В конце XX века нефтяная индустрия практически полностью была переориентирована на горизонтальное бурение. Особенно это относится к разработке шельфовых месторождений, которым в последние десятилетия уделяется большое внимание. Стоимость капитальных затрат на морских проектах в разы превышает затраты на стандартных наземных буровых. Это связано с логистикой оборудования и персонала на удаленные морские локации, экологическими нормами, сложными условиями работы при морском глубоководном бурении, стоимостью буровых платформ. Разработка и эксплуатация шельфовых месторождений требует больших инвестиций. Цена ошибки может привести к фатальным последствиям для проекта. Данные факторы приводят к необходимости постоянного внедрения новых технологий и оптимизации процесса разработки.
Разработка шельфовых месторождений характеризуется рядом геологических неопределенностей и представляется высокорискованной задачей. Одним из принятых методов снижения неопределенности является бурение пилотного ствола. Это позволяет снизить как структурную неопределенность, так и уточнить распространение коллекторов в вертикальном разрезе. Однако по мере отдаления горизонтальной скважины от пилотного ствола такие неопределенности вновь увеличиваются. В индустрии существует необходимость в технологиях, которые существенно снижают геологические и структурные неопределенности, оптимизируют время строительства скважины путем исключения бурения пилотных стволов, позволяют получить информацию для оптимизации разработки месторождения [1].
Объект разработки и геолого-технические задачи бурения
Нефтегазоконденсатное месторождение им. В. Филановского расположено в северной части акватории Каспийского моря. Оно является одним из крупнейших в России. Месторождение приурочено к антиклинальному поднятию, характеризующемуся серией разрывных нарушений сбросового типа. Основными продуктивными отложениями являются песчаные нижнемеловые породы неокомского надъяруса K1nc. Суммарная мощность пластов составляет 50 – 60 м. Ожидаемые дебиты превышают 3000 т/сут, что является причиной высокой ответственности за качество бурения и сроки строительства скважин.
Начальная геологическая модель месторождения основана на интерпретации данных 3D сейсморазведки и данных ГИС ( геофизические исследования скважины) в трех опорных скважинах Р1, Р2 и Р3. Ввиду ограниченного фонда вертикальных скважин неопределенность положения кровли целевого продуктивного горизонта при планировании первой горизонтальной скважины оценивалась в ±20 м по вертикали.
План разработки предусматривает бурение многоствольных скважин. Первая очередь освоения месторождения была начата в 2016 г. путем бурения горизонтальных скважин с морской платформы ЛСП-1. На рис.1 представлена структурная карта по кровле неокомского надъяруса с плановой траекторией эксплуатационной секции (красным цветом) первой горизонтальной скважины, а также три опорные скважины, располагающиеся на расстоянии от 1 до 4,5 км от планируемой скважины.
Геологические и технологические цели для бурения эксплуатационной секции многоствольных горизонтальных скважин:
1. Расположение башмака эксплуатационной секции в непроницаемые глинистые породы покрышки. При этом расстояние до кровли целевых отложений неокомского надъяруса должно быть ~2 м по вертикали с целью обеспечения хорошей гидроизоляции затрубного пространства в узле сочленения бокового и основного стволов скважин в системе заканчивания.
2. Бурение 70 – 100 м интервала стабилизации зенитного угла и азимута и расположение его за 60 – 80 м до башмака обсадной колонны. Интервал стабилизации необходим для размещения в нем клина-отклонителя для вырезки окна в обсадной колонне и бурения бокового ствола, а также для соединения системы заканчивания основного и бокового стволов. По данным геомеханического анализа устойчивые породы выделяются в приподошвенной части покрышки: между маркером 1 и кровлей отложений неокомского надъяруса (рис. 2).
3. Произвести вскрытие целевого пласта (при бурении горизонтальной секции) на запланированных координатах с целью плановой выработки залежи. Согласно целям бурения, допускалось вскрытие кровли целевого песчаника в интервале ± 30 м по стволу скважины от запланированной глубины.
Ввиду сложности поставленных задач в условиях высокой структурной неопределенности успешное бурение эксплуатационной секции при строительстве первой на проекте горизонтальной скважины не представлялось возможным без предварительного бурения пилотного ствола. Однако в мировой индустрии был накоплен большой опыт применения технологии сверхглубокого картирования разреза во время бурения. Данная технология обеспечивает дистанционное картирование контрастных по удельному электрическому сопротивлению (УЭС) границ на расстоянии > 45 м по вертикали. По результатам детального анализа применимости данной технологии в условиях месторождения им. В. Филановского было принято решение об отказе от строительства пилотного ствола в пользу применения технологии сверхглубокого картирования разреза при бурении GeoSphere от компании «Шлюмберже» [2].
