Ряд наших работ был посвящен исследованию особенностей освоения месторождений углеводородов (УВ), расположенных в сложных горно-геологических условиях, анализу причин крупных аварийных и катастрофических событий в мировой и отечественной нефтегазовых индустриях, а также обобщению опыта их ликвидации [1 – 6]. В данной работе мы продолжаем начатые исследования на примере катастрофического извержения грязевого вулкана LUSI на индонезийском острове Ява (рис. 1), начавшегося в 2006 г. и продолжающегося до настоящего времени. Район катастрофы находится в 1900 км к югу от региона проведенных ранее исследований нефтегазоносности вьетнамского шельфа Южно-Китайского моря и месторождения «Белый Тигр» [4].
О нефтегазовой индустрии Индонезии
Индонезия расположена в Юго-Восточной Азии (в дальнейшем – регион) на более чем 18 тыс. островов Малайского архипелага общей площадью около 1,9 млн км2, разделяющих Тихий и Индийский океаны (рис. 1). Она стоит на четвертом месте в мире по численности населения (более 245 млн чел.), входит в тройку лидеров региона по запасам углеводородов (УВ) и занимает важные позиции по объемам их добычи и экспорта [7].
Основной нефтегазодобывающей и экспортирующей компанией страны является государственная компания Pertamina (Perusahaan Pertambangan Minyak Dan Gas Bumi Negara, основанная в 1968 г.), контролирующая производство 12 % нефти и 12 % газа [8]. По данным PWC, основной объем производства УВ обеспечивается мировыми гигантами Chevron (33 % нефти), ExxonMobil (28 % нефти), BP и Total (по 22 % газа), ConocoPhillips (17 % газа) и др. [8].
Первое месторождение нефти было открыто компанией Royal Dutch (Shell) в 1885 г. на Северной Суматре, а в 1944 г. открыто крупнейшее в регионе нефтяное месторождение Minas. Наибольшая часть запасов месторождений нефти расположена в западной части Индонезии (Суматра, остров Ява и Яванский шельф, Восточный Калимантан и Натуна). Около 75 % добычи нефти ведется на шельфе, освоение которого началось в 1970 г. По состоянию на начало 2017 г. доказанные извлекаемые запасы нефти оценены PWC в 3,3 млрд барр. (около 450 млн т) [8]. Объемы индонезийской добычи жидких УВ (ЖУВ – нефть и конденсат) достигли своего пика 85 млн т в 1977 г. Согласно данным BP [9], период 1991 – 2015 гг. характеризовался двукратным снижением добычи ЖУВ с 81 до 40,7 млн т (рис. 2) [9]. В 2016 г. объемы добычи ЖУВ увеличились на 5,6 % (до 43 млн т). Начиная с 2003 г. внутреннее потребление ЖУВ в стране превысило объемы добычи (в 2016 г. – почти в два раза), объем экспорта нефти стал ниже импорта, и в 2015 г. страна вышла из состава OPEC, в котором участвовала с 1962 г. [8]. ЖУВ транспортируется по сетям наземных и подводных трубопроводов общей протяженностью около 9 тыс. км.
PT Lapindo Brantas.
Рождение газовой индустрии Индонезии относится к 1970 г., когда началось производство сжиженного природного газа (СПГ) на месторождении Rantau в Северной Суматре. Тремя основными газодобывающими регионами являются Восточный Калимантан, Южная Суматра и Натуна. По состоянию на 2016 г. запасы газа оценены PWC в 2,9 трлн м3 (3-е место в регионе после Австралии и Китая и 15-е место в мире) [8]. В период 1976 – 2003 гг. произошел 33-кратный, почти линейный, рост объемов газодобычи с 2,35 до 78 млрд м3 (рис. 2) [9]. В 2010 г. добыча газа достигла максимального объема 85,7 млрд м3 (10-е место в мире в 2016 г.), после чего последовало снижение до 70 млрд м3 в 2016 г. Первоначально стратегия газовой индустрии ориентировалась на производство СПГ, на которое в 1980 – 1993 гг. направлялось более 60 % добываемого газа (66 % в 1982 г.). Пик производства СПГ 28,3 млн т достигнут в 1999 г. Экспорт СПГ ориентирован, главным образом, на Японию, Южную Корею и Тайвань. В период 1980 – 2005 гг. Индонезия была лидером мирового производства и экспорта СПГ (36,6 – 16,4 %), уступив в 2006 г. пальму первенства Катару. По данным GIIGNL и EIA, в 2016 г. Индонезия произвела 7,6 % мирового объема и заняла 5-е место после Катара (30,2 %), Австралии (17 %), Нигерии (6,7 %) и Малайзии (9,5 %) [8].
