К вопросу освоения ресурсного потенциала доюрского комплекса отложений Западной Сибири (часть 2)

Значительные объемы углеводородов, сосредоточенные в продуктивных отложениях пород фундамента, делают их привлекательными для разработки в условиях современной тенденции ухудшения структуры запасов.
Однако, несмотря на значительный потенциал продуктивных горизонтов пород фундамента, промышленная эксплуатация большей части подобных объектов была неудачной.
Сложное геологическое строение отложений, неопределенность распространения фильтрационно-емкостных свойств по разрезу, низкая охарактеризованность геологической информацией являются основной причиной осложнений вскрытия и неудачной эксплуатации залежей углеводородов, приуроченных к продуктивным горизонтам пород фундамента, большей частью являющимися классическим трещинно-поровым коллектором, представленным горной породой, разбитой субвертикальными трещинами.
Параметры коллекторов подобного типа, как и физические процессы, происходящие в них, до сих пор не изучены в достаточной степени.
В связи с низкой эффективностью изучения различными геолого-геофизическими методами, стандартные подходы к бурению и эксплуатации залежей, приуроченных к трещинно-поровым коллекторам, будут не эффективны.

Факторы, осложняющие разработку
Анализ результатов вскрытия продуктивных интервалов, приуроченных к коллекторам такого типа, на примере одного из месторождений Томской области показал наличие определенных рисков, связанных с прохождением зон интенсивной трещиноватости. Вскрытие подобных зон сопряжено с такими проблемами, как:
– поглощение бурового раствора, которое может стать причиной аварии, а также приводящее к ухудшению ФЕС призабойной зоны пласта, вплоть до невозможности дальнейшего освоения скважин;
– большое время нахождения открытого ствола скважины под действием столба бурового раствора, провоцирующего осыпи, обвалы стенок скважины, затяжки, прихваты бурового инструмента и другие осложнения.
Одним из главных факторов, осложняющих разработку залежей, приуроченных к продуктивным отложениям доюрского комплекса, в силу особенностей геологического строения является стремительное снижение пластового давления в процессе эксплуатации скважин, что наглядно иллюстрирует динамика работы объекта ДЮК одного из лицензионных участков Красноленинского месторождения, эксплуатация которого приостановлена на данный момент (рис. 1).

Сложность анализа энергетического состояния подобных объектов заключается в отсутствии сформированной системы разработки и значительной удаленности скважин друг от друга. К тому же, после остановки скважины восстановление давления в трещиноватых коллекторах происходит в течение нескольких дней, а то и часов. В связи с этим осредненные замеры забойного давления следует использовать лишь ориентировочно, а пластовое определить практически невозможно.

Недостаточный контроль за изменениями пластовых давлений приводит к снижению эффективности управления системой выработки запасов и, как следствие, к ухудшению технологических показателей.
На примере одного из объектов Талинской площади Красноленинского месторождения, сложенного коллектором с вторичными фильтрационно-емкостными свойствами, в ходе анализа разработки были выявлены отклики в работе добывающих скважин на расстоянии 5 км (рис. 2).
Данная зависимость хорошо прослеживается между скважинами № 1 и № 2. После ввода в эксплуатацию скважины № 2 в 1997 г. уже через месяц производительность соседней скважины № 1 упала. При этом дебит скважины № 2 резко увеличился. При увеличении дебита в скважине № 1 дебит в скважине № 2 падает. В 2002г. обе скважины по причине низкой продуктивности, связанной со снижением пластового давления, были остановлены (рис. 3, табл. 1).
Наличие взаимовлияний в работе скважин свидетельствует о естественной макронеоднородности, из чего можно сделать вывод о том, что высокопродуктивные скважины расположены в зонах повышенной трещиноватости, находящихся в структурных прогибах и поднятиях. Однако данный фактор, даже несмотря на стремительное падение пластового давления при эксплуатации скважин, делает невозможным реализацию системы поддержания пластового давления, о чем свидетельствует факт неудачного опыта закачки на подобных объектах (сложенных коллекторами трещинно-порового типа) месторождений Красноленинского свода [1].

Таким образом, для предотвращения падения пластового давления в ходе эксплуатации необходима отработка оптимальных режимов работы добывающих скважин либо периодическая эксплуатация.
В связи с неравномерным распределением продуктивных зон по площади объектов разработки, приуроченных к отложениям доюрского комплекса, возникает необходимость использования методов увеличения нефтеотдачи для увеличения охвата выработки запасов.

