Бурение газовых скважин в различных геологических условиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Цель и эффективность бурения ГС в различных геологических условиях

Практические основы бурения ГС положены в СССР в 30-е годы. Считается, что если во всем мире до 1980 г. на нефть пробурено всего несколько сотен ГС (причем большая часть в нашей стране), то после 1988 г. - около 2000 (в России около 180). По прогнозам зарубежных специалистов число ГС к 2000 г. будет составлять 30-50 % числа всех скважин, пробуренных на суше. Эти прогнозы достаточно хорошо коррелируются и подтверждаются динамикой числа объектов в России, где с 1990 г. число их удваивается [1] на 1998 г. суммарный годовой объем бурения ГС превысил 2300 скважин. Впервые в практике Российской нефтяной отрасли объем разработки на основе бурения сотен ГС в комбинации с вертикальными стала залежь в горизонте АС_4-8 Федоровского месторождения (ОАО "Сургутнефтегаз"). На этом объекте планомерно вводятся в действие по 60-70 ГС в год, а общий объем ГС на объекте составит около 1000 скважин [2].

Многолетний опыт эксплуатации нефтяных месторождений показывает, что на поздней стадии разработки значительно ухудшается структура начальных запасов за счет увеличения доли трудно извлекаемых запасов. В связи с неравномерной выработкой запасов нефти по сложно построенным объектам большая их часть остается в зонах распространения малопродуктивных коллекторов, в заводняемых зонах, а также в ограниченных линзах коллекторов. Эту категорию запасов не удастся вовлечь в активную разработку традиционными, широко используемыми методами. [3]. Поэтому необходимо широкое внедрение высокоэффективной комплексной технологии разработки трудноизвлекаемых запасов, одним из важнейших элементов которой является широкое использование горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин [4].

Однако ГС эффективны не только в процессе доразработки месторождений. На сегодняшний день идет широкое освоение новых нефтегазовых залежей как за границей [5], так и в России: Федоровское месторождение ОАО "Сургутнефтегаз" [6].Это обусловлено, тем, что ГС как продукт современной технологии, при обеспечении ряда требований [7, 1, 5, 6, 8], обеспечивают дебит превышающий дебит вертикальных скважин в десятки раз.

Преимущество ГС заключается в следующем: повышенная продуктивность или приемистость; более высокий коэффициент охвата пласта; пониженные эффекты развития конусов воды или газа из-за уменьшения депрессии на пласт, вследствие чего увеличивается период продуктивной работы скважины, увеличенная площадь дренирования. Продуктивность (приемистость) ГС может быть выше, чем вертикальной, по нескольким причинам. Прежде всего, ГС могут охватить гораздо большие площади продуктивного пласта, чем вертикальные скважины, в случае сложных разрезов вскрывают большее число пластов. Горизонтальные скважины можно бурить перпендикулярно к направлению, в котором ориентированы естественные трещины, и, следовательно, стволы пересекут большее число таких трещин. Кроме того, в ГС может быть инициировано множество трещин гидроразрыва.

При благоприятной ориентации стволов [5, 10] в системе площадного заводнения [5, 9] часто обеспечивают более высокий коэффициент площадного охвата, чем вертикальные скважины. Когда протяженность горизонтального ствола приближается к значению, равному половине расстояния между нагнетательными и добывающими скважинами, теоретически коэффициент площадного охвата стремится к 100 %. Эффективность охвата пласта по вертикали зависит от расположения горизонтального ствола в вертикальном разрезе. Эффективность площадного охвата может быть выше или ниже, чем в вертикальной скважине. Например, если в разрезе пород присутствуют непроницаемые барьеры, то коэффициент охвата по вертикали может быть очень плохим. [11].

При разработке залежи с высоковязкой нефтью применение ГС совместно с паротепловым воздействием на пласт приводит к существенному увеличению коэффициента нефтеизвлечения [12, 13].

Помимо вышеперечисленных преимуществ горизонтального бурения, ГС также позволяют: вовлечь в разработку месторождения находящиеся в местах, над которыми невозможна установка буровой: жилые массивы, заповедники и др., обойтись без построения дорогостоящих морских платформ при разработке шельфовых месторождений сэкономить расходы на разработку при уменьшении максимального количества скважин с одного куста.

1.1 Гидродинамика

Оценка ожидаемой эффективности ГС проводится на различных этапах проектирования, проводки и эксплуатации. Одним из показателей, определяющих эффективность ГС, является прогнозируемое значение дебита нефти (газа), динамика изменения притока и его фазового состава [14, 15, 16]

Предложено множество моделей притока для ГС. Большинство из них представляет собой упрощенные аналитические выражения для стандартного расположения ГС в пласте - скважина лежит по середине однородного пласта, параллельно его кровле и подошве. Кровля и подошва пласта изолированы от вмещающих пород [14].

В работе [14, 15] рассмотрены полученные различными авторами выражения для притока жидкости к горизонтальному стволу для различных сред:

1) выражение для дебита одного метра бесконечной горизонтальной скважины в изотропной среде с учетом несовершенства вскрытия пласта. Учет несовершенства проведен по аналогии с вертикальной скважиной в зависимости от плотности перфорационных отверстий. (Пирвердян А.М.);

2) выражение для дебита ГС в изотропной среде (Борисов Ю.П. и др.);

3) выражение для расчета дебита ГС для анизотропного пласта: (Никитин Б.А., Григулецкий В.Г.)

4) в работе [14] также приводится более сложное выражение для дебита ГС в анизотропной среде: (Soshi S.D.)

5) согласно литературным данным наиболее точным является выражение Renard, Dupuy

6) выражение для дебита неоднородных объектов, на основе метода фильтрационных сопротивлений;

Перепад давления вдоль оси скважины незначительны и давление практически постоянно вдоль ее оси. Поэтому вдоль всей ГС можно задать Р = Р_С (условия поддержания постоянного давления на скважине). После пуска скважины возмущение давления около скважины вначале идет быстро, затем с течением некоторого времени изменение давления замедляется, т.е. устанавливается стационарный режим фильтрации [14, 15].