Начиная с 2000 г. объемы производства СПГ начали снижаться (рис. 2), и с 2001 – 2002 гг. большая часть добываемого газа (до 68 и 60 % в 2013 и 2016 гг.) направляется по газопроводам протяженностью более 7 тыс. км компании PGN (PT Perusahaan Gas Negara, 57 % акций которой принадлежат государству) на экспорт – в Сингапур и Малайзию и внутреннее потребление, для снижения зависимости энергетики от падающей добычи нефти [8]. Значительные перспективы производства связаны с освоением огромных запасов метана угольных месторождений (12,83 трлн м3 – 6-место в мире) и сланцевого газа (16,3 трлн м3). Индонезия – мировой лидер по экспорту угля. Здесь активно развивается также геотермальная энергетика.
Краткий геологический очерк о регионе
Острова Малайского архипелага относятся к одной из самых сейсмоактивных зон Земли, обусловленных погружением (субдукцией) Индо-Австралийской плиты под южную часть Евразийской плиты на глубины свыше 600 км (рис. 3) [4]. Подобное тектоническое строение с многочисленными вулканами наблюдается в восточной части Охотоморской плиты, под которую погружается Тихоокеанская плита. К индонезийской зоне приурочено большое количество стратовулканов, включая всемирно известный – Кракатау в Зондском проливе к западу от острова Ява (6,102° ю.ш., 105,423° в.д.) (рис. 1). До 1883 г. здесь существовал крупный вулканический остров Кракатау, который в результате катастрофического извержения 27 августа 1883 г. взорвался и распался на три острова. Возникшие землятресения и цунами уничтожили десятки городов и селений на островах Ява и Суматра, по разным данным погибло 36 – 40 тысяч человек. В результате извержений 1927 и 1930 гг. здесь сформировался новый вулкан – Анак-Кракатау, высота которого в 2014 г. достигла 813 м.
На всем протяжении острова Ява расположено более 40 стратовулканов (рис. 1), а в его восточной части известен ряд грязевых вулканов и сипов газа, приуроченных к разлому Watukosek, имеющему северо-восточную ориентацию.
Катастрофическое извержение грязевого вулкана LUSI на острове Ява
В связи с ростом потребления и необходимостью расширения ресурсной базы УВ для поиска новых месторождений на суше и шельфе Индонезии были активизированы геологоразведочные работы (ГРР). В восточной части острова Ява на участке Brantas PSC площадью около 3 тыс. км2, в 5 км к востоку от газового месторождения Wunut (открыто в 1994 г.), 8 марта 2006 г. началось бурение глубокой газопоисковой скважины Banjar-Panji-1 (BJP‑1, координаты 7,528° ю.ш., 112,712° в.д.) (рис. 4) частной индонезийской компанией PT Lapindo Brantas, акции которой принадлежат Energi Mega Persada (50 % – оператор), Medco Energi Indonesia (32 %) и Santos Australia (18 %) [10]. По плану бурения скважины BJP-1 предполагалось вскрыть на забое потенциально газоносные известняки формации Kujung (миоцен-олигоцен). Отметим, что залежи Wunut, расположенные в вулканокластических породах плейстоцена на глубине 100 – 900 м, разрабатываются с 1999 г. Согласно различным данным добываемый газ содержит 92,6 – 99,93 % метана, 0,1 – 1,9 % СО2 и является смесью газов катагенетического и биогенного происхождения [11, 12].
Скважина BJP-1 (рис. 4) расположена в пределах антиклинального поднятия складчатой зоны с равнинным рельефом местности (альтитуды до 5 м) в 15 км к востоку от побережья моря, в 2 км к северу от реки Porong и в 14 – 55 км к северо-западу и северо-востоку от группы высоких (до 1,7 – 3,3 км) активных стратовулканов (Penanggungan, Kelud, Bromo, Arjuno, Welirang, Anjasmoro) (рис. 5) практически прямо на разломе Watukosek, простирающемся от вулканов в северо-восточном направлении. Геотермический градиент в районе скважины высокий – 42°С/1000 м. К разлому Watukosek приурочен ряд старых действующих грязевых вулканов: Porong Collapse, Kalang Anyar, Pulungan, Gunung Anyar и др. Рядом со скважиной под полотном платной автодороги Gempol-Porong проходит подземный магистральный газопровод «Восточная Ява» (East Java Gas Pipeline) высокого давления компании Pertamina диаметром 71 см (28”).
