Проблема освоения Арктического шельфа с целью поисков углеводородного сырья стала актуальна во второй половине прошлого века. Бурение глубоких скважин осуществляется на всех стадиях геологоразведочных работ и занимает значимое место среди исследований. Материалы бурения (керновый материал, шлам, пробы нефти, газа, пластовых вод и другие данные) представляют большой интерес как на региональном этапе при прогнозировании нефтегазоносности и оценке зон нефтегазонакопления, так и на стадиях разведочных и поисковых работ.

Изученность Арктики бурением началась с исследования осадочных разрезов на островном обрамлении. В 1975 г. на архипелаге Шпицберген вблизи ныне заброшенного поселка Колсбей на южном берегу Ис-фьорда (о. Западный Шпицберген) заложена скважина Грумантская-1 (рис. 1).

Это первая советская глубокая скважина на о. Шпицберген, поэтому здесь было детально исследовано глубинное строение разреза. Наиболее полно проведено литолого-стратиграфическое расчленение разреза - до ярусов и даже свит. Выявлены основные закономерности осадконакопления. Проведена надежная корреляция с разрезами сопредельных районов. Составлена карта гидрогеологического районирования, определены гидрогеологические предпосылки нефтегазоносности. На основе комплексных исследований геохимических показателей, данных промысловой геофизики и физических свойств изучены коллекторские свойства пород по всему разрезу. Дана битуминологическая характеристика пород. На основе данных, полученных в результате бурения скважины, существенно дополнилась информация о перспективах нефтегазоносности центральной части Западно-Шпицбергенского прогиба.

Второй параметрической скважиной на архипелаге Шпицберген была Вассдаленская-2, заложенная в 1984 г. на северном берегу Ван-Мейен-фьорда, на левом берегу ручья Вассдален в 600 м от его устья. Однако в связи с аварией она не решила некоторые задачи, поэтому рядом была пробурена параметрическая скважина Вассдаленская-3. При испытании объектов в обсаженном стволе скважины Грумантской-1 был получен газ. Испытания в скважинах Вассдаленская-2 и -3 не проводились.

В 1977–1981 гг. было проведено бурение параметрических скважин, заданных по рекомендации ВНИИОкеангеология на островах архипелага Земля Франца-Иосифа (рис. 2): Земля Александры (скважина Нагурская-1, глубина 3204 м), Хейса (скважина Хейса-1, глубина 3344 м) и Греэм-Белл (скважина Северная-1, глубина 3523 м). Скважина Нагурская-1 вскрыла отложения триаса и карбона, а с глубины 1895 м были прослежены вендские отложения. Две другие скважины не вышли из отложений среднего триаса. При испытании объекты скважины Нагурской-1 оказались сухими; в скважине Хейса-1 получен газ; в скважине Северная-1 - вода с газом.

Наиболее активный этап буровых работ на о. Колгуев начался в 1980 г. с бурения параметрической скважины Песчаноозерская-3 (рис. 3). В результате работ изучен разрез до нижнего карбона включительно, подтверждены ранее проведенные сейсмические построения, нефтегазопроявлений не выявлено.

Всего в пределах о. Колгуев пробурено семь параметрических скважин. В результате работ на острове вскрыты кембрийские отложения, изучены литологические особенности пород, установлено изменение мощностей отложений по площади и разрезу, открыто два месторождения углеводородов.

Первая параметрическая скважина на арктических островах Карского моря Свердрупская-1, пробуренная в 1980 г., расположена на одноименном острове (рис. 4). Заложена она без геофизического обоснования на основании лишь высокой оценки, которая была дана перспективам нефтегазоносности южной части Карского шельфа. По проекту глубина параметрической скважины Свердрупская-1 должна составлять 3500 м, проектный горизонт - отложения верхней перми. В процессе бурения выяснилось, что мощность осадочного чехла значительно меньше проектной, и на глубине 1620 м были вскрыты метаморфические породы фундамента. В связи с этим скважина не достигла проектной глубины и была остановлена при забое 2336 м.

В 1985 г. на о. Белый, расположенном у северной оконечности полуострова Ямал, пробурена параметрическая скважина Белоостровская-1 (глубина 3500 м) (см. рис. 4). Главной задачей скважины Белоостровская-1 являлось выяснение геологического строения крупных геоструктурных элементов шельфа с целью оценки газонефтяного потенциала и определения перспективы поисков других полезных ископаемых. Поскольку скважина закладывалась сравнительно недалеко от изученных с помощью бурения поисково-разведочных площадей севера Западной Сибири, она отнесена к категории параметрических, а не опорных.

