Об этом сообщила пресс-служба МФТИ.
На таких участках в среде присутствует газ под аномально высоким давлением.
В процессе бурения он может вырваться на поверхность и привести к авариям и даже экологическим катастрофам.
Исследование опубликовано в Journal of Marine Science and Engineering.
Ученые построили физико-математическую модель, которая позволяет рассчитать свойства таких зон в зависимости от давления газа и промоделировать, как они выглядят в поле отраженных сейсмических волн.
Тезисы из сообщения:
- задача возникла в связи с проектированием регистрирующей системы для сейсморазведки на шельфе, разработка которой ведется в МФТИ при поддержке Минобрнауки РФ и в партнерстве с сервисной компанией ТНГ-Групп;
- в ходе проектирования потребовалось уточнить, какими характеристиками должны обладать донные сейсмические приемники, чтобы они позволяли обнаруживать такие зоны аномального давления;
- результаты моделирования показали, что созданные в МФТИ сейсмические датчики пригодны для решения данной задачи.
Аналогичные исследования, ранее проведенные физиками МФТИ совместно с коллегами из Центра анализа сейсмических данных МГУ, уже помогли безопасно пробурить скважину в Черном море.
Бурение скважин на шельфе
При бурении скважин на шельфе могут возникать различные сложности, связанные со строением пород, давлением флюидов и другими факторами.Например, одна из самых известных катастроф на шельфе - взрыв нефтяной платформы в Мексиканском заливе в 2010 г.
Произошла из-за того, что ствол скважины был недостаточно укреплен и горючий газ из зоны АВПД под большим давлением попадал на поверхность.
Для предупреждения подобных аварий необходимо обнаруживать подо дном зоны аномально высоких давлений газа.
Такие зоны можно в дальнейшем избегать при бурении.
Если бурить необходимо:
- требуется использовать специальное противовыбросовое оборудование;
- на небольших глубинах до 20–30 м подо дном такие зоны можно исследовать с помощью сейсморазведки, когда по данным плавающих либо донных приемников определяют структуру и свойства пород;
- обнаружения скоплений газа, геофизики учатся предсказывать перемещения этих зон со временем;
- в процессе разработки месторождений, а также вследствие таяния мерзлых пород давление и места скопления газа могут меняться и безопасное место для бурения может стать опасным.
Также смогли определили параметры сейсмометров, необходимые для обнаружения аномалий.
Тезисы заместителя завкафедрой прикладной геофизики МФТИ, ведущего научного сотрудника МФТИ и Института физики земли им. О. Ю. Шмидта Н. Дубини:
- 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 м;
- решается такая задача: допустим, мы провели сейсморазведку, узнали, где находится газ под высоким давлением или существуют другие потенциальные осложнения;
- однако данные, даже прошлогодние, могут устареть, и те зоны, которые раньше казались безопасными, - они уже стали опасными;
- те результаты, о которых речь идет в статье, как раз и позволяют оценить, насколько изменятся показания донных сейсмометров при определенных изменениях среды, как нужно учитывать эти изменения;
- с другой стороны, какими должны быть сейсмометры, чтобы они помогали обнаруживать такие зоны и мониторить их изменения.
Геофизика
Геофизики решали задачу в рамках проекта по бурению в Черном море:- вблизи поверхности среда представляет смесь твердых, жидких и газоообразных фаз и слоев;
- на геофизическом языке говорят, что среда находится в неустойчивом состоянии, не консолидирована;
- параметры;
- структуру каждой фазы;
- взаимодействия между их частицами.
- по результатам сейсморазведки ученые построили математическую модель, воспроизводившую параметры реальной среды наиболее полно;
- для этого добавили в общую модель только ключевые характеристики каждой фазы:
- механические свойства;
- форму частиц;
- взаимодействие между ними;
- давление газа и другие - получилась такая эффективная среда.
Данные уже легко получить методом сейсморазведки: упругие волны генерируются в водной среде и распространяются ото дна вглубь среды, где отражаются от неоднородностей.
Далее донные сейсмометры регистрируют колебания точек поверхности дна, порождаемые отраженной упругой волной.
По этим данным можно реконструировать свойства среды по глубине и обнаружить аномальные зоны.
Также ученые определили технические характеристики сейсмометров, необходимые для надежного прогнозирования зон аномально высокого давления: диапазон частот от 0,1 до 1000 герц.
В этом случае можно обнаруживать аномальные зоны толщиной в несколько метров.
В итоге ученые с успехом решили практическую задачу:
- сначала при бурении возникли осложнения;
- далее геофизики построили модель, которая предсказала эти проблемные зоны и безопасные участки;
- в тех местах удалось без проблем пробурить скважину.
Н. Дубиня добавил:
- мы построили модель, которая позволяет определять свойства среды на основании неких модельных представлений о ее внутренней структуре;
- с помощью модели можно принимать решение о том, куда бурить, куда нет;
- мы установили необходимые технические характеристики наших сейсмометров, разработали рекомендации по контролю состояния верхних слоев шельфа, по тому, какой должна быть система наблюдения;
- результаты работы были использованы для уточнения положения скважин для бурения и уточнения параметров бурения;
- модель действительно смогла предсказать и те зоны, через которые пробурились с осложнениями, и те зоны, которые бурили совершенно спокойно, без аварий;
- дальнейшие исследования, наверное, будут направлены как раз на изучение вопроса устаревания сейсмических данных;
- насколько долго они актуальными остаются, можно ли по контролю состояния среды определить, какие там процессы есть, какие процессы протекают сейчас, и сделать прогноз на будущее: а что у нас будет там через 5 лет, через 10 лет и так далее.
Автор: П. Паршинова
