Развитие геологии нефти за годы Советской власти
Акад. С.И. МИРОНОВ
Нефтяная промышленность царской России всецело находилась в руках иностранного капитала, который после Великой Октябрьской социалистической революции начал активную борьбу против зарождающегося социалистического государства, вдохновляя и финансируя контрреволюционные силы на гражданскую войну. Стараясь подорвать экономику страны, контрреволюция приложила немало усилий, чтобы разрушить промысловое хозяйство Баку и Грозного - основных нефтедобывающих районов России.
Однако бакинский и грозненский пролетариат, передовой отряд рабочего класса дореволюционной России, вместе с лучшей частью русских ученых и инженеров успешно противодействовал контрреволюционным силам, а после национализации промышленности приступил к восстановлению промыслов. Этому во многом способствовало то, что к началу революции в стране уже были созданы свои научные кадры геологов, занимающихся изучением нефтяных месторождений и работающих на промыслах и в Геологическом комитете. В обязанности геологов входили консультация правительственных органов России при сдаче нефтяных участков концессионерам и защита недр от хищнической эксплуатации.
При изучении отдельных нефтяных месторождений геологи-нефтяники стремились рассматривать их не изолированно, а как часть больших районов. Поэтому при изучении этих месторождений они учитывали данные широких региональных геологических исследований. И.М. Губкин, один из ведущих геологов-нефтяников, писал, что только «... на фоне геологического построения всей данной области и должны изучаться отдельные нефтяные месторождения, входящие в ее состав» и «... исследование не должно ограничиваться изучением только того, что находится на дневной поверхности, оно должно вслед за буром спускаться в недра земли и там искать освещения; и ответов на свои вопросы о деталях строения месторождения» (Губкин И.М. Изб. соч., т. 2. Изд. АН СССР, 1953, стр. 8-9).
Широкие региональные исследования способствовали тому, что геологи- нефтяники заложили научные основы для разработки стратиграфии и построения геологических карт отдельных районов и в первую очередь Кавказа, в дальнейшем лишь подвергшихся уточнению и детализации.
Большое экономическое значение нефти в народном хозяйстве требовало значительного увеличения кадров геологов. Уже в первые годы Советской власти были организованы факультеты и институты, готовящие геологов-нефтяников. Быстрому росту молодой смены геологов способствовало широко практиковавшееся коллективное обсуждение на всесоюзных совещаниях актуальных проблем увеличения добычи нефти с привлечением ученых старого и нового поколений.
Первая мировая война с большой ясностью показала огромное значение нефти как стратегического сырья. В связи с этим после войны стала интенсивно развиваться (особенно в Советском Союзе и в США) геология нефти. Многие направления геологии нефти у нас зарождались ранее и благодаря отсутствию частновладельческих интересов развивались быстрее, чем за рубежом. Наши геологи, объединенные в большой коллектив, имели возможность широко использовать достижения своих коллег и знакомиться с геологией различных районов.
Бурное развитие всего народного хозяйства и достижения геологической науки и практики обусловили быстрое восстановление и непрерывный рост нефтяной промышленности. В результате этого уже первая пятилетка была выполнена досрочно. Задачей второй пятилетки явилось изменение географического размещения нефтяных промыслов - приближение их к районам потребления.
Вопрос о том, где искать нефть, геологи пробовали решить, исходя из наличия в районе нефтепроизводящих свит. Первоначально за такие свиты принимались породы, обогащенные органическим веществом и имеющие черную окраску. Исследования, проведенные на Северном Кавказе для выяснения более точной характеристики таких пород, в практическом отношении оказались мало плодотворными. Одновременно с этим исследования Н.Д. Зелинского и В.И. Вернадского окончательно утвердили органическую природу исходного для нефти материала.
Открытие живых бактерий в буровых водах Сураханского месторождения, сделанное ранее, чем за рубежом, привело к заключению о большой роли в нефтеобразовании анаэробных бактерий, хотя эта роль не была выяснена окончательно. В это же время за рубежом в современных осадках были найдены углеводороды. Но проведенные тогда же проверочные исследования положительных результатов не дали.
Лишь в последнее время широкими исследованиями в нашей стране и за рубежом окончательно решен вопрос о начале нефтеобразования уже в раннюю стадию диагенеза осадка.
