участков в Чукотском море, а общие выплаты превысили 2,6 млрд долларов. В 2012 г. компания Shell начала активные буровые исследования на шельфе Аляски. Планировалось пробурить 4 скважины, но непредвиденные обстоятельства остановили бурение через день после начала работ.
В России в 2010 - 2012 гг. выдан ряд лицензий на большие участки северных акваторий ОАО «НК «Роснефть» (суммарно более 90 тыс. км2 в Баренцевом и Печорском морях и 128 тыс. км2 в Карском море) и ОАО «Газпром» и ОАО «Новатэк» на несколько меньших по площади участков в Обской и Тазовской губах. В 2012 г. ОАО «НК «Роснефть» после приобретения 100% акций ЗАО «Синтезнефтегаз» и 50% акций ЗАО «Арктикшельфнефтегаз» фактически стала контролировать Адмиралтейский, Пахтусовский (11,3 тыс. км2) и Медынско-Варандейский (2,8 тыс. км2) участки. Таким образом, ОАО «НК «Роснефть» предстоит проводить комплексные исследования и освоение 232 тыс. км2 высокоперспективных акваторий Арктики, что почти равно площади Великобритании.
Изучение и освоение минеральных ресурсов арктических акваторий ограничивается распространением льда Северного Ледовитого океана (СЛО). Глобальное потепление на Земле в наибольшей мере влияет на происходящие изменения в Арктике, выражающиеся в значительном сокращении площади льда. Из-за потепления увеличились таяние и сход в море массивов льда с ледников арктических островов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа и северной части Новой Земли с образованием большего по количеству и индивидуальному объему айсбергов. Под действием течений и ветров айсберги дрейфуют по значительной части Баренцева моря, достигая Штокмановского и других месторождений, при этом характер их движения напоминает «броуновское», т. е. практически не прогнозируемое. 11 октября 2010 г. в районе Русской гавани в Северной части Новой Земли ГС РАН зарегистрировала крупное землетрясение (М около 4). По космическим снимкам оно было идентифицировано как возникшее при ударе о дно отколовшегося айсберга с размерами в плане 0,8х4 км, а в высоту - предположительно около 100 м [4]. При таких размерах айсберг весит около 200 - 250 млн тонн, что в 100 и более раз превышает вес айсбергов, наблюдавшихся в данном регионе, включающем Штокмановское месторождение.
Существенная часть шельфа Арктики России и других стран так же, как и ее суша, характеризуется наличием многолетнемерзлых (палеомерзлых) пород (ММП), о которых упоминается в работах многих полярных исследователей в течение нескольких столетий. Зоны распространения ММП и их мощность на шельфе Арктики наиболее хорошо изучены в районах нефтегазопоисковых исследований. Бурение показало широкий диапазон изменения мощности морских ММП: от единиц до сотен метров, при этом, по данным GSC (Геологическая служба Канады), на ряде площадей НГБ Бофорта-Маккензи она достигает 600 - 737 м. Можно предположить, что большая мощность ММП будет выявлена и в восточных морях российской Арктики. В 1963 г. на севере Якутии около Полярного круга была пробурена Мархинская скважина (забой - 1800 м), вскрывшая ММП на рекордной глубине до 1400 м [5].
Одной из особенностей ММП, расположенных на побережьях морей Арктики и часто представленных крупными массивами льда, является их значительное разрушение под действием теплового и водного (волнового) воздействия (термоабразия и термоэрозия). За счет этого наблюдается высокая среднегодовая скорость отступления береговой черты, достигающая в Карском море 2,9 м, в море Лаптевых - 5,5 м, в Восточно-Сибирском - 6,1 м, в море Бофорта - 7,3 м, а на острове Колгуев - до 10 м [6, 7]. Таким образом, площадь СЛО постоянно увеличивается, изменяя очертания берегов, угрожая разрушением береговым объектам и судоходству в прибрежной полосе за счет возникновения ранее неизвестных мелей.
Одной из опасностей освоения морских нефтегазовых ресурсов является сейсмическая обстановка, которая в Арктике характеризуется неравномерным, очаговым распределением эпицентров сейсмических событий (землетрясений), приуроченных к районам тектонической активности, что видно на рис. 3, подготовленном нами на основе данных USGS (Геологическая служба США) и ГС РАН (Геофизическая служба РАН). В СЛО продолжается система срединно-атлантических разломов (сейсмоактивная зона спрединга океанического дна), выраженная хребтами Мона, Книповича и Гаккеля. Последний заходит в море Лаптевых, где он наименее выражен в морфологическом плане и практически не отображается в гравитационном и магнитном полях. Эта же зона характеризуется снижением магнитуд землетрясений и их рассеиванием на достаточно обширной территории лаптевоморского побережья, включая дельту реки Лена (рис. 3).