На рис. 1 приведены результаты сопоставления графиков зависимости дебита ГС в однородном пласте от длины ГС по формулам 1-6, а также по разработанной в [14] программе численного моделирования. Приведенные на рисунке графики соответствуют следующим данным: проницаемость пласта (К_пр) - 100 мД, мощность пласта (h) - 15 м, вязкость нефти () - 24 сПз, депрессия - 2,04 атм., радиус контура питания - 300 м. [14, 15]

На рис. 2 приведены результаты моделирования распределения притока нефти к ГС вдоль ее длины, когда траектория скважины проходит внутри однородного пласта. Равномерность распределения притока по длине нарушается у конечных участков траектории ГС, где интенсивность притока значительно выше, чем в средних участках. Тем не менее, несмотря на более интенсивный приток на концах ГС, их вклад в суммарный дебит не является значительным, т.е. основной дебит ГС определяется всей ее длиной. Аналогичные результаты, соответствующие случаю, когда траектория ГС пересекает несколько пропластков с отличающимися свойствами, показаны на рис.

На рис. показаны зависимости Q/Q_h от K_v/K_h для различных значений мощности пласта. Из рисунка видно, что для маломощных пластов (Н<20 м) зависимость дебита от анизотропии значительно слабее, чем для мощных пластов. Это объясняется тем, что основной поток жидкости для таких пластов направлен вдоль пластов, а для более мощных пластов приобретает направление в перпендикулярном направлении. Самая нижняя зависимость (синий цвет на графике) соответствует изотропной породе с проницаемостью . Эта зависимость достаточно близка к зависимости Q/Q_h от K_v/K_h для мощных пластов.

Отметим, что результаты моделирования соответствуют стационарному режиму фильтрации, когда распределение поля давлений не меняется с течением времени. При некотором удалении от скважины (R_k) сохраняются значения давлений Р_к, которые были до начала работы скважины. На рис.5 приведены результаты моделирования влияния значений радиуса контура питания (R_k) на дебиты. Здесь по оси ординат отложены значения относительного дебита Q/Q₀; где Q₀ - дебит при R_k = 250 м., а по оси абсцисс - значения R_k. При изменении R_k от 90 до 250 м изменений дебита составило около 6 %, что говорит о малой вносимой погрешности неточного значения R_k.

Чтобы исследовать влияние пространственной ориентации траектории ГС на эффективность ГС, моделированы ситуации, когда ГС ориентирована вдоль направления, в котором проницаемость наибольшая, а также для случая, когда ГС ориентирована перпендикулярно такому направлению. Из результатов моделирования, представленных на рис. 6. видно, что наибольший эффект от ГС достигается, когда ее траектория ориентирована перпендикулярно к направлению, в котором проницаемость пласта максимальная [14, 15].

В формировании поля давления в пласте с горизонтальной скважиной можно выделить три этапа: на первом - происходит вовлечение в движение области прилегающей к горизонтальному стволу скважины. Этот случай иллюстрируется данными рис.

Рис. Распределение давления в пласте в момент времени пуска скважины в работу

На втором этапе наблюдается вовлечение в работу отдаленных участков пласта вдоль горизонтального ствола

Рис. Распределение давления в пласте в начальные моменты времени



На третьем этапе наблюдается вовлечение в движение всей области пласта

Рис. Распределение давления в пласте после длительной работы скважины

Распределение давления и температуры после пуска горизонтальной скважины в работу при асимметричном ее расположении приведено на рис.

Рис. Распределение давления в пласте

Видно, что образуется вытянутая вдоль горизонтального ствола воронка депрессии. Из анализа рис. В частности видно, что наблюдаются повышенные градиенты давления на концах горизонтальной скважины. Причем, на границе пласта приближенной к нагнетательной галерее наблюдается повышенный градиент давления по сравнению с остальными участками пласта. Повышенные градиенты давления на концах горизонтальной скважины приводят к неравномерному полю скоростей вдоль ствола горизонтальной скважины, а именно на забое скважины наблюдается повышение скорости движения флюида.

Нестационарное распределение температуры в пласте создаваемое эффектом Джоуля-Томпсона и адиабатическим эффектом после пуска горизонтальной скважины в работу приведено на рис.

Рис. Распределение температуры в пласте с горизонтальной скважиной с учетом эффекта Джоуля-Томпсона и адиабатического эффекта

Из рис. видно, что при фильтрации жидкости в пласте с горизонтальной скважиной, в нестационарном тепловом поле наблюдается неравномерный в направлении горизонтального ствола скважины дроссельный разогрев пласта. На концевых участках горизонтального ствола наблюдаются повышенные значения температуры. При фильтрации газа в пласте будет наблюдаться охлаждение пласта, при этом на торцевых участках, по аналогии с фильтрацией жидкой фазы, происходит наибольшее охлаждение пласта9.

скважина газовая геологический гидродинамика



2. Технология проведения и комплекс ГИС в горизонтальных скважинах

Геофизические исследования в ГС в порядке последовательности их проведения и функционального назначения подразделяются на:

инклинометрические (измерение траектории ствола ГС)

геолого-технологические (проведение комплекса ГТИ)

геофизические (выполнение необходимого комплекса ГИС)

гидродинамические (измерение в стволе работающей ГС)

К проведению геофизических исследований в ГС предъявляется целый ряд специфических требований, отсутствующих при проведении геофизических исследований в вертикальных и наклонно-направленных скважинах. Например, к инклинометрическим исследованиям при бурении ГС в маломощных пластах, в которых наиболее целесообразно применение новых систем разработки, предъявляются требования обеспечения точности проводки, особенно горизонтального участка ствола, до десятков сантиметров.К геолого-технологическим исследованиям ГС каких-либо особых требований, как правило, не предъявляется, однако весьма желателен непрерывный контроль за движением по продуктивному пласту, для чего могут быть применены системы раннего обнаружения газопроявления [7].Геофизические исследования в ГС должны проводится без искажения геофизических полей, т.е. в методическом отношении геофизические измерения в ГС должны быть адекватны аналогичным измерениям в вертикальных и наклонно-направленных скважинах. Это накладывает сложные требования к системам комплекса ГИС в ГС. Еще более усложняются технологии проведения измерений в горизонтальной части ствола работающей скважины, т.к. при неподвижных НТК нужны нестандартные средства доставки измерительного комплекса в интервал исследования ГС.

