Введение к работе
Актуальность темы. Падение добычи нефти и газа на территории Предкавказья заставляет вовлекать в разведку отложения, в которых развиты нетрадиционные коллекторы. К ним относятся глинистые отложения олигоцена, считавшиеся малоперспективными из-за сложности геологического строения и низкой информативности применяемого комплекса геофизических исследований скважин (ГИС). Открытие залежей в олигоценовых отложениях Восточного Предкавказья указало на возможность их региональной продуктивности. Фонтанные притоки нефти (до 180 м3/сут) в последние годы получены из залежей, связанных с зонами разуплотнений. Последние характеризуются отсутствием четких границ распространения, аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД) и приурочены к ловушкам неструктурного типа.
И тип коллектора, и резервуар в целом оказались принципиально новыми. Потребовались нестандартные подходы как при поисках и разведке месторождений, так и при вскрытии и испытаниях пластов в открытом стволе, выделении и оценке насыщения, вторичном вскрытии и освоении.
Многие из возникших при этом вопросов длительное время не могли быть решены. Отсутствовало однозначное представление о модели палеогеновой залежи, не ясна была структура емкостного пространства коллекторов. Недостаточно была изучена природа повышенной радиоактивности нижнемайкопских и хадумских глин, являющихся одновременно и нефтегазогенерирущими, и нефтесодержащими. Способы оценки фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) по ГИС противоречивы, а использовавшиеся ранее критерии выделения коллекторов обладали низкой эффективностью и слабым петрофизическим обоснованием. Для этих отложений, осложненных аномально высокой естественной гамма-активностью, отсутствовали способы оценки глинистости, типов глинистых минералов, органического углерода, способы учета их влияния на показания методов ГИС. Не было обоснованной технологии испытаний коллекторов в процессе бурения с помощью пластоиспытателей на трубах (ИПТ), учитывающей особенности этих коллекторов.
Из-за негативных явлений в топливно-энергетическом комплексе России, связанных с переходом к «рыночным» отношениям, практически исчез наметившийся системный подход к изучению таких сложных объектов, как хадумиты, бажениты и доманикиты. Перспективы олигоценовых отложений, наряду с относительно небольшими глубинами их залегания (1500-3000м), позволяют отнести это направление геологоразведочных работ к приоритетным.
Проблема повышения эффективности геофизических исследований нетрадиционных глинистых коллекторов Предкавказья на основе внедрения новых методов, разработки геолого-геофизических, петрофизических и методических основ их применения с целью выделения, оценки насыщения и минералого-петрофизических свойств, совершенствования технологий их испытаний в процессе бурения, вторичного вскрытия и вовлечения в разработку приобрела высокую актуальность и злободневность.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности геолого-геофизических методов поисков, изучения и освоения нетрадиционных глинистых коллекторов Предкавказья на основе внедрения новых методов ГИС, разработки геолого-геофизических, петрофизических и методических основ их использования для решения указанных задач, совершенствования технологий ГИС и прострелочно-взрывных работ (ПВР) в скважинах.
Объект исследования - хадумиты - сложные полиминеральные нетрадиционные глинистые коллекторы олигоцена Восточного Предкавказья.
Предмет исследования – петрофизическое, интерпретационно-методическое и техническое обеспечение гелого-геофизических технологий выделения, оценки и освоения глин - коллекторов.
Основные задачи исследования
1. Анализ геолого-геофизической изученности сырьевой базы трудноизвлекаемых запасов нефти и газа Предкавказья для обоснования приоритетных направлений развития современного комплекса ГИС, петрофизического, интерпретационно-методического и технического обеспечения технологий выделения, оценки и освоения нетрадиционных глинистых коллекторов.
2. Разработка геолого-геофизических, петрофизических и методических основ гамма-спектрометрии естественной радиоактивности (ГМ-С) для изучения минералого-петрофизических свойств глинистых коллекторов, их выделения и оценки насыщения.
3. Разработка геолого-петрофизических, методических и технологических основ радиоиндикаторного метода по радону (ИМР) для выделения глинистых коллекторов и оценки их насыщения.
