В поисках нефти

В поисках нефти

Страницы истории российской нефтегазовой геофизики

Текст: Александр Матвейчук
Фото: ТАСС, РИА «НОВОСТИ»

Существует мнение, что геофизические исследования в нашей стране появились в начале 30-х гг. ХХ века только благодаря полевым работам специалистов из французской фирмы братьев Шлюмберже в Грозненском нефтяном районе и на Апшеронском полуострове. В действительности же многие эффективные методы разведочной и промысловой геофизики российские ученые и специалисты начали применять гораздо раньше

У истоков скважинных исследований

Вектор геофизических исследований скважин задал великий русский ученый Дмитрий Менделеев, впервые занявшись изучением гидрогеологии нефтяных месторождений. Таким образом ученый стремился получить достоверные данные о пористости и нефтенасыщенности продуктивных пластов. Его методика в последующие годы нашла свое применение в работах геологов дореволюционного периода.

Следующий практический шаг в этом направлении сделал горный инженер Дмитрий Голубятников, который в период 1906–1916 гг. произвел температурные измерения более чем в 300 нефтяных скважинах в Бакинской губернии и Дагестанской области. Именно он установил возможность использования термометрии как одного из геофизических методов для решения различных геологических и нефтепромысловых задач. Будучи назначенным в январе 1917 года на должность заведующего нефтяной секцией Геологического комитета России, он активно продвигал идею организации полевых геофизических исследований на нефтеносных территориях Северного Кавказа и Средней Азии. Однако бурные революционные потрясения 1917 года и последующие кровавые события Гражданской войны не позволили реализовать намеченные мероприятия.

Горный инженер Дмитрий Голубятников первым применил температурные измерения в скважинах

Геофизический пролог

Летом 1925 года в Казахской АССР в Эмбенской нефтеносной провинции учеными Ленинградского государственного университета были начаты первые геофизические исследования районов солянокупольной тектоники методом гравиразведки*. В результате обработки полученных данных было установлено, что месторождения нефти главным образом приурочены к минимумам силы тяжести, что обусловлено наличием больших масс каменной соли, обладающей пониженной плотностью по сравнению с вмещающими породами.

Положительный опыт первых гравиметрических работ был одобрен специалистами отрасли, а в дополнение к гравиразведке было предложено использовать метод сейсмической разведки с помощью преломленных волн. Следует упомянуть, что метод сейсмической разведки был предложен в Советской России еще в 1922 году инженером Владимиром Воюцким. Однако в то время для практического осуществления его идеи отсутствовали необходимые научные и технические условия. Это время наступило в 1926 году, когда в «Журнале прикладной физики» были одновременно опубликованы научные работы академика Петра Лазарева и профессора Александра Заборовского по сейсмическому методу исследования глубины залегания горных пород, которые и заложили основы теории использования преломленных и поперечных волн для сейсморазведки.

Однако потребовалось еще три года для того, чтобы летом 1929 года на территории Грозненского нефтяного района приступила к работе экспедиция Сейсмологического института АН. Используемая сейсмическая аппаратура состояла из шести комплектов сейсмографов, регистрирующих приборов и коротковолновых радиоприемных станций. Важным результатом этих работ стало выявленное изменение скорости распространения упругих волн на 10–15 % в пределах одного слоя.

21 октября 1929 года в Ленинграде приказом ВСНХ СССР №92 был создан Нефтяной геолого-разведочный институт (НГРИ), что дало необходимый импульс к совершенствованию научных основ поисков нефти. Создание НГРИ уже в первые его годы привело к существенному росту геолого-съемочных работ с охватом крупных территорий в нефтеносных районах страны. В это же время в лабораториях института отрабатывалась техника измерений преломленных и затем отраженных волн, велась разработка аппаратуры и методики интерпретации данных.