Технология сверхглубокого картирования разреза
Технология сверхглубокого картирования разреза при бурении GeoSphere основана на методе электромагнитного (ЭМ) каротажа, обеспечивает широкий диапазон глубоких направленных азимутальных ЭМ измерений. Прибор состоит из трех отдельных модулей, расположенных между другими приборами в компоновке низа бурильный колонны (КНБК): источника электромагнитного сигнала и двух приемников. За счет большого расстояния между источником и приемниками ЭМ сигнала, а также применения пониженного диапазона рабочих частот (до 100 кГц) достигается большая глубинность исследования, превышающая 45 м.
Зондируемый объем горной породы вокруг ствола скважины может включать множество контрастных по сопротивлению границ. Для визуализации такой сложной геологической среды разработана и используется стохастическая многопластовая инверсия ЭМ измерений. В каждой точке траектории решается одномерная обратная задача с автоматическим подбором параметров: количество слоев, их мощность и сопротивление, а также угол напластования и величина электрической анизотропии. Алгоритм не требует ввода граничных условий, количества слоев или их сопротивления [3].
Результатом расчета инверсии является двумерный разрез по рассчитанным сопротивлениям, который отображает изменение УЭС пород, что может быть экстраполировано на литологию и характер насыщения пород. При наличии достаточного контраста сопротивлений инверсия с большой точностью позволяет определить углы залегания пропластков и их мощности. В случае пересечения разрывного нарушения инверсия картирует границу разрыва и позволяет оценить направление и амплитуду смещения пород [1].
Согласно предварительному моделированию для скв. № 1 описанная технология позволяет картировать кровлю пласта на расстоянии до 20 м по вертикали, что обеспечивает необходимый запас времени для планирования точной посадки скважины на кровлю пласта (рис. 3).
Бурение первой добывающей скважины
Бурение эксплуатационной секции скважины проходило с непрерывным контролем в режиме реального времени со стороны геологов компании ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» и инженеров по геонавигации компании «Шлюмберже». При поступлении данных ГИС делался расчет инверсии ЭМ измерений со сверхглубоким радиусом исследования, на основании которой проводилась оценка положения забоя скважины относительно стратиграфических границ. В случае необходимости траектория скважины корректировалась.
На рис. 4 представлены результаты бурения Эксплуатационной секции «первой скважины». Синим цветом обозначена плановая траектория бурения, красным – фактическая. В ходе работы инверсия начала картировать кровлю целевого пласта на расстоянии 20 м по вертикали, что позволило заблаговременно оценить глубину залегания и поведение кровли целевых отложений (рис. 4).
По данным инверсии было установлено, что кровля залегает на 10 м глубже прогнозных значений. Во избежание удлинения секции траектория бурения была пересчитана. По мере картирования кровли к глубине 1950м по стволу был оценен структурный угол в направлении бурения, который составил 2.5° роста. Различие с начальной структурной моделью составило 1° (плановый угол составлял 3.5° роста). Фактическая глубина исследования технологии GeoSphere полностью соответствовала результатам предварительного моделирования с учетом имеющегося контраста сопротивлений (рис. 3).
На основе полученной информации по поведению структуры траектория бурения была скорректирована с целью расположения интервала стабилизации зенитного угла и азимута бурения в стабильных породах приподошвенной части покрышки. Согласно целям скважины под зарезку бокового ствола, интервал стабилизации был обеспечен в устойчивых породах на глубинах 2000 – 2100м по стволу (ниже маркера 1).
После успешного расположения интервала стабилизации бурение было продолжено и остановлено на расстоянии 1,5 – 2 м по вертикали от кровли целевых отложений. Бурение эксплуатационной секции было завершено на плановой глубине по стволу скважины – 2160 м. Все поставленные задачи по скважине были успешно выполнены [2].
ВЫВОДЫ
Первое в России и странах СНГ применение технологии сверхглубокого картирования разреза GeoSphere при бурении эксплуатационной секции показало впечатляющие результаты. Определение приближения к целевому горизонту на расстоянии 20 м по вертикали позволяет решать широкий круг геологических и технологических задач (а при большем контрасте пород по сопротивлению возможно и более глубокое картирование границ). На примере первой горизонтальной скважины на шельфовом месторождении им. В. Филановского в условиях высокой структурной неопределенности осуществлены точная посадка эксплуатационной секции скважины вблизи кровли целевых отложений без их непосредственного вскрытия и расположение интервала стабилизации траектории для бурения бокового ствола в узком окне стабильных пород.
Использование инновационной технологии обеспечило успешное достижение всех поставленных целей в условиях высокой структурной неопределенности без предварительного бурения пилотного ствола. Исключение бурения пилотного ствола позволило сократить время строительства скважины, что является экономически выгодным подходом.
