ИЗУЧЕННОСТЬ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕНОСНОСТИ НЕДР ВОСТОКА РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ - ОСНОВА РАЗРАБОТКИ НОВОЙ СТРАТЕГИИ И ТЕХНОЛОГИЙ ПОИСКА И РАЗВЕДКИ НЕФТИ

Полный текст

Недра востока Русской платформы, включая территории республик Татарстан и Башкортостан, содержат уникальные запасы нефти и битуминозных пород. Изученность геологии осадочного чехла и фундамента этих территорий относит- ся к числу самых высоких среди нефтеносных и газоносных провинций мира. На этой обширной территории открыты сотни месторождений нефти, включая ги- гантские Ромашкинское, Большой Арлан, Туймазинское и другие крупные ско-25Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3пления. По количеству и разнообразию геологических, геофизических, геохими- ческих, космических, спектральных и многих других методов исследования не- фтеносности и газоносности и глубинного строения недр этой территории нет равных. История формирования осадочного чехла, особенности его состава и структуры исследованы с большой детальностью. Определены части разреза оса- дочного чехла, в которых установлены максимальные по запасам залежи углево- дородов.Особенности состава углеводородов определены в залежах нефти, приурочен- ных в основном к отложениям девона и карбона, и в залежах окисленной нефти, распространенной на обширной территории западной части Татарстана и выве- денной практически на поверхность.Всесторонние данные о геологии и нефтеносности осадочного чехла и вскры- той части фундамента недр и разнообразие примененных технологий дают воз- можность осмыслить эффективность их применения и их теоретическую базу и оценить целесообразность применения подобных технологий в дальнейшем, в том числе для исследования нефтеносности пород кристаллического фундамента.Опыт и результаты поисковых и разведочных работ дают возможность крити- чески рассмотреть парадигму органического генезиса нефти с точки зрения иде- ологии для определения перспектив нефтеносности [3]. История изучения гео- логии и нефтеносности и многолетняя практика поисков месторождений и их разведки нефти на этой территории ясно показала, что представление об органи- ческом генезисе нефти, ее миграции и возрасте, доминирующее в науке и препо- давании в университетах мира, на практике не используется.История открытия нефтяных месторождений на территориях Татарстана и Башкортостана неопровержимо доказывает это. Первые скважины, открывшие Туймазинское и Ромашкинское месторождения, ориентировались исключитель- но на структурный фактор, поскольку в 1950-е гг., когда они были открыты, ни- какие нефтематеринские толщи в палеозое на этой территории не выделялись и не изучались. Вся история поисков нефти в недрах Татарстана показывает, что нефтематеринские толщи и их катагенез не имеют отношения к поисковому и разведочному процессу.Следовательно, впервые в мировой практике объективные данные показали непричастность господствующей парадигмы генезиса нефти к поискам и раз- ведке. Существование глубинных очагов, своеобразных пластов или крупных погребенных полостей генераторов нефти и одновременно ее хранилищ, якобы питающих нефтяные месторождения в осадочном чехле, пока не подтверждены практически и не обоснованы теоретически. Таких глубинных очагов не может быть в принципе. Идея о полном химическом составе нефти, формируемом в одном месте, в своеобразном «природном котле», в котором она может пребывать неизменной после образования сотни миллионов лет, а затем мигрировать также неизменной к зонам аккумуляции, не получила обоснования.Нефтеносность и геологическое строение недр этой и многих других террито- рий подтверждает мнение многих исследователей о существовании оптимально- го интервала нефтеносности, результирующего процесс генезиса нефти. Этот интервал может быть в отложениях любого возраста и литологического состава,26Сейфуль-Мулюков Р.Б. Изученность геологии и нефтеносности недр востока Русской платформы...если присутствует основной атрибут месторождения - геологический фактор: резервуар, коллектор, экран и канал миграции. Мы идентифицируем нефть в гео- логической среде только при наличии совокупности этих элементов. Мнение о существовании интервала нефтеносности, растянувшегося от мантии до верхних горизонтов осадочного чехла земной коры, остается неподтвержденной гипоте- зой. В каждом регионе интервал максимальной нефтеносности и газоносности формируется в определенной части разреза. На востоке Русской платформы она приурочена к отложениям палеозоя, в Саудовской Аравии и Западной Сибири - к отложениям мезозоя, в Северном Предкавказье - к третичным отложениям, на шельфе Вьетнама - к породам кристаллического фундамента.