В результате бурения параметрических скважин на островном обрамлении западно-арктического шельфа было выполнено литолого-стратиграфическое расчленение разрезов. Выявлены сложности строения осадочного чехла. Достаточно полно описан вещественный состав отложений. Дана оценка перспективности нефтегазопоисковых работ. Несомненно, эти исследования внесли большой вклад в изучение геологического строения региона и выявление перспектив нефтегазоносности. Однако остро стояла необходимость морского бурения.

Морское бурение в условиях Арктики в России началось в 80-х годах прошлого столетия. В 1979 г. организовано новое предприятие «Арктикморнефтегазразведка» для выполнения работ по поиску, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на шельфе арктических морей России. С 1983 г. приступили к работе уникальные буровые суда, с 1985 г. в эксплуатацию введены первые самоподъемные и полупогружные буровые платформы. Создана береговая инфраструктура, обеспечивающая бесперебойное материально-техническое снабжение морских буровых платформ. В результате многолетней работы предприятием введено в бурение 28 структур, пробурено 57 скважин при глубинах моря от 10 до 340 м. Открыто 15 месторождений, из них 10 - открыто за счет средств госбюджета.

За счет средств госбюджета начиная с 1981 по 2001 г. включительно на шельфе арктических морей пробурено 43 скважины. Три скважины являются параметрическими, 32 скважины поисковые и 8 - разведочных. Во всех глубоких скважинах проводился комплекс работ, включающий: отбор керна и шлама; промыслово-геофизические исследования; при возможности - испытания в открытом стволе и в колонне.

Работы по комплексной обработке материалов бурения велись в лабораториях ряда производственных и научных организаций, в том числе и во ВНИИОкеангеология. В лабораториях института выполнялись стратиграфические, литолого-петрографические, петрофизические и геохимические исследования на образцах керна и шлама.

С прекращением прямого государственного финансирования морского бурения темпы этого вида работ снизились. А введение условия «конфиденциальности» (даже для бюджетных организаций, проводящих научные и научно-технические работы для государственных нужд) в отношении полученных результатов бурения сделало еще более значимыми фактический материал и аналитические данные, накопленные за период бурения за счет госбюджета. Данные геофизических скважинных исследований, результаты испытания, керн, шлам и материалы лабораторных исследований по-прежнему остаются важнейшим источником информации о строении коллекторов, покрышек и предполагаемых нефтематеринских пород. Новые технологии, появление современного лабораторного оборудования позволяют проводить дальнейшие исследования хранящихся образцов керна.

Начиная с 2015 г. специалисты ВНИИОкеангеология проводят работы по изучению минерального состава образцов керна с использованием режимов композиционного контраста в отраженных электронах (рис. 5–8), рентгеновского микроанализа (табл. 1–2) и сканирования на растровом электронном микроскопе. Аншлифы из образцов керна исследуются при различных увеличениях, позволяющих проанализировать не только обломочную составляющую, но и состав цемента, акцессорные минералы и вторичные изменения.

Кроме того, проводятся исследования методами электронной микроскопии коллекторских свойств образцов, при макроописании которых отмечается поглощение при нанесении капли воды. Для этого производится расчет доли порового пространства в аншлифах на базе полученных изображений в режиме BEI на электронном микроскопе JSM 6460 LV (рис. 9–10).

Оценка нефтегазоносности осадочной толщи производится с позиции осадочно-миграционной гипотезы происхождения нефти. При этом принимаются во внимание такие факторы, как мощность и условия формирования осадочной толщи, состав и направленность формирования осадков и исходного органического материала, содержание осадочного вещества и битумоидов в породе, степень катагенетического преобразования пород, состав газов, полученных при опробовании скважин, а также способность пород вскрытого разреза вмещать и сохранять скопления углеводородов промышленного значения.

Получению данной обширной информации способствует привлечение широкого спектра геохимических методов исследования концентрированных и рассеянных форм нафтидов, включая классическую битуминологию, пиролитический (Rock-Еval) и биомаркерный (ГХ-МС) анализ.

