CC BY
20
УДК 929
А.В. Ступакова1
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ГЕОЛОГИИ И ГЕОХИМИИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ
В настоящее время на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова к приоритетным направлениям относятся поиск крупных и уникальных месторождений нефти и газа в слабоизученных регионах и перспективных объектов в разведанных районах, освоение трудноизвлекае-мых ресурсов УВ, решение геологических задач на месторождениях с целью повышения КИН, подготовка высококвалифицированных кадров.
Ключевые слова: кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых, поиск крупных месторождений, трудноизвлекаемые ресурсы, повышение КИН.
Currently at the Petroleum Geology Department of Moscow State University the key subjects of evaluation are exploration of large and unique oil and gas fields in poorly studied and new regions and prospective areas in the well studied areas; development of unconventional resources; the enhance oil recovery; training of highly qualified specialists.
Key words: Petroleum Geology department, search large deposits, unconventional resources, increase oil recovery.
Потребление энергоносителей в мире непрерывно растет, что требует пополнения использованных углеводородов новыми разведанными запасами. Это может быть реализовано лишь при увеличении объема и качества поисковых и разведочных работ, появления новых идей и использования новых технологий. Россия по потенциалу ресурсов и запасов минерального сырья входит в группу стран-лидеров наряду со странами Ближнего Востока. По усредненной оценке в недрах нашей страны содержится более 11% ресурсов нефти и около 40% газа от общемировых запасов. Располагая такими ресурсами, Россия является крупным экспортером энергетического сырья, что обеспечивает устойчивость российской экономики.
Геологический факультет, определяя программу подготовки кадров и фундаментальных научных исследований, учитывает потребности государства и отдельных регионов в тех или иных видах полезных ископаемых. Восполнение ресурсов нефти и газа в настоящее время — стратегическая задача, ее решение невозможно без фундаментального научного подхода к проблемам происхождения, формирования и поисков крупных и уникальных месторождений нефти и газа, а также освоения нетрадиционных источников сырья. Кроме того, необходимы кадры, обладающие опытом, накопленным в геологической отрасли, и способные разработать новые технологии для модернизации процессов прогнозирования и освоения горючих полезных ископаемых
В настоящее время к приоритетным направлениям поисково-разведочных работ следует относить:
1) поиск крупных и уникальных месторождений нефти и газа в новых слабоизученных бурением регионах;
2) поиск новых перспективных объектов в разведанных нефтегазоносных районах;
3) освоение трудноизвлекаемых ресурсов углеводородов, к которым в первую очередь относятся плотные коллекторы, высокоуглеродистые формации, высоковязкие нефти и битумы;
4) решение разнообразных геологических задач на открытых месторождениях с целью повышения коэффициента нефтеотдачи пласта;
5) подготовка кадров для нефтегазовой отрасли, способных активно использовать накопленный опыт для решения современных задач при поисково-разведочных работах по увеличению энергетических ресурсов страны.
Каждое из этих направлений требует особого подхода, собственных методов и должно реализо-вываться на практике.
Поиск крупных и уникальных месторождений нефти и газа в новых слабоизученных регионах. Крупные и уникальные месторождения открываются, как правило, первыми при поисково-разведочных работах в новых нефтегазоносных бассейнах. Объем и качество углеводородов напрямую зависят от структуры осадочного бассейна и истории его геологического развития. Газовые и нефтяные месторождения группируются в различных структурно-тектонических зонах. Крупные и уникальные газовые месторождения, как правило, открываются на участках бассейна, которые испытывали длительное погружение, компенсирован-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых, профессор; e-mail: [email protected]
ное большим количеством осадочного материала. Такие условия характерны для определенных тектонических элементов — крупных впадин, авлакогенов, сверхглубоких депрессий. Нефтяные скопления, напротив, часто приурочены к тектоническим выступам и сводовым поднятиям древнего заложения, которые на протяжении длительного геологического времени оставались относительно приподнятыми.
При поиске крупных скоплений углеводородов (УВ) в новых регионах важную проблему составляет прогноз фазового состояния углеводородов. Особенно остро эта проблема стоит при поисково-разведочных работах на континентальном шельфе Российской Арктики. Ответить на вопрос: что мы ищем — нефть или газ и где ищем, можно только если рассматривать Арктику как единое целое и использовать комплекс структурно-генетических методов моделирования глубинной части бассейна. Тектоническое строение бассейна — основа прогнозирования закономерностей распределения УВ разного состава.
