Формация Баккен

Формация Баккен — это геологическое формация (свита) осадочных горных пород, залегающая на территории Северной Америки, преимущественно в бассейне Уиллистон (Williston Basin), охватывающем штаты Северная Дакота, Монтана (США) и провинции Саскачеван, Манитоба (Канада). Формация известна как одна из крупнейших в мире залежей сланцевой нефти (tight oil), разработка которой стала возможной благодаря применению технологий горизонтального бурения и гидроразрыва пласта (ГРП). Баккен считается ключевым фактором «сланцевой революции» в США и одним из крупнейших месторождений нефти, разведанных на территории страны за последние десятилетия.

История открытия и изучения

Геологическое изучение (XIX—XX века)

Первые упоминания о породах, впоследствии отнесённых к формации Баккен, относятся к концу XIX века. В 1880-х годах геологи, работавшие на территории Северной Дакоты, отметили выходы на поверхность тёмных битуминозных сланцев в долине реки Миссури. Однако систематическое изучение началось только в 1950-х годах, когда компания Amerada Petroleum Corporation (впоследствии часть Hess Corporation) проводила разведочное бурение в бассейне Уиллистон. В 1951 году геолог Дж. У. Баккен (J. W. Bakken) впервые описал характерные черты этих отложений в отчёте для компании. В 1953 году формация была официально выделена и названа в его честь.

Эпоха сланцевой нефти (2000-е — 2010-е годы)

Долгое время формация Баккен считалась малоперспективной для промышленной добычи из-за низкой проницаемости пород. Традиционные вертикальные скважины давали незначительный дебит. Ситуация изменилась в начале 2000-х годов, когда компания Continental Resources (основана Гарольдом Хаммом) применила комбинацию горизонтального бурения и многостадийного гидроразрыва пласта. Первые успешные горизонтальные скважины на Баккене были пробурены в 2004—2005 годах. К 2008 году технология была отработана, и начался стремительный рост добычи. Пик добычи пришёлся на 2014—2015 годы, когда суточная добыча в формации превышала 1,2 миллиона баррелей нефти. В 2015 году, на фоне падения мировых цен на нефть, активность бурения снизилась, но формация остаётся одним из основных центров сланцевой добычи в США.

Геологическое строение

Стратиграфия и литология

Формация Баккен залегает в бассейне Уиллистон — крупной внутриконтинентальной впадине, сформировавшейся в палеозойскую и мезозойскую эры. Она относится к девонскому и каменноугольному периодам (верхний девон — нижний карбон, примерно 360—380 миллионов лет назад). Формация имеет трёхчленное строение:

• Верхний член (Upper Bakken Shale) — тёмно-серые до чёрных глинистые сланцы, богатые органическим веществом (керогеном). Толщина — от 5 до 15 метров.
• Средний член (Middle Bakken) — карбонатно-терригенная порода (доломиты, известняки, алевролиты, песчаники). Это основной продуктивный резервуар. Толщина — от 5 до 30 метров.
• Нижний член (Lower Bakken Shale) — аналогичен верхнему, но обычно менее мощный (от 3 до 10 метров). Также является нефтематеринской породой.

Нефтематеринские свойства

Сланцы верхнего и нижнего членов являются высококачественными нефтематеринскими породами. Содержание органического углерода (TOC) в них достигает 10–15 % и более. Тип керогена — преимущественно II (сапропелевый), способный генерировать жидкую нефть. В процессе геологического погружения и нагрева (катагенеза) органическое вещество преобразовалось в нефть, которая затем мигрировала в пористые и проницаемые прослои среднего члена, а также в вышележащие формации (например, в формацию Три-Форкс).

Коллекторские свойства

Средний член Баккена является коллектором с низкой проницаемостью (tight oil reservoir). Пористость составляет в среднем 5–10 %, проницаемость — от 0,01 до 0,1 миллидарси. Такие параметры делают невозможной добычу традиционными методами без стимуляции пласта. Нефть в формации лёгкая (плотность 40–45° API), с низким содержанием серы.

Технология добычи

Горизонтальное бурение

Основным методом разработки формации Баккен является бурение горизонтальных скважин. Вертикальный ствол бурится до кровли формации, после чего ствол отклоняется и проходит горизонтально внутри среднего члена на расстояние от 1,5 до 3 километров. Это позволяет вскрыть значительно большую площадь коллектора по сравнению с вертикальной скважиной.

