К вопросу о подземной разработке морских нефтяных месторождений
В. С. МЕЛИК-ПАШАЕВ
Большие перспективы нефтеносности морских структур, таящихся под дном Каспийского моря, выдвигают тяжелую, но вместе с тем благодарную задачу освоения нефтяных месторождений, расположенных на больших глубинах моря.
Как известно, для области мелководья в пределах глубин до 14 м эстакадный способ разбуривания нефтяных месторождений является наиболее эффективным.
Разработка нефтяных месторождений при более значительных глубинах моря может быть произведена бурением эксплуатационных скважин с индивидуальных оснований, однако мировая практика даже в условиях исключительно благоприятного гидрометрического режима моря (Венесуэла) не знает случая разработки месторождений за пределами 40-метровых глубин.
В пределах Апшеронского архипелага уже сейчас глубины моря свыше 25 м являются практически границей, за пределами которой не производится даже разведочное бурение. Надо полагать, что более совершенные конструкции морских оснований, которые в недалеком будущем будут созданы, позволят возводить гидротехнические сооружения на глубинах 30 и 40 м. Однако не подлежит сомнению, что освоение больших глубин (до 100, 150 м и максимальной глубины Апшеронского порога - 200 м) является задачей трудноразрешимой. Это положение еще более усугубляется тем, что переход на большие глубины моря приводит к значительному удалению от основных баз и к перемещению строительства вглубь открытого моря с худшими условиями волнового режима, резко снижающего и без того малое количество рабочих дней в году.
Все возрастающие глубины моря при существующих методах строительства гидротехнических сооружений являются серьезным и труднопреодолимым препятствием на пути разработки большинства морских нефтяных месторождений. Поэтому поиски новых методов освоения морских площадей должны быть направлены в сторону исключения наиболее важного препятствия - глубины моря. В этой связи вполне естественно желание существующие методы надводной разработки заменить принципиально отличным по своей идее методом подземной разработки.
Между тем, если обратить наши взоры с берегов Каспия на север нашей страны, можно видеть прекрасный пример разработки нефтяного месторождения, идея которого в интересующей нас части может быть с успехом использована для разработки морских нефтяных месторождений.
Мы имеем в виду шахтный способ разработки Ярегского нефтяного месторождения.
В мировой практике горного дела имеется много примеров разработки каменноугольных и рудных месторождений, находящихся под водами бассейнов, с береговых шахт и подземных выработок, удаленных в сторону моря. И.М. Бахурин [2], высказываясь в пользу разработки полезных ископаемых, залегающих под водными пространствами, сообщает, что в течение десятков лет в ряде зарубежных стран уголь разрабатывается под дном морей и океанов. Много случаев разработки твердых полезных ископаемых, расположенных в подобных же условиях, приводит С.Г. Авершин [1].
По данным этого автора первые опыты по разработке каменного угля под дном океана относятся к прошлому столетию. В Британской Колумбии разрабатывались залежи каменного угля на глубине 141 м под дном моря, и в течение всего времени эксплуатации шахты не было осложнений, вызванных особенностями разработки угля под водой; приток воды в шахте не превышал пределы обычного. Морские разработки угля производятся также на острове Кан-Бретон в Новой Шотландии, где в 1923 г. подземные выработки удалились в сторону моря на 4-5 км. Разработка каменноугольного месторождения под Ирландским морем (Англия) производится более чем в 6 км от берега. Таким образом, возможность производства горных выработок под водными бассейнами доказана многочисленными примерами из мировой практики разработки каменноугольных и рудных месторождений.
Надо полагать, что подземная разработка морских месторождений ничего общего не будет иметь с шахтной разработкой, имеющей целью увеличение нефтеотдачи приближением горных выработок непосредственно к нефтяной залежи. Подземное разбуривание по существу принципиальных изменений в систему разработки не внесет, а тем самым и не исключит необходимости бурения глубоких эксплуатационных скважин; подземное разбуривание при помощи горных выработок переместит лишь устья скважин и связанное с ними буровое сооружение с надводного положения в подземное.