Школа нефтяной геологии России и Украины возродила идеи Д. Менделеева, Н. Кудрявцева и П. Кропоткина о неорганическом, глубинном генезисе нефти и начала изучать эту проблему, включая бурение сверх глубоких скважин. По дан- ным регионального, глубинного сейсмического зондирования [16] и представле- ниям о возможной нефтеносности фундамента [3; 11] было пробурено более 20 сверхглубоких скважин, многие из которых вскрыли его на глубину более 3000 м. Ранее сверхглубокое бурение было осуществлено на Туймазинском месторожде- нии в Башкирии. Был получен богатый материал о структуре, составе пород фун- дамента и углеводородных флюидах. Стало очевидным, что бурение очень до- рогих скважин в фундаменте с целью поиска залежей нефти в породах докем- брийского фундамента или складчатого основания палеозойских и мезозойских платформ нецелесообразно, пока не будут разработаны эффективные геофизи- ческие технологии определения в этих породах экранирующего фактора, а также зон, которые являются резервуаром и коллектором. Канал миграции, если он будет намечен по геофизическим данным и установлен бурением в фундаменте, является только одним, не решающим фактором, обуславливающим формиро- вание промышленного скопления.Многочисленные данные и факторы, заложенные в свойствах, структуре, со- ставе и распространении нефти, дают основание считать ее образование и фор- мирование месторождений современным процессом [13]. Нефть представляет собой результат дискретного процесса образования и каталитического преобра- зования углеводородных молекул. Он начинается в мантии, протекает в литос- фере и ее верхней части - земной коре и заканчивается в залежи. Образование, миграция и аккумуляция газообразных и жидких углеводородных молекул в про- мышленные залежи осуществляется различно. Однако в обоих процессах пара- метры геологической среды, как и мигрирующего флюида, в любой момент раз- вития скрыты от непосредственного наблюдения, регистрация их невозможна, а следовательно, нельзя получить данные для математического расчета процессов. В этом и заключается изменяющаяся или динамическая неопределенность про- цесса генезиса нефти и газа, результат которого не может быть вычислен одно- значно математически.Образование нефти - это последовательный процесс формирования ее пол- ного углеводородного и химического состава, заканчивающийся в залежи, кото- рая являются местом ее рождения. После этого нефть живет, т.е. обменивается27Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3веществом, энергией и информацией с окружающей геологической средой. Это ключевой показатель для ее идентификации в недрах, поиска и разведки залежей.Промышленные технологии изучения и установления места, в котором рож- дается нефть, не зависят от наличия или расположения очага генерации, мате- ринской толщи, ее возраста, от путей и способов миграции нефти и других по- стулатов любой модели генезиса. При поиске промышленных скоплений нефти или газа геологу и геофизику не нужно учитывать как и где они образовались, в каком виде, когда и откуда мигрировали в залежь. К основной цели поиска или разведки - установлению элементов геологического фактора и определению на- личия в коллекторе резервуара нефти - эти процессы непосредственного отно- шения не имеют. Поиски и разведка нефти и газа - это решение двух проблем: снятие статической и динамической неопределенности.Статическую неопределенность выражают элементы геологической среды - резервуар, коллектор, экран и канал миграции. Неопределенность их располо- жения снимают геофизические методы, позволяющие определять наличие этих элементов в стратифицированном осадочном чехле. Статическая неопределен- ность возможного скопления нефти в нестратифицированных магматических и метаморфических породах фундамента пока не может быть снята однозначно существующими геофизическими методами. Это основная проблема изучения нефтеносности фундамента и бурения сверхглубоких скважин с поисковыми це- лями.Динамическая неопределенность связана с дискретным, современным про- цессом образования нефти и формирования ее промышленного скопления. Сня- тие этой неопределенности представляет основную трудность. С риском получить отрицательный результат и большими издержками ее снимает «господин долото» или скважина «дикая кошка». На самом деле заложение скважины - самого до- рого элемента поисков и разведки нефти и газа - до сих пор основано на резуль- татах снятия статической неопределенности геофизическими методами, а дина- мическая неопределенность доверена опыту и интуиции геолога, который руко- водствуется постулатами органической парадигмы. Геолог должен исходить из принципа современного процесса нефтеобразования и нахождения результата этого процесса, т.е. залежи с помощью геохимических, технологических и мате- матических методов.