Как ни парадоксально, но одним из наиболее эффективных геолого-технологических мероприятий, проводимых на продуктивных отложениях доюрского комплекса, является гидравлический разрыв пласта. Результаты проведенных трех скв./операций на пласт М1 одного из месторождений Томской области свидетельствуют о высокой эффективности мероприятий на коллекторах с низкой проницаемостью (2–5 мД) (табл. 2). Это связано в первую очередь с тем, что в результате гидравлического разрыва пласта создается система искусственных трещин, связанных с естественной трещиноватостью пласта, увеличивающая продуктивность скважин.
В ходе анализа данных разработки залежей углеводородов, приуроченных к залежам с вторичными ФЕС, был выявлен ряд геологических и технологических факторов, оказавших существенное влияние на разработку месторождения.

Подход к гидродинамическому моделированию отложений доюрского комплекса
Для формирования успешной концепции разработки, помимо анализа имеющейся информации, связанной с эксплуатацией залежей такого типа, возникает необходимость создания геолого-технологической модели, которая бы учитывала все особенности геологического строения и позволила адекватно смоделировать физические процессы, происходящие в недрах, а также корректно воспроизвести историю разработки.
Для учета влияния карбонатных прослоев на процесс разработки и гравитационных эффектов была выбрана модель двойной пористости и двойной проницаемости, обеспечивающая детальное понимание механизма фильтрации углеводородов в пластах с вторичными фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС).
В рассматриваемой системе флюиды существуют в двух связанных между собой блоках (рис. 4) [2]:
• матрице породы, занимающей основную часть пласта;
• трещинах в породе, обладающих высокой проницаемостью.
Добыча из блоков матрицы может производиться с помощью различных физических механизмов (рис. 5) [3]:
• расширение нефти;
• пропитка;
• гравитационная пропитка/дренирование;
• диффузия;
• вязкостное вытеснение.

Использование метода вейвлет-разложений для восстановления проницаемости при фильтрационном моделировании
Так как восстановить проницаемость пласта стандартными способами не представляется возможным, то на примере сектора фильтрационной модели объекта с вторичными ФЕС рассмотрим возможность восстановления проницаемости методом вейвлет-разложений. Этот метод учитывает структурную составляющую и является информативным и достаточно эффективным инструментом анализа поверхностей, способным представлять поверхность в различных масштабах, таким образом, что позволяет выявлять как мелкие, так и крупные локальные структурные изменения.
Кроме того, восстановление проницаемости с использованием метода вейвлет-разложений более эффективно по сравнению с методом, предложенным Муреем, так как оно зависит от структурной составляющей, а не от инклинометрии скважин, вследствие чего имеет меньшую «зашумленность» [4].
Под вейвлет-преобразованием понимают разложение сигнала по системе вейвлетов – функций, каждая из которых является сдвинутой и масштабированной (сжатой или растянутой) копией одной функции – порождающего вейвлета. На уровне вейвлет-коэффициентов вейвлет-разложение можно представить в виде f(x)=cA0→{cA1,cD1}→{cA2, cD2, cD1}→• • •→{cAN , cDN-1,…cD1}, (1)
где cAi – коэффициенты аппроксимации глубины разложения i; cDi – детализирующие коэффициенты глубины разложения i.
Вейвлет-преобразование функции – нахождение коэффициентов {cAN, cDN-1,cD1}.
В нашем случае алгоритм вейвлет-разложения матрицы можно представить в виде схемы (рис. 6).

Пусть S={Sij} – матрица, значения элементов которой соответствуют значениям в узлах сеточной области гидродинамической модели, представляющей карту структурной поверхности пласта. Пусть по оси OX число узлов – N, по оси OY – M. В результате получаем матрицы: cA – усредненные значения, исходной карты структурной поверхности, уточняющие коэффициенты: cV – «по вертикали»; cH – «по горизонтали»; cD – «по диагонали» [5].
Моделирование проницаемости осуществлялось на основе нормировки карты вейвлетов третьего уровня по линейной зависимости от амплитуды (рис. 7):
k=0,16∙Z+0,011, (2)
где k – абсолютная проницаемость (мкм²), Z – величина значения амплитуды карты вейвлет-разложений (м).
Использование вейвлет-функций позволило адекватно воспроизвести динамику работы скважин, а после адаптации модели дало возможность прогнозировать входные дебиты и темпы падения дебитов по всей площади объекта, основываясь только на расчете тестового элемента на секторе (рис. 8).

