Московские ученые разработали модель и сейсмометры для предотвращения катастроф при бурении на шельфе

Москва. Физики из МФТИ научились предсказывать положение зон аномально высокого пластового давления (АВПД), которые могут представлять опасность при бурении нефтегазовых скважин на шельфе. На таких участках в среде присутствует газ под аномально высоким давлением.

Геофизики решали задачу в рамках проекта по бурению в Черном море. В этом регионе вблизи поверхности среда представляет смесь твердых, жидких и газоообразных фаз и слоев — на геофизическом языке говорят, что среда находится в неустойчивом состоянии, не консолидирована. Чтобы определить усредненные свойства среды, нужно знать параметры, структуру каждой фазы и взаимодействия между их частицами. Напрямую получить эти данные затруднительно, но по результатам сейсморазведки ученые построили математическую модель, воспроизводившую параметры реальной среды наиболее полно. Для этого исследователи добавили в общую модель только ключевые характеристики каждой фазы: механические свойства, форму частиц, взаимодействие между ними, давление газа и другие — получилась такая эффективная среда. Далее физики рассчитали, как по такой обобщенной среде с заданными свойствами будут проходить упругие волны и как они будут отражаться от неоднородностей, таких как зоны с газом под высоким давлением. А эти данные уже легко получить методом сейсморазведки: упругие волны генерируются в водной среде и распространяются ото дна вглубь среды, где отражаются от неоднородностей. Затем 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. Затем геофизики построили модель, которая предсказала эти проблемные зоны, а главное, и безопасные участки. И уже в тех местах удалось без проблем пробурить скважину. Ученые планируют продолжить работу и исследовать, насколько быстро устаревают сейсмические данные и можно ли пользоваться данными сейсморазведки через 5–10 лет.

«Мы построили модель, которая позволяет определять свойства среды на основании неких модельных представлений о ее внутренней структуре, - рассказал заместитель заведующего кафедрой прикладной геофизики МФТИ, ведущий научный сотрудник МФТИ и Института физики земли им. О. Ю. Шмидта Никита Дубиня. - С помощью модели можно принимать решение о том, куда бурить, куда нет. Еще 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 пять лет, через десять лет и так далее».

Исследование опубликовано в Journal of Marine Science and Engineering.