Технологии проведения ГИС в ГС подразделяются на геофизические исследования в процессе бурения, так называемые LWD - системы [7,2] и ГИС после бурения ГС. К каротажу в процессе бурения предъявляются специфические требования, отличные от требований к исследованиям после бурения. Это связано с условиями проведения ГИС в процессе бурения [7].

LWD - системы широко применяются на западе, т.к. позволяют контролировать проходку ГС в соответствии с заданной траекторией и оперативно при необходимости вмешиваться в процесс бурения. В нашей стране LWD - системы практически не применяются, т.к. отечественные технологии только разрабатываются, а приобретение за рубежом стоит больших денег и экономически возможно себя не оправдывает. Хотя каротаж в процессе бурения имеет большие перспективы хотя бы потому, что предоставляет оперативную информацию о разрезе с неглубоким проникновением фильтрата ПЖ.

К геофизическим исследованиям после бурения предъявляется ряд требований, связанных с особенностью расположения исследуемого интервала. Так как обычная технология доставки скважинных приборов, применяемая в вертикальных и наклонно-направленных скважинах, не применима в условиях ГС зарубежные и отечественные фирмы разработали ряд технологий для проведения ГИС в ГС.

Анализ применяющихся и опробованных технологий проведения ГИС в горизонтальной части ствола позволяет провести их классификацию, за признаки классификации приняты: способ соединений кабельной линии связи и способ доставки сборки скважинной аппаратуры в интервале исследований, подчиненное значение имеют дополнительные признаки, такие как наличие герметизации устья, наличие заталкивающего устройства, сбросовых линий связи и т.д. В табл. 1 приведена классификация технологий проведения ГИС в горизонтальных скважинах после бурения [7]



Таблица 1 Технология ГИС в горизонтальных скважинах после бурения

Способ соединения линии связи	Способ доставки в интервал исследования	Дополнительный признак
Автономный прибор	На буровом инструменте На проволоке (закачка промывочной жидкостью)	Синхронизация по времени работы прибора и глубиномера Герметизация устья
Сплошная линия связи	Закачка сборки промывочной жидкостью Пригруз разрезными трубками полужестким трубопроводом с кабелем	Устройство для герметизации устья наличие специального барабана и заталкивающего устройства
Одно "мокрое" соединение	На буровом инструменте	С боковым переводником. Со сбросовой кабельной секцией и встроенными в трубы кабельными линиями связи (КЛС)
Несколько "мокрых" соединений	На буровом инструменте	С двумя и более сбросовыми секциями и встроенными в трубы КЛС
Сплошная линия связи	Спецдвижителем в НКТ и эксплуатационной колонне	Для проведения работ по контролю за разработкой

2.1 Технология проведения ГИС в открытом стволе

Рассмотрим основные технологии доставки скважинных приборов на забой ГС применяемых для проведения привязочного и окончательного каротажа, используемых в России:

технология "Горизонталь" (НПФ "Геофизика" г. Уфа) [17,18,19,7,2,20,1]

технология реализации с помощью АМК "Горизонт" (ВНИИГИС г. Октябрьский) [17,21,22,23,18,24,19,7,2,25]

технология спуска скважинной аппаратуры на жестком каротажном кабеле ("Татнефтегеофизика" г. Бугульма), [2]

технология, реализуемая с помощью АМАК "Обь" (г. Тверь) [26,2,27]

Согласно программе "Горизонт" НПФ "Геофизика" одной из первых отечественных фирм разработала и внедрила в производственную практику новые технологии геофизических исследований ГС, использующие бурильные трубы для спуска геофизических приборов в специальных электрорадиопрозрачных контейнерах, с передачей информации по кабелю, пропущенных с помощью специальных проводников за колонной ("Горизонталь-1") или по силовому кабелю электробура ("Горизонталь - 2"). Технологическая система "Горизонталь - 3" предусматривает спуск на бурильных трубах в горизонтальный участок набора «прозрачных» стеклопластиковых труб. Затем на геофизическом кабеле до искривленной части ствола скважины опускают геофизический прибор, закрепляют на устье лубрикатор и с помощью промывочной жидкости проталкивают прибор до забоя. Система "Горизонталь - 4" предназначена для проведения промыслово-геофизических исследований бурящихся ГС на геофизическом кабеле без спуска бурильных труб и обеспечивает проведение измерений комплексом методов КС, ПС, БКЗ, БК, ИК, ГК, ННК. Технологические операции осуществляются в следующей последовательности. В скважину поочерёдно опускают защитный контейнер, набор полиэтиленовых и стальных труб (утяжелитель) общей длиной, превышающей горизонтальный и искривлённый участки скважины, и подвешивают на роторе буровой. Внутрь труб на кабеле спускают геофизические приборы, с помощью специального зажима закрепляют трубы на геофизическом кабеле и производят дальнейший спуск всей системы в исследуемый интервал ГС. [17,28] Технология “Горизонталь-5” предназначена для проведения исследований эксплуатационных скважин на геофизическом кабеле малогабаритными приборами. Основными элементами комплекса являются набор стальных тонкостенных и толстостенных утяжелённых труб, устьевое оборудование, токопровод с нижним и верхним стыковочными узлами, сбрасываемая контактная муфта для обеспечения электрического соединения скважинного прибора в кабеле. Технология работ такова: в скважину последовательно опускают геофизический прибор, соединённый с набором стальных тонкостенных труб, утяжеляемых толстостенными трубами, обеспечивается электрическая связь прибора с кабелем, после чего вся система закрепляется на геофизическом кабеле и продолжается спуск в скважину. Под действием веса утяжелённых труб или специальных грузов жёсткая система набора труб с измерительным прибором проталкивается к забою скважины.29. На рис.12 приведен общий вид технологической схемы комплексов «Горизонталь».