По-видимому, преимущество подземного разбуривания морских нефтяных месторождений заключается не только в кардинальном решении проблемы больших глубин моря при освоении нефтеносных площадей. Огромное преимущество подземного разбуривания представляет также полное исключение гидрометеорологического фактора. Большое количество штормовых дней резко уменьшает количество рабочих дней на море. В этой связи возможность значительного повышения производительности труда в подземных условиях становится очевидной.
Очень важным преимуществом подземного разбуривания нефтяных залежей является то обстоятельство, что отпадает необходимость строительства дорогостоящих гидротехнических сооружений, поглощающих огромное количество металла. В большинстве случаев стоимость морского основания под буровую превышает стоимость самой скважины, а если учесть и стоимость эстакады, подходящей к этому основанию, то доля вложений на строительство гидротехнических сооружений в общих затратах средств на разработку месторождения значительно возрастет.
Подземное разбуривание исключает необходимость затрат значительных средств на возведение гидротехнических сооружений.
При надводной разработке из-за коррозии металла решающее значение имеют ограниченные сроки службы металлических конструкций, которые обусловливают более сжатые сроки разработки месторождения с тем, чтобы успеть извлечь промышленные запасы нефти. Необходимость форсирования разработки приводит к заложению большого числа скважин, а тем самым и к большой затрате средств. Это опасение совершенно исключается при подземной разработке.
Связь с берегом при подземной разработке высвобождает морской флот, состоящий из крановых судов, пароходов, буксиров, барж и многочисленных вспомогательных единиц. При всей новизне и грандиозности задач, которые ставятся перед подземной разработкой, имея в виду, что последняя в конечной стадии должна охватить многие нефтяные месторождения Апшеронского порога, реальность этой задачи не вызывает сомнений.
На возможность разработки морских нефтяных месторождений при помощи горных выработок указывается в небольшой заметке М.А. Геймана [3], а также в работе группы специалистов Ухтинского комбината.
Для большей убедительности наших высказываний укажем, что общая протяженность горных выработок на Пешельбронском нефтяном месторождении (Франция) к 1952 г. составило 421 км; примерно такой же протяженности достигли горные выработки при шахтной разработке в Ухтинском районе.
При этом следует упомянуть, что нефтяные месторождения, разрабатываемые шахтным способом, по качеству добываемой нефти и запасам не могут сравниться с известными морскими месторождениями. В этой связи интересно отметить, что, несмотря на невысокий уровень добычи нефти и низкое ее качество, результаты эксплуатации шахтным способом путем бурения мелких подземных скважин, как указывает А.Я. Кремс, «показали рентабельность разработки месторождения шахтным способом» [4].
Мы не ставим перед собой задачу произвести какие-либо экономические подсчеты для сравнения надводной и подземной разработки морских месторождений. Это должно явиться предметом специального исследования. Но экономическая рентабельность подземной разработки очевидна.
Что касается глубины расположения горных выработок для подземной разработки, то последняя зависит от глубины моря, достигающей в пределах Апшеронского порога максимального значения 200 м, а также от толщи современных илистых образований. Опыт строительства угольных шахт глубиной до 700-1000 м, а также нефтяных шахт свидетельствует о том, что проводка горных выработок для подводной разработки, расположенных на глубинах 150-250 м, не представит в этом отношении особых трудностей.
Говоря о столь значительном протяжении подземных галерей, мы совершенно далеки от мысли, что проходку сотни километров горных выработок можно будет осуществить из одного места.
Мы не видим причин, препятствующих строительству подземных выработок как с западного, так и с восточного берегов Каспия. Это в значительной степени облегчит строительство подземных выработок и вместе с тем позволит вводить в разработку новые морские месторождения как на Азербайджанском, так и на Туркменском побережьях Каспия. Наконец, на всем этом протяжении не исключена возможность использования для вспомогательных искусственных сооружений грязевых вулканов, конуса которых выступают с больших глубин и почти достигают уровня моря или же образуют отмели и банки.
Опыт бурения первой разведочной скважины на банке Макарова, заложенной на сопочной брекчии кратерного вала подводного грязевого вулкана, достигшего глубины 2800 м, является подтверждением сказанного.
