Освоение углеводородных месторождений континентального шельфа представляет собой комплексную наукоемкую техническую проблему, связанную с проведением геологоразведочных работ, бурением скважин, добычей нефти и газа, промысловой подготовкой и транспортировкой углеводородов потребителям. Для успешного проведения всех этих технологических операций требуется самое современно оборудование и технологии.
Постепенное истощение запасов нефти и газа на суше и обострение мирового энергетического кризиса обусловило необходимость все более и более широкого освоения нефтегазовых ресурсов морского дна в недрах которого сосредоточено почти в 3 раза больше нефти и газа, чем на суше.
Около 22% площади Мирового океана (примерно 80.6 млн 7 км 2 ) занимает водная окраина материков, состоящая из трех зон:
Из общей площади дна морей и океанов перспективны на нефть и газ около 75 млн км 2 (примерно 21 %), в том числе на шельфе 19.3 млн км 2 , на материковом склоне 20.4 млн км 2 и в пределах материкового подножья -35 млн км 2 . Наиболее доступной является шельфовая зона.
Наибольшая доля добычи морской нефти (75 %) и газа (85 %) приходится на Мексиканский залив, озеро Маракайбо (Венесуэла), Северное море и Персидский залив. Добыча ведется, как правило, на глубине 300 метров, для этого используют стационарные платформы, изготовленные из стали или бетона. Для разведки, как правило, на глубине 1200-1600 метров используют плавучие суда и буровые установки. Самой более преуспевшей в это деле страной являются США, на ее долю приходится около 40 % всех установок.
Благодаря шельфовой добыче Великобритания и Норвегия совсем отказались от импорта и продают нефть в другие страны. Во многих странах прирост нефти за счет морских месторождений составил 35-50 %. Разведка шельфа - это одно из самых приоритетных направлений деятельности для многих стран, в том числе и для России.
Геологи исследуют как сушу, так и акватории морей и океанов. Если месторождение находят близко к берегу - в прибрежной зоне, то с суши в сторону моря строят наклонные разведочные скважины. Месторождения, которые находятся дальше от берега, относятся уже к зоне шельфа.
Шельфом называют подводную окраину материка с таким же геологическим строением, как у суши, и границей его является бровка - резкий перепад глубины. Для таких месторождений используют плавучие платформы и буровые установки, а если глубина небольшая - просто высокие сваи, с которых ведется бурение.
На рисунке представлен профиль континентального шельфа. За береговой линией следует континентальный шельф, за кромкой которого начинается континентальный склон, спускающийся в глубь моря. За подножьем склона находится область отложения осадочных пород, так называемый континентальный подъем, уклон которого меньше, чем у континентального склона. За континентальным подъемом начинается глубоководная равнинная часть моря.
Платформа, окаймляющая континенты и называемая материковой отмелью, или шельфом, не столь ровная, как это когда-то считалось. На внешней части шельфа обычны скальные выступы. Коренные породы часто выходят и на примыкающей к шельфу части материкового склона.
У берегов, подвергавшихся оледенению, на шельфе часто отмечаются ложбины (троги) и впадины. Так, у фьордовых берегов Норвегии, Аляски, южного Чили глубоководные участки обнаруживаются вблизи современной береговой линии. Глубоководные ложбины существуют у берегов штата Мэн и в заливе Святого Лаврентия.
Шельфы у берегов, где оледенения не было, имеют более однообразное строение, однако и на них часто встречаются песчаные или даже скальные гряды, возвышающиеся над общим уровнем. В ледниковую эпоху, когда уровень океана понизился вследствие того, что огромные массы воды аккумулировались на суше в виде ледниковых покровов, во многих местах нынешнего шельфа были созданы речные дельты. В других местах на окраинах материков на отметках тогдашнего уровня моря в поверхность были врезаны абразионные платформы. Однако результаты этих процессов, протекавших в условиях низкого положения уровня Мирового океана, были существенно преобразованы тектоническими движениями и осадконакоплением в последующую послеледниковую эпоху.
Удивительнее всего то, что во многих местах на внешнем шельфе все-таки можно обнаружить отложения, образовавшиеся в прошлом, когда уровень океана был более чем на 100 метров ниже современного. Там же находят кости мамонтов, живших в ледниковую эпоху, а иногда и орудия первобытного человека.