4. Обоснование применения высокочувствительной термометрии (ВЧТ) для оценки насыщения глинистых коллекторов, совершенствование технологии измерений и методики интерпретации результатов.
5. Анализ причин низкой эффективности ИПТ в глинистых коллекторах и совершенствование технологий их применения и методик интерпретации результатов. Разработка способов выделения глинистых коллекторов по данным исследований пластоиспытателями на трубах.
6. Оптимизация комплекса ГИС для изучения глинистых коллекторов Предкавказья; апробация и промышленное внедрение методов ГМ-С, ИМР и высокочувствительной термометрии.
7. Совершенствование прострелочно-взрывной аппаратуры (ПВА) и технологий вторичного вскрытия глинистых коллекторов и газодинамического разрыва пласта.
Методы исследования. Поставленные задачи решались путем оперативной обработки, анализа и обобщения геолого-геофизических материалов по более чем 500 бурящимся скважинам и скважинам старого фонда на территории Предкавказья и Республики Калмыкия с использованием программных комплексов Прайм, Соната, LogPWin, ЕРЭ-Win, Гидрозонд и т. д., комплексного изучения структуры емкостного пространства глинистых коллекторов на основе системного структурно - морфологического анализа (ССМА) керна и шлама (800 образцов) в процессе бурения с использованием новой методики шлифовой остеометрии. Выполнено аналитическое обобщение результатов многолетних и разносторонних исследований керна (включая гамма - спектрометрию) из более 80-ти скважин Журавского, Воробьевского, Пошолкинского, Советского, Южно-Спасского, Искринского и др. месторождений. Дополнительно проведен спектрометрический анализ керна, отобранного из вновь пробуренных скважин Родионовской, Филипповской, Грушовской площадей. Изучены процессы адсорбции радона для выяснения причин остаточной гамма - активности в кавернозных интервалах при разработке технологии ИМР. Обобщен большой объем фактического материала, включающего результаты ИПТ, геолого-геохимических и технологических исследований (ГТИ), гидродинамических исследований в колонне, первичного и вторичного вскрытия, интенсификации и освоения; теоретических исследований, реализации специальных программ экспериментальных исследований в десятках поисково-разведочных скважин.
Научная новизна
1. Разработаны геолого-геофизические, петрофизические и методические основы гамма-спектрометрии естественной радиоактивности для выделения полиминеральных глинистых коллекторов Предкавказья, оценки их насыщения и минералого-петрофизических свойств. На основе установленных корреляционных связей между естественно радиоактивными элементами (ЕРЭ) и различными компонентами (минеральной и органической) изучаемых пород введен коэффициент литологической дифференциации (Кд), обоснованы различные типы глинистости (объемная и минеральная) и способы их определения по ЕРЭ; установлены связи между Сорг (органический углерод) и битумоидами, между количеством, типом Сорг. и нефтегенерирующими возможностями изучаемых олигоценовых отложений. Обоснован критерий продуктивности, основанный на содержании и соотношениях отдельных радионуклидов.
2. Впервые для сложнопостроенных глинистых коллекторов Предкавказья, характеризующихся полиминеральным составом, низкими коллекторскими свойствами, кавернозностью ствола, техногенной трещиноватостью, АВПД, аномально-высокими поровыми давлениями (АВПоД), аномально-высокой естественной гамма-активностью, разработаны геолого-петрофизические, методические и технологические основы применения ИМР для выделения коллекторов и оценки их насыщения. Установлена природа остаточной гамма-активности в кавернозных интервалах исследуемого разреза и предложены способы ее снижения.
3. Научно обосновано и практически реализовано применение ВЧТ для оценки насыщения глинистых коллекторов, базирующееся на новых технологии скважинных исследований и методике интерпретации результатов.
4. Разработаны методические основы: выбора оптимальных депрессий и технические решения для их передачи на пласт с целью вызова притока без разрушения коллектора; оценки состояния ПЗП и контроля ее очистки, а также наличия или отсутствия коллектора. Предложены: технологии восстановления проницаемости ПЗП с использованием кратковременной максимальной депрессии, регулируемой по глубине радиального воздействия, и методика интерпретации полученных результатов; зависимость для расчета давления раскрытия естественных трещин, учитывающая величины репрессий при вскрытии пластов и «поршневой» эффект при спускоподъемных операциях (СПО).
