В преддверии своего 91-летия главный научный сотрудник ИНГГ СО РАН д.г.-м.н. профессор Николай Петрович Запивалов рассказал о новом подходе к образованию нефти. Николай Петрович предлагает свою парадигму образования и динамики жизни нефтяной залежи, а также уделяет отдельное внимание проблеме рисков и неопределенностей в нефтегазовом деле.

Н.П. Запивалов

– Николай Петрович, Вы много лет развиваете новую парадигму в нефтегазовой науке и практике. Как Вы к ней пришли?

– В прошлом столетии большинство ученых придерживалось органической (осадочно-миграционной) теории происхождения нефти, но существовали определенные противоречия, и с наступлением XXI века противоречий и вопросов стало больше. В настоящее время в мире насчитывается около десятка различных авторитетных концепций (теорий) нефтеобразования, включая биосферную, абиогенную, магматическую и др.

В начале своей геологической деятельности я был активным сторонником органической теории происхождения нефти. И в 1962 году защитил кандидатскую диссертацию по этому поводу «Геолого-геохимическая характеристика мезозойских отложений и перспективы нефтегазоносности Обь-Иртышского междуречья», в которой впервые описано комплексное геохимическое исследование мезозоя Западной Сибири.

Многолетний опыт работы в нефтегазовой геологии привел меня к выводу об ограниченной применимости классической теории, так как скопления углеводородов обнаруживаются повсеместно.

Сейчас я придерживаюсь позиции, не предполагающей приверженности какой-либо одной концепции генезиса нефти. Создать общую теорию нафтидогенеза, пригодную для любых геологических условий, видимо, практически невозможно.

– В своей теории Вы уделяете много внимания неопределенностям, рискам и катастрофам в современном нефтегазовом деле. Давайте ещё раз напомним читателям, о чём именно идёт речь.

– Накопившийся к настоящему моменту масштаб рисков, неопределенностей, ошибок и катастроф, связанных с поиском, разведкой и добычей углеводородов, делает необходимым переосмысление основополагающих принципов нефтегазового дела.

Особое значение имеют геолого-геофизические факторы и соответствующий научный прогноз. В качестве примера прогнозно-геологических просчетов можно упомянуть попытки открытия «гигантского» месторождения Муклук на шельфе Аляски недалеко от месторождения Прадхо-Бей. Разведочная скважина стоимостью 1 млрд долларов была пробурена в 1983 г. Но на глубине 2438 м в предполагаемом продуктивном пласте оказалась только соленая вода. Показательным примером другого рода факторов –технологических ошибок – может служить крупнейшая авария, произошедшая 20 апреля 2010 года в Мексиканском заливе на нефтяной платформе Deep- water Horizon на месторождении Макондо. Это была крупная экологическая катастрофа. Нефтью было залито 75 тысяч км2.

Многие геофизические методы, безусловно, требуют совершенствования. И, в дополнение, огромное значение приобретает геополитический фактор – отсутствие согласованности между основными нефтедобывающими странами и жесткая борьба за рынки, приводит к глобальному планетарному кризису.

– Можно ли описать эти риски языком математических формул?

– Предлагаю следующую символическую формулу для описания этих рисков:

Р = Н + Ч + Г1 + Г2 + Г3 + Т1 + Т2 + Э + К + Ф + П,

где Н – фундаментальная наука, Ч – человеческий фактор: профессионализм кадров всех уровней, включая менеджмент; Г1, Г2, Г3, – геологическая, геофизическая и географическая информация в полном объеме, с обобщающими моделями; Т1, Т2 – техника и технология с учетом инновационных методик и систем эффективного управления производственными процессами; Э, К – экологические факторы, природные катастрофы; Ф – финансовые возможности; П – политические факторы. В зависимости от меняющихся обстоятельств, некоторые из этих факторов могут оказаться определяющими. Каждый из них требует обновленной парадигмы.

– Вы не раз отмечали, что главным объектом нефтегазовых исследований является флюидопородная система – залежь нефти…

– Совершенно верно. Определяющим моментом в нефтяной геологии является динамика состояния флюидопородной системы, зависящая от большого числа неопределенностей. Особенно заметно это проявилось в Индии. Субир Раха, будучи президентом крупнейшей нефтяной компании Индии (ONGC), обращал на это особое внимание: «Образование, миграция и накопление углеводородов могут протекать по бесчисленному множеству вариантов, что приводит к неопределенностям и неизбежному риску в поисково-разведочных работах. Важная роль науки о Земле состоит в том, чтобы снизить эти неопределенности и преобразовать их в плодотворные возможности» (Геофизическая конференция, Мумбаи, 2004).