Ходатайства Всесоюзной конторы геофизических разведок Главнефти о выдаче авторского свидетельства на изобретения, 1936 год

Все же внедрение сейсморазведки в начале 30-х гг. ХХ века для поисков нефтяных месторождений продвигалось медленно, главным образом из-за отсутствия соответствующей аппаратуры. С большим трудом достигалась необходимая синхронность записи момента взрыва и сейсмических волн, поскольку в сейсморазведке применялись еще механические сейсмографы с оптической регистрацией колебаний почвы. Каждый замер занимал много времени и требовал от персонала партии не только высокого, но даже виртуозного владения техникой. Однако в целом на основе накопленных знаний и интерпретации результатов первых опытных работ в тот период все же была определена практическая перспектива пригодности сейсмических методов к разведке месторождений нефти и газа.

Русский жребий шлюмберже

В сентябре 1927 года в районе деревни Верт в провинции Пешельбронне фирмой «Общество электрической разведки» было проведено успешное электрическое зондирование нефтяной буровой скважины. Используя специально сконструированный прибор, получивший название «потенциометр», братья Конрад и Марсель Шлюмберже сумели выявить зависимость электрического сопротивления горных пород от глубины их залегания.

Небольшая заметка в журнале Французского геологического общества о новом методе привлекла внимание руководства отраслевой геологической службы. Уже в марте 1928 года состоялся первый раунд переговоров советских представителей с братьями Шлюмберже о возможности участия их фирмы в разведке нефтяных месторождений в СССР. После 15 месяцев переговоров, 4 июля 1929 года, трест «Грознефть» заключил двухлетний договор с французским «Обществом электрической разведки» на проведение полевых электроразведочных работ «по методу сопротивлений и штыковых электродов». В договор также было включено важное условие, по которому французские специалисты должны были «обучать советские бригады».

В начале сентября 1929 года пять инженеров «Общества электрической разведки» приступили к работе в Грозненском нефтяном районе. А уже через год французы заключили контракт и с бакинским трестом «Азнефть». Здесь предстояла работа по разведке шельфа Биби-Эйбата, по существу ставшая первым примером морской геофизики. В феврале 1933 года на промыслах «Азнефти» впервые был применен инклинометр Шлюмберже для определения угла и азимута отклонения ствола скважины.

Компания братьев Шлюмберже проводила геологоразведку в СССР с 1929 по 1937 гг.

Общий объем электроразведочных и каротажных работ, осуществленных специалистами «Общества электрической разведки», впечатлил руководство страны. По истечении срока первого контракта с французской фирмой в 1932 году был заключен новый, двухлетний — уже с объединением «Союзнефть». Сотрудничество с французами стало постепенно сворачиваться в 1936 году. Глава фирмы Конрад Шлюмберже недоумевал о причинах подобных действий и в беседе с торговым представителем СССР в Париже сказал: «Семь лет, семь лет хорошей работы, за это время советские инженеры трудились рука об руку с нашими. Все это время мы вместе вели разведку в Средней Азии, на берегах Байкала, на Сахалине, на Камчатке. А потом связь с Москвой словно вдруг заклинило».

Формальным поводом для разрыва отношений, озвученным в письме Главного управления нефтяной промышленности НКТП от 29 апреля 1937 года в адрес «Общества электрической разведки», стал «ущерб в размере около 400 тысяч», якобы нанесенный французской стороной, а также «вредительская деятельность» арестованного органами НКВД инженера-геофизика Вахе Меликяна — руководителя работ с французской стороны, к тому времени принявшего советское подданство. Все платежи со стороны СССР прекратились в мае 1937 года, после чего всякие отношения с фирмой братьев Шлюмберже были окончательно прерваны на долгие года.

На траектории роста

К началу 30-х гг. ХХ века значимый успех геофизических методов полевой разведки, а также исследования разрезов скважин обозначили реальные перспективы для повышения эффективности регионального изучения нефтегазоносных провинций страны.