Гидроразрыв пласта (ГРП)

После завершения бурения проводится многостадийный гидроразрыв пласта. В горизонтальный ствол закачивается жидкость под высоким давлением (обычно вода с добавлением песка-проппанта и химических реагентов), которая создаёт трещины в породе. Песок удерживает трещины открытыми, позволяя нефти и газу поступать в скважину. Количество стадий ГРП на одной скважине может достигать 30–40 и более.

Экономика и дебиты

Дебиты горизонтальных скважин на Баккене сильно варьируются. Начальные дебиты могут составлять от 100 до 1000 баррелей нефти в сутки. Однако характерным является быстрое падение добычи в первый год (на 50–70 %), после чего наступает длительный период низкодебитной эксплуатации. Срок службы скважины оценивается в 20–30 лет. Себестоимость добычи (break-even price) на Баккене в 2010-х годах оценивалась в 40–60 долларов за баррель, что делало её рентабельной при ценах выше этого уровня.

Запасы и ресурсы

Оценки запасов и ресурсов формации Баккен различаются в зависимости от методики и источника. По данным Геологической службы США (USGS), опубликованным в 2013 году, технически извлекаемые запасы нефти в формации Баккен и смежной формации Три-Форкс (Three Forks) составляют около 7,4 миллиарда баррелей. Однако с учётом развития технологий и бурения новых скважин, некоторые эксперты оценивают общие ресурсы (resource potential) в 20–30 миллиардов баррелей. Часть этих ресурсов может быть извлечена при дальнейшем совершенствовании методов добычи.

Экологические аспекты и критика

Разработка формации Баккен сопряжена с рядом экологических рисков, которые вызывают критику со стороны экологических организаций и местных сообществ.

Загрязнение воды

Основной риск связан с гидроразрывом пласта. Использование большого объёма воды (до 10–20 тысяч кубометров на одну скважину) и химических реагентов вызывает опасения по поводу загрязнения подземных водоносных горизонтов. Кроме того, обратная вода (flowback), содержащая растворённые соли, углеводороды и радиоактивные элементы (естественные радионуклиды из пласта), требует специальной утилизации. Утечки из поверхностных резервуаров и трубопроводов также фиксировались.

Сейсмическая активность

Закачка сточных вод в глубокие поглощающие горизонты (disposal wells) в районе Баккена связывается с увеличением числа землетрясений малой и средней силы. В 2015 году в штате Оклахома (где также ведётся закачка) были зафиксированы землетрясения магнитудой до 5,1. В Северной Дакоте сейсмическая активность ниже, но риск признаётся.

Выбросы метана

При добыче сланцевой нефти неизбежно выделяется попутный газ, значительная часть которого (метан) может сжигаться на факелах (flaring) из-за отсутствия инфраструктуры для его сбора и транспортировки. В 2010-х годах в Северной Дакоте сжигалось до 30–40 % добываемого газа, что приводило к значительным выбросам парниковых газов и загрязнению воздуха.

Влияние на ландшафт

Разработка месторождения требует строительства дорог, буровых площадок, трубопроводов и резервуаров, что приводит к фрагментации природных ландшафтов, особенно в прериях, где обитают редкие виды птиц (например, луговой тетерев).

Интересные факты

• Формация Баккен является крупнейшим нефтяным месторождением, открытым на территории США за последние 40 лет, и входит в десятку крупнейших месторождений мира по извлекаемым запасам.
• В 2014 году Северная Дакота стала вторым по величине нефтедобывающим штатом США после Техаса, обогнав Аляску и Калифорнию, благодаря разработке Баккена.
• Гарольд Хамм, основатель Continental Resources, стал миллиардером на разработке Баккена и считается одним из пионеров сланцевой революции.
• В 2013 году на месторождении Баккен произошла крупная утечка нефти из трубопровода компании Tesoro Logistics (организация признана нежелательной в РФ) вблизи города Уиллстон, Северная Дакота, объёмом около 20 тысяч баррелей.

Источники

• Геологическая служба США (USGS), «Assessment of Undiscovered Oil and Gas Resources of the Bakken and Three Forks Formations, Williston Basin, 2013».
• Continental Resources, «Bakken Shale Overview».
• North Dakota Department of Mineral Resources, «Bakken Formation Statistics».
• Energy Information Administration (EIA), «Annual Energy Outlook».
• Научные публикации в журналах AAPG Bulletin, Journal of Petroleum Geology.