Прогноз качества и типа УВ должен решаться комплексно, совместно с созданием концепции о типе бассейна, его осадочном наполнении и истории его развития. Закономерности распределения УВ в пределах отдельных структур могут быть выявлены только при региональном широком подходе к изучению бассейна, его геотектонического положения. Бассейны на континентальном шельфе необходимо рассматривать как единое целое с прилегающими бассейнами суши на протяжении длительной истории геологического развития.
На геологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова активно ведутся научно-исследовательские работы, направленные на поиск крупных и уникальных месторождений в новых регионах страны, в том числе на арктическом шельфе России. Все эти работы базируются на накопленном опыте и использовании новых технологий по ведению поисково-разведочных работ на нефть и газ.
В России восполнение традиционных запасов углеводородов за счет месторождений суши начинает сокращаться. Компенсирование накопленной добычи разведанными ресурсами вскоре будет возможно за счет вовлечения новых перспективных нефтегазоносных бассейнов в поисково-разведочные работы. Большинство этих бассейнов приурочено к акваториям Российской Арктики и Дальнего Востока. Наиболее перспективной и трудоемкой акваторией, требующей специальной подготовки, является Арктическая акватория. Поэтому одна из основных программ геологического факультета включает изучение строения, разработку основных направлений поисков месторождений полезных ископаемых в бассейнах Арктики и подготовку кадров для освоения этих месторождений.
Трехмерное моделирование нефтегазоносных бассейнов Арктики на базе комплексного высокоточного компьютерного анализа геологической информации по силам специалистам геологического факультета МГУ и представляет собой крайне важную задачу поисково-разведочных работ на нефть и газ. Наиболее актуально в настоящее время применение современных компьютерных технологий для расчета местоположения и структуры уникальных и крупных доказанных и возможных скоплений УВ в бассейнах арктического шельфа и Дальнего Востока.
Поиск новых перспективных объектов в разведанных нефтегазоносных районах. В силу больших экономических затрат при поисково-разведочных работах на шельфе основной объем поискового бурения сосредоточен на суше в регионах с доказанной нефтегазоносностью. Поиск новых залежей в старых нефтегазоносных бассейнах имеет большое значение для поддержания уровня добычи нефти и газа в этих регионах и всей инфраструктуры, связанной с нефтегазодобывающей отраслью. В настоящее время поиск таких объектов ведется в традиционных нефтегазодобывающих регионах России, таких, как Западная Сибирь, Поволжье, Северный Кавказ, Тимано-Печорский бассейн, Восточная Сибирь и Дальний Восток.
Освоение этих регионов, ставших традиционными нефтегазоносными бассейнами, начиналось с открытия крупных месторождений. В настоящее время основная добыча сосредоточена в Западной Сибири, где месторождения нефти и газа начали разрабатывать с 1964 г., в 1965 г. открыто уникальное по запасам нефтяное месторождение Самотлор. До открытия месторождений в Западной Сибири первое место в России по добыче нефти занимало Поволжье, где промышленная добыча нефти началась с 20-х гг. прошлого века, а уникальное нефтяное месторождение Ромашкинское открыто в 1948 г. С того времени на территории Волго-Уральской провинции открыто более 1000 месторождений и добыто свыше 6 млрд т нефти. Старейший и наиболее разведанный нефтегазоносный регион России — Северный Кавказ, где промышленная добыча нефти началась более 150 лет назад. Основные месторождения Северного Кавказа находятся на поздней стадии разработки, сильно выработаны и обводнены.
Активно ведется промышленная разработка и в Тимано-Печорском бассейне, где она целенаправленно началась после открытия в 1930 г. Чибьюского нефтяного месторождения, расположенного в Республике Коми. В настоящее время поисково-разведочные работы все больше смещаются на север в Ямало-Ненецкий автономный округ и в прилегающую акваторию Баренцева моря. Недостаточно разведанными остаются районы Восточной Сибири и Дальнего Востока. Несмотря на то что крупное Верхнечонское неф-
тяное месторождение в Восточной Сибири было открыто в 1978 г., а на Сахалине нефть добывается с 20-х гг. прошлого века, активные поисково-разведочные работы начались лишь недавно. В результате активизации поисково-разведочных работ на Сахалине и прилегающей акватории Охотского моря были открыты крупные месторождения на шельфе Сахалина, в этом регионе возобновлена нефтегазодобывающая отрасль.
