книги / Морская нефть. Развитие технологий освоения морских арктических месторождений нефти и газа

ма. В Амеразийском суббассейне параллельно хребту Ломоносова от острова Врангеля в сторону Канадского Аретического архипелага идет подводный хре­ бет Менделеева. Участок его, примыкающий к архипелагу, называют поднятием Альфа. Хребты возвышаются над прилегающими участками дна на 1,5-3 км.

Морской лед — характерная особенность Северного Ледовитого океана

ифактор, оказывающий огромное влияние на режим вод, климат и погоду

вАрктике. Зимой бассейны Арктического и Канадского Арктического архи­ пелага полностью заняты льдами, а в Северо-Европейском бассейне свободны ото льда лишь районы, где проходит теплое Норвежское течение и его вет­ ви — Нордкапское и Западно-Шпицбергенское течения. У берегов материков, архипелагов и островов в октябре — ноябре образуется припай толщиной до 1,5 м, который стоит до июня — июля. Припай развит в юго-восточной части Баренцева моря (ширина около 100 км), в Обь-Енисейском районе, у Таймы­ ра, Северной Земли и Новосибирских островов, где он распространяется на 600-700 км от берега материка. Большинство проливов Канадского Арктичес­ кого архипелага зимой сковано неподвижным льдом. За пределами припая — дрейфующие льды, причем вдоль окраины во многих районах наблюдаются заприпайные полыньи. В Центральной Арктике преобладают мощные много­ летние льды. Среди них даже зимой встречаются каналы и полыньи, особенно

вЕвразийском суббасейне. Главная причина их возникновения — приливноотливные течения. Толщина льда на ровных полях составляет 3-5 м. По краям полей — торосы. Летом после устойчивого перехода температуры воздуха че­ рез значения от -1 до -1,5 °С в Арктике начинается таяние снега и льда. В юж­ ных районах льды разрушаются. Припай взламывается. В Северо-Европейском бассейне летом льды сохраняются полосой в 100-300 км близ Гренландии, но непосредственно у берега часто наблюдается чистая вода шириной около 10 км. В районе Шпицбергена кромка льда отступает до 81-81° северной широты

изанимает самое северное положение в Северном Ледовитом океане. Значи­ тельная часть акватории морей сибирского шельфа летом свободна ото льда, но в ряде районов локализуются остаточные невытаявшие льды, часто приближаю­ щиеся к берегу. Иногда тяжелые многолетние льды заносятся в моря с Севера. Такое устойчивое во времени скопление мощных сплоченных льдов (ледяной массив) является существенным препятствием для плавания судов любого класса. В арктических морях насчитывается 14 ледяных основных массивов, среди которых наиболее значительными являются Карский, Таймырский, Айонский и Баффинский. Проливы Канадского Арктического архипелага даже летом часто забиты льдом, и плавание Северо-Западным проходом затруднено. По наблюдениям дрейфующих станций в течение лета с поверхности ледяного покрова истаивает льда:

-на 75° северной широты — в среднем 60-70 см;

-на 80° северной широты — в среднем 40-50 см;

-на полюсе — в среднем 10-20 см.

Примерно такое же количество льда нарастает снизу зимой.

Помимо морского льда в Северном Ледовитом океане встречаются айс­ берги и ледяные острова. Под воздействием течений и ветра льды непрерывно перемещаются. Постоянным течением льды увлекаются в генеральном на­ правлении, а ветер, кроме того, перемещает их по сложным траекториям, за­ висящим от его направления и скорости и от взаимодействия ледяных полей (рис. 1.2).

90°

Рисунок 1.2 — Схема дрейфа льдов в Арктическом бассейне

В Евразийском суббассейне, включая приполюсной район, имеет место Трансарктическое течение, которое переносит льды из района острова Вран­ геля и Новосибирских островов к проливу Фрама. Далее они увлекаются Вос­ точно-Гренландским течением в Атлантический океан.

Моря, входящие в Северно-Европейский бассейн, имеют следующие основные характеристики:

1. Гренландское море находится между островами Гренландия, Исландия, Ян-Майен, Медвежий и Шпицберген. Его площадь составляет 1195 тыс. км2, глубина до 5527 м. В западной части — холодное Восточно-Гренландское те-

чеиие, в восточной — теплое Шпицбергенское течение. В Гренландском море

уберегов Гренландии ежегодно образуется 13-15 тыс. айсбергов.

2.Норвежское море находится между Скандинавским полуостровом

иостровами Шотландскими, Фарерскими, Исландией, Ян-Майен, Медвежьим. Его площадь 1349 тыс. км2, глубина до 3970 м. Через Норвежское море про­ ходит Норвежское течение, обеспечивающее его незамерзаемость.

