Принципиальные особенности техники и технологии освоения нефтегазовых ресурсов континентального шельфа

Ключевые слова: морское нефтегазопромысловое дело, научно-техническое обеспечение проектов освоения морских нефтегазовых ресурсов, техника и технология освоения морских нефтегазовых ресурсов, морские нефтегазопромысловые инженерные сооружения, объекты обустройства морских нефтегазовых месторождений.

Согласно Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2050 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 12 апреля 2025 года № 908-р, привлечение ресурсов континентального шельфа, в том числе арктического, планируется для увеличения и стабилизации добычи углеводородного сырья [1].

Как отметил на совещании по проблемам Северного морского пути и судостроения президент Российской Федерации В.В. Путин: «Особое стратегическое значение для России имеет освоение природных богатств Арктической зоны и континентального шельфа. Как известно, все продуктивные запасы газа находятся в море. И здесь морским технологиям просто нет никакой альтернативы. Это главное средство реализации целого комплекса приоритетов общегосударственной политики на Севере» [2].

В настоящее время использование углеводородных ресурсов нефти и газа как источника топлива в общемировом масштабе потребления больше, чем суммарное потребление всех остальных источников, включая уголь, атомную энергию, биоэнергию, гидроэнергию и прочие (ветер, приливы и отливы, солнечные и др.), фактически соотношение составляет 53,5 % против 46,5 %.

Учитывая структуру потребления первичной энергии в мире до 2015 года, можно предположить, что в течение последующих 25 лет (к 2040 году) потребление нефти может сократиться на 4 %, а потребление газа за тот же период увеличится на 2 %. Причем суммарная потребность в нефти и газе будет занимать более 50 % от всех видов источника топлива [3]. Следовательно, газовая отрасль обладает наилучшими перспективами, учитывая:

• рост потребления газа, особенно на насыщенных рынках Азии;

• интеграцию региональных газовых рынков в мировой рынок за счет развития поставок СПГ;

• переход от «геополитики нефти» к «геополитике газа».

Еще одним немаловажным фактором, подтверждающим перспективность освоения углеводородных ресурсов континентального шельфа, является то, что, по прогнозным оценкам, истощенность нефтегазовых месторождений составляет на суше 30–50 %, а месторождений континентального шельфа менее 1 %.

Поэтому основные объемы прироста запасов, увеличение и стабилизация добычи нефти и газа в системе ТЭК должны планироваться за счет ресурсов и запасов континентального шельфа, обладающего уникальными ресурсами. Такой вывод можно сделать, проведя краткий анализ углеводородных ресурсов континентального шельфа Арктики и Дальнего Востока, а также российской части Каспийского, Азовского, Черного и Балтийского морей.

В первую очередь следует отметить, что Северный Ледовитый океан является самым богатым по части природных ресурсов среди всех мировых океанов, а также «лидером» по количеству проблем, связанных с территориальным разделением между приарктическими странами, где соответственно нефть и газ распределяются между государствами Россия, США, Дания (Гренландия), Канада, Норвегия следующим образом (таблица 1).

Данная информация подготовлена экономической службой США и наглядно показывает, что доля ожидаемых ресурсов российского сектора Арктики по природному газу составляет 70 %, а по нефти – 41 %.

Прогнозная оценка распределения сырьевых ресурсов по морским регионам Российской Федерации показывает, что 87 % находятся в недрах морей Арктического региона, около 10 % Дальневосточного региона, а в недрах остальных регионов (Черное, Азовское, Балтийское и российская часть Каспийского моря) содержится около 3 % ресурсов нефти и газа. Следовательно, основные стратегически значимые ресурсы УВ сосредоточены в недрах континентального шельфа Арктики.

Ресурсы углеводородов мирового континентального шельфа распределяются между океанами следующим образом: Арктика – 58 %; Атлантика – 19 %; Индийский – 17 %; Тихий – 6 %. Поэтому Российская Федерация в первую очередь должна разрабатывать концепцию освоения углеводородных ресурсов арктического континентального шельфа, основанную на создании инновационной передовой техники, технологии, сооружений и оборудования для условий Арктики.

