Содержание к диссертации
Введение 4
Актуальность работы 4
Цель работы 5
Основные задачи исследований 5
Научная новизна работы 6
Практическая ценность работы 7
Апробация работы 8
Публикации 9
РАЗДЕЛ I. Анализ современного состояния проблемы повышения качества вскрытия объектов углеводородного сырья. Постановка задач исследования 10
1.1. Состояние проблемы качества вскрытия продуктивных пластов-коллекторов при строительстве скважин в сложных горно-геологических условиях 10
1.2. Состояние проблемы гидродинамической кольматации в процессе бурения скважин для повышения качества вскрытия продуктивных пластов 13
1.3. Принципы построения функциональной схемы первичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов, на основе геолого-технологических исследований скважин, в процессе бурения 15
1.4. Постановка задач исследования 21
РАЗДЕЛ II. Разработка методики построения физико-геологических моделей продуктивных пластов-коллекторов, как основы проектирования их оптимального вскрытия, при бурении на минимальной репрессии 22
2.1. Построение системы проектирования бурения на минимальной репрессии по результатам комплексной интерпретации геолого-технологической и гидродинамической информации 22
2.2. Разработка физических основ и методики построения прогнозных физико у геологических и гидродинамических моделей продуктивных пластов коллекторов 26
2.2.1. Математическое моделирование частотных спектров излучения упругих волн при динамическом взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой 32
2.2.2. Динамическое дифференциальное давление в системе "скважина-пласт",
как критерий оценки вскрытия пластов-коллекторов 38
2.2.3. Решение обратной динамической задачи при волновых наблюдениях в процессе бурения скважин 42
2.3. Физические основы построения физико-геологических и гидродинамических моделей продуктивных пластов-коллекторов 43
2.3.1. Построение физико-геологических моделей пластов-коллекторов на основе комплексной интерпретации геолого-технологической информации
2.3.2. Построение гидродинамической модели продуктивных пластов 53
2.4. Разработка оптимизированной системы проектирования бурения на минимальной репрессии, на основе прогнозирования физико-геологических моделей продуктивных пластов 56
2.5. Опробование технологии проектирования бурения на минимальной репрессии 66
Выводы 71
РАЗДЕЛ III. Разработка оптимизированной технологии бурения на минимальной репрессии, способов обработки динамических параметров бурения и интерпретации скважинных материалов 72
3.1. Принципы построения аппаратуры и разработка технических средств, для реализации управляемого бурения на минимальной репрессии 72
3.2. Экспериментальные скважинные исследования 81
3.3. Разработка методики комплексной обработки и интерпретации динамических параметров бурения и геолого-технологических исследований при вскрытии продуктивных пластов 91
3.4. Разработка технологии оперативного управления бурением на минимальной репрессии и результаты промышленного опробования аппаратуры контроля и управления 119
Выводы 128
РАЗДЕЛ IV. Опытно-промышленные испытания оптимизированной технологии
бурения на минимальной репрессии 129
4.1. Результаты опробования оптимизированной технологии проектирования бурения на минимальной репрессии при строительстве поисковых и разведочных скважин 129
4.2. Результаты опробования и промышленного применения технологии оперативного управления бурением на минимальной репрессии при вскрытии продуктивных пластов 145
4.3. Оценка качества вскрытия продуктивных пластов, по результатам промышленных испытаний оптимизированной технологии вскрытия продуктивных пластов 152
4.4. Перспективы дальнейшего развития оптимизированной технологии бурения
на минимальной репрессии 155
Выводы 156
Основные выводы и рекомендации 157
Литература 158
Приложения 1
Введение к работе
Актуальность работы
Для выполнения задач развития топливно-энергетического комплекса Российской Федерации необходимым условием является дальнейшее наращивание объемов поисково-разведочных работ по выявлению запасов углеводородов на больших глубинах в сложных горно-геологических условиях. В то же время, поиск и разведка новых месторождений, на глубинах свыше 3000-4000 м, сопровождается значительными трудностями при бурении и освоении скважин, наличием сложнопостроенных продуктивных пластов с низкими кол-лекторскими свойствами, зон с аномально высокими (низкими) пластовыми давлениями и другими факторами.