Большие перспективы, открывающиеся перед подводной разработкой в будущем, не должны заслонить на первом этапе решение более близких и актуальных задач по разработке отдельных крупных нефтяных месторождений, расположенных в непосредственной близости от берега. Для этой цели широко могут быть использованы острова Апшеронского архипелага (о. Артема, Жилой, Нефтяные Камни, а также выдающаяся далеко в море Шахова Коса Апшеронского полуострова), которые вследствие наличия нефтепромыслового хозяйства, рабочих поселков, подъездных путей, причалов и т. д. могут служить опорной базой для подводной разработки.
К настоящему времени сейсморазведкой вблизи островов Апшеронского архипелага выявлены структуры, представляющие в отношении нефтеносности значительный интерес и отстоящие от берега на расстоянии 15-25 км. Подобные морские площади могут стать первыми объектами для осуществления подводной разработки.
Практика разбуривания морских месторождений нефти показала, какую исключительную опасность представляют льды для сохранности промысловых сооружений. Появление и последующее движение больших масс льда приводят к разрушению эстакад, морских оснований, срезанию устьев скважин, нефтепроводов, опор линий высокого напряжения и т. д.
Тяжелая ледовая обстановка постоянно складывается во всей северной части Каспийского моря; льды очень часто угрожают эстакаде нефтепромысла Избербаш на Дагестанском побережье. В суровые зимы льды появляются и в районе Апшеронского архипелага. Между тем имеются геологические предпосылки, свидетельствующие о наличии складчатой зоны, пересекающей северную впадину Каспия и подтверждающей замечательный прогноз, высказанный еще акад. А.П. Карпинским.
Наличие указанной подводной тектонической зоны, нефтеносность эмбинских, астраханских и дагестанских прибрежных структур свидетельствуют о необходимости изучения перспектив нефтеносности северной части Каспийского моря. Эта задача до настоящего времени не представляла практического интереса, ибо даже в случае открытия нефтяных месторождений последние из-за сложной ледовой обстановки не могли разрабатываться.
В свете возможности подводной разработки, исключающей разрушительное действие льдов, актуальность геологического изучения Северного и Среднего Каспия может приобрести большую значимость.
Разумеется, к подземной разработке можно приступить только после выполнения комплекса геофизических и разведочных работ, а также получения промышленной нефти.
Особое значение в комплексе геофизических работ должна занять сейсморазведка, ибо только она с наибольшей достоверностью определяет положение антиклинальных поднятий. Современный уровень техники сейсморазведочных работ обеспечивает исследование площадей на глубинах моря до 100 м. Нет сомнения, что исследование участков, находящихся на больших глубинах, может быть обеспечено существующими методами работ. Что же касается глубокого разведочного бурения и открытия новых нефтяных месторождений, то при всей сложности сооружения морских оснований на больших глубинах его не избежать.
Надо полагать, что и эта чрезвычайно сложная проблема близка к разрешению. За последнее время в США появился ряд работ, посвященных строительству глубоководных морских оснований. Так, в статье С. Pollak [6] «Бурение под дном океана в Калифорнии» сообщается, что намечают бурение с морской платформы при глубине океана 76 м. Опорная конструкция должна противостоять ударам волн высотой 9 м и ураганам при скорости ветра 110 км/час. Здесь же проектируют морскую платформу для бурения при глубине воды до 110 м. Для этой цели будут применены армированные бетонные кессоны большого диаметра, успешно применяющиеся на оз. Маракаибо и Венесуэле.
Подземная разработка сможет успешно разрешать сложные проблемы освоения морских площадей и содействовать преумножению нефтяных богатств нашей страны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках, 1947.
2. Бахурин И.М. Сдвижение горных пород под влиянием горных работ. Гостоптехиздат, 1946.
3. Гейман М.А. Бюллетень изобретений, № 1, 1947.
4. Кремс А.Я. Шахтная разработка нефтяных месторождений. Гостоптехиздат, 1955.
5. Gibbon A. World Oil, т. 135, № 6, 1952.
6. Ро11ак С. World Petroleum, т. 25, № 4, 1954.
ВНИИ