Президент ONGC Субир Раха с Н.П. Запиваловым. Конференция Petrotech-2003. Индия, Дели, 2003 г.

– Как Вы можете оценить преобладающие в настоящее время численные математические и лабораторные методы моделирования?

– К сожалению, они не дают возможности уверенного прогноза. В этой связи можно вспомнить, что многие априорные геолого-геофизические модели оказались несостоятельными на Кольской сверхглубокой скважине. Известный специалист по математической статистике и моделированию профессор Джордж Бокс писал: «В сущности, все модели неправильны, но некоторые из них бывают полезными». На это же четко указал в своих лекциях другой известный специалист Сяо-Хуи Ву: «Снизить источник неопределенности можно, сократив числовые ошибки и ошибки моделирования на основе выборочных данных».

Некоторые известные ученые и специалисты обладали особой интуицией, основанной на большом профессиональном опыте с опорой на стратегию «широкого поиска». В их числе можно назвать А.А. Трофимука, Н.А. Калинина, Н.Н. Ростовцева.

– Давайте вернёмся к Вашим авторским концепциям.

– С удовольствием. После 70 лет учебной, практической и научной работы в нефтяной геологии, разрабатывая основы геофлюидодинамики нефтегазонасыщенных систем, я пришел к выводам о необходимости разработки новой парадигмы.

Предлагаемая мной парадигма состоит в том, что залежь нефти является живой флюидопородной системой, состояние и параметры которой способны быстро изменяться в непрерывном режиме под действием природных и техногенных факторов в соответствии с законами спонтанной саморегуляции. Залежь нефти может сформироваться, расформироваться и вновь образоваться.

Запасы нефти и газа могут быстро восполняться либо за счет вновь образующихся углеводородных масс внутри системы, либо за счет дополнительного притока из других частей земной коры. Поэтому, как подтверждают данные в разных регионах мира, многие нефтегазовые скопления являются молодым, а флюидопородные системы в самых разнообразных условиях могут работать по сходному принципу.

– В чём состоят основные положения Вашей парадигмы?

– Как известно, нефтегазонасыщенный пласт (залежь) состоит из двух взаимосвязанных подсистем: породы (минералы) и флюиды (нефть, газ, вода) и представляет собой целостную систему, имеющую свойства фрактальных структур. Фрактальные свойства были изучены на примере Верх-Тарского месторождения (Новосибирская область). В процессе разработки месторождений неоднократно и существенно меняются состав и свойства всех компонентов системы, флюидных и минеральных, в том числе за счет метасоматоза.

Флюидодинамические системы весьма мобильны и реакционноспособны. В зависимости от провоцирующих внешних воздействий они или стабильны (равновесное состояние), или возмущены (неравновесное состояние). Возмущенная система обладает всеми признаками неупорядоченности (хаоса).

– А какую роль здесь играют активные техногенные воздействия?

– Они являются, по существу, сильным возмущением квазиравновесной системы и существенно искажают ее природные параметры. Если это возмущение является щадящим, то самоорганизующаяся система выравнивает это неравновесие. Длительное или интенсивное возмущение, значительно превышающее пороговое, уничтожает систему. Как следствие, падает пластовое давление, резко уменьшается дебит, обводняется пласт и изменяется его минералогический состав.

Вкратце обозначу остальные положения своей теории. Так, установлено, что критический порог возмущения флюидонасыщенной системы определяется величиной депрессии на пласт. Также выработана формула энергетического состояния залежи.

Сверхинтенсивная (насильственная) выработка легкодоступных запасов нефти (EOR, Enhanced Oil Recovery) при длительном применении приводит к быстрому истощению и разрушению месторождений. Для восстановления энергетического потенциала системы следует использовать реабилитационные циклы.

Замечу, что многие из этих концепций нашли свое отражение в моих многочисленных публикациях в России и за рубежом.

– Какие меры по внедрению новой парадигмы в жизнь Вы могли бы предложить?

– Сейчас необходимо сосредоточить усилия для добычи остаточной (трудноизвлекаемой) нефти на разрабатываемых или законсервированных месторождениях, в том числе и Западной Сибири, включая вновь образованные объемы углеводородных масс. Количество такой нефти сейчас может достигать более 50% от ранее разведанных запасов. Для извлечения этой нефти предлагается принципиально новый подход – щадящие методы, ориентированные на сохранение месторождения как целостной системы с целью более длительной его разработки (IOR, Improved Oil Recovery) в противоположность сверхинтенсивной коммерческой добычи насильственным методам, разрушающим месторождение как систему (EOR, Enhanced Oil Recovery).

