Доктор геолого-минералогических наук Г. А. Габриэлянц
В мире открыто более 35 000 месторождений нефти и газа. Есть гигантские по площади и уникальные по запасам, есть и скромные. Есть месторождения со сложным флюидальным составом, когда вместе с углеводородами газовые залежи содержат значительные примеси сероводорода, углекислоты, азота, инертных газов… Особый интерес для промышленности сегодня представляют газоконденсатные месторождения. Конденсат — тоже смесь углеводородов; в недрах она растворена в легких углеводородах природного газа. Но при извлечении на поверхность именно эта фракция переходит в жидкую фазу и может быть использована как аналог бензина или добавка к нему.
Наш рассказ — о месторождении, которое одновременно содержит значительные запасы и углеводородного газа, и конденсата, и сероводорода, и некоторых других полезных компонентов. Оно находится (и уже готовится к разработке) не где-то в таежных дебрях или в заполярных тундрах, а в европейской части страны, в обжитом районе — всего лишь в 80 километрах от Астрахани.
С этим месторождением связаны большие надежды, недаром меры по созданию Прикаспийского нефтегазового комплекса в прошлом году (см. «Правду» от 23 августа 1985 г.) стали предметом обсуждения на заседании Политбюро ЦК КПСС.
Портрет залежи
Естествен вопрос: почему Астраханское месторождение не было открыто раньше. Ведь о многочисленных нефте- и газопроявлениях на большой территории к северу от Каспийского моря (в районах Эмбы, Доссора и Маката) известно давно. Еще в XVII веке здесь, как и на территории Азербайджана, нефть черпали из ям и колодцев. Использовали ее в качестве топлива, смазки и даже как лекарство… Потом пришло время Баку, Эмбы и Грозного. Приволжский — саратовский газ пошел по нитке трубопровода в Москву в трудные военные годы. Бурили скважины и в Астраханской области. Кое-что находили, но так, по мелочи. Астраханское же месторождение было до поры до времени недоступно. Чтобы объяснить, почему это произошло, расскажем тем, кто этого не знает, как выглядит залежь. Сами ничего придумывать не будем — обратимся к авторитетам. Д. И. Менделеев:
«Представим себе слой песчаника, подобный губке, напитанной нефтью, вообразим, что такая губка окружена непроницаемыми стенками, и представим себе затем, что в этом замкнутом пространстве имеются возвышения и углубления… Газ должен скопляться в верхних частях такого возвышения, а нефть — в нижних».
Очень краткое описание, но точное и емкое: отмечены необходимость пористых пород — коллекторов и второе обязательное условие — наличие непроницаемых стенок из глинистых или соленосных толщ. Геологи называют эти стенки покрышками. Наконец, «возвышения»: их геологи называют антиклинальными структурами. Это и есть главные ловушки для нефти и газа. Они залегают на разной глубине.
Изучить нефтегазовые резервуары на больших глубинах под тысячеметровой толщей пород позволяют современные геофизические методы, разведочная геофизика. Классический девиз геологов «Mente et malleo» — «умом и молотком» устарел. Сегодняшний девиз: «Геофизикой, бурением и — умом». А коллективный ум геологов вывел, в частности, такое заключение:
- огромная территория — от Саратова и Оренбурга на севере до Астрахани и Гурьева на юге, от Урала на востоке до Волги на западе — это единая нефтегазоносная провинция;
- известный с начала века нефтеносный Эмбенский район — лишь малая частица этой провинции;
- нужно бурить на большие глубины, под мощные соленосные покрышки широко распространенные по всей этой территории;
- именно здесь на больших глубинах под слоями древних солей нужно искать и можно найти скопления нефти и газа.
Еще несколько слов о геофизике и ее роли в сложном научно-производственном процессе поиска месторождений.
Геофизика изучает различные физические поля, естественным образом связанные с горными породами либо искусственно возбуждаемые в земных недрах исследователями и поисковиками. Аномальное поведение этих полей связано с различными геологическими объектами, в том числе нефтяными и газовыми месторождениями.
