Арктика: впереди нефтегазовых компаний должна идти наука

Самый напрашивающийся вопрос в связи с аварией в Норильске с разливом 20 тыс. тонн дизеля 29 мая — каким чудом подобные катастрофы не случались раньше? Ответ: возможно, мы о них просто не знаем. 

Проседание фундамента под емкостью с дизелем (если именно оно привело к аварии, а не банальная коррозия некачественных сварных швов) могло происходить в двух вариантах: а) медленное оседание основания из-за таяния мерзлотного грунта; б) мгновенный провал вследствие взрывного разрушения линзы из газогидратов. В первом случае предаварийное состояние резервуара можно было диагностировать путем установки на опоры стандартных датчиков напряжений, подобные устанавливают на опорах всех ответственных конструкций. Датчики позволили бы увидеть увеличение напряжения в опорах и предпринять необходимые меры — как минимум, слить из резервуара топливо. Требования к установке таких датчиков должно были быть прописаны в технических условиях на конструкцию. Если таких требований и датчиков не было, вина в аварии целиком на совести Ростехнадзора. Устанавливать датчики и анализировать их показания — не в компетенции арестованного начальника котлотурбинного цеха ТЭЦ-3.

Во втором случае обвинять в аварии надо Миннауки за отсутствие научных методов и рекомендаций по отслеживанию состояния мерзлотных грунтов.

Проблема устойчивости конструкций на мерзлотных грунтах, особенно на шельфе, — одна из основных для освоения нефтегазовых месторождений в арктической зоне.

Кратеры на шельфе

В современную эпоху, пишут ученые, зоны стабильности газогидратов метана (ЗСГ) выведены из режимов термодинамической устойчивости за счет глобального потепления. Однако при медленном и плавном режиме растепления и уменьшения статической нагрузки по мере таяния ледникового покрова газогидратные блоки над верхней кромкой ЗСГ могут оставаться неразрушенными, пребывая  в метастабильном состоянии в течение тысячи лет. Но в приповерхностном слое вечной мерзлоты под «активным горизонтом» сезонного протаивания повсеместно распространены линзы грунтов с газогидратами (ГСГГ), которые с позиций инженерно-строительной практики следовало бы относить к столь же опасным видам грунтов, как плывуны или зыбучие пески, говорится в работе мурманских ученых. 

Вкрапления в мерзлотные грунты линз с газогидрами у поверхности земли

Такая линза вполне могла взрывным образом потерять стабильность под опорой емкости с дизелем в Норильске. Предотвратить аварию помог бы только мониторинг состояния грунта на глубинах хотя бы до полукилометра. Существуют методы сканирования грунтов, которые могли бы обнаружить подобные линзы, но сканирование грунтов не входит в регламент обслуживания арктических установок — явная недоработка Ростехнадзора. 

Выход газов из грунта в Арктике, на суше и на шельфе, — хорошо известное и распространенное явление. 

Гигантская воронка на Ямале

Одна из основных гипотез аварии нефтяной платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в 2010 году — взрыв газогидратов. Согласно теоретическим расчетам, говорится в исследовании ученых из института Г.П. Лузина, в заполненных газом наноячейках при вибрации может происходить самопроизвольный разогрев газов до сверхвысоких температур. Из этого следует, что при проходке скважин в толще ГСГГ возможно мгновенное разрушение ледового каркаса клатратных агломератов с импрегнацией разогретого газа во вмещающую породную матрицу, что может спровоцировать локальное проявление участков аномально высокого пластового давления в импактной зоне, механическое повреждение ствола и бурового оборудования, пожар в скважине.  

Выходы гигантских объемов газа с морского дна — самая правдоподобная гипотеза исчезновения судов и самолетов в Бермудском треугольнике. Вырвавший из глубины газ мгновенно снижает плотность воды под судном, и оно буквально проваливается в воду так быстро, что команда не успевает подать сигнал бедствия. Аналогично с самолетами — резкое снижение плотности воздуха приводит к падению. 

В России с 2013 года функционирует только одна многоцелевая ледовая стационарная платформа «Приразломная», расположенная в Печорском море в 55 км к северу от поселка Варандей в Ненецком АО. При проведении инженерно-технических изысканий в месте установки платформы грунты, насыщенные газогидратами, выявлены не были. Однако, после постановки сверхтяжелой гравитационной платформы на сложенное субаквальной мерзлотой дно на глубине моря 17 м с отрицательной температурой придонного слоя воды, следовало бы, по мнению мурманских ученых, ожидать относительно быстрое формирование линзы насыщенных газогидратами грунтов в области дополнительной пригрузки под фундаментом на глубинных уровнях разреза до 200–400 м. Разрастание этой линзы в объеме может привести к смене «нормального» режима проседания, типичного для добычных промыслов с высоким дебитом, на режим вздымания с угрозой одномоментного обрушения вследствие деструкции газогидратов.

Условия формирования метастабильной линзы газогидратных грунтов

Еще один механизм разрушения газогидратных зон — мощные электромагнитные бури, характерные для аврорального пояса Арктики. Экспериментально установлено, утверждается в исследовании, что потоки электромагнитного излучения с мегагерцовой частотой способны разрушать газогидратные кластеры. В период мощных «штормов» в приполярном секторе ионосферы генерируются энергопотоки мощностью до 1,4 ГВт, и земную поверхность достигает излучение с частотным диапазоном 1–6 МГц. Влияние этих токов на линейные структуры техносферы (линии электропередач, трубопроводы и т. п.) давно изучается и контролируется во всех приарктических странах, тогда как публикаций по оценке масштабов деструкции газогидратов вследствие вариаций электромагнитного поля практически нет. 