Приведенные данные подтверждают прогнозы великого русского ученого-энциклопедиста, просветителя, поэта и естествоиспытателя Михаил Васильевич Ломоносова, внесшего значительный вклад в развитие науки и культуры России. Ему принадлежит провидческое высказывание: «Российское могущество прирастать будет Сибирью и Северным океаном» [5]. Для определения основных направлений развития инновационной техники и технологии необходимо анализировать перспективные на нефть и газ регионы по очередности начала их освоения с учетом генеральной схемы развития топливно-энергетического комплекса Российской Федерации. С учетом основных положений данной генеральной схемы разрабатываются долгосрочные программы развития работ газовой промышленности и отдельно нефтяной промышленности.

В настоящее время ПАО «Газпром» является лидером по масштабу работ на шельфе среди нефтегазовых компаний Российской Федерации. Так, по проекту «Сахалин-3» впервые в России создан подводно-подледный промысел, успешно эксплуатируемый в настоящее время.

На открытых месторождениях Баренцева моря выполняются предынвестиционные проекты освоения. В Печорском море построена и эксплуатируется первая ледостойкая платформа «Приразломная», созданная без участия зарубежных компаний. В Карском море открыты крупные газоконденсатные месторождения, такие как Ленинградское, Русановское, им. В.А. Динкова, Скуратовское и др.

В заливе Шарапов Шар открыто месторождение Крузенштернское, часть которого находится на суше.

В акватории Обской и Тазовской губ продолжаются геолого-разведочные работы, для месторождений Каменномысское-море и Северо-Каменномысское выполняется пересчет технико-технологических показателей разработки месторождений для определения наиболее рационального варианта комплексного освоения месторождений.

Принципиальные особенности освоения конкретного месторождения связаны в основном с выбором типа промысла и учетом сложности конструкций объектов его обустройства, которые можно распределить по следующим критериям:

• глубина воды;

• ледовые условия (акватория замерзающая);

• продолжительность межледового периода;

• расстояние от берега;

• наличие береговой производственной инфраструктуры;

• геологические характеристики месторождения.

Для демонстрации степени сложности научно-технической составляющей методов выбора типа морского нефтегазового промысла кратко рассмотрим степени и зоны влияний этих критериев.

Глубина воды в зоне расположения месторождения определяет возможность создания в первую очередь надводного промысла, так как этот тип промысла более распространенный и имеется огромный мировой опыт, правда в условиях незамерзающих морей. Для условий замерзающих морей данный критерий становится более весомым, так как с увеличением глубин воды стоимость платформ за счет ледостойкости увеличивается и требуемая эффективность освоения месторождения не обеспечивается.

Ледовые условия (акватория, замерзающая или не замерзающая) определяют необходимость строительства надводных объектов обустройства в ледостойком исполнении. Кроме того, ледовые условия влияют и на параметры подводных объектов обустройства. Определяющая роль при выборе технологических схем строительства подводных и надводных объектов обустройства, решение вопросов обеспечения нормального функционирования промысла также зависит от ледовых условий конкретного месторождения.

Продолжительность безледового периода имеет огромное значение как на выбор типа промысла, так и методов бурения подводных эксплуатационных скважин. Данный критерий определяет возможность бурения фонда эксплуатационных скважин с помощью существующих неледостойких буровых сооружений или изготовление специальных надводных либо подводных буровых установок, создаваемых на базе научно-технического достижения специальных конструкторских бюро оборонной промышленности.

Расстояние от берега в основном влияет на выбор технологической схемы транспорта добываемой продукции, т.е. определяет объем работ на промысле по подготовке нефти и газа к транспорту. Кроме того, в зависимости от этого критерия выбираются методы и типы технических средств для смены производственного персонала и в целом обеспечение материалами, оборудованием морского нефтегазового промысла. Значимость данного критерия будет продемонстрирована ниже на примере проектов освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения.

Береговая производственная инфраструктура является производной от всех предыдущих критериев. После выбора типа промысла, определения состава объектов обустройства, технологии бурения, добычи, сбора, подготовки, хранения и транспорта добываемой продукции, формулируются требования к составу береговой базы обеспечения.

Геологические характеристики месторождения учитываются при составлении технологической схемы разработки месторождения, в которой определяется количество и координаты забоев, дебит скважин с учетом характеристик нефтегазоносных объектов и их пластов для обеспечения необходимого объема накопленной добычи, что является основанием для принятия инвестиционного решения при освоении недр пользователем [6–8].

Такая краткая информация о значениях отмеченных критериев показывает, что выбор типа морского нефтегазового промысла является самостоятельным направлением в области нефтяной и газовой промышленности. В условиях суши существует только один тип промысла – надземный, на котором практически одна технологическая схема с одними и теми же конструкциями объектов обустройства.

