Российские нефтяники и ученые приоткрыли секреты древних льдов Гыдана. Обзор
Москва. 12 августа. — Российские компании давно научились добывать углеводороды с больших глубин, извлекать их из сложных пластов. «Легкие» запасы нефти и газа Западной Сибири истощаются, добыча уходит все севернее, в Заполярье.
Исследования арктических грунтов, выполненные группой ученых по инициативе «Мессояханефтегаза», поменяли представления об истории формирования вечной мерзлоты Гыданского полуострова в ЯНАО. В последние годы в научном мире преобладала гипотеза, что полуостров в холодные эпохи четвертичного периода (современного этапа истории Земли, который начался 2,5 млн лет назад) находился под мощным ледяным щитом, но детальное исследование образцов мессояхского керна доказало: 300 тысяч лет назад современный Гыдан был дном моря. Результаты проведенных исследований дают основания для корректировки представлений о генезисе арктических территорий России.
Погружение в Гыдан
Восточно-Мессояхское месторождение расположено в южной части Гыданского полуострова Ямало-Ненецкого автономного округа. Этот край долгие десятилетия не осваивался из-за экстремальных природных условий и полного отсутствия инфраструктуры вблизи нефтеносных участков. Гыдан — территория сплошного распространения вечной мерзлоты. Добывать здесь нефть — значит прорабатывать все опции, связанные со строительством и бурением на «ледяных» грунтах чувствительной арктической тундры.
Информация о мерзлоте Гыдана базируется преимущественно на данных геологической съемки 70-х годов XX века. Они были получены при изучении береговых отложений рек и инженерных скважин глубиной всего 10-15 метров, поэтому о строении мерзлых толщ полуострова до недавнего времени фактически ничего не было известно. До начала разработки Мессояхской группы месторождений нефтяники вообще не имели опыта добычи на гыданской мерзлоте. Чтобы выбрать эффективный подход к освоению трудноизвлекаемых запасов территории, потребовалось полноценное научное исследование мерзлых толщ. Материалом для геологического анализа стал керн со стометровой глубины — вечная мерзлота в нетронутом состоянии.
Бурение и открытия
Две из пяти исследовательских скважин на Мессояхе были пробурены через вершину бугров пучения — холмистых участков гыданской тундры, где мерзлота под давлением выдавливает породу на поверхность. «И сразу попали «в десятку»: одна из скважин обнаружила ледяное ядро в основании бугра, вторая на глубине 70 метров вскрыла минерализованную линзу воды. Таким образом были получены данные о наличии в мерзлых толщах Гыдана горизонта с линзами рассолов, насыщенных газами. Что дала нам эта находка? В первую очередь, высокую прогнозируемость рисков, связанных с выходом газа при строительстве скважин. На основании полученных результатов были внесены изменения в регламент бурения по температурным параметрам бурового раствора и специальному оборудованию для глушения», — сказала кандидат геолого-минералогических наук, эксперт по геотехническому мониторингу «Мессояханефтегаза» Анна Курчатова.
Помимо данных прикладного характера ученые-геокриологи получили подтверждение теории об отсутствии покровного оледенения на южном Гыдане. Раньше, согласно ледниковой гипотезе, считалось, что в промежутке от 170 до 230 тысяч лет назад территория Гыданского полуострова находилась под мощным ледяным щитом, аналогичным гренландскому. Но современные исследования доказали — на месте Гыдана сначала было холодное море, подобное Карскому, а при его отступлении началось глубокое промерзание грунтов. Мерзлота полуострова совсем молодая по сравнению с историей Земли — ей всего около 300 тысяч лет. Определение возраста грунтов стало одним из фундаментальных научных выводов, сделанных исследователями Гыдана.
«Сопоставляя результаты исследования так называемых параметрических скважин, которые специально бурят для изучения геологического строения пластов и разрезов мерзлых толщ, можно уверенно говорить, что формирование гыданской мерзлоты в холодные климатические эпохи сопровождалось неотектоническими подвижками, обусловленными глобальными геологическими событиями и перестройкой недр. Это, в свою очередь, определило вертикальную миграцию углеводородов и способствовало формированию верхнего продуктивного «этажа» современных арктических месторождений», — резюмирует Курчатова.