В Западной Сибири, в частности ОАО "Сургутнефтегаз", для геофизического исследования ГС широко применяется технология "Горизонталь - 1". Данная технология позволяет проводить каротаж скважинными приборами, находящимися на вооружении данного УГР.

Технология проведения ГИС по системе "Горизонталь - 1" заключается в следующем:

на место КНБК наворачивается электрорадиопрозрачный контейнер, представляющий собой стеклопластиковую трубу с отверстиями проделанными по всей длине с определенным шагом.

бурильную колонну с контейнером опускают до башмака технической колонны.

в инструмент на каротажном кабеле опускают скважинный прибор (связку скважинных приборов) до стеклопластикового контейнера.

на бурильную трубу наворачивают специальный переводник в затрубное пространство

продолжая наращивать бурильную колонну, опускают инструмент со связкой скважинных приборов забоя.

запись производят при одновременном подъеме инструмента и скважинных приборов. При подъеме, как и при спуске, необходимо синхронизировать скорости подъема (спуска) буровой колонны и каротажного кабеля, для предотвращения обрыва кабеля.

после проведения замера, колонну поднимают до башмака технической колонны, отвинчивают переводник, вынимают скважинные приборы, дальнейший подъем бурильной колонны производят как при обычных СПО

Недостатками этой технологии являются:

невозможность реализовать необходимый комплекс исследований из-за наличия пластиковых контейнеров нельзя применить методы, использующие прижимные устройства)

искажение кривых профилирования электрических и радиоактивных методов из-за влияния пластиковых контейнеров [30]

высокая аварийность работ (по статистике примерно в 48-50% случаев происходят обрывы каротажного кабеля из-за несинхронного спуска кабеля и бурильных труб и из-за его пережима муфтами бурильных труб, достаточно часты случаи оставления в скважине пластиковых контейнеров);

проблемы, возникающие с привязкой информации к истинным глубинам;

длительное время проведения исследований, составляющие примерно 22-25 часов.

Технология, реализующая с помощью АМК "Горизонт", лишена этих недостатков, время проведения работ и их надежность (технологичность) сопоставимы с обычным спуско-подъемом бурового инструмента. АМК "Горизонт" позволяет исследовать ГС методами инклинометрии, электрического (КС, ПС) и радиоактивного (ГК, НГК) каротажа. Комплекс состоит из автономного скважинного прибора диаметром 180 мм, спускаемого на бурильных трубах, и наземного оборудования, включающего глубиномер (2), датчик нагрузки (4), устройство сопряжения (УСО) (5), персональный компьютер (386, 486 или Pentium) с матричным принтером, успокоитель (3), канат талевой системы (1), 6-ввод информации со скважинного прибора (рис. 2)

Внутри скважинного прибора (рис. 13,) размещены: измерительные схемы (9-блок НГК, 12-центральный процессор, 13-блок ГК, 14-блок инклинометра, 15-блок КС, ПС), аккумуляторная батарея питания (11)и регистратор цифровой информации (10). В конструкции прибора предусмотрена возможность промывки скважины при спуске на забой (6-каналы для промывки, 3-зазор для промывки) и возможность извлечения контейнера с источником нейтронов из скважины в случае аварийной ситуации (8-контейнер с источником).В комплект также входит: 5-электроды для КС, ПС, 4-охранный корпус, 2-стеклопластиковый корпус, 16-колпак, 7-стальной переводник, который наворачивается на буровой инструмент (1).

Перед спуском скважинного прибора с компьютера синхронно запускается электронные таймеры в скважинном приборе и УСО. Затем по команде с таймеров одновременно включаются измерительная схема скважинного прибора и глубиномер, после чего в течении всего времени измерений с дискретностью в две секунды в скважинном приборе регистрируется информация, а в компьютере - глубина.

Измерения производятся при подъеме бурового инструмента со скоростью 180-360 м/час в заданном интервале глубин. В начале и в конце каротажа производится калибровка глубиномера, для чего на измеренном интервале перемещения бурового инструмента (~ 25 м) определяется число меток глубины, поступающих с глубиномера. После калибровки глубиномера погрешность измерения перемещений бурового инструмента не превышает 0,05 - 0,1 %.

После окончания исследований и подъема прибора на поверхность информация со скважинного модуля памяти через УСО переписывается на жесткий диск компьютера.

В АМК "Горизонт" все методы ГИС жестко увязаны между собой, и погрешность в увязке их по глубине отсутствует, в результате чего устанавливается однозначная связь элементов траектории скважины с границами пластов.

АМК "Горизонт" позволяет проводить геофизические исследования в карбонатном и терригенном разрезе в скважинах, пробуренных на различных типах растворов с удельным электрическим сопротивлением от 0,03 до 5 Ом м.

С целью повышения точности оценки параметров коллекторов в ГС разработан АМК "Горизонт - 2", в состав которого, помимо описанного выше скважинного прибора, включены еще два скважинных прибора, позволяющих измерять параметры АК, ГГК-П, ГК (прибор - 1), ГК и ГДК (прибор - 2).

В 1996 г. разработан также аппаратурно-методический комплекс "Горизонт - М" (диаметр скважинного прибора - 100 мм), позволяющий проводить исследования методами ГК, НГК, ПС, КС и инклинометрии.

Технология спуска скважинной аппаратуры на жестком каротажном кабеле представляет практический интерес, вследствие своей относительной дешевизны и позволяет проводить исследования стандартными скважинными приборами. Но, к сожалению, эта технология имеет целый ряд ограничений:

в необсаженной ГС она применима только в карбонатном разрезе;

длина ствола скважины, охватываемого исследованиями (при работе на стандартном подъемнике), из-за большого диаметра кабеля не превышает 2000-2100 м;

для реализации полного комплекса ГИС необходимо произвести несколько спуско-подъемов, так как спуск длинной сборки скважинных приборов в ГС по этой технологии затруднен.