Рис. 3. Землетрясения и геоморфологическая обстановка в Арктике
Вдоль хребтов Гаккеля, Книповича, Мона и далее на юг вдоль Срединно-Атлантического хребта происходят многочисленные землетрясения, количество и сила которых в значительной степени меняются по годам наблюдений. Так, например, в 2007 г. ГС РАН зарегистрировала вдоль хребта Гаккеля 9 слабых землетрясений с расчетной магнитудой М до 3,3. Самое сильное из них было в 400 км к северо-западу от острова Котельный. В 2008 г. произошла существенная активизация сейсмичности данного региона - зарегистрировано 26 землетрясений с магнитудой 2,4 - 5,2, при этом самое сильное землетрясение было 13 августа в 370 км к северо-востоку от острова Комсомолец. Данное землетрясение сопровождалось серией форшоков и афтершоков с М до 4.7.
Российские акватории Западной Арктики (Карское и Баренцево моря) в целом характеризуются относительно спокойной сейсмичностью. Наибольшая активность приурочена к западной (норвежской) части Баренцева моря с максимальной концентрацией землетрясений в районе архипелага Шпицберген. Последние годы характеризуются увеличением сейсмической активности в непосредственной близи от Шпицбергена. Так, по данным ГС РАН, в 2008 г. здесь зарегистрировано 576 землетрясений с магнитудой более 2, а 21 февраля произошло рекордное по силе землетрясение в проливе Стур-фьорд магнитудой около 6, за которым последовала длительная серия афтершоков, включая 19 с магнитудой более 3 [4].
ГС РАН обладает обширной сетью сейсмологических станций на территории России, однако они расположены крайне неравномерно - наименьшая плотность в арктических регионах. Имеющаяся сеть станций ГС РАН может надежно идентифицировать в Баренцево-Карском регионе землетрясения магнитудой свыше 3,5 - 3,9, что неприемлемо для обеспечения мониторинга сейсмической обстановки. За счет этого создается ошибочное впечатление об асейсмичности данного региона и большей части СЛО, что видно на рис. 3. Таким же асейсмичным длительное время казался и шельф Балтийского моря с прилегающей Калининградской областью. Однако 21.09.2004 на Самбийском полуострове произошли землетрясения, включая два крупных с магнитудой 4 и 5 (ранее никогда не наблюдались), в результате которых были повреждены ряд зданий и железнодорожное полотно.
Повышение безопасности освоения морских месторождений Арктики требует усиления контроля сейсмической обстановки и выяснения природы землетрясений не только значительной, но и малой магнитуды, широко распространенных в Арктике. На сайте норвежской сейсмической службы NORSAR (Norwegian Seismic Array) размещена информация об огромном количестве слабых землетрясений (магнитуда до 3) в Арктическом регионе, включая акватории Баренцева и Карского морей (рис.4), произошедших в последние годы и зарегистрированных прибрежными сейсмологическими станциями Норвегии на севере Скандинавского полуострова и Шпицбергене. Координаты землетрясений приведены NORSAR с загрублением, что отображается на положении их эпицентров на карте рис. 4.
Рис. 4. Размещение землетрясений малой магнитуды в Баренцево-Карском регионе (NORSAR)
По нашему мнению, совпадающему с предположениями ряда других специалистов, многие слабые землетрясения на шельфе Арктики могут быть обусловлены подводными выхлопами газа, разрушающими целостность донных отложений, следствием чего является образование покмарок (округлых углублений в рельефе дна) [8, 4, 9 и др.]. Выхлопы газа происходят в результате прорыва донных отложений газом из неглубоких скоплений, образованных за счет его подтока из глубины (в том числе из месторождений УВ) или за счет разложения залежей газогидрата при изменении термобарических условий в придонных отложениях. Диаметры покмарок достигают нескольких десятков и даже сотен метров, а глубины - до нескольких десятков метров. Очевидно, что образование покмарки может привести к серьезным повреждениям нефтегазовых промыслов и подводных трубопроводов.
Известны случаи обнаружения затонувших судов, лежащих на дне покмарок. В частности BGS (Британская геологическая служба) обнаружила в Северном море на площади South Fladen в одной из крупных покмарок, названной Witch's Hole (Отверстие ведьмы), затонувший траулер начала ХХ века. Одним из основных объяснений гибели судна является то, что оно затонуло в результате газирования воды (изменения ее плотности) при дегазации или разовом выходе (выхлопе) газа из покмарки. Возможно и противоположное объяснение - выхлоп газа и образование покмарки произошли под действием удара тонущего судна о дно. По теории вероятностей оказаться свидетелем крупного природного выхлопа газа - большая редкость и удача, если событие не завершится трагедией, как это было с японским исследовательским судном Kaiyo-Maru №5 (Hydrographic Department of the Japanese Maritime Safety Agency), затонувшем при выбросе газа из подводного вулкана в 1953 г. (погиб весь экипаж - 31 человек).