Введение
Исследования физических свойств пластовых вод нефтегазовых залежей являются одной из основных задач, стоящих перед геологоразведочными работами. Результаты лабораторных исследований пластовой воды используются для подсчета запасов углеводородов (УВ), динамического моделирования резервуаров, а также для технико-экономической оценки эффективности разработки, включая оценку капитальных и эксплуатационных затрат в процессе промышленного освоения месторождений УВ.
С целью достоверной оценки водонасыщенности коллекторов, определения положений водонефтяного или газоводяного контактов по данным ГИС необходимо иметь точные оценки минерализации пластовых вод, а для правильного подбора технологий интенсификации добычи углеводородов важно знать и средний ионный состав пластовых вод. Необходимые физические параметры пластовых вод могут быть получены в лабораторных условиях в результате комплексных анализов на отобранных пробах. В этой связи особо жесткие требования предъявляются к представительности отобранных проб, так как в процессе вскрытия пласта в прискважинной зоне коллекторов образуется зона проникновения фильтрата бурового раствора, в которой параметры флюидов будут существенно отличаться от таковых в незатронутой проникновением части пласта.
Традиционно для изучения физико-химических свойств пластовых вод пробы отбираются на устье скважины или глубинными пробоотборниками в процессе испытания водоносных пластов в эксплуатационной колонне. Параметры и свойства пластовых вод, отобранных глубинным методом, являются наиболее представительными. Однако, недостатками этого метода являются значительные сроки проведения работ и стоимость, включая затраты по утилизации пластовых флюидов. Альтернативой испытаниям в колонне может служить применение комплексов испытателей пластов на кабеле (ИПК) [1, 2].
Описание технологии фокусированного отбора пластового флюида
В данной работе рассматриваются технологии отбора кондиционных проб пластовой воды комплексами ИПК в условиях скважин, пробуренных с растворными системами на водной основе (РВО). Данный сценарий является наиболее распространенным при разведочном и поисково-оценочном бурении и в то же время наиболее сложным.
При проведении гидродинамических исследований (ГДИС) комплексами ИПК в скважинах, пробуренных с использованием бурового раствора на углеводородной основе (РУО), как правило, наблюдается достаточно быстрый процесс очистки притока пластовой воды от фильтрата бурового раствора (ФБР), как ввиду малой глубины зоны проникновения фильтрата РУО в пласт, так и отсутствия зоны смешения пластовой воды и фильтрата РУО. Данные факторы при проведении поинтервального опробования (ОПК) в значительной степени упрощают процесс мониторинга уровня загрязнения притока пластового флюида фильтратом, оценка степени загрязненности производится с помощью скважинного анализатора фракционного состава флюида. В свою очередь, при наличии в отобранной пробе некоторого количества ФБР РУО, выделение пластовой воды для дальнейшего лабораторного анализа не является трудоемким процессом и обеспечивается путем стандартной сепарации водной, и углеводородной фаз.
Однако, при исследованиях скважин, пробуренных с РВО, то есть, при проведении ОПК для отбора проб пластовой воды в условиях смешивающихся флюидов, которые невозможно отделить друг от друга в лабораторных условиях, необходимо применять специальные методики и технологические решения, в связи с тем, что даже небольшое загрязнение отобранных проб фильтратом РВО может в значительной степени исказить оценку физико-химических параметров отобранных проб пластовой воды.
Основными факторами, влияющими на процесс очистки пластовой воды от фильтрата бурового раствора на водной основе при ОПК, являются:
• фильтрационно-емкостные характеристики интервалов ОПК (пористость; величины горизонтальной и вертикальной проницаемостей и, соответственно, коэффициент анизотропии проницаемости);
• глубина зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласт;
• эффективная толщина интервала, в котором проводится испытание.
Для подбора оптимального зонда, устанавливающего гидродинамический контакт с пластом во время ОПК, на этапе планирования исследований проводится моделирование в гидродинамическом симуляторе [3]. Такое моделирование позволяет оценить как эффективность очистки притока от ФБР для различных типов зондов, так и необходимый объем и время откачки, для достижения определенной степени очистки притока.