29 мая 2006 г. в 170 м юго-западнее устья бурящейся скважины BJP-1 началось мощное катастрофическое извержение грязевого вулкана, привлекшее внимание специалистов многих стран (рис. 6). Кроме того, менее мощные выходы грязи и сипы газа наблюдались преимущественно вблизи разлома на удалениях до 1200 м от устья скважины. Судя по всему это первый в мире случай, когда образование гигантского грязевого вулкана наблюдалось с самого начала. Вулкан получил название LUSI от сокращения слов Lumpur (грязь) и Sidoarjo (округ на острове Ява) и является ярким примером природно-техногенной катастрофы, хотя сотрудники PT Lapindo Brantas и некоторые другие специалисты продолжают утверждать о его чисто природном характере, связанном с землетрясением магнитудой 6,3, произошедшем 27 мая около города Джокьякарта (Yogyakarta) (рис. 1) [10, 13]. В результате этого землетрясения погибло около 6 тыс. человек и около полмиллиона населения остались без крова.
Первоначально из жерла вулкана LUSI извергалось до 120 – 180 тыс. м3 горячей смеси грязи, воды и газа температурой до 95 – 100 °С, которая к февралю 2010 г. снизилась до 87,5 °С [12, 14]. При этом в период с сентября 2006 г. по февраль 2010 г. содержание метана из основного жерла снизилось с 74,45 до 8,5 %, а СО2 наоборот увеличилось с 25,3 до 88,4 %. Газ из центрального кратера представлен преимущественно смесью термогенных метана (δ13C от – 52 до – 35 ‰) и углекислого газа (δ13C от – 13 до – 23,5 ‰), что свидетельствует о его глубинном происхождении при уровне катагенеза Ro~1,5 % (глубины более 4 км) [12]. Из отчета Humanitus Sidoarjo Fund следует, что 21 июня 2006 г. 12 тыс. человек имели проблемы с органами дыхания, при этом два человека умерли от отравления сероводородом [15]. «Сероводородный след» упоминается в различных работах при дегазации до 700 ppm в первый день (что фатально) и до 3 и 0 ppm во второй и третий день [15]. О происхождении H2S и изменении его содержания в воздухе в последующие дни умалчивается.
В сипах газа, обнаруженных на удалениях до 300 – 1500 м вокруг кратера LUSI (1500 м к югу), включая выходы газа из старых скважин и небольшие грязевые вулканы, содержание метана в 2006 – 2011 гг. было в диапазоне 57,6 – 97,6 %. Метан имеет термогенный генезис (δ13C от – 48,6 до – 40 ‰). Температура флюидов из сопутствующих небольших кратеров-спутников – ниже 30 °С [12].
На рис. 7 представлены космоснимки района катастрофы, выполненные со спутников Quick Bird (QB), World View-2/3 (WV-2 и WV-3) и Pleiades PHR1A в период с 1 июля 2006 г. по 20 июня 2017 г. За это время площадь затапливаемой территории увеличилась в 3,4 раза с 1,77 до 6,04 км2 (желтый и красный цвета на рис. 7).
Извержение вулкана LUSI продолжается в настоящее время, но его объем уменьшился до 7 – 20 тыс. м3 в сутки. 27 сентября 2006 г. правительство Индонезии объявило район извержения зоной катастрофы, которая усугубилась 22 ноября разрывом и взрывом газопровода «Восточная Ява». При этом погибли 13 человек и еще один пропал без вести (в основном офицеры полиции). Взрыв трубопровода произошел в зоне разлома вблизи устья скважины из-за его повреждений при проседании поверхности земли и возможных горизонтальных смещений, которые неоднократно повреждали полотно железной дороги. Взрыв трубопровода, в свою очередь, частично разрушил построенную дамбу. Диаметр образовавшейся воронки взрыва составил около 50 м. В темное вечернее время первоначальная высота взрывной вспышки пламени в небе достигла 500 м, а в дальнейшем факел горения был высотой до 50 м (рис. 8), пока не выгорел остаточный газ в трубе, перекрытой задвижками.