Для условий континентального шельфа рассматриваются пять возможных типов промысла, таких как надземные, надводные, подводные, подземные и комбинированные. Выбор оптимального варианта требует глубокого анализа отмеченных выше критериев с учетом их взаимодействия. Следовательно, морское нефтегазопромысловое дело является самостоятельным, более сложным и наукоемким направлением по созданию новой техники и технологий, обеспечивающих бурение нефтегазовых скважин, добычу, подготовку, транспорт, хранение и др. добываемой продукции в сложных природно-климатических условиях континентального шельфа.

При создании технических средств для выполнения комплекса технологических процессов добычи углеводородного сырья следует учитывать, что сухопутные объекты обустройства находятся под влиянием только литосферы и атмосферы, а морские объекты обустройства, помимо литосферы и атмосферы, еще и гидросферы (см. рис. 1), что создает определенные проблемы при проектировании, строительстве и эксплуатации морского нефтегазового промысла.

Особенно сложными являются переходы между атмосферой и гидросферой (морское ветровое волнение, течение, ледовые образования, торосы, айсберги, обломки айсбергов), а также между гидросферой и литосферой. Для условий шельфа вопросы литосферы не являются специальными, они изучаются и для условий суши (поиск, разведка, бурение и разработка), а верхний слой (поверхностный) как грунтовое основание сооружений исследуется специально (механика грунтов, основание и фундаменты).

Поэтому комплексные технико-технологические решения по поиску, разведке, обустройству и эксплуатации морских месторождений принимаются на основе интегрирования всех воздействующих факторов атмосферы, гидросферы и литосферы.

Таким образом, эффективность обустройства и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений зависит от умелого использования достижений науки и техники в области морской гидротехники, судостроительной и оборонной промышленности, а также технологических достижений нефтяной и газовой промышленности в целом.

РИСУНОК 1. Условная схема приложения внешних нагрузок [7]

Создание такого нефтегазового промыла и его объектов обустройства (стационарных, плавучих, погружных, полупогружных, самоподъемных платформ и др.) для условий арктического континентального шельфа является не менее сложной проблемой, чем освоение космоса, а последствия неудачных технико-технологических решений могут привести к авариям (фонтаны, выбросы, разливы нефти, пожары и др.) с человеческими жертвами и огромным финансовым потерям недропользователя.

Впервые сравнение освоения шельфа с космосом сделал министр газовой промышленности С.А. Оруджев в августе 1978 года на совещании у председателя Совета министров СССР А.Н. Косыгина по рассмотрению вопроса об организации работ по освоению ресурсов нефти и газа на континентальном шельфе СССР.

Правомерность такого сравнения подтвердилась в 2010 году, когда в Мексиканском заливе произошел взрыв, пожар и утечка нефти на платформе Deepwater Horizon на месторождении «Макондо» компании British Petroleum (BP), что привело к человеческим жертвам и огромным экологическим последствиям.

Компания British Petroleum была оштрафована государством США на 53 млрд долларов. Для сравнения стоимость одного космического многоразового корабля Crew Dragon (SraceX) от 150 млн долларов США [9].

Учитывая отсутствие технических средств для проведения геолого-разведочных работ, специальных промышленно-производственных мощностей, производственных баз обеспечения, специализированных научных и проектно-конструкторских организаций, квалифицированного персонала, а также всю сложность и ответственность при освоении морских ресурсов нефти и газа, Советом министров СССР около 50 лет назад было принято историческое решение по созданию специального главного управления по поиску, разведке и освоению нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР в системе Министерства газовой промышленности.

Благодаря деятельности главного управления Мингазпрома и непосредственного участия научных, конструкторских и производственных потенциалов Минсудпрома, Миноборонпрома, Минспецмотажстроя и других отраслей машиностроения в течение 10 лет было построено и находилось в эксплуатации около 600 единиц плавучих технических средств для поиска, разведки, обустройства и эксплуатации морских месторождений нефти и газа.

В Харьковском филиале ВНИПИморнефтегаза создавались специальные костюмы и системы жизнеобеспечения водолазов с применением новых глубоководных систем, использующих гелиосмесь, силами конструкторского бюро «Баррикада» было создано первое в Европе подводное устьевое оборудование, были подготовлены площади для бурения разведочных скважин и завершено строительство Бакинского завода для изготовления глубоководных опор стационарных платформ и Астраханского завода по изготовлению верхних строений платформ.

