Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Сравнительный анализ методов изучения разреза скважины и их соотношение с результатами испытания
1.1. Предварительное изучение разреза скважины по промывочной жидкости, шламу, регистрации проходки 8
1.2. Данные керна - источник информации о литологии и ФЕС пород 10
1.3. Геофизические исследования, как средство изучения геологического разреза скважины 12
1.4. Исследования пластов в открытом стволе, контроль глубины их залегания 18
1.6. Привязка перфоратора к глубине - один из важных критериев качества испытания пласта 22
1.7. Геологические результаты испытания обсаженной скважины - эталон для сравнения с результатами изучения разреза по данным керна и ГИС 25
Выводы 30
Глава 2. Факторы, искажающие геологические результаты испытания обсаженных скважин (ГРИОС) 32
2.1. Неточность «привязки» интервала перфорации к разрезу 32
2.2. Кольматация пород-коллекторов, «сухой» объект. Недоосвоенность объекта опробования 33
2.3. Некачественность цементажа обсадной колонны 38
2.4. Негерметичность скважины. Сложность ее распознавания при поисках и разведке нефти и газа 42
2.5. Причина негерметичности формально опрессованных скважин. Виды опрессовки 46
Выводы 53
Глава 3. Достоверность ГРИОС: определения, пути оценки. 57
3.1. О достоверности ГРИОС 57
3.2. Примеры достоверных и недостоверных ГРИОС - скв.204.. 64
3.3. Примеры недостоверных ГРИОС - скв. 807 68
3.4. О результатах испытания баженовской свиты 75
Выводы 86
Глава 4. Разработка методики оценки достоверности ГРИОС 90
4.1. Диагностические критерии оценки достоверности ГРИОС 92
4.2. Диагностика достоверности ГРИОС 92
4.3. Апробация разработанной методики оценки достоверности ГРИОС на примерах скважин
4.4. Эффективность методики оценки достоверности ГРИОС подтверждается снижением доли расхождения ГРИОС и ГИС 107
4.5. Итоги применения методики оценки достоверности ГРИОС. Примеры решения геологических задач 114
Выводы 128
Заключение 135
Список литературы 137
Приложения 142
- Предварительное изучение разреза скважины по промывочной жидкости, шламу, регистрации проходки
- Кольматация пород-коллекторов, «сухой» объект. Недоосвоенность объекта опробования
- О достоверности ГРИОС
Введение к работе
В ряду источников геологических сведений о разрезе нефтегазовой скважины испытание ее занимает особое место, так как лишь оно может подтвердить продуктивность разреза, предрешая тем самым, судьбу самой скважины, а часто и разбуриваемой площади.
Наиболее информативным источником являются результаты испытания обсаженной скважины. Они позволяют не только подтвердить (или опровергнуть) продуктивность и оценить термобарические условия исследуемого интервала разреза, что возможно при испытании и в открытом стволе, но и достигать постоянства химического состава флюида и исследовать его притоки на различных режимах. Но в сравнении с другими методами изучения разреза испытание обсаженной скважины наиболее подвержено воздействию технологии работ. Вследствие этого геологические результаты испытания обсаженной скважины (далее ГРИОС) определяются не только геологическими особенностями испытываемых пластов (их литологией, характером насыщения и т.д.), но существенно зависят и от герметичности скважины, качества цементажа обсадной колонны и других технологических факторов.
Существующая технология строительства скважины позволяет минимизировать влияние этих факторов на ГРИОС. Но на практике нередко нарушаются не только технология работ, но часто и правила контроля их качества. Например, в исследуемом в данной работе массиве ГРИОС по месторождениям Западной Сибири, открытым в 70-90-х годах XX в., 80% ГРИОС получены с нарушением контроля герметичности скважины, в 50% случаев нарушена технология проведения работ по цементажу обсадной колонны. Эти и другие нарушения при строительстве скважины приводят к искажению ГРИОС и принятию за достоверный геологический результат факт получения, например, воды из продуктивного пласта. Этому способствовала принятая в то время система экономического планирования буровых работ через плановый метраж проходки, а затем - плановую скважину, законченную
испытанием. Эта система стимулировала ускоренное строительство скважины, в том числе и за счет качества работ, что создавало предпосылки для появления искаженных ГРИОС.