На суше Дальнего Востока, а также в Якутии остаются слаборазведанные территории, которые также нуждаются в возобновлении поисково-разведочных работ на нефть и газ. Это мезозойско-кайнозойские осадочные бассейны Восточной Арктики, где мощность осадочного чехла превышает 7—10 км. К одной из таких территорий относится перспективный бассейн Момо-Зырянской впадины, расположенный в центральной части Восточной Якутии и Приохотья. Разрезы, описанные в этом районе, могут служить прототипами мезозойской части разрезов в акваториальной части Восточной Арктикти, а также в северной части шельфа Охотского моря. Это предположение позволяет прогнозировать состав глубоких горизонтов осадочного чехла в акваториях моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря.
Во всех регионах, как хорошо изученных и освоенных, так и менее изученных, следует продолжать поисково-разведочные работы. В районах, где ведется активная разработка уже существующих месторождений, следует обращать внимание на неструктурные ловушки, зоны развития плотных пород, нефтегазоносность которых доказана, но раннее считалась экономически нерентабельной. Кроме того, там могут существовать горизонты и площади, перспективы которых не выявлены из-за неопределенностей в понимании их геологического строения.
Так, например, геологическое строение и перспективы нефтегазоносности палеозойского комплекса Западной Сибири до сих пор остаются не до конца выясненными и недооцененными, несмотря на ряд крупных работ и открытие залежей углеводородов в палеозойских отложениях. Это связано как со сосредоточением всех поисково-разведочных работ на мезозойском нефтегазоносном комплексе в силу его высокого потенциала, так и со существующей моделью тектонического развития всего региона, которая рассматривает палеозойский комплекс как складчатое основание или фундамент. Согласно осадочно-миграционной теории образования углеводородов фундамент бассейна не является источником углеводородов, а следовательно, его нельзя рассматривать в качестве самостоятельного нефтегазоносного комплекса, обладающего собственными нефтегазоматерин-скими толщами и резервуарами. Однако открытие залежей углеводородов в «фундаменте» Западной Сибири указывает на несоответствия в существу-
ющих на сегодняшний день теориях и моделях. Сторонники неорганического происхождения углеводородов стремятся доказать глубинное происхождение углеводородов, сторонники же органического происхождения углеводородов ищут пути миграции углеводородов из нефтегазомате-ринских толщ юрского комплекса в прилегающие поднятия «фундамента», вероятно, истина кроется посередине.
В первую очередь, на наш взгляд, несовершенна тектоническая модель строения ЗападноСибирского региона, которая подразумевает образование Западно-Сибирского мезозойского осадочного бассейна на коре океанического или субокеанического типа с последующей коллизией и повсеместной метаморфизацией осадочных толщ палеозойского возраста. По этой модели практически весь палеозойский комплекс должен быть смят в складки и метаморфизован, а все потенциальные нефтегазоматеринские толщи исчерпать свой потенциал еще до образования последующего покровного мезозойского комплекса. Многолетние исследования палеозойских пород и более сотни скоплений углеводородов, выявленных в них, показывают, что метаморфизация пород происходила крайне неоднородно. Глубинные сейсмические разрезы фиксируют крупные палеозойские прогибы под осадочным чехлом мезозойских пород. Эти палеозойские прогибы могли представлять собой самостоятельные бассейны осадконакопления с собственным нефтегазогенерационным потенциалом, который мог быть разрушен не полностью, а сформировавшиеся в палеозойское время залежи впоследствии переформированы.
Освоение трудноизвлекаемых ресурсов углеводородов. В настоящее время разведанные запасы нефти из традиционных резервуаров России сокращаются, что приводит к неуклонному падению добычи нефти. Один из возможных источников поддержания добычи на современном уровне — вовлечение в разработку трудноизвлекаемой нефти, к которой относятся высоковязкие нефти, нефти «сланцевых формаций», угольный метан и другие виды УВ, освоение которых отличается от традиционных и требует дополнительных затрат. Особую роль среди трудноизвлекаемых ресурсов углеводородов играют сланцевые высокоуглеродистые толщи баженовской свиты в Ханты-Мансийском округе Западной Сибири, доманиковые отложения в Волго-Уральской провинции и майкопские отложения в Предкавказье. До сих пор эти отложения рассматривали только лишь как источник, поставляющий УВ в традиционный коллектор, карбонатный или песчаный, из которого можно их извлекать отработанными традиционными методами. Истощение запасов в традиционных резервуарах заставляет задуматься о возможности прямого извлечения углеводородов из той толщи, в которой они формируются и из
которой они трудно извлекаются. Как правило, эта толща имеет сложное строение, представлена частым чередованием пород разного минерального состава и содержит выдержанные интервалы разреза с высоким содержанием УВ как в свободном состоянии, так и в матрице породы.