С начала работ по Штокмановскому газоконденсатному месторождению (ШГКМ) были рассмотрены десятки вариантов его освоения, более 40 вариантов обустройства месторождения, включающих использование разных типов морских сооружений, а также вариантов разработки месторождения без применения морских гидротехнических сооружений. Велась проработка различных вариантов разработки ШГКМ с размещением устьев скважин на верхних строениях платформ, с подводным расположением устьев скважин, комбинированные варианты. Были рассмотрены различные варианты транспортировки газа – до Кольского полуострова (Териберка, Видяево), Новой Земли, а также использование промежуточных технологических платформ, варианты магистральных трубопроводов разного диаметра – от 36 до 46 дюймов, условно говоря «не были рассмотрены только варианты транспорта газа на Луну и Марс». Были рассмотрены варианты строительства электростанций на месторождении и заводов по производству СПГ разной производительности и в разных местах – на плавучем сооружении в районе месторождения, на Кольском полуострове, на Новой Земле.

В проектах освоения ШГКМ принимали участие самые известные зарубежные нефтегазовые компании (Норвегия, США, Англия, Япония, Франция, Финляндия, Япония, Италия, Германия, Южная Корея и др.), имеющие большой опыт и огромный научно-исследовательский потенциал в данной области. В Баренцевом море, в районе месторождения ШГКМ проводились международные экспедиции по исследованию режимов айсбергов, которые представляют опасность для объектов обустройства [10].

В настоящее время в университетах Российской Федерации готовятся инженерные кадры по специальности техники и технологии освоения морских нефтегазовых ресурсов с учетом их принципиальных особенностей (рис. 2).

РИСУНОК 2. Примерный перечень ВУЗов по подготовке инженерных кадров в области освоения морских нефтегазовых ресурсов

Учитывая многогранность научно-технического направления развития работ по созданию инновационной техники и технологии в 1983 году были созданы диссертационные советы по научной специальности 25.00.18 «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых». В ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и в РГУ нефти и газа (НИУ) имени М.И. Губкина велась подготовка кадров по данной специальности в аспирантуре и докторантуре, в ООО «КО ВНИПИМОРНЕФТЕГАЗ» только в аспирантуре. До 2022 года по специальности 25.00.18 «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых» успешно защитились десятки докторов и кандидатов технических наук. Несмотря на острую необходимость в высококвалифицированных кадрах по освоению морских нефтегазовых ресурсов, в 2022 году решением рабочей группы ВАК Минобрнауки специальность 25.00.18 была исключена из номенклатуры [11]. Неужели все научно-технические задачи и проблемы в данном направлении решены и специальность больше не нужна? На этот вопрос можно ответить словами великого ученого Альберта Эйнштейна: «Наука не является и никогда не будет являться законченной книгой. Каждый научный успех приносит новые вопросы. Тот, кто хочет видеть результаты своего научного труда немедленно, должен идти работать сапожником» [12].

Заключение

Конструкции морских нефтегазопромысловых инженерных сооружений, как объекты обустройства морских нефтегазовых месторождений, кроме технологического назначения (для бурения, добычи, подготовки, хранения и транспорта добываемой продукции), не имеют ничего общего с конструкциями объектов обустройства континентальных нефтегазовых месторождений.

Количество и место расположения объектов обустройства для морских месторождений определяются как с учетом требований технологических схем разработки, так и стоимости морских нефтегазопромысловых инженерных сооружений. Выбор типа морского нефтегазового промысла практически зависит только от технической доступности месторождения с учетом специальных критериев, не имеющих места при выборе типа промысла для освоения сухопутных месторождений, так как на суше применяется только надземный промысел с надземными объектами обустройства [7].

Создание глубоководных, особенно ледостойких, нефтегазопромысловых сооружений требует использования передовых достижений океанологии, гидрометеорологии, гидрологии, гидродинамики, аэродинамики, гидрографии, льдотехники, теории сооружений, строительной механики, металловедения, инженерной геологии, судостроения и других научных дисциплин, практически не используемых для объектов обустройства континентальных нефтегазовых месторождений.