При освоении эксплуатационных скважин такие искажения выявляются легко и быстро по отличию между притоками, полученными и ожидаемыми из уже изученных пластов - объектов разработки. В то время как при поисках и разведке нефти и газа сравнивать полученные ГРИОС не с чем, искажения результатов испытания остаются незамеченными и могут длительное время влиять на последующий ход ГРР. В истории освоения Западно-Сибирской Сибирской нефтегазоносной провинции немало примеров, когда по этой причине были неверно истолкованы геологические модели продуктивных пластов; пропущены нефтегазовые залежи; ошибочно определена категорийность и объемы запасов; на многие годы задержаны открытия месторождений. Поэтому уберечь от ошибочных решений может лишь предварительная оценка достоверности используемых ГРИОС.
Надо заметить, что искажающее влияние технологических факторов на геологические результаты испытания скважин известно издавна, не раз отмечалось в литературе и, видимо, учитывалось в практике работ. Но как геологу в своих расчетах отличить достоверные ГРИОС от недостоверных, возможно искаженных - публикаций по этим вопросам автор не нашел.
В связи с этим можно полагать, что исследуемый автором вопрос оценки достоверности геологических результатов испытания поисково-разведочных скважин, рассматривается впервые.
Исходным материалом в решении названного вопроса явились первичные полевые данные о результатах испытания, зафиксированные в актах для 183 объектов в 63 поисково-разведочных и 2 эксплуатационых скважинах, пробуренных в 1970-1990-х годах на 12 нефтяных месторождениях Тюменской (55 скв.) и Томской (Юскв.) областей в пределах Фроловской и Васюганской нефтегазоносных областей Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции.
Поскольку современные условия недропользования требуют
соблюдения конфиденциальности приводимых в диссертации сведений, наименования месторождений в работе не упоминаются, тем более что рассматриваемые вопросы испытания скважин носят методический характер и не требуют знания точного местонахождения скважин.
В настоящее время Федеральное агенство по недропользованию проводит аукционы на право пользования участками недр в целях их геологического изучения, разведки и добычи углеводородного (УВ) сырья. Все больше предлагаются мелкие поисковые участки и месторождения малых запасов, на которых в прошлом пробурено и испытано по одной-две скважины и сегодня перед потенциальными владельцами лицензий встает вопрос достоверности результатов их испытания. По данным Минприроды РФ свыше тысячи только нефтяных месторождений, открытых в прошлые годы, ожидают лицензирования на их доразведку и разработку.
Немаловажна оценка надежности результатов испытания и для добывающих предприятий, которые с целью прирастить запасы УВ сырья, вынуждены возвращаться к бездействующему фонду скважин в пределах своих лицензионных участков.
Ретроспективный анализ геологических результатов испытания скважин позволит выявить многие промахи и по-новому взглянуть на итоги поисково-разведочного бурения.
Из сказанного следует, что разработка методики оценки достоверности ГРИОС является актуальной научной задачей, решению которой посвящена данная диссертация.
Предварительное изучение разреза скважины по промывочной жидкости, шламу, регистрации проходки
Такая корректировка проектных решений, основанная на получении новых геологических данных, необходима в течение практически всего периода строительства скважины. В связи с этим процесс получения таких данных начинается с момента забуривания скважины, для чего используется комплекс методов геолого -технологических исследований. Назначение их двоякое. Во-первых, оперативное, т.е. в ходе бурения определять характер вскрываемого скважиной разреза посредством изучения непрерывно выходящей из бурящейся скважины промывочной жидкости (ПЖ), выносимого ею шлама и регистрации проходки. Во-вторых, измерять технологические характеристики - вес бурильной колонны, осевую нагрузку на долото, объем циркулирующей ПЖ, другие параметры, необходимые для оптимизации технологии разбуривания горных пород.
Контроль содержания метана и его тяжелых гомологов в ПЖ, выходящей из скважины, фиксация уменьшения объема ПЖ при фильтрации ее во вскрываемые проницаемые пласты, регистрация изменений скорости проходки, обусловленных сменой разбуриваемых пород с различной твердостью и структурой, наконец, фракционный и люминесцентно - битуминологический анализ шлама, оценка его вещественного состава, карбонатности, плотности, пористости и насыщенности подвижными и неподвижными углеводородами - весь комплекс этих, а иногда и других исследований, текущие результаты которых соотносят с глубиной бурящейся скважины, представляются в виде каротажей соответственно газового, фильтрационного, механического и по шламу [34].
Тем самым становятся возможными геологическая ориентировка забоя скважины, своевременное прогнозирование зон АВПД, определение литологического состава, а иногда и возраста пород, наличия или отсутствия в разрезе скважины пластов - коллекторов, характера флюидов - нефти, газа, воды, насыщающих коллекторские породы.