Тем не менее наличие во многих районах выходов на поверхность нефти и газа и нефтеносных пород стимулировало поиски там новых нефтяных месторождений. Однако слабая техника того времени не способствовала большой эффективности этих исследований, так как не давала возможности бурить скважины на большие глубины, особенно в районах, сложенных крепкими породами. Это обусловило несколько случайный характер открытия первой нефтяной залежи на Урале скважиной, заложенной в Верхне-Чусовских городках для поисков калийных солей. Затем в Чусовские городки по решению правительства была направлена группа геологов во главе с И.М. Губкиным, которой было предложено развернуть фронт нефтепоисковых работ на западном склоне Урала и в Поволжье.
Эти работы скоро увенчались успехом. Было открыто мощное месторождение в Ишимбаеве. Залежи нефти первых месторождений на Урале оказались своеобразными, еще не встречавшимися в практике. Кроме того, было выяснено, что стратиграфия верхнепермских отложений Урала, казалось бы, хорошо разработанная при региональных геолого-съемочных исследованиях, не удовлетворяет своей точностью требованиям геологии нефти.
Для более точного изучения разрезов буровых скважин стали тщательнее изучать фауну, встречающуюся в кернах пород. При региональных съемках на нее обращали недостаточно внимания, считая мало пригодной для целей стратиграфии. Практика опровергла это ошибочное мнение. Ископаемые остатки фауны, особенно группа фораминифер и остракод, в настоящее время являются ведущими при изучении не только нефтеносных районов, но и любых осадочных бассейнов.
Помимо биостратиграфических методов, стали применять и методы, основанные на изучении литологии и минералогии осадочных пород нефтеносных районов. Этим было положено начало палеогеографии нефтеносных свит по терригенным элементам пород.
Методы стратиграфического расчленения разрезов давали удовлетворительные результаты при изучении новых районов, но они оказывались малоэффективными при изучении отдельных интенсивно разбуриваемых месторождений. Для корреляции разрезов скважин необходимо было сложное и продолжительное изучение пород. Вследствие этого были разработаны методы, основанные на изучении физических параметров пород. Наибольший успех имел метод, основанный на изучении электропроводности пород и названный электрокаротажем. Электрокаротаж стал обязательной операцией при исследовании разрезов нефтяных и газовых скважин и почти полностью вытеснил отбор образцов пород из них на действующих промыслах.
Чтобы оценить значение этого метода при изучении проблем геологии нефти, достаточно вспомнить, что в настоящее время геологам приходится изучать ежегодно свыше 5 млн. пог. м разрезов скважин.
Однако изучение электрокаротажем карбонатных и галогенных пород не дает хороших результатов. Кроме того, электрокаротаж не применим в скважинах, закрепленных обсадными трубами.
Для стратиграфического расчленения разрезов скважин были использованы и внедрены достижения ядерной физики. Был создан нейтронный гамма- каротаж и нейтрон-нейтронный каротаж. При нейтронном гамма-каротаже регистрируют интенсивность вторичного гамма-излучения, возникающего в результате взаимодействия быстрых нейтронов с породой, а при нейтрон-нейтронном каротаже - плотность тепловых и надтепловых нейтронов. Применяя нейтронный гамма-каротаж, геологи стратиграфически расчленяют карбонатные и галогенные породы и выделяют в этих толщах нефтеносные и газоносные пласты.
Использование тепловых и надтепловых нейтронов сделало возможным изучать разрезы скважин, заполненных солевыми растворами, употребляемыми при бурении, и контролировать положение водонефтяного контакта.
Однако при изучении стратиграфии новых районов в процессе бурения первых скважин необходим максимальный отбор керна для детального и полного изучения фауны и минералогического состава пород.
В дореволюционное время геологами изучались преимущественно нефтяные месторождения Кавказа, Туркмении, Ферганы и Эмбы. В других районах проводились лишь спорадические, чаще экспедиционного характера, непродолжительные исследования. В то время и техника бурения скважин осваивала сравнительно неглубокие залежи нефти, поэтому геологи делали вполне удовлетворительные прогнозы на основании региональных геологических съемок. Их исследования отличались лишь большей точностью изучения стратиграфии и тектоники месторождения. Однако при исследовании степных пространств Эмбы пришлось изменить методику исследования и применить для геологического картирования шурфовочные работы, а затем и мелкое ручное бурение.