Поскольку преобладающие в настоящее время численные математические и лабораторные методы моделирования не дают возможности уверенного прогноза, для получения достоверной информации необходимо натурное моделирование.

Чтобы правильно управлять технологическим процессом добычи нефти, необходимо подробно изучать залежь нефти в непрерывном режиме с помощью специальных датчиков, расположенных непосредственно внутри продуктивных пластов (очагов).

Также особое внимание следует уделить проблеме восполняемости запасов углеводородов на разрабатываемых и законсервированных месторождениях.

Необходимо применять реабилитационные циклы для восстановления энергетического потенциала системы. Чтобы достичь быстрого и эффективного результата, должны быть предусмотрены методы и технологии активной реабилитации (как в медицине). Надо беречь и пополнять углеводородные ресурсы, так как они необходимы человечеству на далекую перспективу.

Наконец, нужно модернизировать современную рыночно-лицензионную систему недропользования с учётом необходимости восполнения запасов и научного исследования недр. Ну, и, конечно, необходимо создать Министерство геологии РФ в полном профессиональном формате.

Особо подчеркну: чрезвычайно важно иметь постоянно действующие исследовательские полигоны на разрабатываемых месторождениях, а также осуществлять регулярный мониторинг на всех ранее пробуренных скважинах. Я настойчиво предлагаю создать на базе Верх-Тарского и Малоического месторождений Новосибирской области Комплексный научно-исследовательский образовательный нефтяной полигон.

– Вы уже несколько десятилетий выступаете с этой инициативой. Есть ли какая-либо реакция на Ваши предложения?

– С предложением создать такой нефтяной полигон я неоднократно выступал в своих публикациях, начиная с 1993-го года. В 2019-м году в письме из Президиума РАН мне была выражена полная поддержка в части проводимых мной научно-практических исследований, в том числе по вопросу «о целесообразности создания научно-образовательных полигонов на базе таких уникальных месторождений, как Малоичское». Верю, что рано или поздно удастся убедить академическую элиту и администрацию области в крайней важности создания такого полигона в Новосибирской области.

– Давайте в завершении немного поговорим о перспективах Западной Сибири с точки зрения добычи углеводородов.

– В настоящее время судьба главного нефтегазового региона России многим видится в быстрейшем получении большого добычного потенциала за счет баженовской свиты и палеозоя. Особенно большие ставки на «бажен», за счет которого уже в ближайшее время предполагается иметь 20 миллиардов тонн добычных запасов нефти. Но надо иметь в виду, что эта свита имеет небольшие толщины и очень различные свойства и параметры, определяющие очаговый характер возможной продуктивности. Во многих регионах мира от разработки подобных объектов отказываются по экологическим соображениям.

Что же касается проекта «Палеозой», то это другая эпопея. Под «палеозойским фундаментом» понимается огромный и разнообразный комплекс пород (протерозой и палеозой) на разных глубинах, что предопределяет возможность нефтеобразования и нефтенасыщения в разных породах и тектонических блоках. Геолого-геофизические материалы подтверждают этот тезис. Глубинная петротермальная энергия способствует желательным геофлюидодинамическим процессам. Но проект «Палеозой» в Западной Сибири пока остается на этапе изучения и познания новых фактов и закономерностей. В качестве перспективных объектов обозначаются гранитоидные тела и другие очаговые зоны с активной современной геофлюидодинамикой (градиентная энтропия). Надо бурить глубокие скважины (до 15 км), всесторонне и терпеливо испытывать интересные объекты. В случае получения слабых притоков или вязкой (битумной) нефти рекомендуется использовать вибрационные технологии (Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск). Они относятся к категории Improved Oil Recovery (IOR).

В науках о Земле многочисленные геологические и геофизические исследовательские направления развиваются относительно успешно, но нет объединенной научно-практической программы, главной целью которой было бы изучение динамики развития Земли, определяющей глобальные и локальные процессы и катастрофические явления. Особенно нужны обновления в нефтегазовой геологии и геофизике, где много противоречивых идей и концепций и явно ощущается необходимость нового мышления.

Making the next giant leap in petroleum geosciences!

Опубликовано пресс-службой ИНГГ СО РАН

Фото из архива ИНГГ СО РАН