Сложное строение сланцевой толщи и разные формы нахождения в ней углеводородов в свободном и связанном состоянии требуют новых подходов к оценке объема нефти и газа в ее составе. Возможность прогнозировать геологические ресурсы углеводородов в сланцевых толщах основана на детальном геологическом анализе объема их генерации и всех параметров, удерживающих эти углеводороды в материнской породе. На сегодняшний день перед наукой и промышленностью стоит задача извлечения тех УВ, которые сланцевая порода сгенерировала, но не смогла отдать в традиционный коллектор. Для этого необходимо познать геологические процессы образования, сохранения и выхода углеводородов, а также создать технологии извлечения их из мест максимальной концентрации. Программа освоения угольного газа также имеет большое значение, ОАО «Газпром» предпринимал попытку ее реализации на примере угольного метана Кузбасса, однако из-за слабой научно-технической проработки желаемые результаты не были достигнуты. Для решения ряда проблем, среди которых подготовка запасов и добыча метана из угольных месторождений, необходимы комплексные экспериментально-научные исследования на базе детального анализа геологического строения месторождений угля и попутного метана. Кроме того, анализ ресурсов угольного метана позволит расширить область поисково-разведочных работ на сланцевый газ. Освоение нетрадиционных источников сырья требует фундаментальных знаний об их строении и формировании. Необходимы высокоточные аналитические исследования с применением высоких компьютерных технологий для воспроизведения геологических процессов, обусловливающих образование УВ. Создание двумерных и трехмерных изображений геологической среды, в которой формируются плотные коллекторы, высоковязкие нефти, газогидраты и другие виды нетрадиционных источников УВ, необходимо для выработки новых технологий их разработки. Такие работы уже ведутся специалистами геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на стандартных приборах и вычислительных машинах. Применение современных компьютерных технологий позволит, с одной стороны, ускорить расчеты, а с другой — сделает их более точными.
Решение геологических задач на открытых месторождениях с целью повышения коэффициента нефтеотдачи пласта. Эффективность извлечения нефти из нефтеносных пластов современными промышленными методами разработки во всех
нефтедобывающих странах на сегодняшний день считается неудовлетворительной. Средняя конечная нефтеотдача пластов в мире составляет от 25 до 40%. Остаточные или неизвлекаемые промыш-ленно освоенными методами разработки запасы нефти достигают в среднем 55—75% от первоначальных геологических запасов нефти в недрах. Разрабатываются новые технологии нефтедобычи, применение которых невозможно без детального изучения строения пласта и модели залежи. Моделирование залежи помогает прогнозировать флюидодинамические процессы и их изменение во времени в зависимости от используемых технологий по интенсификации работы нефтенасыщенной части пласта. Для этого необходимы интерпретация сейсмического и скважинного материала и построение 3D- и 4D-моделей строения залежи, построение цифровой модели пласта, визуализация строения залежи и миграции флюидов в пласте. Специалисты геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова проводили детальные исследования по изменению упруго-прочностных свойств в разрезах отдельных скважин, по воздействию на отдельные компоненты пород и показали степень увеличения фильтрационно-емкостных свойств естественных коллекторов за счет этого воздействия.
Подготовка кадров. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова наряду с решением научных проблем выполняет свою главную роль — готовит кадры, способные решить задачи науки и производства. Подготовку кадров, готовых участвовать как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях, кафедра проводит совместно с ведущими производственными институтами и компаниями, вовлекая студентов в решение производственных задач во многих регионах страны и мира. Научно-производственный опыт, полученный от реализации готовых проектов, совместных российских и международных программ, помогает готовить современные кадры, развивать и обучать молодых специалистов в соответствии с требованиями геологической отрасли и потребностями страны в природных ресурсах.