Говоря о материковом склоне, необходимо отметить следующие особенности:
Средний угол наклона на материковом склоне составляет 4°, но встречаются и более крутые, иногда почти вертикальные участки. У нижней границы склона в Атлантическом и Индийском океанах располагается пологонаклонная поверхность, получившая название «материкового подножья». По периферии Тихого океана материковое подножье обычно отсутствует. Его часто замещают глубоководные желоба, где тектонические подвижки (сбросы) порождают землетрясения и где зарождается большинство цунами.
По прогнозам специалистов свыше 60 % площади шельфа перспективны на нефть и газ. При этом прогнозируемые ресурсы и запасы, выявленные в месторождениях газа и конденсата, преобладают над соответствующими ресурсами и запасами нефти.
Освоение морских месторождений началось в 1824 году, когда на шельфе Апшеронского полуострова в районе Баку в 25-30 метрах от берега стали сооружать изолированные отводы - нефтяные колодцы, и вычерпывать нефть из неглубоко залегающих горизонтов. Нефтегазовые месторождения в прибрежной зоне Каспийского моря начали осваиваться еще более 100 лет назад. С 1891 года в США стали продаваться участки моря, на дне которых были обнаружены запасы углеводородного сырья. В эти же годы на Калифорнийском побережье началось бурение наклонных скважин, достигающих залежей нети на расстоянии 200 метров от берега. В 1936 году на шельфе Каспийского моря, а с 1947 году на шельфе Мексиканского залива стали устанавливать буровые платформы на свайном основании.
В настоящее время на шельфе эксплуатируется достаточно большое количество буровых установок различного типа. Ежегодно бурится около 1000 поисково-разведочных и примерно 2000 эксплуатационных скважин. Всего же в мире пробурено более 100.000 скважин.
Рассмотрим крупное шельфовое нефтегазовое месторождение Казахстана Кашага́н, расположено в 80 км от города Атырау, в северной части Каспийского моря. Глубина шельфа составляет от 3 до 7 метров. Кашаган расположено на севере Каспийского моря. Открыто 30 июня 2000 года скважиной «Восток-1». Является крупнейшим месторождением в мире из открытых за последние 40 лет, а также крупнейшим нефтяным месторождением на море.
Площадь Восточного Кашагана - 930 км 2 , амплитуда поднятия - 1300 метров. Прогнозируемый ВНК проводится на абсолютной отметке - 4800 метров, высота массивного трещинного резервуара достигает 1100 метров, площадь нефтеносности - 650 км 2 , средняя нефтенасыщенная толщина - 550 метров.
Площадь Западного Кашагана - 490 км 2 , амплитуда поднятия - 900 метров. ВНК принимается общим для обоих поднятий и проведен на абсолютной отметке - 4800 метров, высота ловушки - 700 метров, площадь нефтеносности - 340 км 2 , средняя нефтенасыщенная толщина - 350 метров.
Площадь Южного Кашагана - 47 км 2 , амплитуда - 500 метров. ВНК прогнозируется на абсолютной отметке - 5300 метров, площадь нефтеносности - 33 км 2 , средняя нефтенасыщенная толщина - 200 метров.
Месторождение характеризуется высоким пластовым давлением до 850 атмосфер. Высоким содержание H 2 S - до 19 %. Месторождение характеризуется высоким пластовым давлением до 850 атмосфер. Высоким содержание H 2 S - до 19 %. Коллектор залегает на глубине около 4200 метров и занимает площадь 75х45 км. Коллекторами являются карбонатные породы. Покрышкой является соленосная толща. По данным оператора проекта общие нефтяные запасы составляют 38 млрд баррелей или 6 млрд тонн, из них извлекаемые - около 10 млрд баррелей. В Кашагане есть крупные запасы природного газа более 1 трлн м 3 .
Освоение месторождения Кашаган в суровых морских условиях Северного Каспия представляет собой уникальное сочетание технологических сложностей и трудностей в системе снабжения. Эти сложности сопряжены с обеспечением безопасности производства, решением инженерно-технических, логистических и экологических задач, что делает данный проект одним из самых крупных и самых сложных отраслевых проектов в мире. Освоение месторождения Кашаган в суровых морских условиях Северного Каспия представляет собой уникальное сочетание технологических сложностей и трудностей в системе снабжения. Эти сложности сопряжены с обеспечением безопасности производства, решением инженерно-технических, логистических и экологических задач, что делает данный проект одним из самых крупных и самых сложных отраслевых проектов в мире. Зима здесь суровая, температура опускается до отметки -40 °C, а летом поднимается до 40 °C. С ноября по март море покрыто льдом, средняя толщина которого составляет 0.6–0.7 метра. В остальное время года на Северном Каспии отмечаются резкие перепады уровня моря в пределах одного метра, что вызвано ветрами и штормовыми нагонами. Ледостав в сочетании с мелководьем и колебаниями уровня моря в значительной степени затрудняют навигацию.