Очистка притока при использовании классических типов зондов – прижимной зонд (ПЗ), радиальный зонд (РЗ) и двупакерная система (ДП)) – может занимать довольно-таки значительное время ввиду вышеупомянутых факторов. Однако применение технологий фокусированного отбора флюида, реализованное в фокусированном ПЗ (ФПЗ) (рис. 1) и фокусированном РЗ (ФРЗ) в современных комплексах пластоиспытателей на кабеле [4], позволяет обеспечить достижение низких уровней загрязнения притока за относительно короткий затрачиваемый на исследования промежуток времени.
ФПЗ представляет собой модификацию стандартного прижимного зонда с наличием дополнительного кольцевого контура для периферийного отбора флюида. Данный зонд позволяет производить одновременную откачку флюида из двух контуров отбора – пластовый флюид с низким содержанием ФБР отбирается через центральный контур с помощью основного глубинного насоса, а более загрязненный фильтратом флюид отбирается по периферийному контуру с помощью дополнительного насоса. За счет отделения притока флюида из пласта по центральному контуру от притока по периферийному контуру удается получить наиболее чистый пластовый флюид за более короткие промежутки времени, чем при использовании стандартного прижимного зонда. Однако ввиду относительно малой площади притока ФПЗ, его применимость ограничена пластами со средними/высокими ФЕС, в которых подвижность пластового флюида составляет 3–5 мД/сП и более.
В свою очередь, ФРЗ представляет модификацию радиального зонда. На сегодняшний день реализованы два различных по конструкции зонда (рис. 2):
• зонд первого типа имеет четыре группы концентрических эллиптических входных портов, равноудаленно расположенных по окружности единичного пакерного элемента. По аналогии с ФПЗ каждая группа портов имеет центральный и периферийный контуры отбора. Применение зонда данного типа целесообразно в условиях тонкослоистых или маломощных коллекторов;
• второй тип ФРЗ имеет четыре эллиптических входных порта, расположенных в центральной части пакерного элемента (центральный контур отбора), а также восемь кольцевых входных портов, расположенных выше и ниже эллиптических портов (периферийный контур отбора). Применение зонда данного типа целесообразно в условиях однородных коллекторов.
Для обоих типов зондов входные порты изолируются от ствола скважины телом надувного пакера, прижимающего порты к стенкам скважины, что обеспечивает равномерный отбор флюида по всей окружности ствола скважины, в отличие от точечного притока прижимного зонда. Большая площадь контакта с пластом обеспечивает вызов и поддержание притока даже в низкопроницаемых коллекторах, тем самым позволяя проводить эффективные исследования с помощью ФРЗ в коллекторах с низкими/средними ФЕС, с подвижностью пластового флюида от 0,01 мД/сП и выше.
Анализ параметров пластового флюида в процессе отбора, мониторинг очистки притока от ФБР и оценка степени загрязненности притока фильтратом РВО в реальном времени как в случае работы с ФПЗ, так и при работе с помощью ФРЗ проводится на основании данных, регистрируемых с помощью скважинных анализаторов флюида, имеющих набор различных датчиков (оптический спектрометр, датчик флуоресценции, датчик удельного электрического сопротивления (УЭС), плотность/вязкость, замеры pH и тд). При этом каждый контур отбора оснащается своим скважинным анализатором. Для количественной оценки степени загрязненности притока пластовой воды фильтратом РВО в реальном времени используется алгоритм, основанный на непрерывных измерениях плотности и УЭС прокачиваемого флюида [5, 6].
Помимо УЭС и плотности с недавнего времени для качественной (и в некоторых случаях количественной) оценки загрязненности водной фракции фильтратом БР активно начали использоваться показания датчика флуоресценции [7]. Во многих разведочных скважинах при отборе колонкового керна в буровой раствор добавляется флуоресцирующий реагент (Уранин-А или Флуоресцеин), что позволяет использовать показания датчика флуоресценции при ОПК в качестве дополнительного инструмента для оценки природы водной фракции. Данный независимый метод мониторинга очистки притока от фильтрата оказывается особенно ценным в случае, когда отсутствует контраст в минерализации и плотности между пластовой водой и ФБР. Описанный подход является весьма информативным, что также позволяет внедрить его в качестве метода оценки представительности отобранных глубинных проб при лабораторном анализе, путем сравнения концентрации красителя в отобранных пробах с концентрацией в пробах бурового раствора, отобранных на устье скважины на различных этапах бурения (после добавления красителя в раствор перед вскрытием целевых горизонтов; после вскрытия целевых горизонтов; перед проведением ГДИС в открытом стволе и т.д). Кроме того, ввиду низкой стоимости и необходимой малой концентрации красителя в растворе для получения выразительного сигнала по датчику флуоресценции, данный подход рекомендуется к массовому применению как при отборе керна, так и при проведении исследований комплексами ИПК.
