На пути к арктическим залежам углеводородов скважина проходит сквозь толщу вечной мерзлоты. Эти ледяные горные породы капризны: разрабатывать их нужно максимально бережно, чтобы они не оттаяли. Для нефтяников мерзлота из ледяной преграды давно превратилась в союзника и даже собеседника, который может поделиться важной геологической информацией. Эксперт по геотехническому мониторингу «Газпром нефти» Анна Курчатова объясняет, что скрывает ледяной сфинкс — так вечную мерзлоту называют ученые-геокриологи.
На вводной лекции по геокриологии я обычно рассказываю студентам историю купца Федора Шергина, который волей случая стал первым российским «мерзлотоведом». Дело было в Якутске в 1828 году. Шергин затеял рыть колодец во дворе дома: сначала в поисках воды, а когда через два года ее найти не удалось — продолжил работу уже в интересах науки. Спойлер: колодец тот рыли девять лет, на глубине 116 метров работы прекратили. Воду так и не нашли, а царь Николай Первый наградил Шергина золотой медалью и перстнем за упорство и преданность науке.
В процессе «раскопок» льдистого грунта в колодце были установлены термометры для геотермических наблюдений. В 1837 году, когда работы остановились, температура на дне шахты Шергина была минус 0,6 градуса. До нижней границы мерзлой толщи оставалось еще 124 метра. Так что копать бы купцу еще лет 10. Да и то бы не вышло: на глубине 116 метров циркуляция кислорода полностью прекратилась, а без него не развести огонь и не прогреть мерзлоту.
Какое отношение имеет опыт купца Шергина к современной энергетике? Самое прямое — его колодезная шахта стала прообразом скважин, которые нефтяники бурят для уточнения геологических, температурных и других характеристик земли. Они нужны, чтобы максимально контролировать тепловое воздействие на тундру наземной инфраструктуры в процессе нефтедобычи и прогнозировать изменение состояния грунтов — основы арктической экосистемы.
Мерзлотные скважины — источник фундаментальных научных данных. Современная нефтяная отрасль — это не только про добычу полезных ископаемых, но и про постоянный поиск и внедрение наукоемких решений, в том числе в сфере экологичного недропользования.
С помощью мерзлотных скважин нефтяники выполняют геокриологический мониторинг: устанавливают автоматизированное термометрическое оборудование (умный аналог устройств, с помощью которых купец Шергин измерял температуру грунтов в якутском колодце) и следят за состоянием мерзлой толщи.
Показательный пример — Восточно-Мессояхское месторождение. Там по инициативе нефтяников в сотрудничестве с учеными организовали первое в отечественной геокриологии масштабное исследование керна южной части Гыданского полуострова ЯНАО. На поверхность «подняли» уникальную информацию. Благодаря ей смогли установить возраст толщи пород до глубины 900 метров, реконструировать последовательность и масштабы геологических событий.
До старта нефтедобычи на Мессояхе ученые были сторонниками гипотезы, что в промежутке от 170 до 230 тысяч лет назад территория Гыданского полуострова находилась под ледяным щитом, аналогичным гренландскому. Результаты исследований опровергли эту гипотезу. Центральная и южная части Гыдана не были под покровом оледенения: здесь было огромное холодное море, похожее на Карское, с айсбергами и плавучими льдами. Около 70 тысяч лет назад в результате движения плит земной коры море отступило и произошло глубокое промерзание грунтов.
Геокриологические данные важны для обеспечения безопасной разработки месторождений и рациональной добычи полезных ископаемых. Знание особенностей вечной мерзлоты в конкретном месте помогает прогнозировать поведение грунта при взаимодействии с инженерными сооружениями. Например, нефтяники могут определить минимальное расстояние между скважинами и длину защитного термокейса.
Понимание характера вечной мерзлоты повышает вероятность успешной разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Нефтяники могут лучше подготовиться к нефтедобыче: обеспечить на конкретном участке контроль температур, выбрать подходящую плотность бурового раствора, разместить необходимую инфраструктуру.
Все сюрпризы, которые может преподнести вечная мерзлота, предугадать сложно. Не зря ее поэтически называют ледяным сфинксом, который охраняет земные недра, закрывая их своим громадным телом. Вечная мерзлота, как и персонаж древнегреческой и древнеегипетской мифологии, любит загадывать людям загадки, и самые сложные обычно достаются нефтяникам. Разработка трудноизвлекаемых запасов в Арктике — это всегда путь через тернии к звездам, через 300-метровый слой ледяного грунта — к нефтеносным пластам. При этом главный вызов при нефтедобыче в условиях вечной мерзлоты — эту мерзлоту сохранить.