В российской части Арктики сосредоточена четверть отечественных запасов нефти и газового конденсата, а также около 70% запасов газа. К середине 2030-х годов на арктическом шельфе планируется добывать около 30 млн тонн нефти.
Опора для ног
Лаборатория морских инженерно-геофизических исследований континентального шельфа МФТИ — довольно молодая структура, организованная только в прошлом году.
Основные задачи этого подразделения — научное обеспечение освоения месторождений на шельфе Северного Ледовитого океана и подготовка инфраструктуры для такого освоения. Дело это часто неподъемное без серьезных научных исследований.
Главный тип буровой на морском шельфе сегодня — это так называемая самоподъемная буровая платформа. Ее основа — полый и плавучий металлический понтон, окруженный «ногами», опирающимися на грунт. Длина ног регулируется, а сами они могут или погружаться в грунт, если он достаточно прочен для этого, или опираться на «подошвы» большой площади, или прикрепляться к специальным фиксирующим донным конструкциям. Но платформа выходит с завода уже готовой, и поэтому нужно заранее четко знать, какой именно метод крепления ног она сможет использовать на месте бурения. К сожалению, часто понять это бывает очень трудно, особенно на шельфе арктических морей, где и опыта бурения меньше, и сами грунты часто резко отличаются друг от друга по своей прочности и структуре.
Никита Дубиня, заместитель заведующего лабораторией:
— Одна из ключевых проблем в подготовке инфраструктуры для шельфа — корректный расчет для буровых платформ. Это требует детального геофизического исследования верхних слоев донных отложений. И именно на это делается упор в деятельности лаборатории.
В обычных условиях, чтобы узнать параметры грунта, просто делают несколько разведочных бурений в районе будущей нефтедобычи и благодаря этому понимают, каков грунт и, соответственно, какими нужно делать самоподъемные буровые платформы. Увы, в условиях Арктики разведочное бурение — это слишком дорого и трудоемко, да и сезон такого бурения ограничен по времени.
Именно поэтому здесь нужны менее привычные способы, разработкой которых и занимается лаборатория. Чтобы получить максимальное количество данных о механических свойствах верхних слоев донных отложений, ее сотрудники создают специальные приборно-аппаратные комплексы ультразвукового исследования. Сперва пробу грунта забирают в море с помощью донных трубок, а уже затем исследуют ультразвуком, чтобы понять, насколько прочны местные донные отложения и какие «ноги» лучше всего подходят для этой части шельфа.
Быстрая эвакуация
В Арктике рассчитывать буровые надо не только для того, чтобы правильно «поставить их на ноги». Вторая проблема, которую также обсчитывает лаборатория, — вопрос эвакуации. Когда близ буровой идет крупный айсберг, существует риск ее уничтожения. Однако платформы эти на то и самоподъемные. Никита Дубиня, заместитель заведующего лабораторией, отмечает: «Есть несущие конструкции, на которые платформа становится, и они зарываются в донные отложения. И есть возможность их вытащить и спасти буровую». Но сделать так, чтобы опоры могли быть быстро извлечены в случае опасности, непросто: если донные отложения будут более вязкими, чем считали конструкторы, то эвакуация провалится, а сама буровая платформа может сильно пострадать. То есть в арктических условиях знать свойства морского дна еще важнее, чем при обычной добыче ресурсов на шельфе.
Чтобы выяснить все особенности, сотрудники лаборатории не только используют ультразвуковое исследование образцов донных отложений, но и фиксируют сам процесс. Забор бурильной донной трубкой неизбежно протекает с разной скоростью. Там, где его условная жесткость выше средней, трубка идет в глубину медленнее, и наоборот. Часто выводы из этой части исследования по важности сравнимы с результатами собственно ультразвукового исследования.
Просто понять свойства грунта — это еще далеко не все. Чтобы эти данные принесли практический результат, ученые проводят на основе своих исследований еще и численное моделирование того, как именно опора платформы будет погружаться в грунт при заданных условиях. Большую роль тут играет не только режим погружения, но и сам выбор места: если ультразвуковое исследование образцов покажет, что в той или иной точке дна высоко содержание скальных пород, то место для платформы выберут чуть в стороне.
Чтобы получить образцы и информацию по процессу их забора, сотрудники лаборатории летом отправляются в экспедиции в Арктику. Следующим таким сезоном должно стать нынешнее лето, если, конечно, перипетии коронавирусного года не вмешаются в расчеты.
Лаборатория морских инженерно-геофизических исследований континентального шельфа создана в 2019 году в рамках Программы 5-100 совместно с Институтом физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН. Руководителем лаборатории является член-корреспондент РАН Сергей Тихоцкий.