Основными особенностями применяемой технологии с использованием аппаратурно-методического автономного комплекса каротажа на бурильных трубах АМАК - "Обь" являются:

необходимый и достаточный комплекс ГИС; соответствующий комплексу ГИС, утвержденному для конкретного региона работ;

соответствие скорости проведения каротажа разрешающим возможностям применяемых методов (касается, в основном, методов РК) и способам предварительной обработки и упаковки информации в скважинных приборах:

корректная привязка получаемых данных к глубине и отсутствие ложных записей при отворачивании очередной свечи;

возможность извлечения сборки скважинных приборов в случае аварийного прихвата бурового инструмента.

Каждый приборный модуль, включающий в себя зондовую часть с электроникой, блоки питания, памяти и устройство включения (выключения) модуля при выходе (входе) модуля из бурильных труб (башмака технической колонны) является самостоятельным автономным устройством. При реализации того или иного комплекса ГИС в ГС приборные модули с помощью шарнирных соединений с регулируемым углом перекоса в зависимости от профиля скважины соединяются в сборку, размещаемую в нижней бурильной трубе (свече), на конец которой навернут обтекатель с посадочным седлом, на которое опирается верхний поршень спец оснастки при выталкивании сборки скважинных модулей из бурового инструмента. Ниже поршня, располагается шток обратного хода, препятствующий обратному перемещению сборки в скважине при посадке инструмента на клинья ротора. Предварительное закрепление (фиксация) сборки скважинных модулей в бурильной трубе (свече) может осуществляться путем:

подвески на замковом соединении бурильной трубы;

установки на нижний поршень.

В обтекателе имеются промывочные отверстия, что позволяет при спуске в случае необходимости производить циркуляцию с вращением инструмента.

Выталкивание сборки при достижении забоя или заданного интервала исследований осуществляется с помощью:

циркуляции с одним насосом при сбросе с буровой инструмента специального запорного приспособления;

циркуляции с двумя насосами без сброса в буровой инструмент запорного приспособления. В любом случае определение момента выхода сборки из бурового инструмента производится по изменению давления на стояке (повышение давления с последующим его падением при проходе верхней части спец оснастки мимо промывочных отверстий обтекателя).

При выходе каждого модуля из обтекателя происходит его включение на запись информации, которая происходит при подъеме бурового инструмента из скважины со скоростью ~ 400 м/ч. При этом в бортовой компьютер в функции времени заносятся значения глубины нахождения обтекателя (нижнего конца бурового инструмента) через систему измерения глубины станции СГТ - К "Разрез - 2(3)".

Предусмотрен вариант технологии применения АМАК "Обь" при размещении сборки скважинных модулей в электрорадиопрозрачном контейнере, наворачиваемом на последнюю бурильную трубу. В отличии от технологии "Горизонталь - 1" применение геофизического кабеля в этом случае не требуется, что сокращает как сроки работ, так и аварийность. Включение модулей производится при их выходе из башмака технической колонны. После окончания подъема инструмента, извлечения приборных модулей сборки и считывания из их памяти специальным приспособлением записанной в функции времени информации, последняя в бортовом компьютере последовательно перезаписывается в функции глубины скважины с учетом расположения точки записи измерительных зондов относительно обтекателя.

Так как все наземное оборудование, необходимое для реализации технологии проведения ГИС в ГС с помощью АМАК - "Обь", входит в комплект компьютеризованных станций геолого-технологических исследований СГТ-К "Разрез - 2", устанавливаемых на всех бурящих ГС, на скважину требуется транспортировать только забойную часть АМАК - "Обь" в разобранном виде (скважинные приборы + оснастка).

2.2 Технология проведения ГИС в действующих скважинах

Эффективность всех стадий разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами может быть обеспечена только при условии ее достаточного информационного обеспечения, в значительной степени определяемого методическим и технологическим уровнем геофизического сопровождения горизонтального бурения.

Широко применяемое за рубежом для исследования горизонтальных эксплуатирующихся скважин оборудование Coll-Tubing (исследования проводятся на гибких насосно-компрессорных трубах, внутри которых пропущен каротажный кабель) [7, 31], начинает внедряться и в некоторых регионах России, в частности, в Западной Сибири. Однако для исследования характерных для России низко дебитных скважин широкое применение этого дорогостоящего оборудования экономически вряд ли оправдано.

В НПФ "Геофизика" разработано специальное оборудование для геофизических исследований в действующих горизонтальных скважинах. Разработанное в 1993-1995 гг. оборудование "Горизонталь - 5" [19, 20, 32, 33, 34, 31, 35, 1] как минимум, в 100 раз дешевле импортного оборудования Coll-Tubing и обеспечивает проведение исследований в горизонтальных скважинах практически любого диаметра, в том числе и через НКТ. Это оборудование представляет собой толкатель, выполненный в виде колонны полых тонкостенных металлических труб, соответствующей по длине горизонтальной и искривленной части скважины, с токопроводом, и груза-движителя, размещенного выше толкателя и развевающего необходимое усилие для проталкивания геофизического прибора к забою скважины. При проведении исследований в скважину через НКТ спускают геофизический прибор, наращивают его длину трубами толкателя, опускают внутрь труб толкателя токопровод, подсоединяют геофизический кабель, подвешивают на кабеле груз-движитель и спускают всю сборку в скважину на кабеле. При достижении геофизическим прибором искривленной части скважины он начинает под действием усилия, развиваемого толкателем и грузом-движителем, соскальзывать по нижней стенке скважины, как по наклонной плоскости, переходя в горизонтальный ствол. Далее за ним соскальзывает толкатель и под действие усилия, развиваемого грузом-движителем, передвигается по горизонтальному стволу, перемещая геофизический прибор к забою скважины. При достижении забоя скважины устанавливается сальник лубрикатора, возбуждают скважину компрессором, закачивая воздух в межтрубное пространство, и, добившись стабилизации дебита, записывают каротажные диаграммы на подъеме или спуске прибора в скважину.

Недостатком данной технологии является необходимость сборки-разборки колонны труб толкателя.