Относительно безаварийная добыча углеводородов в Арктической зоне Норвегии, Канады и США объясняется высокими требования к безопасности работ и превалировании экологических требований над экономическими резонами. Канада еще в 2012 г. предложила в обязательном порядке оценивать масштабы распространения газогидратных блоков при оценке рисков освоения нефтегазовых полей на арктических территориях. В США в процессе разведки нефтеносных полей Аляски в начале 2000-х гг. было выполнено районирование территории по распространенности газогидратных залежей, рассматриваемых не в качестве дополнительного источника углеводородов, а как фактор, осложняющий организацию добычи нефти. В 2017 г., после появления информации о возможностях взрывной дегазации недр при разрушении залежей газогидратов под воздействием техногенного стресса, экологические требования к промышленной безопасности продуктивных природно-технических комплексов в США были ужесточены настолько, что большинство операторов арктических проектов предпочло приостановить разведку и обустройство промыслов на неопределенный срок — до развития технологий, гарантирующих надежный контроль и управление рисками. 

Наиболее полноценные базы данных и знаний об особенностях арктической зоны сформировала Норвегия, первая среди приарктических государств, создавшая в 2013 году специализированный Центр изучения арктических газовых гидратов, природной среды и климата при Арктическом университете в Тромсе. Норвегия инвестировала огромные средства в создание высокочувствительных донных систем сейсмоакустического мониторинга флюидодинамики недр. Разрешающая способность применяемых в России методик на порядок ниже, чем у разработанных еще в 2008 г. норвежских программно-аппаратных комплексов сейсморазведки на основе волоконно-оптических измерительных средств.

На сегодня степень изученности российского сегмента арктического шельфа в десять раз ниже изученности американской части Чукотского моря и в двадцать раз ниже степени изученности шельфа Норвегии.

Перспективы Северного морского пути (СМП) упираются в отсутствие систем связи и слежения за судами. Информация о местоположении морских судов, передаваемая в режиме реального времени, обрывается примерно в районе Баренцева моря. Имеются лишь локальные «пятна» информации в Белом море за счет ведомственных источников, например, системы освещения обстановки ВМФ. На СМП по причине отсутствия источников бесперебойного питания и устойчивой связи (сотовой или космической) не сформирована система автоматической идентификации судов, а эффективность применения традиционных радиолокационных систем для контроля судоходства и выявления опасных природных явлений сильно понижена вследствие специфической геофизической среды и климатических условий Арктики. 

Нет ни российских, ни международных систем по предоставлению информации об айсберговой опасности на трассах СМП и «открытого моря» в баренцевоморской части Арктического транспортного коридора. До начала «большого скачка» в объемах грузоперевозок по глубоководным арктическим маршрутам, проходящим через пролив между покрытыми ледниками архипелагами Земля Франца-Иосифа и Новая Земля и огибающим Северную Землю и Новосибирские острова, риск столкновения судов с айсбергами оценивался на уровне 1–2%, однако после выхода в условиях аномального растепления Арктики на высокоширотные трассы супертанкеров риск аварийных столкновений многократно возрос. 

Угрозу судам в акватории Баренцова моря до сих пор представляет айсберговый сток Гренландии. Передвигающиеся с севера на юг айсберги могут подхватываться теплыми водами Гольфстрима и приплывать в акваторию Баренцева моря. Площади ледовых куполов и айсберговый сток на архипелагах Западной Арктики (Шпицберген, Земля Франца-Иосифа, Новая Земля, Северная Земля) значительно уступают Гренландии. 

Ориентировочно численность Карско-Баренцевоморской группы айсбергов можно оценить в 90 тыс. штук, при этом часть из них потенциально опасна для судов и инженерно-технических сооружений на шельфе. Однако в настоящее время не создано специальных служб, которые следили бы за состоянием ледовых покровов на арктических архипелагах и контролировали бы калвинг (айсбергообразование) на кромках выводных ледников.

Хозяйствующие субъекты, ведущие деятельность в Арктике, не заинтересованы в отвлечении средств на научные исследования, тем более непосредственно не затрагивающие их деятельность. Нормативные акты практически не возлагают на них ответственность за разрушение экологии вне зон деятельности, а часто и в них. Например, не существует технологий борьбы с разливами нефти подо льдом.

При освоении Арктики впереди нефтегазовых компаний должна идти наука, денег на которую у государства регулярно не хватает. Например, на архипелаге Шпицберген под эгидой Норвегии с 2018 г. осуществляется интернациональный проект “Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System” (SIOS), существенно улучшающий детальность освещения гидрометеорологической и экологической обстановки в Западной Арктике. На подготовительной стадии в 2010–2014 гг. в обосновании проекта принимали участие российские научные учреждения (Кольский научный центр, Геофизическая служба РАН и ААНИИ Росгидромета), однако ухудшение геополитической ситуации и финансового положения российского научного центра на архипелаге Шпицберген лишили Россию возможности продолжить участие в Консорциуме SIOS, объединяющим двадцать пять научных центров из десяти европейских стран. 

Арктика будет осваиваться, но при нынешних тенденциях научную и технологическую основу продвижения в арктическую зону составят, похоже, зарубежные научные центры и фирмы.

Материал подготовлен
Институтом развития технологий ТЭК (ИРТТЭК)