В этих условиях и на фоне снижения объемов буровых работ особенно актуальными являются задачи, связанные с повышением качества вскрытия прогнозируемых продуктивных пластов с целью максимального сохранения их коллекторских свойств и разработкой новых технологий прогнозирования геологического разреза на больших глубинах.
Прогнозирование глубины залегания кровли продуктивного пласта, определение его эффективной мощности, коллекторских свойств, характера насыщения, продуктивности и других свойств обеспечит возможность обоснованного применения технологии бурения на минимальной репрессии (БМР) и эффективного управления процессом качественного вскрытия продуктивных пластов в режиме реального времени.
Большие резервы повышения эффективности качества вскрытия продуктивных пластов содержатся в создании технологий и информационно-управляющих систем проектирования, мониторинга и управления процессом строительства нефтяных и газовых скважин. Основой комплексного и эффективного использования геолого-технологических и гидродинамических исследований в процессе бурения является максимально полная наземная информация и информация о динамических процессах, возникающих на забое скважины в процессе ее механического углубления. Однако, применение на практике таких технологий затруднено отсутствием методик количественной интерпретации данных, для решения задач качественного первичного вскрытия продуктивных пластов, и отсутствием необходимой аппаратуры.
Особую важность данная проблема приобретает при первичном вскрытии сложно-построенных низкопроницаемых пластов-коллекторов, где, из-за некачественного вскрытия, потенциальные возможности вновь открытых объектов углеводородов используются лишь на 20—30 %.
Одним из актуальных способов решения проблемы повышения качества вскрытия продуктивных пластов является создание, в рамках действующих компьютеризированных станций геолого-технологических исследований (ГТИ), подсистемы управления БМР, позволяющей, наряду с управлением механическим углублением скважины, осуществлять оптимизацию процесса качественного вскрытия продуктивного пласта.
Цель работы
Повышение эффективности первичного вскрытия продуктивного пласта за счет созда-ния технологии управляемой репрессии на забой, с использованием комплексной интерпретации геолого-технологической и гидродинамической информации.
Основные задачи исследований
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:
1. Анализ качества вскрытия продуктивных пластов для сложнопостроенных месторождений и современного состояния БМР.
2. Обоснование принципов построения системы проектирования строительства скважин в сложных горно-геологических условиях, с использованием результатов геолого-технологических и гидродинамических исследований скважин в процессе бурения. 3. Разработка эффективных физико-геологических моделей продуктивных пластов на базе интегрированной обработки геолого-технологический и гидродинамической информации.
4. Разработка технического и методического обеспечения, а также соответствующей аппаратуры для оперативного управления вскрытием продуктивных пластов в условиях БМР.
5. Создание комплексной технологии качественного вскрытия продуктивных пластов с использованием БМР и оценка ее промышленной эффективности при поисковом и разведочном бурении глубоких скважин.
Научная новизна работы
1. Разработаны и научно обоснованы методы прогнозирования основных характеристик геологического разреза и выделения пластов-коллекторов, с определением их фильтрационно-емкостных свойств, на основе результатов обработки получаемой геолого-технологической и гидродинамической информации.
2. Предложен и обоснован научно-методический подход к определению момента входа ствола скважины в продуктивную часть залежи.
3. Предложен и разработан "волновой" критерий вскрытия продуктивных пластов-коллекторов, основанный на частотном представлении забойных динамических процессов.
4. Разработаны физико-геологические модели продуктивных пластов-коллекторов, основанные на функциональных зависимостях динамических параметров бурения от величин фильтрационно-емкостных характеристик разбуриваемых горных пород, позволяющие прогнозировать интервалы эффективного применения БМР.
5. Создана методология управления БМР, при вскрытии продуктивных пластов, на основе расчета спектрально-корреляционных характеристик динамической модели "циркуляционная система скважины — продуктивный пласт".