Любая глубокая скважина с отбором ненарушенного мерзлого керна — редчайший объект исследований, а Мессояха дала ученым обширный набор артефактов из глубины веков. Осмыслением полученных сведений занимались представители Института нефтегазовой геологии и геофизики, Московского государственного университета, Тюменского научного центра Сибирского отделения РАН.
Для расшифровки информации ученые применили расширенный комплекс методов: как классических (по микрофауне и пыльце растений), так и новых, например, оптически стимулированной люминесценции — возраст отложений определяли по времени, когда минерал в последний раз находился на свету. Использовали ученые и метод реплик, позволяющий анализировать даже такие неустойчивые компоненты как лед, газовые включения и бактерии. В итоге исследователи составили подробную летопись надсеноманского комплекса отложений Гыдана. Такое детальное изучение недр полуострова выполнено впервые.
В 2023 году результаты исследования обсуждались отраслевыми экспертами в журналах и на конференциях. «Ледниковая теория образования холодных толщ Западной Сибири и Арктики уже более полувека противостоит маринной теории. Апологеты ледниковой версии периодически изменяют направление движения ледников, то они шли с Урала, то с Таймыра, то с акватории арктических морей. Но выполненные исследования подтверждают именно маринную теорию. Хотя и не ставят точку в геологической летописи российского Крайнего Севера. Геология тем и замечательна, что, постоянно расширяя наши представления о планете Земля, никогда не дает окончательного ответа на вопрос: «Как именно это было?» Необходимы новые факты и доказательства. Геологическое прошлое может быть таким же непредсказуемым, как история человечества», — говорит Курчатова.
Мессояха и мерзлота
Первоочередной задачей для нефтяников в организации научных изысканий было сокращение перечня возможных рисков при работе на вечной мерзлоте. Минерализованные линзы и ячейки газонасыщения, обнаруженные в результате работы с мерзлым керном Гыдана, позволили сделать выводы о высокой вероятности газопроявлений при бурении скважин. Изначально риски связывали исключительно с болотным газом, сейчас пришло понимание, что это результат вертикальной миграции газа из продуктивных горизонтов. Подземные льды и мерзлые толщи не являются непроницаемой средой. Вечная мерзлота дышит, в ней существуют каналы, по которым газ поднимается наверх.
Детальная характеристика мерзлых грунтов, их льдистость и распределение температуры по разрезу помогли выполнить прогнозные расчеты для минимизации риска растепления тундры вокруг ствола эксплуатационной скважины, говорит директор по вводу новых мощностей «Мессояханефтегаза» Сергей Овчинников.
«С той же целью мы обеспечиваем максимальную скорость бурения первой секции скважин с помощью инновационных цифровых и автоматизированных систем. На следующем этапе верхний интервал скважины перекрывается теплоизолирующими обсадными трубами — термокейсами. Конструкция с заполнением межтрубного пространства теплоизолирующим материалом — пенополиуретаном — обеспечивает удержание температуры внутри колонны в приустьевой зоне», — рассказывает он.
Для защиты мерзлых грунтов на Восточно-Мессояхском месторождении применяют и системы температурной стабилизации грунтов в основании всех ключевых объектов, включая нефтепровод, по которому нефть Мессояхи идет в магистраль Заполярье-Пурпе. По 100-километровой трассе напорного нефтепровода установлены более 5,5 тысяч термостабилизаторов — трубчатых систем, по которым циркулирует хладагент — жидкость, способная переходить в газ при низких температурах. Это охлаждает грунты, помогает предотвратить тепловое воздействие на тундру и избежать деформации конструкций.
«Мессояханефтегаз» (СП «Газпром нефти» (MOEX: SIBN) и «Роснефти» (MOEX: ROSN)) продолжает оценку получаемой на Гыданских участках геокриологической информации. Предприятие готово делиться своими выводами с другими компаниями, работающими в арктическом регионе. Данные наблюдений за вечной мерзлотой Восточно-Мессояхского месторождения включены в информационную базу «ГИС Ямал-Арктика» — новую региональную систему автоматизированного температурного мониторинга грунтов. С правительством ЯНАО компания заключила соглашение о создании прогнозной модели состояния мерзлых толщ Ямала, кроме того, по словам гендиректора «Мессояханефтегаза» Алексея Кана, специалисты Мессояхи участвовали в создании закона о многолетней (вечной) мерзлоте Ямало-Ненецкого автономного округа, принятого в конце 2023 года.