Однако соотносить эти данные с результатами испытания обсаженной скважины невозможно, поскольку сведения о разрезе, полученные с помощью каротажа по шламу, являются не более чем предварительными из-за невозможности точной увязки каждой изучаемой порции шлама с глубиной забоя, где он образовался. В результате каротажом по шламу выделяются не отдельные пласты, а включающие их мощные литологически различные толщи, границы между которыми размыты тем больше, чем больше глубина их вскрытия. Причина заключается в том, что «в процессе бурения и циркуляции ПЖ шлам находится во взвешенном состоянии; кроме того, на поверхность одновременно с разбуренной на забое породой выносится обвальный со стенок скважины обломочный материал из ранее пробуренных вышележащих интервалов». [37,с.23].
Источниками же сведений об отдельных пластах, о деталях строения разреза скважины являются методы триады «Керн - ГИС -Испытание».
Кольматация пород-коллекторов, «сухой» объект. Недоосвоенность объекта опробования
Другой негативный технологический фактор - кольматация пластов-коллекторов, происходящая в процессе буровых, тампонажных и перфорационных работ. Она может повлечь непроницаемость прискважинной зоны пласта, вследствие чего возможно ошибочное заключение о неперспективности объекта опробования из-за его «сухости», что, например, имело место при испытании газоносных известняков [27].
При вскрытии пласта перфорацией преодолевается слой промывочной жидкости (ПЖ) "(5 - 10 мм), стенка стальной трубы (6 - 12 мм), толщина цементного камня (25 - 50 мм и более в зависимости от фактического диаметра скважины), а также зона призабойной кольматации пласта-коллектора, которая в зависимости от типа коллектора и влияния на него отрицательных факторов вскрытия бурением и цементирования обсадной колонны может быть в пределах 40 - 150 мм" [13, с. 101].
Это связано с тем, что при перфорации скважина должна быть заполнена той же ПЖ, что и при бурении, которое, согласно техническим нормам, осуществляется при репрессии на пласты, до 5 - 10% превышающей пластовое давление. Под влиянием этой репрессии при бурении, ПЖ вместе с твердой фазой внедряется в разбуриваемые пласты-коллекторы, образуя упомянутую зону кольматации, осложняемую последующим проникновением цементного раствора при тампонаже обсадной колонны. При перфорации же колонны, заполняющая ее ПЖ, под действием репрессии устремляется по образовавшемуся перфорационному каналу в пласт и еще более расширяет ранее образовавшуюся зону кольматации. По этой причине весьма эффективна перфорация при депрессии на пласт, когда устье скважины герметизируется, а перфораторы спускаются в скважину на НКТ, о чем говорилось выше. При этом скважина заполняется не ПЖ, а водой или нефтью, причем часто не полностью для усиления депрессии.
По этой же причине иногда применяется гидропескоструйная перфорация. Для этого в скважину на НКТ спускается струйный аппарат. Вытекающие из него высоконапорные струи жидкости с песком, закачиваемые в НКТ с поверхности, разрезают колонну, цементное кольцо и породу, не загрязняя ее. «Но как показал опыт, гидропескоструйная перфорация не дает существенных преимуществ перед широко распространенной кумулятивной ... и в связи с большой трудоемкостью, стоимостью, потребностью в громоздком оборудовании не нашла широкого применения" [7, с.321].
Кольматации, подвержены только породы коллекторы, причем, тем в большей степени, чем лучше их фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС). Кольматация может быть настолько значительной, что прискважинная зона продуктивного пласта практически теряет проницаемость, вследствие чего при освоении скважины отсутствуют сколько-нибудь заметные притоки флюида и опробуемый объект (пласт или пачка пластов) признается "сухим".
Например, в Восточной Туркмении при разведочном бурении скважин в трещинных известняках, содержащих массивные газовые залежи высотой 50 -70 м и более, возникающая большая репрессия на пласты в нижней половине залежей, в особенности вблизи ГВК, обусловила совместно со сжимаемостью газа столь глубокое проникновение ПЖ по трещинам в продуктивную толщу, что появление "сухих" объектов опробования, доля которых иногда превышала 65%, могло рассматриваться как признак газоносности этих объектов.
Кроме того, "сухость" в действительности проницаемых пластов может быть вызвана недостаточной пробивной способностью перфоратора (из-за несоответствия его диаметра диаметру обсадной колонны)... [27].