3.Баренцево море — окраинное море Северного Ледовитого океана, рас­ положенное между северным берегом Европы, островами Шпицберген, Земля Фраица-Иосифа, Новая Земля. Его площадь 1424 тыс. км2. Расположено на шельфе, глубина от 360 до 400 м (наибольшая 600 м). Названо в память о гол­ ландском мореплавателе В. Баренце (1550-1597). Ранее называлось Студеным, а на картах XVII века — Московским. Юго-восточная часть моря, называемая Печорским морем, мелководна (глубина до 25 м). Теплое Нордканское течение (ветвь системы течения Гольфстрим), входящее в море между мысом Нордкам (северная оконечность Норвегии) и островом Медвежий, и циклоны, переме­ щающиеся вместе с теплым воздухом из Атлантического океана, обуславли­ вают более высокие температуры воздуха, неустойчивую погоду и обильные осадки по сравнению с другими арктическими морями. Большая часть Барен­ цева моря зимой ежегодно покрывается льдом, но на юго-западе море никогда не замерзает. Летом кромка льда проходит по линии, соединяющей южную оконечность Шпицбергена и мыс Желания на севере Новой Земли. В Баренце­ во море впадает река Печора. Баренцево море отличается сильными штормами, штормовые волны высотой 3,5-4 м.

4.Белое море находится у северных берегов Европейской части России, далеко вдается между полуостровами Кольский и Канин вглубь суши. Площадь 90 тыс. км2. Средняя глубина 67 м, максимальная — 350 м. С ноября по май Белое море покрыто плавающим и неподвижным (у берегов) льдом.

Всостав Арктического бассейна входят моря, имеющие следующие основ­ ные характеристики:

1.Карское море — окраинное море Северного Ледовитого океана, располо­ жено между побережьем Евразии, островами Новая Земля, архипелагами Земля Франца-Иосифа и Северная Земля. Названо по реке Кара, впадающей в Байдарацкую губу. Площадь 883 тыс. км2. Расположено преимущественно на шель­ фе, преобладают глубины 50-100 м. На северо-западе — желоб Святой Анны

сглубиной до 620 м, на северо-востоке — желоб Воронина (до 420 м). Между желобами — возвышенность глубиной менее 50 м. У Новой Земли — впадина глубиной до 453 м. В Карское море впадают реки Обь и Енисей, распресняющие морские воды. В Обь-Енисейском районе и на востоке моря развит припай. Ледя­ ные поля и массивы встречаются в августе— сентябре. В отдельные годы почти

верное море, схожие с арктическими морями по тяжести гидрометеоусловий и ледовым условиям.

Залив Аляска — часть Тихого океана у берегов Северной Америки между полуостровом Аляска и материком. Аляскинский залив — обширный залив Тихого океана от южной части полуострова Аляска до острова Ванкувер. Ши­ рина у входа более 2200 км. Глубина до 4929 м. Аляскинское течение является северной ветвыо Северо-Тихоокеанского течения. Проходит с юга на север, а затем с востока на запад. Скорость до 1,5 км/ч. Температура воды в феврале от 2 до 7 °С.

Залив Кука (Кенайский залив) Тихого океана у южных берегов Аляски, вдается в сушу на 370 км. Ширина 18-111 км, глубина 22-78 м. Приливы до 12 м и более. Исследован в 1778 г. Дж. Куком. Ледяной покров зимой образу­ ется у полуострова Аляска и в Кенайском заливе.

Северное море — окраинное море Атлантического океана, расположенное на материковой отмели у берегов Европы. Площадь 565 тыс. км2. Наибольшая глубина 433 м в желобе, идущем вдоль юго-западного побережья Норвегии. Более 2А площади моря имеют глубину менее 100 м. В центральной части моря находится большая отмель — Доггербанка (13-37 м). Часты штормы, особен­ но зимой, когда они достигают ураганной силы с высотой волн 8,5 м и более. Средняя температура воды в феврале от -7 до 2 °С. Впадают реки Эльба, Везер, Рейн и Темза. У берегов море замерзает.