Большую роль при подготовки кадров играют учебно-производственные практики, организованные по нефтегазовой и угольной тематике. Начиная с первых учебных практик в Крыму до специализированных практик студенты знакомятся со специальностью «геология и геохимия горючих ископаемых». Такие практики по ознакомлению с процессом бурения и добычи углеводородов уже многие годы проводятся в Чехии, на юге России, а также в рамках программы «Плавучий университет» во многих регионах России и за ее пределами.
Среди морских практик наиболее популярной и всеобъемлющей стала научно-образовательная программа «Плавучий университет: обучение
через исследования». Это долгосрочная многокомпонентная международная образовательная программа, инициированная Московским государственным университетом имени М.В. Ломоносова, работающая уже более 22 лет и снискавшая широкое признание как результатами в области образования, так и научными успехами. Ежегодный цикл «Плавучего университета» состоит из ряда последовательных этапов — от углубленной подготовки студентов к экспедиционным исследованиям до публикации результатов в научных изданиях или разработки рекомендаций для практической деятельности. Программа направлена на углубленное образование и раннее формирование у студентов навыков практической исследовательской работы.
Учебная практика в Чехии проводится на базе Карлова Университета (Прага) при поддержке кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Основные задачаи практики — изучение разрезов, а также детальные исследования собранных коллекций образцов горных пород в лабораториях кафедры с целью получения практических навыков исследования потенциально нефтегазоматеринских отложений.
Традиция проведения обменной практики для студентов-геологов МГУ и Карлова Университета была заложена еще в 70-х гг. прошлого века. Многие преподаватели кафедры принимали участие в этих практиках в Чехии и на территории нашей страны, особый вклад в восстановление такого сотрудничества после перерыва внесла профессор О.К. Баженова. Обменная учебная практика возобновилась в 1997 г., когда преподаватели природоведческого факультета Карлова Университета Ярослав Марек и Мартин Коштяк проявили инициативу и приехали на полигон в Крым с группой студентов. Эту инициативу подхватили профессор нашей кафедры О.К. Баженова, доцент Е.В. Соболева и профессор кафедры палеонтологии И.С. Барсков — вот уже почти 20 лет лучшие студенты геологического факультета посещают Чехию и изучают геологию, а также посещают культурные и исторические объекты Западной Европы.
Геологическая обменная практика в Чехии — одна из форм обучения и знакомства студентов
2—3-го курсов кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых с геологическими разрезами, в основном нижнепалеозойских отложений, в окрестностях Праги и в южной части Чехии. На практике студенты изучают породы разного состава и генезиса, разной степени преобразо-ванности — от пластов, вмещающих неогеновые бурые угли, до нижнепалеозойских, в которых содержится графит, и метаморфизованных протерозойских. Геология Чехии хорошо изучена; кроме того, многие разрезы палеозоя являются стратотипическими (стратотипы границ между силурийской и девонской системами в природных заповедниках Праги и в ее окрестностях), оборудованы для проведения геологических экскурсий; в пределах самой Праги можно описывать разрезы и даже отбирать образцы пород от протерозойского до четвертичного возраста. Геологические маршруты пересекают старинные города, где студенты знакомятся со средневековой архитектурой, памятниками культуры.
На севере Чехии около границы с Германией студенты изучают угленосную толщу палеоген-неогенового возраста, приуроченную к риф-тообразному прогибу. Интерес представляют не только бурые угли (рабочий пласт мощностью до 35 м) Северо-Чешского бассейна, но и вулканогенный комплекс, а также дельтовые отложения перекрывающей толщи. Рядом с карьером, где ведется разработка угля, расположен древний вулкан Божен, который является природным парком. Во время экскурсии, которую проводит геолог Карел Мах, группа поднимается на верхнее плато вулкана, осматривает территорию, узнает историю формирования фонолитов.
Во время прохождения практики студенты изучают не только геологические природные объекты, но и посещают геологические и минералогические музеи, знакомятся со способами добычи полезных ископаемых, посещают действующие и закрытые шахты, карьеры.
Широкий диапазон геологического разреза объектов, которые студенты изучают во время этой практики, позволяет им применять полученные знания на практике и готовить материалы для курсовых работ, а также для написания статей, тезисов докладов на различных конференциях.
Поступила в редакцию 23.03.2015