Мысленный разрез земной коры (ее верхней ча».ти) можно сравнить со старой, деформированной, со слипшимися страницами книгой. В сущности, задача геофизика — найти страницу этой книги с нужной иллюстрацией и получить необходимые сведения о содержащейся там информации, не открывая фолиант. Задача сложнейшая, но разрешимая.
Геофизические работы и глубокое бурение, нацеленные на поиск скоплений нефти и газа в подсолевых отложениях Прикаспийской нефтегазоносной провинции, начались в шестидесятых годах. В результате этих работ и было открыто, а затем и оконтурено знаменитое ныне Астраханское месторождение.
Открытие
Первые геофизические работы, проведенные в 1968—1973 гг. на юге Прикаспийской нефтегазоносной провинции, позволили выявить в подсолевых ртпо- жениях возможные ловушки нефти и газа. Однако, несмотря на их многообещающие названия — Долгожданная, Пионерская и другие, нефти и газа в скважинах, пробуренных на этих площадях, не оказалось.
Первые неудачи, конечно же, огорчили, но поиски продолжались. Еще до выявления ловушек геофизическими (гравиметрическими) методами был открыт крупный Астраханский свод. Геологи-оптимисты настаивали на бурении скважин, направленных в наиболее приподнятую часть свода. Те, кто поосторожнее, советовали не спешить с бурением. Используя сейсморазведочные методы, геофизики в 1975 г. построили карту подсолевых отложений Астраханского свода и только после этого прибегли к дорогостоящему, но неизбежному процессу бурения. В августе 1976 г. из скважины № 5 Астраханской был получен первый промышленный фонтан. Да какой! В сутки скважина дает 400 тысяч кубометров уникального по составу газа. На малогабаритной сепарационной установке из каждого кубометра этого газа извлекли по 220 см легкой нефти.
Открытие! И не просто открытие нового месторождения — открытие нового этажа нефтегазоносности. А это означало, что в старейшей нефтегазоносной провинции могут быть обнаружены и другие новые месторождения.
Они не заставили себя ждать: 1978 г.— Жанажольское, 1979 г.— Тенгизское, Кенкиякское и Карача анакское… Все вместе они образуют то, что теперь называется Прикаспийской нефтегазоносной провинцией.
Какое оно — Астраханское месторождение
Для того чтобы нагляднее представить его, предлагаю мысленно спуститься на глубину 4000 метров. Мы окажемся в мощной толще известняков, которые 350—400 млн. лет тому назад откладывались в относительно спокойной, теплой, воде неглубокого древнего моря.
Разглядев эти твердые породы под лупой, мы увидели бы, что в них имеются насыщенные газом мелкие поры. Есть еще мелкие трещины и каверны, но они, к сожалению, не оказывают существенного влияния на емкостные и фильтрационные свойства породы.
Опустимся еще на несколько сот метров ниже кровли известняков и увидим, что в порах вместо газа — соленая вода. Она ровным слоем подстилает всю залежь.
А что сверху, над газом? Почему он остается в недрах, не рвется вверх? Оказывается, над пористыми известняками древнее море, интенсивно испаряясь, образовало мощные соленосные отложения. Каменная соль сделала эту породу фактически газонепроницаемой. Правда, похоже на менделеевское описание нефтегазовой залежи? Классика!
Классика, да не совсем. Не знали во времена оны таких сложных скоплений и ловушек. Центральная часть этой ловушки похожа на неровное плато с выступами и углублениями до 50 метров… К периферии эта «линза» несколько сужается, как и подобает линзе, но ненамного, угол падения всего 4—5°.
Такие, с уплощенными сводами, ловушки для нефти и газа геологи называют сундучными. Этот «сундук» — с кладом: многие миллиарды кубов газа, по составу такого, какой раньше нигде не встречался:
метана (в объемных процентах) — 53, сероводорода — 24, двуокиси углерода — 18, этана — 2,25, пропана — 0,88, бутанов — 0,57, азота — 0,5. В микроколичествах есть гелий и другие инертные газы, есть и органические соединения серы — меркаптаны. А еще в каждом кубометре этого газа растворено от 200 до 400 граммов-конденсата плотностью 0,81 г/см3. Конденсат содержит: ароматических углеводородов — 36, 4 %, нафтеновых — 22 4 %, парафиновых — 41,2 %; ценнейший комплекс химического, сырья. Как, впрочем, и сам газ.