В начале 1934 года начальник Главного управления нефтяной промышленности Михаил Баринов и директор Нефтяного геолого-разведочного института Александр Никишин представили Наркому тяжелой промышленности СССР Георгию Орджоникидзе докладную записку «Об организации геофизических разведок в нефтяной промышленности». Наряду с перечислением достижений советских геофизиков были названы основные причины, препятствующие развитию широкого фронта геофизических работ в СССР: «слабое оснащение геофизических партий и отсутствие отечественной производственной базы для производства геофизической аппаратуры; нехватка кадров и транспорта». Однако наиболее важной причиной признавалось «отсутствие правильной организации геофизической службы нефтяной промышленности» ввиду распыленности геофизических разведок по региональным производственным трестам. Руководство Наркомата на основе анализа работы геологических партий правильно оценило перспективы дальнейшего развития разведочной и промысловой геофизики применительно к решению растущих задач перед нефтяной отраслью и приняло решение о создании централизованной геофизической службы в отрасли. Так была создана самостоятельная специализированная организация, получившая наименование «Всесоюзная контора геофизических разведок при Главнефти НКТП СССР» (ВКГР). В задачи этой геофизической организации входило расширение объема геофизических работ, осуществление методического руководства в области нефтяной геофизики, а также конструирование и изготовление геофизической аппаратуры.

Одним из первых значимых дел «Всесоюзной конторы геофизических разведок» стала разработка и постройка аппаратуры для сейсмического метода отраженных волн — впоследствии основного метода нефтегазовой полевой геофизики. В течение зимы 1934 года в Ленинграде на заводе «Геологоразведка» под руководством специалистов ВКГР было изготовлено и смонтировано на автомобильном шасси шесть первых отечественных пятиканальных сейсмостанций. Созданная аппаратура и оборудование были применены в полевых партиях летом 1935 года в Эмбинском нефтяном районе и дали важные геологические и методические результаты.

Успешное развитие методов промысловой геофизики обеспечивалось высоким уровнем теории, разработанной в основном трудами ряда советских ученых. Так, теория каротажа в общем виде была разработана профессором Львом Альпиным. В монографиях «Заметки по теории электрической разведки» (1935) и «К теории электрического каротажа буровых скважин» (1938) им были раскрыты основные положения теории каротажа для пласта неограниченной мощности при наличии или отсутствии проникновения бурового раствора, а затем им был получен расчетный материал, послуживший основой для метода бокового каротажного зондирования. Позднее он разработал теорию каротажа пластов конечной мощности и получил расчетный материал для пластов малой мощности.

Войне вопреки

Уже в первые месяцы войны перед нефтяной промышленностью СССР в связи с угрозой потери нефтяных промыслов Северного Кавказа и блокадой Апшеронского полуострова встали серьезные задачи существенного повышения объема добычи нефти в Урало-Поволжском и Закаспийском районах страны. 30 июля 1941 года было принято постановление Государственного комитета обороны СССР «О мерах по развитию добычи и переработки нефти в восточных районах СССР и Туркмении». Уже на 4-й квартал 1941 года Народному комиссариату нефтяной промышленности был установлен объем буровых работ в районах «Второго Баку», Казахстана и Средней Азии в размере 340 тыс. м3, включая разведочное бурение 135 тыс. м3.

Эвакуация оборудования завода «Геологоразведка» из Ленинграда, 1941 год

Выполнение поставленных задач потребовало существенного повышения эффективности разведочных и буровых работ, а значит — скорейшей разработки и внедрения новых методов разведки. Еще в мае 1941-го с этой целью была создана Центральная научно-исследовательская лаборатория (ЦНИЛ). На начальном этапе в лаборатории отсутствовали самые необходимые для исследовательских работ установки и приборы. В военное время изготовление экспериментальных образцов и макетов стали вести на единственном токарном станке, собранном своими силами из списанного оборудования. В сложных условиях сотрудники ЦНИЛ все же смогли выполнить несколько важных исследований и разработок. Им удалось изготовить опытный образец портативного эхолота для определения динамического уровня жидкости в скважинах. Продолжались и исследования в области перфорации и торпедирования нефтяных скважин, разрабатывалась новая методика измерений скважинной кривизны.