6. Предложены и научно-обоснованы принципы оперативного управления бурением на минимальной репрессии с использованием гидродинамического канала связи "забой — устье скважины" в узкополосном частотном диапазоне динамического взаимодействия "долото — горная порода".
Практическая ценность работы
1. Разработана технология качественного вскрытия продуктивных пластов с использованием рационального комплекса геолого-тсхпологических и гидродинамических исследований.
2. Разработаны методы автоматизированного управления бурением на минимальной репрессии с использованием беспроводного гидродинамического канала связи "забой — устье скважины".
3. Разработана двухканальная система контроля забойных параметров бурения, позволяющая, в составе комплекса "АРМ-Технолог" и компьютеризированных станций ГТИ, оперативно управлять параметрами качественного вскрытия продуктивных пластов.
4. Разработано программное и информационное обеспечение технологии управления БМР, позволяющее в режиме реального времени обеспечить качественное вскрытие продуктивных пластов и повысить безопасность бурения за счет прогнозирования зон с аномально высокими (низкими) пластовыми давлениями ниже фактического забоя скважины.
5. Предложен метод формирования и анализа геологической, технологической и гидродинамической информации в процессе управления вскрытием продуктивных пластов.
6. Под руководством и при непосредственном участии автора разработаны и внедрены следующие руководящие, методические и регламентирующие документы:
— регламент по комплексному изучению геологического разреза в процессе бурения скважин и технологический регламент на заканчивание нефтяных и газовых скважин на месторождениях ООО "Оренбурггазпром";
— методическое руководство "Компьютеризированная технология геолого технологических исследований скважин "АРМ-Технолог" (разделы "Вскрытие продуктивных горизонтов", "Предупреждение нефтегазопроявлений", "Испытание и вскрытие"), утвержденное ОАО "Газпром"; — инструкция по применению автоматизированного комплекса "АРМ-Технолог" при производстве буровых работ (руководство оператора).
7. Результаты проведенных автором исследований и разработанные рекомендации использованы при строительстве поисковых и разведочных скважин на площадях ООО "Оренбурггазпром" и 000 "Астраханьгазпром".
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
— на научно-практических конференциях Ассоциации буровых подрядчиков Российской Федерации (Москва, 2006—2009 гг.);
— на Всероссийской научно-практической конференции "Новая техника и технологии для исследования скважин" (Уфа, 2008 г.);
— на семинарах и НТС ООО "Оренбургазпром", ООО "Оренбурггеофизика" и
ООО "ВолгоУралНИПИгаз" (Оренбург, 2000—2004 гг.);
— на семинарах и совещаниях Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина (Москва, 2006—2009 гг.);
— на Ученом совете ОАО НПО "Буровая техника" (Москва, 2009 г.);
— на VIII Конгрессе нефтегазопромышленников России. Научная секция "В", "Новые достижения в технике и технологии исследования скважин" (Уфа, 2009 г.).
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, в т. ч. 4 работы — в журналах, входящих в "Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий" ВАК.
В ходе выполнения данной работы автор пользовался консультациями д.т.н., профессора В.Н. Рукавицына, к.т.н. М.Г. Лугуманова, к.т.н. В.Г. Савко, которым выражает искреннюю благодарность за ценные советы и замечания по диссертационной работе. Автор благодарит всех сотрудников ОАО НПО "Буровая техника—ВНИИБТ", ООО "Волго 9
УралНИПИгаз", РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, ЗАО "Геоспектр", ООО "Оренбург-геофизика", НПФ "Геофизика" и других, оказавших содействие при проведении и обработке данных экспериментальных исследований и внедрении разработанной технологии при строительстве поисковых и разведочных скважин.
Диссертационная работа выполнена в ОАО НПО "Буровая техника—ВНИИБТ", под научным руководством доктора технических наук, профессора Оганова А.С., которому автор выражает глубокую признательность и благодарность.