Заканчивая путешествие, сделаем физические замеры. Ого! Средняя температура в залежи составляет 106,6 °С, а давление — 603 атм. Хорошо, что мы путешествовали по залежи лишь мысленно…
А над ней невозмутимо текут Волга с Ахтубой, расстилаются вокруг барханы, колышутся степные ковыли. Умница-природа надежно изолировала месторождение от нерестилищ волжской рыбы, от бахчей и пастбищ. И мы должны следовать этой мудрости.
Здесь жестко определены границы охранной зоны. Туда, где может возникнуть опасность малейшего загрязнения волжской воды, геологов и газовиков близко не подпускают. Астраханский комплекс требует комплексного подхода, при котором природоохранные действия не могут отставать от чисто производственных. Об этом чуть позже, а здесь необходимо сказать еще об одном.
Кому-то нижневолжская степь может показаться малопривлекательной, нам же, геологам, она представляется благодатнейшим по природным условиям местом. Не заполярная Сибирь с морозами и болотами, не Каракумы с многометровыми барханами и сорокаградусной жарой в тени. Здесь сравнительно мягкий климат, есть железная дорога со станциями Аксарай и Досанг, есть автодороги, развита гидрологическая сеть с речными портами, близко славный город Астрахань с мощным грузовым портом…
Так какое же оно, Астраханское месторождение?
Этот вопрос я, сам геолог, задавал многим геологам. Слышал немало восторженных отзывов, но лучше всех, как мне кажется, ответил один из первооткрывателей месторождения, Николай Владимирович Мизинов. Растягивая по-московски звук «а», он сказал коротко и нежно: «Кра-а-асивое месторождение»… А главный геолог Нижне- волжского производственного геологического объединения Герман Николаевич Иванов, услыхав этот отзыв, добавил: «Красивое, но трудное месторождение. Пока его разведаешь, не один волос поседеет… Я и прежде видал большие фонтаны, но когда впервые забил миллионный фонтан газа на скважине № 8, когда почувствовал, как трясется земля, качаются вагончики, когда услышал, как дребезжат в них стекла… Если знаешь, что газ сероводородный, смотришь на эту красоту по-другому. Понимаешь, как строго надо подходить к вызову этих фонтанов. Сероводород — это не только сера и прочее там химическое сырье. Он и опасность для всего живого. И дело не только в сероводороде. Месторождение очень сложное. Разведать и освоить его можно только путем создания новых технологических и методических приемов»…
Он выделил голосом слово «методических». Новые методы, новые подходы.
Разведка месторождения
Ни одно месторождение освоить не просто. Нужно понять его специфику, его нрав. А для этого надо пробурить десятки скважин — в данном случае на четырехкилометровую глубину. Да вспомните приведенные выше характеристики: температуру, давление, состав… И тогда вы поймете: в астраханских недрах сидит «джинн», подобного которому не мог придумать ни один сказочник. Потому первой и главной задачей разведчиков было создание безопасной и в то же время высокоэффективной технологии бурения и вскрытия пласта.
Бурение — сложный процесс. Он сродни работе с манипуляторами, скажем, на АЭС, но только в этом случае длина «манипулятора» — 4000 метров. Долото бурильщика должно опуститься на нужную глубину, пробиться сквозь породу, создать нужный вертикальный канал связи с продуктивным пластом… Бурильщик обязан постоянно следить за движением охлаждающего и закрепляющего стенки скважины раствора. И все время помнить про токсичные газы, про аномально высокое давление в пласте. Нужен высокий класс работы! Но рассчитывать только на класс рискованно, класс должны страховать и обеспечивать выверенные технологические методы. Это трудно, когда всё — впервые. Но сделано это было без единого аварийного фонтана, без единого случая отравления.
Другая, и тоже главная задача разведчиков на официальном языке формулируется так: создать оптимальную систему пространственного размещения минимального числа скважин с целью получения геологической информации, необходимой для достоверного подсчета запасов и подготовки исследуемой залежи к разработке. Что за этим стоит?