Научно-техническое обеспечение проектов освоения морских нефтегазовых ресурсов является новым инновационным направлением науки и техники, интегрирующимся с передовыми достижениями приведенных выше научных дисциплин. Результаты данных исследований позволяют создать нормативнyю базу под общим названием «Арктические нефтегазовые операции» [11].

По вопросу ликвидации специальности 25.00.18 «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых» председатель комитета Государственной думы по энергетике П.Н. Завальный отметил в обращении к министру науки и высшего образования Российской Федерации В. Н. Фалькову: «Решение ВАК, прежде всего, лишает возможности создания необходимых и отсутствующих в мире технологий освоения нефтегазовых ресурсов арктического континентального шельфа на российской научной базе, способности российских научных школ и организаций продуцировать новые знания на высоком уровне и находить сферы и способы их приложений».

Сегодня на российском континентальном шельфе Северного Ледовитого океана открыты нефтегазовые месторождения, где сочетание глубин акваторий и ледовых условий требуют создания не имеющих аналогов в мире технических средств и технологий для добычи углеводородов, подготовки высококвалифицированных кадров, которые обусловливают необходимость приоритетного развития научного направления «морская нефтегазодобыча», а комиссия Минобрнауки и РАН «вместе с грязной водой выплеснула и ребенка».

Считаю целесообразным завершить статью словами великого русского исследователя, вице-адмирала Степана Осиповича Макарова, сказанными 12 марта 1897 года на заседании Академии наук России: «Если сравнить Россию со зданием, то нельзя не признать, что она своим главным фасадом выходит на Ледовитый океан, и поэтому ни одна нация не заинтересована в ледоколах более, чем наша. Мощный ледокол откроет дверь в этом главном фасаде» [13].

Если развить сказанное великим вице-адмиралом, заложившим основы в развитии Северного морского пути (СМП), можно сказать, что двери к огромным углеводородным ресурсам Северного Ледовитого океана можно открыть при наличии новейшей техники и технологии, созданной в морском арктическом ледостойком исполнении.

Литература

1. Распоряжение Правительства РФ от 12.04.2025 № 908-р «Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2050 года» [Электронный ресурс] // Официальный интернет-портал правовой информации.

2. Путин В.В. Выступление на совещании по проблемам Северного морского пути и судостроения [Электронный ресурс] // Официальный сайт Президента России.

3. Дегтярев К.С. Динамика мирового энергопотребления в XX–XXI вв. и прогноз до 2100 года [Электронный ресурс] // КиберЛенинка

4. Афонцев С.А. Перспективы деятельности зарубежных энергетических компаний в Арктическом регионе [Электронный ресурс] // Российский совет по международным делам.

5. Ломоносов М.В. Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию // Полное собрание сочинений / АН СССР. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950–1983. – Т. 6: Труды по русской истории, географическим, экономическим и юридическим вопросам. – 1952. – С. 429–430.

6. Мирзоев Д.А. Принципиальные особенности освоения нефтегазовых ресурсов континентального шельфа // Научные труды НИПИ Нефтегаз ГНКАР. – 2021. – № 1. – С. 78–82.

7. Мирзоев Д.А, Ибрагимов И.Э., Богатырева У.В., Архипова О.Л. Особенности освоения нефтегазовых ресурсов континентального шельфа: – М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2025. – 467 с.

8. Мирзоев Д.А., Ибрагимов И.Э., Архипова О.Л., Дмитриенко Н.А., Караев И.П. Гидротехника // Технико-технологические особенности освоения нефтегазовых ресурсов континентального шельфа.. – 2021. – № 4 (65). – С. 10–14.

9. США наложили на BP рекордный штраф за нарушение правил безопасности Электронный ресурс:

10. Мирзоев Д.А.О. Проектам освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения исполнилось 35 лет // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2024. – № 4 (148). – С. 74–77.

11. Мансуров М.Н., Мирзоев Д.А., Лаптева Т.И. Нужна ли научная специальность «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых» // Гидротехника. – 2023. – № 1 (70). – С. 17–23.

12. Великие мысли великих людей. Антология афоризмов. В 3 т. Т. 3. – М.: Рипол классик, 2008. – 704 с.

13. Доклад С.О. Макарова в Императорской Академии наук «Об исследовании Северного Ледовитого океана при помощи ледоколов» (12 марта 1897 г.). Опубликовано в: Макаров С.О. Документы. Т. 3. – СПб.: Историческая иллюстрация, 2024.