Восстановление проницаемости прискважинной зоны пласта и интенсификация притока часто начинаются с перестрела объекта опробывания с целью вдвое, втрое, а иногда и более увеличить плотность перфорации, обычно равной 10 отверстий на метр фильтра колонны. Издавна широко применяется кислотная обработка пласта. В основном для обработки карбонатных пород применяется раствор соляной кислоты с добавками уксусной кислоты и поверхностно — активных веществ, а в случае терригенных коллекторов - тот же соляно-кислотный раствор с добавлением плавиковой кислоты. Эти соединения растворяют породы и загрязняющие их материалы, очищая поровые каналы, трещины, каверны, увеличивая их размеры и создавая новые поровые каналы.
При гидравлическом разрыве пласта для раскрытия существующих и образования новых трещин в породе в пласт под давлением нагнетается жидкость разрыва (вода, нефть) и расклинивающий агент (обычно кварцевый песок), не позволяющий сомкнуться образовавшимся трещинам после снятия давления.
О достоверности ГРИОС
Под «достоверностью» здесь понимается доказываемая истинность. Если истинность результатов доказать невозможно, то они рассматриваются как недостоверные, т.е. они могут и отражать, и не отражать истину, но ни то ни другое доказать имеющимися материалами не удается. Поэтому недостоверные результаты не обязательно ошибочны, они просто ненадежны, в отличие от достоверных.
В открытом стволе проверка достоверности геологических результатов испытания достаточно проста, поскольку предусматривает выполнение двух легко проверяемых условий:
- качественной пакеровки, что подтверждается неподвижностью уровня ПЖ в кольцевом пространстве в процессе испытания;
- достаточной депрессии на пласт- достаточной по времени воздействия и по величине, т.е. глубине снижения уровня жидкости в трубах над пакером.
Условия же достоверности для результатов испытания в обсаженном стволе заметно сложнее. Под достоверными ГРИОС автор понимает геологические результаты испытания обсаженной скважины, полученные в случаях, доказываемых первичными документами (актами, диаграммами и др.), отражающими условия подготовки испытания и его проведения, включая данные о расположении фильтра колонны в заданном интервале изучаемого разреза, а так же:
- для приточного объекта - получение из этого интервала стабильного по составу и дебиту притока пластовых флюидов, не обусловленного заколонными и/или внутриколонными перетоками;
- для «сухого» объекта - отсутствие притока из этого интервала или получение притока флюидов дебитом не более минимально принятого в данном районе работ, если такой малый приток или его отсутствие вызван не кольматацией пород изучаемого разреза, а их фильтрационно-емкостными свойствами при депрессии достаточной и по длительности (8 часов) и по величине снижения уровня воды в скважине.
Для конкретизации понятия минимально принятых — дебита и уровня снижения воды в стволе скважины была проанализирована связь отсутствия притока, либо наличия притока жидких флюидов с динамическим уровнем при их вызове, отдельно для объектов испытания Фроловской и Васюганской НГО.
На основе этого составлены таблицы, в которых по каждому объекту испытания отражены замеренные минимальные динамические уровни снижения воды в стволе скважине при освоении всех, как приточных так и «сухих» объектов в открытом и в обсаженном стволе. Анализ проведен отдельно для Фроловской (табл.3) и для Васюганской (табл.4) НГО.
-59-Из табл. 3 следует, что небольшая часть объектов осваивалась при динамических уровнях от 300 до 1200м. Основная же масса приточных объектов приурочена к динамическим уровням 1300-1600м; «сухих» объектов в обсаженном и открытом стволе - от 1000 до 1600м. Причем дебит «сухих» объектов не превышал 0,3м /сут.(принято автором). Единичные приточные и «сухие» объекты потребовали снижение уровня до 2000м.
Поэтому, с учетом применения интенсификации (раздел 1.7) для условий Фроловской НГО, по мнению автора, объект признается «сухим», если при его освоении приток нефти и\или пластовой воды не превышал 0,3м3\сут, причем:
достоверно «сухим», (т.е. низкие притоки обусловлены низкими ФЕС), если уровень воды в скважине снижался ниже 1600 м, либо ниже 1300 м, но после интенсификации притока;
недостоверно «сухим», если интенсификация не проводилась и уровень не снижался ниже 1600 м;
недоосвоенным «сухим», если уровень не снижался ниже 1300м независимо от того была интенсификация или нет.
Аналогичный анализ для Васюганской НГО (табл.4) показал, что для большей части приточных объектов в обсаженном и открытом стволе динамический уровень составил 900-1200м. В то время как для установления «сухости» объекта достаточно снижение уровня 1200м.