С целью исключения этой трудоемкой операции в АО "Татнефтегеофизика" разработано оборудование с толкателем в виде жесткого кабеля. Изготовлен и внедряется кабель толщиной 28 мм, наматываемый на барабан стандартного каротажного подъемника. Однако жесткости такого кабеля пока недостаточно для проведения всего объема работ в горизонтальных скважинах. Потребуется повышение жесткости кабеля толкателя, что, в свою очередь, повлечет необходимость увеличения барабана лебедки. [31,28]

Разрабатываемая в АО "Пермьнефтегеофизика" технология проведения ГИС с применением стандартных НКТ малого диаметра привлекает тем, что используются стандартные трубы и не требуется специальный толкатель. Однако вес труб настолько велик, что при ограниченной грузоподъемности каротажного кабеля реально могут быть исследованы скважины с длиной горизонтального ствола не более 250 -300 м [31].

Для исследования действующих скважин разрабатывается оборудование "Горизонталь -40П" с толкателем из пластмассовых труб диаметра 40 мм с байонетными замками и продольным пазом для каротажного кабеля. Груз-движитель выполнен разборным, из секций с продольным пазом для кабеля с байонетными замками. Толкатель и груз-движитель закрепляются на кабеле с помощью зажимов. Наличие продольного паза позволяет нанизывать пластмассовые трубы и груз непосредственно на кабель, что повышает жесткость и проходимость толкателя в скважине [31].

Для исследования действующих скважин также разрабатывается оборудование "Горизонталь - Ш", в котором в качестве толкателя использованы стандартные насосные шланги с байонетными замками. Штанги на кабеле крепятся с помощью зажимов. Оборудование может быть использовано самостоятельно для исследования скважин с длиной горизонтального ствола не более 250-300 мм и в комбинации с оборудованием "Горизонталь-40П" или "Горизонталь-5" при большей длине ствола. Преимущество этого оборудования - низкая стоимость. Фактически оно состоит из комплекта байонетных замков и кабельных зажимов, а шланги используются те, которыми оборудованы исследуемые скважины [31].

2.3 Комплекс ГИС в открытом стволе

Геофизические методы исследования ГС в настоящее время являются единственным источником информации, необходимой для бурения и эксплуатации ГС. Обоснование и проведение комплекса методов ГИС, интерпретация данных ГИС для ГС отличаются от вертикальных скважин по причине технологических особенностей бурения ГС и особого положения ствола в толще пластов.

До настоящего времени основное внимание уделялось технологии проводки ГС, технологическим вопросам проведения ГС. В какой то степени можно считать, что для ряда методов геофизических исследований в ГС вопросы решаются успешно. Но в тоже время вопрос о необходимом комплексе измерений решается условно. 23]

Горизонтальные скважины в отличие от вертикальных принадлежат к классу азимутально-неоднородных объектов. В ГС даже в пластах значительной мощности наблюдается азимутальная (в плоскости, перпендикулярной оси скважины) анизотропия свойств горных пород, обусловленная вертикальной слоистостью осадочных пород. Другим фактором возникновения азимутальной неоднородности являются особенности строения зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости в пластах вскрытых горизонтальной скважиной. Условия ее формирования резко отличаются от условий в вертикальной скважине и приводят к нарушению круговой симметрии зоны проникновения. Геометрия зоны определяется структурно-текстурными особенностями пласта-коллектора, связанными с его литологией [29]. Зона проникновения в ГС, в отличии от коаксиально-цилиндрической в вертикальной скважины, приоритет "крыльевую" (эллипсовидную) или "подошвенную" (каплевидную) форму [36].

Традиционные зондовые установки скважинной электрометрии (электрический, боковой, индукционный каротаж) используют осе симметричные поля, не обладающие азимутальной направленностью, и поэтому не могут выявлять азимутально-неоднородные объекты [29, 37]. В настоящее время при интерпретации данных ГИС зону проникновения условно принимают как коаксиально-цилиндрическую.

До 1994 г. ГС в ОАО "Сургутнефтегаз" исследовались обычным стандартным комплексом (ПС, ИК, БК, БКЗ, РК), однако информативность комплекса была низкой, поскольку в условиях ГС, когда наблюдаются радиальная анизотропия петрофизических свойств горных пород и специфическое "каплевидное" строение зоны проникновения, меняются значимость и информативность отдельных методов. [38]

Начиная с 1995 г., комплекс исследований ГС в тресте "Сургутнефтегеофизика" включает СП, ВИКИЗ, РК (ГК и НК-Т) и инклинометрию [38]. Технология, применяемая для проведения ГИС данным комплексом: "Горизонталь - 2". В настоящее время проходят испытания АМАК - "Обь".

Физические основы метода ВИКИЗ были сформулированы в ИГ СО РАН Ю.Н. Антоновым [38, 39, 14]

Основными отличиями ВИКИЗ от других электрических и электромагнитных методов являются:

использование 5 изопараметрических трех катушечных зондов;

измерение на малых базах разностей фаз;

работа в сравнительно высокочастотном диапазоне (0,875 - 14 МГц)

Метод ВИКИЗ в ГС позволяет:

оценить местонахождение кровли и подошвы коллектора относительно ствола скважины.

определить ВНК и ГНК внутри коллектора.

выделить непроницаемые субгоризонтальные прослои.

определить УЭС пласта и вмещающих пород.

оценить электрическую макро анизотропию в тонкослоистых коллекторах.

уточнить углы встречи ствола скважины и границ пласта [39, 40, 41, 42].

Трехмерным математическим моделированием зон проникновения в ГС установлено их слабое влияние на сигналы от основного объекта исследования при их относительно неглубоком формировании в при скважинной области [39, 42]

В АМАК - "Обь" применяется блок измерения дифференциальной ПС, которая в процессе интерпретации интегрируется.

В методах РК (ГК и НКТ) при исследовании ГС используется тот же аппаратурный комплекс, что и для вертикальных и наклонно-направленных скважин. Однако интерпретация кривых РК в ГС требует особого внимания в связи с особенностями проходки скважины.

К инклинометрии в ГС предъявляются особые требования. Результаты интерпретации ГС привязываются к геологическому профилю, построенному по соседним вертикальным скважинам, поэтому необходимы точные данные о расположении скважины.