5. Обоснованы эффективные технологии вторичного вскрытия и импульсного силового воздействия на ПЗП низкопористых трещиноватых глинистых коллекторов Предкавказья и разработана аппаратура, защищенная патентом на изобретение, обеспечивающие качественно новый уровень разработки нефтяных и газовых месторождений, в том числе, в среде активных жидкостей.
Основные защищаемые научные положения
1. Научно - обоснованный комплекс ГИС, методическое и петрофизическое обеспечение технологий выделения нетрадиционных глинистых коллекторов, оценки их насыщения, испытаний в процессе бурения, вторичного вскрытия и вовлечения в разработку, позволившие впервые для одного из наиболее сложных коллекторов России - хадумитов Предкавказья, получить важнейшую информацию о геолого-геофизических, петрофизических и гидродинамических параметрах, необходимую для формирования эффективной системы их поиска, изучения и разработки.
2. Геолого-геофизические, петрофизические и методические основы гамма-спектрометрии естественной радиоактивности и критерии продуктивности для выделения полиминеральных глинистых коллекторов Предкавказья, оценки их насыщения и изучения минералого-петрофизических свойств в условиях их естественного залегания.
3. Геолого-геофизические основы ИМР и ВЧТ, технология скважинных исследований и методика интерпретации для выделения проницаемых интервалов и оценки их насыщения применительно к аномальным геолого-техническим условиям исследований хадумитов Предкавказья.
4. Методические, технические и технологические решения, обеспечивающие эффективность пластоиспытаний (ИПТ) глинистых коллекторов и способы их выделения в процессе бурения.
5. Комплекс аппаратуры и технологии газодинамического вскрытия и разрыва пласта, обеспечивающие качественно новый уровень разработки нефтяных и газовых месторождений с трудноизвлекаемыми запасами (ТИЗ).
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждена использованием современных методик сбора и обработки информации, обобщением и анализом результатов отечественных и зарубежных исследований, опытом практического внедрения и применения разработанных технологий изучения сложных коллекторов и методик интерпретации результатов, совпадением результатов исследований с экспериментальными данными, а также с данными опробования и освоения скважин.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработанные автором методики и технологии выделения и оценки насыщения, испытания в процессе бурения, вторичного вскрытия и интенсификации притоков прошли апробацию и нашли широкое применение на предприятиях нефтегазового комплекса Восточного и Центрального Предкавказья, Калмыкии и Ростовской области.
Предложенные методические, технологические подходы, рациональный комплекс ГИС для коллекторов палеогена, характеризующихся низкими ФЕС, кавернозностью, техногенной трещиноватостью, АВПД, АВПоД, аномальной естественной гамма-активностью, впервые позволили определить важнейшие геофизические, минералого-петрофизические параметры (эффективную мощность, коэффициент проницаемости, насыщенность, глинистость и типы глинистых минералов, содержание органического углерода и др.), необходимые для достоверной оценки запасов нефти.
«Методическая инструкция по выбору оптимальных режимов испытания пластов в процессе бурения скважин», разработанная автором, одобрена на совместном заседании НТС ОАО «Ставропольнефтегаз» и ОАО «Ставропольнефтегеофизика» и передана для обязательного использования в структурных подразделениях.
Методические и технологические разработки по ГМ-С, ИМР, ИПТ, ВЧТ, ПВР вошли в 20 отчетов, выполненных автором как ответственным исполнителем. Эти разработки нашли широкое применение в геофизических организациях ОАО «Ставропольнефтегеофизика», ОАО «Волгограднефтегеофизика», ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика», ООО «СевКавнефтегазгеофизика», ЗАО «Взрывиспытания» и др.