Пример применения расширенного комплекса ГИС и пластоиспытателя на кабеле при проведении исследований в открытом стволе скважины
На рис. 3 приведен сводный планшет с результатами оперативной обработки и интерпретации данных расширенного комплекса ГИС, а также результатов ИПК в интервале одного из пластов танопчинской свиты, вскрытого скважиной на месторождении, расположенном в Ямало-Ненецком АО.
Как видно из сопоставления треков 7 и 8, для достоверной оценки водонасыщенности (Кв) пласта чрезвычайно важно иметь точную оценку минерализации пластовой воды, полученную непосредственно для объекта исследований, а не осредненную для группы пластов.
Так, при использовании значения общей минерализации С=15 г/л, средние значения Кв коллекторов пласта составляют 50 % (трек 7) и очень близки к значениям содержания связанной воды по данным ЯМК (Кво), что характеризует пласты-коллекторы, как предельно-насыщенные углеводородами.
Однако, при проведении опробования данного пласта-коллектора прибором ИПК был получен приток пластовой воды с минерализацией С=5 г/л (треки 9, 10) без каких-либо следов УВ. Как видно на треке 8, значения Кв для данного пласта-коллектора с использованием полученного значения минерализации составили около 100 % для всего интервала пласта. То есть, пласт оказался полностью водонасыщенным. Независимым подтверждением данного факта явилось полное совпадение оценок пористости по комплексу методов ГИС (ННКт, ГГКп, ЯМК) и влагоемкости (Кп∙Кв), измеренной прибором многочастотного волнового диэлектрического каротажа (МВДК) [8, 9], как показано на треке 6.
Следует дополнительно отметить, что при расчете водонасыщенности пластов-коллекторов при С=15 г/л и С=5 г/л целесообразно использовать различные уравнения: в первом случае используется стандартное уравнение Дахнова-Арчи, а во втором – более сложные уравнения, позволяющие учесть влияние двойного электрического слоя (ДЭС), обеспечиваемого глинистой компонентой на УЭС пласта-коллектора. В данном случае, для расчета водонасыщенности пластов-коллекторов при С=5 г/л использовалось уравнение SGS (Sen-Goode-Sibbit) [10].
На самом деле, данный пример представляет собой поистине интересный случай, когда минерализация фильтрата бурового раствора оказалась близкой к минерализации пластовой воды. Поэтому измерения УЭС чистой зоны пласта, не затронутой проникновением ФБР, полученные по данным многозондового индукционного каротажа, совпадают с оценками УЭС зоны проникновения фильтрата бурового раствора, полученными по данным микробокового каротажа и МВДК (трек 3), а диаграмма ПС имеет очень слабые амплитуды напротив проницаемых пластов-коллекторов (трек 2). Поэтому и оценки минерализации воды, получаемые по данным МВДК (радиус исследований метода составляет лишь 10 см, что чаще всего характеризует свойства коллектора в пределах зоны проникновения ФБР) совпадают с фактическим измерением минерализации по данным ИПК (трек 10).
На рис. 4 представлена диаграмма прокачки, полученная в результате опробования данного пласта с помощью комплекса ИПК нового поколения [4]. При ОПК использовался ФРЗ с эллиптическими концентрическими портами, так как исследования планировались в том числе и в маломощных тонкослоистых коллекторах. Оцениваемая подвижность пластового флюида перед началом цикла откачки составила 9,3 мД/сП, затраченное на ОПК время – 6 ч, в течение которого было откачано суммарно 860 л флюида по двум контурам отбора. На треке № 1 диаграммы ОПК изображена динамика давлений и расходы глубинных насосов для обоих контуров отбора. На треке № 2 приведены показания датчика флуоресценции и температуры для центрального контура отбора. Трек № 3 содержит информацию по показаниям калиброванных датчиков УЭС индукционного типа, расположенных в обоих контурах отбора, расчетные минерализации прокачиваемого флюида (эквивалентные по NaCl), а также расчетную степень загрязненности притока водной фракции фильтратом РВО [5]. Трек № 4 отображает фракционный состав прокачиваемого флюида, однако, для данной прокачки состав притока является в целом не информативным, ввиду отсутствия какого-либо различия и контраста между спектрами поглощений для пластовой воды и ФБР [1].