2.4 Комплекс ГИС в действующих скважинах

В эксплуатационных ГС значительно снижается эффективность большинства традиционных методов промыслово-геофизического контроля. Не последнюю роль в этом играют чисто технические проблемы проводки приборов в горизонтально ориентированных участках ствола. Но гораздо более существенны методические проблемы, связанные со снижением информативности основных геофизических методов. Как показывает уже имеющийся отечественный опыт промыслово-геофизических исследований, возможность выполнения оценок продуктивности в ГС могут быть сведены к двум вариантам:

1. Изучение профиля притока способом прямых замеров в горизонтальной части пласта после доставки скважинных приборов пневматическим путем, с помощью тюбинга, гибких труб или специального кабеля. Несмотря на уже реализованные возможности по проведению таких исследований комплексом "приток-состав" в Татарии, Сургуте, Оренбурге и других местах, информативность измерений пока оценивается как не высокая.

2. Исследование суммарных фазовых характеристик притока в наклонной части ствола скважины выше продуктивных зон. Апробируемые здесь технологии замеров - снятие кривых восстановления уровней (КВУ) стабилизация давления (КСД, КСИ) и флуктуационные исследования.

Основные видимые на первом этапе проблемы ГИС - контроля связаны с методами измерений, используемыми для изучения состава и расходных параметров продукции скважин контактным способом (т.е. по механической и термокондуктивной расходометрии, влагометрии и т.п.). Главной причиной снижения достоверности оценок здесь являются специфичные (расслоенные) структуры потока продукции в пределах горизонтальной части ствола.

Оценка информативности таких исследований, выполняемых с помощью стандартного комплекса серийной аппаратуры, сводится к следующим моментам:

1. Наибольшей результативностью отличаются термометрия и термокондуктивная расходометрия. С их помощь, удается определить интервалы с наиболее значительными притоками, но не сам профиль притока. Для повышения чувствительности термометрии отдельными авторами предлагалось дополнять исследования закачкой охлажденной жидкости, но такие способы из-за сложности нельзя считать технологичными.

2. Применение различных методов оценки состава смеси в условиях расслоенных структур и сложного профиля горизонтальной части ствола также не дает позитивной информации по профилю притока. Информативность данных методов фактически сводится лишь к уточнению условий проведения замеров.

3. Результативность расходометрии в условиях ГС ограничивается предрасположенностью тахометрических датчиков к засорению механическими частицами. [43, 44].

4. Малоинформативными даже в скважинах с очень высоким газовым фактором показали себя датчики шумомера (интегральный частотный канал), хотя в спектральной модификации у этого метода есть большие потенциальные возможности.

5. Записи стандартным нейтронным методом НК при наличии в продукции значительной доли газа информативны, но лишь как метода, дающего дополнительную оценку состава многофазного флюида непосредственно в стволе. [13].

Барометрия при использовании ее в горизонтальной части ствола может играть вспомогательный характер (уточнение забойного давления), так как в случаях оценок параметров состава очень сложно учесть колебания давления, связанные с гидростатическими особенностями потока в стволе синусоидальной формы.

В условиях ГС повышается значение методов ГИС, исследующих интегральные физические свойства продукции во всем стволе (а не в камере датчика) и позволяющих более объективно оценивать интенсивность и характер притоков. К числу таких методов могут быть отнесены: НК, термометрия, индукционная резистивиметрия, спектральная шумометрия и др. Не смотря на относительно пониженные информативные возможности оценки работы пластов, указанные методы более устойчивы к погрешностям измерений, связанным с многофазным заполнением скважины.

Практически во всех ГС рассматривается четкая зависимость показаний состава смеси флюидов на забое (комплекс методов состава) от траектории ствола скважины (инклинометрия). Особенно ярко выражен данный эффект для газонефтяных скважин в условиях выдержанной статики, так как на режиме динамики границы сифонов (так называемых прогибов горизонтального участка ствола, в которых чаще всего скапливается вода) с жидкостью могут существенно сдвигаться и даже разрушаться [43].

В скважинах с необсаженной горизонтальной частью ствола наиболее приемлемыми для определения поступления воды являются методы электрометрии, такие как ИК, БК, резистивиметрия [44].

Сложность интерпретации результатов геофизических исследований действующих горизонтальных скважин обусловлена, как правило, многофазностью потока, влиянием гравитационного поля на распределение фаз в потоке, немонотонностью траектории ствола на «горизонтальном» участке (наличием спусков и подъёмов в колонне). В таких условиях неоднородность по фазам возникает как по её длине, так и по сечению скважины (на горизонтальном участке). Естественно, что такой характер потока и условия измерений, при использовании геофизических методов и методик, разработанных для вертикальных скважин, существенно затрудняет решение практических задач [9]. Например, в [45] отмечена противоречивость показаний шумометрии и влагометрии с данными нейтронного каротажа.

В тресте «Сургутнефтегеофизика» обычно применяют при исследованиях несколько типов аппаратуры при этом перечень методов следующий: ННК-Т, термометрия, манометрия, расходометрия механическая и термокондуктивная, влагометрия и индукционная резистивиметрия, акустическая шумометрия, ГК и магнитная локация муфт. В рамках этого перечня в работе [9] проведена оценка информативности методов. При комплексной же интерпретации результатов исследований в обязательном порядке привлекаются и данные электрометрии открытого ствола и данные инклинометрии. По приведенному комплексу можно выделить возможности определения:

а) притоков (поглощения) флюида в колонне (через щели или перфорационные отверстия);

б) движения флюида в колонне;

в) работающих участков пласта (газом);

г) состава притекающего в колонну флюида;

д) состава флюида в колонне;

е) заколонных перетоков газа и воды;

ж) траектории скважины;

з) забойного давления и депрессии (репрессии) на пласт;

и) места положения пакера за колонной и щелей (перфорации) в колонне;

к) газо-нефтяного контакта в породе;

Далее отметим те методы по данным, которых решались соответствующие задачи:

а) Т, РГД, СТИ, АШ;

б) Т, ВГД, РИС, РГД, ННК-Т;

в) Т, АШ;

г) ВГД, ННК-Т, РИС;

д) ВГД, РИС, ННК-Т, СТИ;

е) Т, АШ;

ж) М;

з) М;

и) ЛМ;

к) ННК-Т.