Анализ причин катастрофы
Анализ микрофоссилий из грязевого потока показал, что источником грязи являются плейстоценовые синевато-серые глины из пласта Kalibeng непосредственно ниже обсадной колонны BJP-1 (интервал 1219 – 1828 м) [11]. Судя по высокой (около 100 °С) температуре грязеводогазовой смеси, выходящей из жерла вулкана LUSI, можно утверждать, что газоводяной флюид поступает из вулканогенных высокопроницаемых пород ниже толщи этих глин, также, возможно, идет с больших глубин по разлому. Видимо, в интервале глин произошел гидроразрыв (subsurface blowout and hydraulic tensile fracturing) с разжижением глинистых пород, следствием чего явился природно-техногенный грязевулканический выброс по разлому вблизи устья скважины BJP-1. Возможно, выбросу способствовал плохой цементаж заколонного пространства внизу обсадной колонны (около 1091 м). Исследования показали наличие ниже обсадной колонны (1091 м) аномально высоких пластовых давлений (АВПД) 19,6 – 21,3 МПа, повлиявших на огромный объем выброса грязеводогазовой смеси [14].
Большинство исследователей обосновывает природно-техногенный характер извержения, обусловленный нарушением технологии строительства скважины BJP-1. 25 марта из скважины были газопроявления, свидетельствующие о недостаточно качественном цементировании обсадной колонны диаметром 41 см (16”), спущенной до глубины 666 м (на 310 м не дойдя до плановой глубины башмака). К 30 апреля скважина была обсажена колонной диаметром 34 см (13,375”) только до глубины 1091 м, а не до 1380 м по плану строительства, при этом 27 – 29 апреля были потери циркуляции бурового раствора. В дальнейшем до глубин 2000 и 2600 м не были спущены колонны диаметрами 30 и 24 см. По состоянию на 28 мая скважина имела забой 2834 м около кровли карбонатных газонасыщенных отложений. Таким образом, 1742 м ствола скважины BJP-1 (61 % общей длины ствола) находилось в зоне АВПД без обсадной колонны, что могло способствовать перетокам водогазовых флюидов из высокопористых вулканокластических песчаников пласта формации Kalibeng в покрывающую толщу синевато-серых глин той же формации. В результате этого из нее произошло извержение смеси грязи, воды и газа.
Предположение, что «спусковым крючком» для извержения послужило землетрясение, опровергается многими специалистами, так как оно произошло на большом расстоянии (в 280 км к юго-западу) от грязевого вулкана LUSI и не было достаточно сильным в его районе. Международная группа экспертов из Дюрхэмского (Durham) университета Великобритании во главе с Ричардом Дэвисом (Richard Davies) исключила землетрясение как механизм запуска извержения вулкана и доказала, что за сутки до начала извержения была потеря циркуляции бурового раствора, и при подъеме буровой колонны произошел прорыв газа и воды из зоны АВПД в ствол скважины BJP-1 [14]. Здесь добавим, что потери циркуляции в этой скважине бывали задолго до землетрясения и были через 10 минут после землетрясения [17]. Во избежание выброса газа ствол скважины на устье был перекрыт превентором.
Вскоре после начала извержения LUSI из-за выброса глины из пласта Kalibeng и под давлением веса вулкана начались проседания поверхности земли, за пять лет превысившие в отдельных местах 40 см. Анализ космоснимков с неравномерным затапливанием крыш длинных зданий позволяет нам сделать предположения о больших значениях проседаний (до нескольких метров). Однако, в отдельных публикациях имеются, на наш взгляд, явно ошибочные значения о глубине проседания до 14,5 м за три первых года [18], противоречащие другим данным и относительно равномерному характеру подтапливания дамб и автодороги Gempol-Porong, наблюдаемым на разновременных космоснимках (рис. 7).
Бурение двух наклонных скважин – BJP-R1 и BJP-R2 для ликвидации аварийного ствола не увенчалось успехом. В марте 2007 г. предпринимались безуспешные попытки заткнуть жерло вулкана LUSI каменными шарами диаметром свыше 40 см. Также был организован сброс воды из зоны затопления в реку Porong, по которой она уходила в море. В попытках остановить грязевой поток для защиты газопровода и населенных пунктов были построены гигантские дамбы вокруг вулкана и на расстоянии до 500 – 1800 м от него, высота которых, судя по имеющимся у нас фотографиям (рис. 6 и др.), около жерла вулкана достигает 10 – 15 м. Однако из-за огромных объемов выбрасываемой грязи и, возможно, значительного проседания поверхности земли кольцевая дамба в районе жерла основного вулкана (рис. 7) вскоре оказалась затопленной и результаты титанического труда по ее строительству пропали, что видно на рис. 7 (2, 3 и 4).