В советское время по мере ввода в разработку все более и более глубоколежащих залежей стали встречаться новые трудности. Оказалось, что не всегда (вышележащие пласты отражают тектоническое строение глубоких пластов. Недоучет этого несогласия вызывал много дополнительных работ. Так, в Баку богатейшее нефтяное месторождение Кала было открыто в результате бурения более 20 скважин. Вследствие тщательного изучения разрезов этих скважин было установлено смещение антиклинали относительно верхних слоев.
Большую помощь при геолого-поисковых работах оказали полевые геофизические методы для изучения структуры нефтяных месторождений.
Электросъемочные, гравиметрические, магнитометрические и сейсмические съемки стали широко применяться наряду с детальными геологическими съемками. При применении геофизических методов геологи-нефтяники идут по пути, проложенному ранее старшим поколением советских геологов. Они изучают нефтяные месторождения геофизическими методами с учетом данных исследований этими методами больших территорий.
С целью получения фактического материала для изучения стратиграфии, структуры и нефтеносности пород Советским правительством было издано постановление о бурении глубоких (опорных) скважин с максимальным отбором керна. Опорные скважины были пробурены в различных районах Советского Союза.
Это бурение в комплексе с региональными геолого-геофизическими исследованиями позволило выяснить многие детали геологической истории нашей страны. Оно показало, как схематично представлялось ранее геологам строение недр, составленное на основании обычной геологической съемки. Например, разбуривание крупных региональных структур первого порядка в Европейской части Советского Союза, намеченных геофизическими исследованиями, установило сложную геоморфологию рельефа кристаллического фундамента с колебаниями его глубин до 1500-2000 м на расстоянии 100-150 км. Оказалось, что эти колебания не отражаются повсеместно в вышележащих палеозойских и мезозойских отложениях. Кроме того, были обнаружены большие перерывы в стратиграфическом разрезе палеозоя, указывающие на неоднократную смену трансгрессий и регрессий, способствующих образованию ловушек для формирования стратиграфических залежей нефти. Таким образом, региональные геолого-геофизические исследования и изучение материалов опорных скважин весьма обогатили советскую геологию, выдвинув ее на передовые позиции.
Для поисков нефтяных месторождений разрабатывались и химические методы, причем главное внимание было сосредоточено на конструировании приборов для обнаружения ничтожно малых количеств углеводородов в почвенном воздухе. Были исследованы значительные площади в нефтеносных районах и вне их. На геохимические исследования одно время возлагались большие надежды, так как предполагалось, что при помощи них удастся непосредственно открывать нефтяные залежи. Применение этих методов сопровождалось переменным успехом, техника их разрабатывалась слабо, поэтому они не получили такого развития, какое получили геофизические методы.
Заманчивость разработки методов непосредственного открытия залежей нефти и газа в последнее время стимулировала поиски точной интерпретации сейсмограмм, чтобы найти способ определения контактов нефть - газ, нефть-вода, газ - вода в глубинных пластах.
Были также проведены широкие геохимические исследования осадков нефтяных месторождений для определения характерных особенностей нефтепроизводящих пород. Но эти исследования еще не дали таких результатов, которые можно было бы использовать в качестве руководящих материалов при поисках нефти в новых районах. Хорошие результаты дали геохимические исследования неугловодородных компонентов нефти, т. е. азот-, кислород- и серусодержащих соединений высокомолекулярных фракций нефти. Эти исследования проливают свет на миграцию разновозрастных нефтей и показывают на повторяемость эпох нефтеобразования. Было бы неправильно полагать, что все нефти многопластовых месторождений имеют общий источник.
Интересные результаты были получены и по геохимии горных пород. Эти результаты дают характеристику бассейнов седиментации и условий, ведущих к обогащению горных пород органическим углеродом. Химические исследования буровых вод в ряде районов помогли выяснить генезис этих вод и проследить зависимость их состава от миграции по пласту.
Как только советские нефтяники закончили восстановление разрушенных прежними владельцами промыслов, перед ними возник вопрос о наиболее рациональном использовании недр. Обращено было внимание на размещение скважин. Были проведены исследования по гидромеханике пластовых жидкостей. Таким образом, комплекс наук по разработке проблем геологии нефти обогатился методами, заимствованными из физических наук, образуя новую ветвь геологии нефти, которую можно назвать геогидромеханикой пластовых жидкостей. Эта ветвь геологии нефти стала особенно быстро развиваться после второй мировой войны, когда благодаря новой буровой технике и внедрению турбинного бурения темпы наращивания глубин и скоростного бурения скважин стали быстро расти.