Основным затруднением при освоении Арктических морей является на­ личие многолетних льдов, айсбергов и ледяных островов. Многочисленные течения способствуют перемещению айсбергов на многокилометровые рас­ стояния, препятствуя работам по добыче нефти и газа. Айсберги — массив­ ные обломки материкового льда, дрейфующие в море или сидящие на мели. В Северном полушарии образуется около 20 000 айсбергов в год в результа­ те разрушения ледников Гренландии, Исландии, архипелагов Земля ФранцаИосифа, Новая Земля, Северная Земля, Шпицберген и островов Канадского арктического архипелага. Средняя высота айсбергов у западного побережья Гренландии около 60 м (наибольшая 225 м). В арктическом бассейне не более 25 м. Горизонтальные размеры айсбергов Северного полушария 100-500 м. Продолжительность существования в среднем 3-5 лет (наибольшая 10-13 лет). Айсберги, образующиеся у западного побережья Гренландии, следуют на юг вдоль восточного побережья Баффиновой Земли и полуострова Лабрадор, за­ тем выносятся в Атлантический океан в районе Большой Ньюфаундлендской банки, где разрушаются за 7-10 суток.

Ледяные острова, обширные по площади плавучие обломки многолетнего припая или шельфового льда, образуются в районах, примыкающих к Канад­

скому Арктическому архипелагу, и дрейфуют в Северном Ледовитом океане. Горизонтальные размеры более 30 км, толщина до 65 м, возвышение над уров­ нем моря от 80 см до 5 м. Поверхность слегка холмистая. Продолжительность существования 20 лет и более.

Как показывает опыт эксплуатации морских нефтегазовых сооружений, находящихся в арктических морях, влияние на них айсбергов и дрейфующих льдов необходимо учитывать на всех стадиях их существования. Такие иссле­ дования проводились с самого начала существования морских промыслов, и их результаты будут представлены ниже.

Предполагается, что с 2010-2015 гг. увеличится прирост нефтяных ресур­ сов за счет открытия новых морских месторождений, и прежде всего в морях Северного Ледовитого океана.

ВБаренцевом море месторождения могут быть связаны с палеозойскими

итриасовыми ловушками на бортах Восточно-Баренцевского прогиба, СевероБаренцевского бассейна, Земли Франца-Иосифа и Прииовоземелья.

ВКарском море ожидается высокая нефтепродуктивиость в юрско-ме­ ловых и более древних отложениях. Последние могут оказаться высокопро­ дуктивными, в частности в Северо-Карском районе. Высокие перспективы связываются с крупными платформенными прогибами на юге моря Лаптевых, в центральной части Восточно-Сибирского моря и в Чукотском море.

Учитывая вышесказанное, значительный опыт зарубежных стран по освоению морских месторождений в высоких широтах будет весьма полезен и для России при освоении морских месторождений морей Северного Ледовитого океана.

Освоение зарубежных морских месторождений углеводородов северных мо­ рей началось с 60-х гг. XX в. Этому предшествовали более чем двухсотлетние исследования полярных морей учеными и путешественниками разных стран.

1.2.Исследования северных морей (с XVIII в. по 1950-е гг.)

Впервой половине XVIII в. Россия была практически лишена выходов в Черное море и на Балтику. Белое море оставалось единственным для осущест­ вления торговли с Европой. Исследованиям возможности разработки Север­ ного морского пути были посвящены 1-я (1725-1730 гг.) и 2-я (1733-1743 гг.) Камчатские экспедиции. Участники этих экспедиций В. Беринг, Д. X. Лаптев, С. И. Челюскин, А. И. Чириков, В. В. Прончищев, М. П. Шпанберг и мно­ гие другие внесли значительный вклад в дело освоения арктических морей. Обобщив опыт мореходов-поморов и участников Камчатских экспедиций, М. В. Ломоносов предложил проект исследования арктических морей. Он из­ учал морские льды, дал их классификацию, создал теорию дрейфа льдов в Се­ верном Ледовитом океане, впоследствии подтвержденную работами полярных

исследователей. М. В. Ломоносов составил карту северной полярной области, где изобразил океан, а не материк, как было тогда принято, одновременно ис­ следовал площади льдов Северного Ледовитого океана, предполагая поднятие дна в Центральном полярном бассейне (в XX в. был открыт подводный хребет, названный именем М. В. Ломоносова). В 1762-1763 гг. в книге «Краткое описа­ ние путешествий по северным морям и показание возможному проходу Сибир­ ским океаном в Восточную Индию» М. В. Ломоносов обосновал политическую

ихозяйственную важность для России освоения Северного морского пути.

В1764 г. М. Ю. Ломоносов написал книгу «О северном мореплавании на восток по Сибирскому океану», а в 1765 составил «Примерную инструкцию морским командующим офицерам, отправляющимся к поисканию пути на Восток Северным Сибирским океаном». Книга предписывала им проводить метеорологические, магнитные и астрономические наблюдения, измерять глу­ бины, наблюдать за течениями, брать пробы морской воды, описывать берега, изучать птиц, зверей, рыб, моллюсков и разнообразие минералов, а также со­ бирать материалы по этнографии народов полярных стран. В 1765 г. по инициа­ тиве М. В. Ломоносова на архипелаг Шпицберген была послана первая в мире высокоширотная русская научная экспедиция под командованием В. Я. Чича­ гова. Экспедицией впервые было осуществлено научное исследование высоко­ широтных районов Арктики, и особенно Шпицбергена, обследованы берега, проведены гидрографические и метеорологические наблюдения, подтвержден закон дрейфа льдов с востока на запад.