Динамический, меняющийся характер процесса генезиса нефти и ее статус сложной, современной термодинамической системы [13] определяет одно из ее свойств - обмениваться веществом, энергией и информацией с геологической средой. Миграция углеводородных молекул, присущих только нефти, которые накапливаются неизменными в элементах окружающей среды - почве, расти- тельном и снежном покрове, грунтовой влаге и приземном слое атмосферы, дав- но было замечено и изучалось многими исследователями [5; 10; 18]. Были пред- ложены методы их регистрации и использования как поисковый признак после обработки аналитическими и математическими методами. Опыт снятия динами- ческой неопределенности в регионах Сибири газогеохимической съемкой, осно- ван на регистрации углеводородных молекул в элементах среды или определени- ем их непосредственной эмиссии из залежи на поверхность [15]. Разрабатывают-28Сейфуль-Мулюков Р.Б. Изученность геологии и нефтеносности недр востока Русской платформы...ся и другие методы регистрации флюида в залежи или их эмиссии на поверхность: метод геодинамических шумов [4] и инфразвуковых волн от залежи [1], радио- метрические [14] и другие методы [19].Эффективным является математический метод, которым можно снять дина- мическую неопределенность, с некой степенью приближения к истине, зависимой от точности исследования и фактического материала. Поскольку элементы сре- ды аккумулируют углеводородные молекулы, содержащиеся только в нефти, в разной мере, степень отражения ими реального скопления обычно нечеткая, не- ясная. Наличие множества разнородных признаков реально существующего в недрах объекта, с разной степенью и четкостью отражающих одно явление - скопление нефти/газа в недрах, дает возможность рассматривать их как нечеткое множество (fuzzy set). Теория нечетких множеств [8] позволяет математически рассчитать степень принадлежности его любого элемента (в данном случае от- дельной углеводородной молекулы) к этому множеству, а следовательно, доказать существование самого скопления.Геохимические признаки не показатель процесса образования нефти, они яв- ляются индикатором его результата, т.е. наличия скопления нефти на глубине. Феномен нефтеносности определяется на глубине как залежь, т.е. объект макро- уровня. Геохимические признаки показывают проявление этого феномена на микро- и наноуровнях в виде углеводородных молекул, характерных только для нефти, в веществах и явлениях на поверхности. Их регистрация точными геохи- мическими методами и обработка математическим аппаратом нечетких множеств и в реальном времени и есть один из элементов нового подхода к поискам и раз- ведке.Установление наличия залежей нефти, газа или углеводородного конденсата в нестратифицированных, сплошных, глубоко залегающих геологических средах пород фундамента и складчатых оснований также требует снятия статической и динамической неопределенности. Резервуар, коллектор и экран в этих средах иные, нежели в стратифицированных толщах [12]. Отличие литологического со- става, структуры, строения и физических свойств плотных, кристаллических геологических сред от стратифицированных требует иных методов изучения раз- мещения зон и полостей аккумуляции углеводородного флюида. Методы снятия их статической неопределенности только разрабатываются, поскольку существу- ющими технологиями сейсморазведки эта проблема не решается и трехмерные модели недр для нестратифицированной среды пока не строятся. Исследователь- ская мысль использует различные методы выяснения их структуры и насыщен- ности флюидом. Среди них изучение влияния термодинамических условий на микроструктуру и фильтрационные свойства [7], микросейсмическое зондиро- вание в активных пористых средах [17], исследование глубоко залегающих сред методами вибросейсморазведки, регистрацией магнитотеллурических и электро- магнитных свойств геологической среды [2], люминесцентные и электрохими- ческие [9] и другие методы.Легкие компоненты нефти или газа из скоплений нефти в глубоких горизонтах фундамента мигрируют к поверхности и аккумулируются в элементах среды на поверхности так же, как и от традиционных залежей, приуроченных к стратифи-29Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3цированным толщам осадочного чехла. Поэтому для их регистрации применимы методы, упомянутые выше, в том числе методы, основанные на теории нечетких множеств.В Татарстане и в других нефтеносных регионах для поиска и разведки нефти весьма успешно до сих пор применяются традиционные геологические и геофи- зические методы. Накоплен большой опыт и фактический материал по изучению объектов макроуровня - пластов, насыщенных углеводородным флюидом, их литологического состава, структуры, текстуры, термодинамических характери- стик, сплошности или нарушенности и других свойств. Это дает возможность выделить методики снятия статической неопределенности на территориях, недра которых нефтеносны, с территориями, недра которых оказались пустыми. С дру- гой стороны, опыт геологов и геохимиков регионов Сибири по изучению прямых геохимических признаков в элементах геологической и окружающей среды [5; 6; 15] дает возможность сравнивать территории, показатели нефтеносности которых отражены на поверхности, с территориями, на которых такие показатели отсут- ствуют.