Несмотря на тяготы и лишения военного времени, в годы Великой Отечественной войны в стране удалось существенно увеличить объем геофизических работ в Поволжье, Татарской и Башкирской АССР, Западном Оренбуржье, Казахской и Туркменской ССР. Если в довоенном 1940 году на территории СССР работало 46 геофизических партий, то уже в 1942 году их число составило 94. Наряду с этим повысился технический уровень проводимых разведочных работ, выросла квалификация специалистов, возросла эффективность использования аппаратуры и оборудования, в практику вошло осуществление круглогодичных полевых исследований.

Большой объем выполненных геофизических работ в военное время дал хорошую возможность сократить имевшее место отставание в подготовке площадей для широкого развертывания последующего разведочного бурения уже в послевоенный период.

Больше, глубже, быстрее

После завершения Великой Отечественной войны в стране наступил напряженный восстановительный период. Нефтяная геофизика уже в первую послевоенную пятилетку оказалась на самой передовой линии штурма «Второго Баку». В 1946 году в систему Государственного союзного геофизического треста входило 12 региональных отделений, 176 геофизических партий, включая 105 полевых разведочных и 76 промысловых. Для выполнения новых, сложных задач необходимо было значительно увеличить производственные мощности геофизической службы. В сжатые сроки нужно было существенно увеличить число геофизических партий, дополнительно укомплектовать их квалифицированными специалистами, технически перевооружить всю геофизическую службу с использованием новейшей аппаратуры и приборов. В частности, требовалось внедрить в производство автоматические каротажные станции, аппаратуру для радиоактивных методов, приборы для контроля направленного бурения.

Хотя начиная с 1949 года ежегодный прирост добычи нефти в СССР значительно превышал годовой прирост добычи в довоенный период, задание первой послевоенной пятилетки — восстановить, а затем перешагнуть уровень добычи нефти 1940 года, освоив нефтяные залежи восточных районов страны, было выполнено досрочно. В следующем пятилетнем плане развития народного хозяйства СССР на 1951–1955 гг. советским нефтяникам предстояло обеспечить еще более быстрый рост уровня добычи нефти. И здесь немалые надежды возлагались на геофизиков.

Гравиметрическая лаборатория на ледоколе «Киев»

В это время на предприятиях и в подразделениях Главнефтегеофизики непрерывно совершенствовались техника и методика геофизических работ, применяемая аппаратура: с 1951 года осуществляется широкое внедрение самоходных буровых станков, в 1952 году успешно применили гравиметровые станции на легковых автомашинах, опробовали нивелиры-автоматы. В 1953 году в сейсморазведке начали применяться литые тротиловые заряды и специальные сейсмические электродетонаторы. В том же году был впервые опробован в районе Саратова метод дипольных электрических зондирований (ДЭЗ), разработанный в СССР под руководством профессора Льва Альпина. В 1955 году впервые были успешно проведены речные сейсморазведочные работы с установками сейсмоприемников на плавающей цепочке бревен (бонах). Эти работы оказались весьма эффективными в Сибири, в бассейнах Оби, Иртыша, Лены и более мелких рек.

Начиная с середины 60-х гг. ХХ века ведущие специалисты-геофизики также активно включились в исследования фундаментальных проблем — основы дальнейших практических разработок в области нефтяной геологии. Началось применение и внедрение новых методов исследования, включая инструментальную структурную съемку, микробиостратиграфическую корреляцию по скважинам, исследование коллекторов сложного типа, химико-битуминологические исследования фоссилизированного органического вещества и моделирование процессов литогенеза органического вещества, инфракрасную и ультрафиолетовую спектрометрию.

Лагерь геофизиков НИИГА на ледовой базе СЕВЕР-14, 1962 г.

* Гравиразведка — метод разведочной геофизики, основанный на изучении строения Земли при помощи измерения ускорения свободного падения и его первых и вторых производных

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