В 2013 г. группа исследователей [13] на основе моделирования распространения сейсмических волн от землетрясения и с учетом наличия глубинного разлома Watukosek в районе вулкана LUSI показала, что землетрясение 27 мая 2006 г. могло привести к разжижению глины и к ее естественному извержению. В пользу этого обоснования говорит практически немедленное увеличение объема извергаемой грязегазоводяной смеси вулкана LUSI после новых сильных землетрясений, произошедших в индонезийском регионе 8 августа и 12 сентября 2007 г. (магнитуды 7,4 и 8,4) [14]. Факт связи активизации вулканов и дегазации недр в районах глубинных разломов с землетрясениями хорошо известен и неоднократно подтверждался в различных регионах мира, включая Черноморский, Каспийский и Охотоморский регионы.
После землетрясения 27 мая 2006 г. также наблюдалось увеличение объемов извержений на старых грязевых вулканах, расположенных вдоль разлома Watukosek. На поверхности земли были обнаружены трещины вдоль этого разлома и искривления железнодорожных рельсов на участках его пересечения. Все это однозначно свидетельствует об активизации самого разлома, который без сомнения внес свой вклад в развитие катастрофы. Однако в регионе многократно происходили подобные и более мощные землетрясения (рис. 2), включая Кракатау, которые не приводили к образованию грязевого вулкана в зоне LUSI. Поэтому разжижение и выброс глин только за счет землетрясения 27 мая представляется маловероятным, а по мнению Марка Тингей (Mark Tingay) – практически невозможным [19]. В основе катастрофы лежит техногенная причина – нарушение технологии бурения скважины с протяженным (1724 м) открытым стволом в загазованной зоне АВПД на региональном разломе.
По состоянию на 2013 г., грязь затопила часть платной автодороги Gempol-Porong, 13 поселков с 14 тыс. домов на площади около 7 км2, при этом пришлось переселить, по разным данным, 40 – 50 тыс. человек. По данным исследований Токийского университета [20], прямые и косвенные затраты от извержения вулкана LUSI по состоянию на 2011 г. составили 399 млрд йен, что составляет около 2,78 млрд долларов. По другим данным, экономические потери достигли 4 млрд долл. [15]. Предполагается, что извержение вулкана будет продолжаться около 30 лет, что значительно увеличит затраты. В 2007 г. правительство Индонезии решило, что компания PT Lapindo Brantas должна покрыть все убытки. Однако этот процесс далек от полной реализации.
Выводы
Начавшееся 29 мая 2006 г. катастрофическое извержение грязевого вулкана LUSI, продолжающееся в настоящее время, обусловлено рядом природных и антропогенных факторов. Скважина BJP-1 строилась с многочисленными нарушениями и отклонениями от плановой схемы (человеческий фактор). Большая часть ее ствола (1742 м из 2834 м), вошедшая в зону АВПД, оказалась необустроенной обсадной колонной, что способствовало перетоку водогазовой смеси из призабойной части в зону плейстоценовых глин формации Kalibeng. Устье скважины было заложено практически прямо на крупном разломе Watukosek, активизировавшемся после землетрясения 27 мая 2006 г. Это способствовало формированию на протяженном участке вдоль разлома длиной более 2 км ряда выходов смесей грязи, воды и газа, включая основной катастрофический кратер грязевого вулкана LUSI. Проседания поверхности земли и горизонтальные смещения вдоль разлома привели к взрыву магистрального газопровода. Грязевулканическая катастрофа принесла многомиллиардные убытки Индонезии и непоправимый урон экосистеме острова Ява.
Объекты нефтегазовой отрасли Индонезии располагаются в регионе экстремально высокой сейсмической опасности, приуроченной к зоне субдукции. Постоянные землетрясения, многочисленные разломы, стратовулканы и грязевые вулканы повышают риск всех этапов освоения ресурсов УВ, включая ГРР, разработку, транспортировку и переработку нефти и газа. При проведении ГРР в подобных геологических условиях необходим комплексный анализ всех природных явлений, которые находятся в сложной многофакторной причинно-следственной связи и представляют большую угрозу государственной экологической и экономической безопасности.