После Великой Северной экспедиции в исследовании прибрежной зоны Российской Арктики наступил длительный перерыв. Уровень знаний об Арк­ тике к началу XX в. оставался фактически таким же, как и в Средние века. Ну­ жен был ученый под стать М. Ломоносову. Эта миссия в начале XX в. выпала на долю Дмитрия Ивановича Менделеева — человека с удивительно много­ гранным талантом. В1887 г. он горячо поддерживал мысль адмирала С. О. Ма­ карова о строительстве мощных ледоколов, исповедовал кредо «К Северному полюсу напролом!», сконструировал собственный ледокол.

Кначалу XX в. на всю Арктику было всего 18 карт, причем 14 из них — на Карское море. Оказалось, что прибрежная зона Арктики изучена меньше всего.

ВXIX начале XX вв. многочисленные экспедиции пытались проникнуть

вцентральную часть Северного Ледовитого океана: Де-Лонг на «Жаниете», С. О. Макаров на «Ермаке» и др. Большой комплекс научных исследований впервые был выполнен экспедицией Ф. Нансена на «Фраме», который про­ дрейфовал через район к северу от Новосибирских островов до пролива между Шпицбергеном и Гренландией. Дрейф «Фрама» повторил в 1937-1940 гг. ле­ докольный пароход «Георгий Седов». В мае 1937 г. на географическом полюсе

скопления льдов и малые глубины в некоторых проливах. В отдельные годы многолетние льды, толщиной до 3-4 м, перекрывают трассу на участке от мыса Барроу (Аляска) до устья реки Маккензи. Первопроходцами Северо-Западного прохода была экспедиция Р. Амундсена на судне «Йеа». За одну навигацию Северо-Западный проход был впервые пройден в 1944 г. канадским судном «Сент-Рок», а в 1954 г. — канадским ледоколом «Лабрадор».

Начиная с 1954 г. на морских льдах или ледяных покровах непрерывно действовали две, реже одна, а иногда три советских (российских) станции «Северный полюс». Ежегодно проводились и высокоширотные экспедиции «Север», которые на самолетах-лабораториях, перелетая с места на место, вы­ полняли со льда гидрометеорологические наблюдения.

Значительный вклад в дело изучения арктических морей внесли сотрудни­ ки лаборатории шельфа и морских берегов лаборатории сейсмических исследо­ ваний Института океанологии РАН. Результаты проведенной работы отражены в книге Н. А. Айбулатова и А. А. Аксенова «И на деревянных кораблях плавали железные люди», авторы которой возглавляли коллектив специалистов, изучав­ ших прибрежную зону океана. Полувековые исследования прибрежной зоны арктических морей заложили основу для разработки морских месторождений нефти и газа. По ходу изложения материала в работе автор неоднократно ссы­ лается на материалы, приведенные в указанной выше книге, а также на труды сотрудников Института океанологии РАН.

Кадастровые работы на востоке и северо-востоке страны начались летом 1950 г. с рекогносцировочных работ, включающих ознакомительные обле­ ты вдоль побережья Чукотского полуострова, выборочную плановую и пер­ спективную аэрофотосъемку берегов, осуществление небольших наземных маршрутов. На этом предварительном материале В. П. Зенкович установил закономерности формирования и изменения берегов удлиненных акваторий — лагун, которые тянутся на сотни километров вдоль берегов Чукотки. После завершения рекогносцировочных облетов в последующие четыре года были выполнены кадастровые работы на берегах Чукотского и Берингова морей на протяжении примерно 6 тыс. км. Выполняя задание министра Морского флота (к тому времени и директора Института океанологии АН СССР) П. П. Ширшо­ ва о подготовке материалов для транспортно-географического описания морей Дальнего Востока, В. П. Зенкович налетал немало часов на ПО-2. Впервые была проведена рекогносцировка арктического побережья Азии, и это позво­ лило наметить программу обширных исследований на годы вперед.

Морские и полевые работы на берегах Чукотского и Беринговых морей были выполнены на крошечном (водоизмещение 51,4 т) ботике «Геолог» (1951-1954 г.), под руководством сотрудника лаборатории динамики и мор­