Бурение пустых, непродуктивных скважин обходится стране, нам с вами, крайне дорого. Эффективная и ускоренная разведка, а затем и эксплуатация крупного месторождения дает многомиллионную прибыль. Процесс поисков и разведки нефти и газа, по образному выражению американского ученого Дж. У. Харбуха, это «самая крупная на земле рискованная игра».
Минимальная ставка в этой игре — цена одной лишь скважины в конкретных условиях Астраханского месторождения — несколько миллионов рублей. Если использовать общепринятые методы, «закладывать» равномерно скважины через 3—5 км, то для разведки этого месторождения потребуется около 100 скважин. Время разведки в этом случае может растянуться.
Для изучения особенностей геологического строения и подсчета запасов Астраханского месторождения был применен новый подход. Министерство геологии СССР создало специальную научную группу из ведущих ученых отрасли. Вместе с геологами-производственниками она разработала комплекс действий (в бумагах это называют мероприятиями), позволяющий обойтись минимальным числом скважин и до середины будущего года завершить разведку основной части месторождения. Расстояния между скважинами больше обычного; результаты бурения дополнялись интерполяцией наземных геофизических исследований. Автоматизированная обработка материалов с построением карт на ЭВМ — само собой.
Результат: из 14 первых скважин, пробуренных по этой методике, не оказалась пустой ни одна. Пока прогнозы полностью оправдываются.
Эксплуатация
Разработка Астраханского месторождения связана с еще большими трудностями, чем разведка. Для извлечения газа из недр нужны уже не десятки, а сотни скважин. А сероводород — это не только яд практически для всего живого, но и коррозионно-агрессивный агент. Условия эксплуатации осложнены еще многими физическими и химическими факторами, в частности гидратообразованием и возможным отложением серы на стенки скважин.
Казалось бы, ну зачем все эти сложности газовикам, когда на севере Тюменской области есть еще запасы хорошего и сухого газа на глубине всего 1000 метров, есть каракумский газ, есть и другие месторождения?
Может, не стоило бы пока заниматься астраханским газом, будь он только сырьем энергетическим. Но газ Прикаспия — бесценное химическое сырье, основа создающейся в нашей стране новой — газохимической отрасли. Он носитель серы и сероорганических соединений, легкой нефти и ароматических углеводородов, источник этана, пропана, бутана и т. д. Ясно, что принципы и условия разработки здесь должны отличаться от эксплуатации чисто газовых месторождений. Это месторождение может и должно стать важным источником серы в масштабах страны. А еще в нем значительное количество очень ценной легкой нефти, которую должно извлечь из недр с максимальной полнотой.
Нельзя согласиться с теми, кто при эксплуатации Астраханского месторождения намеревается брать из недр лишь 30—40 % содержащихся там газа и конденсата. Это крайне мало. Рациональными для этого месторождения могут быть лишь такие методы добычи, которые наиболее полно использовали бы пластовое давление. Нужны будут и вторичные Воздействия на пласт.
Опытная эксплуатация Астраханского месторождения должна вот-вот начаться. Уже на этой стадии на газоперерабатывающем заводе будет получено много серы и легкой нефти, сотни тысяч тонн сжиженного газа.
Но рассматривать этот первый этап разработки месторождения следует не только как возможность скорейшего получения нужной продукции, а как этап отработки новых — комплексных по сути технологических решений. Для многих очевидно, что содержащееся в астраханском газе значительное количество С02 может быть средством интенсификации добычи и поддержания давления в пласте в будущем. Идея комплексных, безотходных по сути производств — единственно приемлемая при освоении и эксплуатации этого месторождения. И нельзя забывать, что окружающая среда здесь, как, впрочем, и везде, не абстрактное понятие. Это Волга и ее дельта…
Хозяйствовать по-новому, так, как предписал нам XXVII партийный съезд, развивать уникальную газохимическую базу близкого будущего интенсивно и комплексно — это задача уже сегодняшнего дня. Недаром же Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года предусматривается: «Начать промышленную эксплуатацию месторождений Прикаспийской низменности и создание на этой базе крупнотоннажного газохимического производства».
«Химия и жизнь», № 7, 1986 г.