Концепция разработки
В ходе анализа геолого-промысловых данных и результатов фильтрационного моделирования выявлено, что скважины, обладающие высокой продуктивностью, расположены в зонах прогибов и куполов, которые в наибольшей степени обладают естественной трещиноватостью.

Для успешной разработки и эксплуатации залежей углеводородного сырья такого типа необходимо провести комплекс исследований, которые позволили бы прогнозировать развитие зон естественной трещиноватости:
• сейсмический прогноз зон распространения трещиноватости (зон высокой продуктивности);
• геомеханические исследования и отбор ориентированного керна для оценки напряженного состояния породы;
• проведение геофизических и гидродинамических исследований (КВД, гидпропрослушивание) на наличие и определение направления развития естественных трещин.
Выявление зон развития естественной трещиноватости позволит определить наиболее продуктивные зоны – пронизанные сетью трещин для расположения в них проектных скважин, обладающей максимальными значениями добычи и экономической эффективностью.
Таким образом, на основании полученных результатов можно сформулировать общий подход к разработке и эксплуатации залежей, приуроченных к отложениям доюрского комплекса, заключающийся в:
• формировании программы исследований, направленных на выявление зон развития естественной трещиноватости;
• отказе от площадных и рядных систем, переходе к избирательным при проектировании в связи с особенностями геологического строения и неравномерным распределением запасов и продуктивных зон по площади;
• выборе оптимального расстояния между скважинами с учетом макротрещиноватости;
• подборе технологии вскрытия продуктивных пластов (бурении горизонтальных скважин на депрессии или равновесии с использованием облегченных буровых растворов, для минимизации рисков аварий и поглощений);
• проведении многостадийного разрыва пласта (создание системы искусственных трещин, связанных с естественной трещиноватостью пласта для увеличения продуктивности скважин), обработках призабойных зон скважин химическими реагентами;
• периодической эксплуатации скважин на щадящих режимах для восстановления давления в залежи.

ВЫВОДЫ
1. Значительные объемы запасов углеводородов в продуктивных отложениях пород фундамента делают их привлекательными для дальнейшей разработки.
2. Сложное неоднородное геологическое строение и неопределенность распространения фильтрационно-емкостных свойств по разрезу обуславливает низкую изученность геолого-геофизическими методами и делает стандартные подходы к бурению и эксплуатации залежей неэффективными.
3. Вскрытие зон интенсивной трещиноватости влечет за собой риски, связанные с авариями и поглощениями бурового раствора, по причине которых дальнейшее освоение скважин становится невозможным.
4. Одним из негативных факторов, осложняющих разработку продуктивных отложений доюрского комплекса, является стремительное снижение пластового давления.
5. Невозможность реализации системы поддержания пластового давления, вследствие макротрещиноватости, требует отработки оптимальных режимов работы добывающих скважин, либо периодической эксплуатации для предотвращения истощения энергетического потенциала залежей.
6. Применение гидравлического разрыва пласта, как одного из ключевых способов увеличения нефтеотдачи, для создания сети искусственных трещин, связанных с естественной трещиноватостью пласта, увеличивает продуктивность скважин и выработку запасов по площади.

7. Для формирования успешной концепции разработки, выбор модели двойной пористости и двойной проницаемости позволяет обеспечить детальное понимание механизма фильтрации углеводородов в пластах с вторичными фильтрационно-емкостными свойствами.
8. Вследствие того, что исследования керна и геофизические исследования скважин на определение фильтрационно-емкостных свойств не дают удовлетворительных результатов, предлагается восстановление проницаемости в фильтрационной модели с использованием метода вейвлет-разложений, который учитывает локальную составляющую структурной поверхности.
9. Метод вейвлет-разложений позволяет адекватно воспроизвести динамику работы скважин, а также, после адаптации, дает возможность прогнозировать входные дебиты и темпы падения по всей площади объекта.
10. Для успешной разработки и эксплуатации залежей углеводородного сырья продуктивных отложений пород фундамента необходим комплекс исследований, которые позволили бы прогнозировать развитие зон естественной трещиноватости, характеризующихся высокой продуктивностью, для расположения в них проектных скважин, обладающих максимальными значениями добычи и экономической эффективностью.
11. Формирование общих принципов поиска, изучения и разработки продуктивных отложений пород фундамента даст возможность не только вовлечь в добычу перспективные и привлекательные ресурсы, но и позволит сформулировать общий принцип разработки для других продуктивных отложений, приуроченных к коллекторам со сложным геологическим строением и обладающим вторичными ФЕС.