Были открыты многочисленные залежи нефти и газа. В числе их были не только мощные залежи, но и залежи исключительно большого площадного распространения.
В послевоенные годы перед геологами встал вопрос о более рациональном использовании запасов нефти, так как при прежних способах извлечения нефти из недр в результате падения пластового давления в пласте оставались значительные количества этого полезного ископаемого.
Проведенные исследования по гидромеханике показали, что падение пластового давления возможно компенсировать нагнетанием воды в законтурное пространство нефтяной залежи с поверхности земли. Метод законтурного заводнения позволил не только полнее извлекать из недр нефть, но и значительно увеличить дебит скважин. Из месторождений с упруговодонапорным режимом представилась возможность извлекать нефть полнее и в более сжатые сроки. Преимущество этого метода заключалось и в том, что стало возможным сократить количество бурящихся скважин.
При закачке в недра нефтяного месторождения громадных количеств поверхностных вод необходим контроль за продвижением в пласте подошвенных и законтурных вод. Для этого стали использовать радиоактивные изотопы.
Ранее геологи имели дело преимущественно с месторождениями нефти на Кавказе, в Средней Азии и Эмбе, где нефть сосредоточена в песках и рыхлых песчаниках. В новых нефтяных провинциях нефть встречена в коллекторах более плотных, отличающихся от ранее известных меньшей проницаемостью, вследствие чего извлечение нефти значительно осложнилось. Необходимо было изыскать способы воздействия на пласты в недрах для увеличения их проницаемости. Было предложено несколько способов: химическая обработка призабойной зоны, торпедирование забоя скважин и др.
Наиболее эффективным оказался гидравлический разрыв пласта, позволяющий создавать в пласте трещины. За короткий срок этот метод широко внедрен и стал основным методом повышения добычи нефти.
В пятой пятилетке нефтяная промышленность сделала особенно большие успехи, что обеспечило дальнейшее интенсивное развитие добычи нефти и привело к созданию мощной газовой промышленности, обеспечившей дешевым топливом свыше сотни городов и рабочих поселков. Возникли новые нефтяные районы в Татарии, Башкирии, Туркмении, Куйбышевской, Саратовской, Сталинградской и других областях.
Таким образом, громаднее достижения нефтяной промышленности являются результатом обогащения геологической науки достижениями не только геологов, по и гидромехаников, физиков, химиков, и всей армии производственников. Это содружество значительно сократило построение прогнозов на умозрительных предположениях и приблизило геологию нефти к точным наукам. Эти достижения во многом зависели и от того, что в ходе своего развития эта наука вследствие требований практики вынуждена была искать выход из создававшихся затруднений в достижениях более точных наук -физики, механики, химии.
Со своей стороны геологи-нефтяники внесли много нового в развитие таких наук, как геофизика, геогидромеханика, геохимия, геобиология.
Используя достижения точных наук, геология нефти все более и более обособлялась от других геологических дисциплин и сформировалась как самостоятельная наука о пластовых жидкостях. Она базирует свои исследования не только на использовании сопредельных наук, но и на достижениях отдельных дисциплин геологического цикла: стратиграфии, тектоники, литологии, палеогеографии и т. п. За 40 лет Советской власти она сформировалась в обобщающую геологическую науку о недрах.
История развития геологии нефти как науки о недрах является прекрасным показателем благотворного влияния на прогресс науки об осадочных породах, тесной связи науки и практики. Эта история вместе с тем показывает, каких огромных результатов может достигнуть геологическая наука, когда геолог увязывает свою работу с достижениями точных наук и с практикой работы на производстве. Крепя эти связи, геологи-нефтяники, несомненно, будут в состоянии не только познавать закономерности распределения в земной коре нефтяных и газовых залежей, но и выяснять механизм образования их в недрах для управления движением пластовых жидкостей в нужном направлении.
Советская геология нефти прошла большой и сложный путь. За это время было преодолено немало трудностей, испытано немало разочарований. Однако благодаря повседневной помощи Коммунистической партии и Советского правительства геологи-нефтяники двигаются вперед, обогащают советскую науку новыми достижениями и открывают совместно со всей армией советских нефтяников новые источники нефти и газа.
Институт нефти АН СССР