Для наглядности и анализа информативности сведем эти результаты в таблицу

Таблица 2

Задачи Методы	а	б	в	г	д	е	ж	з	и	к
ННК-Т		+/-		+/-	+					+
Т	+	+	+			+
М							+	+
РГД	+/-	+/-
СТИ	+/-				+
ВГД		+		+/-	+
РИС		+		+/-	+
АШ	+/-		+/-			+/-
ЛМ									+

В таблице знак "+" соответствует случаю, когда достоверность решения задачи достаточно высокая, а знак " +/-" - случаю, когда задача решается при определенных условиях, т.е. иногда.

Прокомментируем результаты, представленные в таблице.

По задаче а). Наиболее достоверным результатов являются данные термометрии, поскольку информация связана с эффектом калориметрического смешивания потока флюида, поступающего из щели (перфорации) с потоком флюида, находящегося в колонне. Данные расходометрии в условиях высоких градиентов скорости по диаметру скважины на горизонтальном участке не обеспечивают достоверной информации. Тоже касается и шумометрии акустической.

По задаче б). Использование методов ННК-Т, ВГД и РИС основано на реагировании их на состав флюида в колонне и изменение границ раздела по составу при сопоставлении замеров в остановленной и работающий скважине. Достоверность по этим методам достаточно высокая. Недостаточная информативность РГД связана с тем же, что и в задаче а), т.е. с тем, что при многофазных потоках наибольшая скорость потока приходится на верхнюю образующую колонны, а прибор движется по нижней образующей. Но, тем не менее, задача эта по данным РГД решается по изменению уровня показаний. Определение движения флюида в колонне по данным термометрии определяется по влиянию конвективного теплообмена (скорости потока) на градиент температуры. При сопоставлении термограмм, зарегистрированных в простаивающей и работающей скважине, достоверность результатов высокая.

По задаче в). Показания термометрии основаны на использовании эффекта дросселирования газа в пласте при притоке в скважину. В данном случае очень информативны замеры в остановленной и в работающей скважине. Основной признак - снижение температуры при поступлении газа. Информативность высокая. Акустическая шумометрия задачу может решить в случае применения спектральной модификации (на высоких частотах).

По задаче г). О составе поступающего флюида из того или иного интервала перфорации сказать по данным геофизических методов (за исключением случая по задаче в)) в большинстве случаев практически нельзя. Однако при благоприятных условиях методы ВГД, РИС, и ННК-Т решают эту задачу.

По задаче д). Задача решается с высокой степенью достоверности по данным методов ННК-Т, ВГД, РИС и даже СТИ.

По задаче е). По данным термометрии информативность связана с изменением условий теплообмена в интервалах перетока, что приводит, в свою очередь, к изменению наклона температурной кривой. Достоверность достаточно высокая. Акустическая шумометрия может давать информацию только при перетоке газа возрастанием интенсивности шумов в интервале перетока в спектральном варианте шумометра.

По задаче ж). Манометрия в остановленной скважине хорошо коррелирует с данными инклинометрии по изменению давления.

По задаче з). Достоверность по манометрии высокая.

По задаче и). Данные магнитного локатора муфт достаточно хорошо отмечают наличие пакера и места расположения щелей из-за изменения магнитного потока в этих интервалах.

По задаче к). Задача решается только по данным ННК-Т с достаточной достоверностью.

Анализ скважинных материалов и результаты этого анализа показывают, что наиболее информативным геофизическим методом является термометрия. При этом и получаемые здесь результаты наиболее достоверные. Достоверные результаты получаются также методами состава, нейтронного каротажа, манометрии и локатора муфт. Понятно, что задачи, решаемые разными методами, являются разными по значимости, но они все принимаются во внимание при принятии окончательного решения по скважине. Методы расходометрии и акустической шумометрии, к сожалению, не всегда позволяют использовать их по назначению. Так, например, метод СТИ малоинформативен при определении мест притоков флюида в колонну, но зато хорошо реагирует на состав флюида в колонне. Кроме того, отмечается полное дублирование друг друга методами ВГД и РИС и более того, для тех же задач может быть использован ННК-Т. Однако при этом следует понимать, что для горизонтальных скважин и, в особенности при многофазных потоках (с чем мы и имеем дело), отсутствие информации по каким-либо методам может быть связано и с недостаточностью знаний у специалистов о тех или иных процессах происходящих в скважине в таких условиях [9].

В настоящее время зарубежные компании, сталкиваясь с теми же проблемами, разрабатывают комплексные приборы позволяющие проводить ГИ ГС [46, 47], а также технологии проведения и методики интерпретации ГИС [47, 48].

3. Интерпретация материалов геофизических исследований горизонтальных скважин

Геофизические методы исследования горизонтальных скважин в настоящее время являются единственным источником информации, необходимой для бурения и эксплуатации горизонтальных скважин. Обоснование и проведение комплекса методов ГИС, интерпретация данных ГИС для ГС отличаются от вертикальных скважин по причине технологических особенностей бурения ГС и особого положения ствола ГС в толще пластов. До настоящего времени основное внимание уделялось технологии проводки ГС, технологическим вопросам проведения ГС. В какой-то степени можно считать, что для ряда методов геофизических исследований в ГС вопросы решаются успешно. Но в то же время вопрос о необходимом комплексе измерений решается условно.

Теории и методике интерпретации данных ГИС в ГС не уделяется достаточно внимания, часть вопросов находится на стадии разработки, а другие - даже и не поставлены. Говоря о потенциальных возможностях ГС, нельзя упускать из виду, что вопросы проектирования ГС, проведения траектории скважины, проведения комплекса геофизических измерений и их интерпретации, использование полученной информации на стадии эксплуатации тесно взаимосвязаны. Получение необходимой геолого-геофизической информации о пересекаемых ГС на различных участках ее траектории породах можно отнести к наиболее важным элементам проведения ГС.

Для интерпретации ГИ ГС часто невозможно использовать имеющееся методическое, программное обеспечение, так как в данном случае важность приобретают специфические особенности ГС.

...