По результатам интерпретации материалов ГМ-С, ИМР, ВЧТ, ИПТ, с использованием предложенных технологий по вторичному вскрытию и интенсификации притоков, получены промышленные притоки нефти из хадумитов Центрального и Восточного Предкавказья на площадях: Родионовская, Филипповская, Елизаветинская, Журавская, Советская, Палеогеновая, Искринская, Ахловская, Старогрозненская и др., что позволило расширить не только географию нефтегазоносности в пределах Предкавказья, но и обеспечить дополнительную добычу нефти (дополнительные запасы) из хадумитов.
За разработку и внедрение комплекса оборудования и технологий газодинамического разрыва пласта для повышения эффективности разработки нефтегазовых месторождений автор (в составе коллектива) удостоен премии Правительства РФ в области науки и техники за 2011г.
По основным результатам работ имеются акты промышленного внедрения. Экономический эффект от внедрения разработанных методик и технологий в ряде организаций юга России составляет более 65 млн. рублей.
Личный вклад автора
Личный вклад автора состоит в научно-методическом обосновании возможностей применения новых геофизических методов ГМ-С, ИМР, ВЧТ, ИПТ для изучения нетрадиционных глинистых коллекторов Предкавказья, разработке и совершенствовании методик интерпретации результатов и технологий их проведения; разработке и внедрении комплекса оборудования и технологий газодинамического вскрытия и разрыва пласта для повышения эффективности разработки нефтегазовых месторождений; организации, руководстве и непосредственном участии во внедрении результатов научных исследований.
По инициативе автора спектрометрический гамма-каротаж, ИМР включены в обязательный комплекс ГИС для всех категорий скважин, в том числе, эксплуатационных (доразведка, выделение интервалов обводнения и т.д.).
В основу диссертации положены результаты 25-летнего опыта изучения сложнопостроенных коллекторов (хадумитов) Предкавказья в период работы автора в ОАО «Ставропольнефтегеофизика» и ООО «СевКавнефтегазгеофизика».
Апробация работы
Основные результаты работы доложены автором более чем на 60 Всесоюзных (Всероссийских) и Международных научно-практических конференциях и научно-технических советах, освещены в сорока публикациях. Основные конференции: Современные технические средства и технологии для геофизических исследований скважин, Москва, ВДНХ, 1989; Координационное совещание МНП по промысловой геофизике, Геленджик, 1991; Научно-практическая конференция к 100-летию промысловой геофизики, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2006; Ежегодные научно-практические конференции «Актуальные вопросы сервисных услуг нефтегазодобывающим предприятиям при ГИРС», «Геофизические исследования и работы в скважинах-состояние и перспективы» и др., проводимые Международной Ассоциацией АИС, Ольгинка, Дагомыс, Сочи, 1998 - 2011; 1-я, 2-я, 4-я Международные научно-практические конференции АИС на тему «Современное состояние геолого-геофизических исследований на углеводородное сырье в Казахстане», Алматы, 2005, 2006, Актау, 2009; 11-я Международная научно-практическая конференция «Геомодель», Геленджик, 2009; 10-я Международная научно - практическая конференция - выставка по взрывному делу, Ханой, 2010; 73rd EAGT Conference Exhibitin incorporaiting SPE EUROPEC, Австрия, Вена, 2011; 7-й Российско-Китайский симпозиум по промысловой геофизике, Россия, Иркутск, 2012.
Публикации. Основные научные положения и практические результаты работы опубликованы в 1 изобретении, 22 научной работе, в том числе 17 – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 254 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав и заключения; содержит 16 таблиц, 68 рисунков, список использованных источников из 141 наименования.
Благодарности. Автор глубоко признателен член-корр. РАЕН проф. Б.Ю. Вендельштейну, академику РАЕН проф. Д.А. Кожевникову, член-корр. РАЕН проф. Б.Л. Александрову, кандидату технических наук Д.Б. Пинкензону за консультации и ценные советы. Автор считает приятным долгом выразить благодарность своим коллегам по работе М.Г. Герасименко, С.М. Дудаеву, И.В. Батагову, А.В. Хадееву, С.О. Блощенко, С.С. Дудаевой, И.Л. Черченко за поддержку и помощь при подготовке работы.