Наибольшую информативность и контрастность данных имеют показания УЭС и флуоресценции, на основании которых и проводится оценка степени загрязненности притока фильтратом РВО в реальном времени. Так, после проведения оценочного замера давления и подвижности, откачка пластового флюида началась с 35 мин. 
ОПК одновременно по обоим контурам отбора, что сопровождалось повышением УЭС/снижением минерализации притока для обоих контуров отбора, а также повышением показаний датчика флуоресценции до ~55 мин. опробования. Такое поведение показаний флуоресценции связано, прежде всего, с тем, что краситель (Уранин-А) был добавлен в раствор лишь единожды, перед началом отбора керна из верхнего продуктивного интервала, вскрытого скважиной. По мере бурения скважины и соответственно естественных потерь и восполнения объемов бурового раствора (БР), общая концентрация красителя в БР снижалась, соответственно и проникающий в призабойную зону пласта (ПЗП) фильтрат РВО с момента вскрытия продуктивного горизонта (проникновение «раннего фильтрата») и до момента проведения исследований ГДИС (проникновение «позднего фильтрата»), имел различную концентрацию красителя. При этом максимальное значение показаний флуоресценции (~55 мин. опробования) соответствует параметрам «раннего фильтрата», а последующая откачка характеризует начало притока пластовой воды, следовательно, и непосредственно начало процесса очистки притока от ФБР.
За счет фокусированного отбора очистка притока от ФБР по центральному контуру отбора происходит значительно быстрее по сравнению с очисткой на периферийном контуре отбора. Так к 190 мин. ОПК оцениваемая объемная степень загрязненности притока ФБР по центральной линии составляет менее 3 %, в то время как периферийной линии загрязненность притока в ~5% достигается лишь к концу опробования (к ~350 мин.). Стабилизация параметров УЭС/минерализации, а также достижение крайне низких величин показаний датчика флуоресценции характеризуют достаточную очистку притока от ФБР, соответственно к концу цикла ОПК была получена информация по минерализации пластовой воды для данного продуктивного горизонта с хорошей степенью точности, а также была отобрана глубинная проба для дальнейшего комплекса лабораторных исследований. При исследованиях в лаборатории была подтверждена кондиционность отобранной пробы пластовой воды и величина замеренной во время исследований минерализации. Замеренная же массовая концентрация красителя в пробе составила менее 0,003 мг/л, в то время как начальная концентрация красителя при введении в БР составляла порядка 30–35 мг/л.
Суммарная длительность описанных исследований (включая ГИС) составила около двух недель, в ходе чего в рассматриваемой скважине было выполнено 9 опробований в водонасыщенных интервалах продуктивных пластов для оценки минерализации пластовой воды в режиме реального времени, что позволило охарактеризовать для данного месторождения практически весь геологический разрез интервала нижнемелового возраста. Кроме того, после каждой прокачки были отобраны глубинные пробы пластовой воды для проведения последующих лабораторных исследований. Результаты оценки минерализации пластовой воды для различных пластов-коллекторов нижнемелового возраста, полученных во время исследований описанной скважины, приведены на рис. 5.
Как видно из рис. 5, в верхней части нижнемеловых отложений минерализация пластовой воды составляет 15,5-17 г/л, а ниже определенной глубины происходит опреснение пластовой воды, минерализация снижается до величин 7 г/л и 5 г/л.
Результаты проведенных работ ИПК были учтены при выполнении оперативной интерпретации данных комплекса ГИС, что позволило, во-первых, существенно уточнить линейную емкость коллектора, а впоследствие и объем геологических запасов углеводородов на рассматриваемом месторождении; а во-вторых – оптимизировать программу испытаний скважины в колонне.
Выводы
Описываемый технико-методический подход к проведению геофизических исследований и испытанию пластов в открытом стволе комплексами ИПК позволяет на ранних этапах строительства разведочных и поисково-оценочных скважин оценивать минерализацию пластовой воды в режиме реального времени и отбирать представительные глубинные пробы по всем объектам исследований, тем самым получать необходимые физико-химические параметры для уточнения петрофизической модели, а следовательно, корректной оценки геологических запасов УВ для дальнейшего принятия ключевых решений по проекту ГРР.
