Расположение зон с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), на которых разведочное бурение нефтегазовых скважин может быть опасным, научились предсказывать ученые МФТИ, 7 декабря сообщает журнал МФТИ «За науку».

Газ, находящийся на таких участках под очень высоким давлением, в процессе бурения скважины может вырваться на поверхность и вызвать аварию оборудования и даже экологическую катастрофу.

Так, одной из самых известных катастроф на шельфе стал взрыв и пожар на нефтяной платформе в Мексиканском заливе, произошедшие в 2010 году из-за недостаточно хорошо укрепленного ствола скважины, из которого горючий газ из зоны АВПД под большим давлением попадал на поверхность.

Эта авария подчеркнула необходимость для предупреждения подобных аварий выявлять подо дном намеченного участка нефтеразведки зоны аномально высоких давлений газа.

Для расчета свойств таких зон в зависимости от давления газа, строения рыхлых шельфовых пород и других факторов специалистами МФТИ была построена физико-математическая модель, которая позволяет в том числе промоделировать их вид в поле отраженных сейсмических волн.

Необходимость решить такую задачу возникла в связи с проектированием регистрирующей системы для сейсморазведки на шельфе, которую ведут специалисты МФТИ в партнерстве с сервисной компанией «ТНГ-Групп», — когда разработчикам потребовалось уточнить характеристики, обеспечивающие донным сейсмическим приемникам возможность обнаруживать зоны аномального давления.

Результаты исследования модели были представлены в статье «О возможности обнаружения изменений порового давления в морских отложениях с использованием данных донного сейсмометра», опубликованной в Journal of Marine Science and Engineering.

Ранее аналогичные исследования, которые физики МФТИ провели совместно с учеными Центра анализа сейсмических данных МГУ, помогли безопасно пробурить скважину на шельфе в Черном море.

Результаты моделирования показали, что сейсмические датчики, разработанные в МФТИ, способны выявить такие зоны. Учеными также была разработана методика наблюдений и интерпретации сейсмических данных, позволяющая выявлять опасные зоны по данным сейсморазведки с донными приемниками.

Такие зоны на небольших глубинах до 20–30 метров можно исследовать с помощью сейсморазведки в процессе определения структуры и свойства пород по данным плавающих либо донных приемников.

Геофизики также учатся предсказывать перемещения этих зон скопления газа, происходящих в процессе разработки месторождений или же из-за таяния мерзлых пород, в результате чего давление газа и место его скопления может измениться, сделав опасным ранее безопасное место для бурения.

Сложная модель, разработанная геофизиками МФТИ для поиска зон аномально высокого давления вблизи поверхности шельфа и оценки этого давления, также позволила определить параметры сейсмометров, обеспечивающие обнаружение аномалий.

Заместитель заведующего кафедрой прикладной геофизики МФТИ, ведущий научный сотрудник МФТИ и Института физики земли им. О. Ю. Шмидта Никита Дубиня рассказал о ведущейся работе:

«Исследование связано с главным направлением работы нашей группы, мы занимаемся разными проблемами нефтегазовой геофизики и, в частности, вопросами бурения на шельфе. Сейчас бурится очень много поисковых, разведочных, эксплуатационных скважин на шельфе России и возникают различные сложности. В рамках данного цикла работ мы рассматриваем проблемы так называемого аномально высокого порового давления на небольших глубинах — до 60 метров».

Задача геофизиками МФТИ решалась в рамках проекта по бурению в Черном море. Вблизи поверхности среда на шельфе этого региона представляет собой смесь твердых, жидких и газообразных фаз и слоев. На геофизическом языке это называется неконсолидированной средой, т. е. находящейся в неустойчивом состоянии.

Для определения усредненных свойств среды нужно знать параметры, структуру каждой фазы и характер взаимодействия между их частицами, что затруднительно получить напрямую. Но построенная по результатам сейсморазведки математическая модель ученых МФТИ воспроизводит параметры реальной среды достаточно полно.

Далее физики рассчитали, как упругие волны при сейсморазведке будут проходить по такой обобщенной среде с заданными свойствами и как будут отражаться от неоднородностей в ней, таких как зоны высокого давления газа. Это позволило по данным сейсморазведки, полученным с сейсмометров, обнаруживать аномальные зоны.

Были определены и технические характеристики таких сейсмометров, обеспечивающие надежное прогнозирование зон аномально высокого давления.

Ученые планируют продолжить работу, чтобы определить, как быстро устаревают сейсмические данные и можно ли доверять данным сейсморазведки, полученным 5–10 лет назад.