Начиная с 2008 г., кроме сбора, анализа и обобщения материалов бурения, геолого-геофизическая база данных пополняется результатами пиролитических исследований, позволяющих оценить нефтегенерационный потенциал пород на основании содержания рассеянного органического вещества (РОВ), его генетического типа и уровня термальной зрелости. Наряду с этим, методом хромато-масс-спектрометрии проводится анализ молекулярного состава углеводородной фракции РОВ. Углеводородные молекулярные маркеры (биомаркеры, хемофоссилии), генетически связанные с исходным органическим материалом, обладают набором индикаторных функций, отражающих источники, условия накопления и трансформции РОВ в диагенезе и катагенезе, что в конечном итоге и определяет нефтегенерационный потенциал осадочных пород.

Эти исследования в совокупности с ранее полученными данными используются для историко-геологического моделирования процессов в эволюции осадочного разреза, развития процессов нефтеобразования и эмиграции углеводородов. При реконструкции геологической истории погружения и распределения палеотемператур в осадочном разрезе изученных скважин учитываются такие процессы, как седиментация и уплотнение осадков и пород, амплитуда и временной интервал эрозии и перерывов в осадконакоплении, изменения петрофизических свойств и теплопроводности пород в связи с глубиной и геотермическим градиентом, изменение теплопроводности пластовых вод и минеральной матрицы, климатические вариации в связи с новейшими эпохами оледенения.

1D-моделирование эволюции осадочного чехла и процессов образования и эмиграции углеводородов в разрезе скважин позволяет оценить перспективность разреза на залежи нефти и газа. Ниже приведены результаты 1D-моделирования для скважины Хейса-1 (рис. 11–16).

За годы ведения геологоразведочных работ на шельфе Арктики был наработан значительный материал. Однако материалы бурения и аналитические данные не были собраны в единую базу. Только в 1998 г. по заказу Министерства природных ресурсов начались работы по созданию единой информационной геолого-геофизической базы данных по континентальному шельфу РФ. В результате планомерной работы по сбору, оцифровке и интерпретации материалов бурения глубоких скважин произведена комплексная обработка данных по 22 скважинам, пробуренным на Баренцево-Карском шельфе, и 3 скважинам, пробуренным в пределах архипелага Земля Франца-Иосифа.

В 2017 г. начаты работы по обработке данных для 10 параметрических скважин, пробуренных на островном обрамлении арктических морей. Информационная геолого-геофизическая база данных по скважинам глубокого бурения, пробуренным за счет средств госбюджета на шельфе Баренцева и Карского морей, включает как данные, полученные при комплексной обработке материалов бурения при строительстве скважины, так и данные аналитических исследований на современном этапе.

В последние годы широкое распространение получила геоинформационная система (ГИС), предназначенная для ввода, хранения, обработки и анализа информации. Поэтому в 2017 г. был создан макет цифрового атласа данных по материалам бурения глубоких скважин, пробуренных на шельфах арктических морей и их островном обрамлении, в форматах, используемых в системе ArcGIS. В последующие годы мы планируем собрать всю имеющуюся информацию по материалам бурения глубоких скважин, пробуренных в Арктике, в единый структурированный массив. Это позволит легко находить данные, включая описание керна, шлама, шлифов, стратиграфическое расчленение разреза, данные скважинной промысловой геофизики, результаты геохимических, петрофизических, минералогических, биостратиграфических и прочих видов анализов и другого рода информацию по каждой глубокой скважине.

Несмотря на то, что освоение Арктики является важной стратегической задачей, от решения которой зависит экономическое состояние России, бурение новых глубоких скважин в арктических морях резко сократило свои темпы. Ситуация осложняется также закрытостью информации о результатах бурения на континентальном шельфе крупнейшими российскими компаниями, работающими в нефтегазовом секторе страны. В этой ситуации особенно важной задачей является пополнение базы данных геолого-геофизических материалов по ранее пробуренным скважинам новыми данными аналитических исследований, выполненных на новейшем современном высокотехнологичном оборудовании.

Ссылка на статью:

Руденко М.Н., Русинович А.В., Карпова С.В. Проблемы и перспективы обработки и интерпретации материалов бурения глубоких скважин на шельфе Арктики и его островном окружении // 70 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане. Сборник научных трудов (под ред. В.Д. Каминского, Г.П. Аветисова, В.Л. Иванова). СПб.: ВНИИОкеангеология, 2018. C. 267-274.