Из-за мелководья и холодной зимы на Северном Каспии использование традиционных технологий бурения и добычи, таких как железобетонные конструкции или самоподъемные платформы, устанавливаемые на дне моря, не представляется возможным. Для обеспечения защиты от суровых зимних условий и подвижек льда морские сооружения устанавливаются на искусственных островах. Предусматриваются два типа островов:
Углеводороды будут перекачиваться по трубопроводам с буровых островов на ЭТК. На островах ЭТК будут находиться технологические установки для извлечения жидкой фазы (нефти и воды) из сырого газа, установки для закачки газа и энергетические системы. На 1 этапе примерно половина всего объема добытого газа будет закачиваться обратно в пласт. Извлеченные флюиды и сырой газ будут подаваться по трубопроводу на берег на УКПНиГ «Болашак» в Атырауской области, где планируется осуществлять подготовку нефти до товарного качества. Некоторые объемы газа будут отправляться обратно на морской комплекс для использования при производстве электроэнергии, в то же время часть газа будет удовлетворять аналогичные нужды наземного комплекса.
Мировые запасы нефти оцениваются примерно в 90 млрд тонн. Наибольщее запасы нефти находятся в Саудовской Аравии, Кувейте, Иране, Ираке, США, Объединенных Арабских Эмиратах. В России впервые нефть начали добывать на Кавказе, позднее были открыты месторождения нефти в Поволжье, Западной Сибири, Темано-Печорской провинции, на Сахалине. Теперь на очереди Восточный Сибирь и континентальный шельф морей.
В 40-х годах ХХ века на шельфе Каспийского моря началась добыча нефти и газа с искусственных насыпных островов, а затем - с металлических эстакад, что обеспечило добычу нефти с глубин моря от 0.2 до 2.9 метра. На Каспии был создан целый город буровиков и добытчиков нефти и газа - Нефтяные Камни.
Главные ресурсы нефти и газа также расположены в Атлантическом и Индийском океанах. В начале 70-х годов нефтегазодобычу в морях и океанах вело 21 государство, геофизические и буровые работы осуществляли 46 стран и 5 готовились к ним. В начале 80-х годов более 100 стран участвовало в освоении континентального шельфа, 37 из них вели разработку морских месторождений нефти и газа. Поисками морских месторождений и их разработкой в начале 90-х годов занимались уже 136 компаний и фирм из 118 государств. В эти годы добыча нефти и газа на континентальном шельфе Мирового океана достигла 900 млн тонн условного топлива (в пересчете на нефть, где 1 тонна нефти равна 1200 м 3 газа) в год и составила около 35 % мировой добычи.
В настоящее время более 120 государств вовлечены в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе. На шельфах морей и океанов выявлено около 2000 месторождений нефти и газа, значительная часть которых может быть отнесена к гигантским или крупным.
Наиболее богатыми нефтью и газом участками континентального шельфа Мирового океана являются Персидский (более половины общемировых запасов нефти), Мексиканский и Гвинейский заливы, моря Юго-Восточной Азии, Бофорта и Северное, морская лагуна Маракайбо (Венесуэла).
На них приходится большая часть запасов нефти и газа континентального шельфа. Открыты крупнейшие в мире морские месторождения нефти - Саффания с запасамим, оцениваемыми в 5 млрд тонн, и с годовым дебитом 75.5 млн тонн (Саудовская Аравия). Лагуна Маракайбо с запасами, превышающими 7 млрд тонн, и газа - Норз Доум с запасами 71 трлн м 3 (Катар). В настоящее время все масштабнее развертывается морская нефтегазодобыча в Карибском море, в Мексиканском заливе, у берегов Саудовской Аравии и Кувейта, в Северном и Норвежском морях, на шельфе Аляски и других морских акваториях.