Подобный комплексный, не традиционный подход к оценке перспектив не- фтеносности и выбору стратегии поисковых и разведочных работ в настоящее время оправдан. Имеется в виду влияние на эти работы традиционного геологи- ческого фактора и новых вызовов экономического и политического характера. Геологическим остается доминирование представления об органическом генези- се нефти и газа и их генетической связи с исходным веществом биосферной при- роды. Подобный постулат о генезисе как основе оценки перспектив не соответ- ствует геологии и нефтеносности недр востока Русской платформы. Необходи- мость внешних кредитов для финансирования поиска и разведки нефти на этой территории отсутствует, поскольку они являются серьезной экономической про- блемой освоения ресурсов арктического шельфа, как и политические, внешние ограничения в доступе к западным технологиям и технике, необходимые для их реализации.В создавшихся условиях представляется целесообразным найти решение, не зависящее от постулата о существовании в недрах нефтематеринских толщ и оча- гов генерации, свободное от привлечения внешних технологий и оборудования и реализуемое при помощи имеющихся финансовых ресурсов. Это решение опре- деляет главная цель поиска и разведки - залежь нефти, безотносительно к ее генезису. Поиск и разведка - это снятие статической и динамической неопреде- ленности расположения нефти в залежи. Для этого предлагается использовать уникальные разработки российских геологов, геофизиков геохимиков и матема- тиков. Среди них представления о неорганическом, глубинном генезисе нефти и газа, геохимические методы регистрации молекул углеводородов нефти в эле- ментах окружающей среды, методы изучения геологических сред, в том числе нестратифицированных, благоприятных для аккумуляции углеводородного флю- ида в магматических и метаморфических породах. Пора серьезно относиться к разнообразным проявлениям углеводородных молекул на поверхности, присущих только нефти, как к реальным феноменам, точной математический расчет кото- рых с большим приближением показывает наличие нефти на глубине.30Сейфуль-Мулюков Р.Б. Изученность геологии и нефтеносности недр востока Русской платформы...В пользу новых подходов к поискам и разведки являются физико-географи- ческие, климатические и инфраструктурные условия, благоприятные во многих территориях в Европейской и Азиатской частях России, нефтеносность и газо- носность недр которых установлена. Реализация потенциальных возможностей связана с конкретной территорией, геологическая структура которой всегда уни- кальна, что требует индивидуального подхода.В настоящее время важно четко представлять, что отход от традиционной по- следовательности поисковых и разведочных работ на лицензионных участках, основанных на старых представлениях о генезисе нефти и углеводородного газа, необходим не только тем, кто прямо или косвенно связан с поисками и разведкой нефти, но и потенциальным спонсорам этих работ. Существует реальная возмож- ность вкладывать меньшие средства как в поиски, так и в разведку, но получать надежную оценку нефтеносности, снимая неопределенности размещения залежей в последовательности, зависящей от конкретных геологических и физико-гео- графических условий.Основной идеей настоящей статьи можно считать призыв отказаться от сте- реотипов в нефтяной геологии. Опыт изучения геологического строения недр востока Европейской части России в контексте ее нефтеносности и разработка прямых геохимических методов прогнозирования нефтеносности в регионах Си- бири не имеет аналогов в нефтяном геологическом сообществе. Практически все нефтяные компании, в том числе нефтяные гиганты западных стран, до сих пор полностью ориентированы на поиски нефти органической природы. С учетом несомненных достижений нефтяников России, отмеченных выше, есть все ос- нования полагать, что они могут быть лидерами и в организации и поддержке новых форм, производственных и научно-исследовательских структур, в том чис- ле коммерческих, ориентированных на комплексный сервис по оценке нефте- носности недр и обоснование заложения скважин на основе нетрадиционных методов.

Об авторах

Рустем Бадриевич Сейфуль-Мулюков

Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление»Российской академии наук

ул. Вавилова, 44, к. 2, Москва, Россия, 119333

Список литературы