Введение
В современных условиях компании разрабатывают все более сложные по строению и генезису коллекторы. При разработке карбонатных коллекторов очень важно понимать тип пористости, строение, структуру пласта. Огромную роль при разработке карбонатных пород играет их естественная трещиноватость, поскольку трещины служат каналами для циркуляции жидкости. В комбинации с другими типами первичной и вторичной пористости трещины часто создают сложную структуру порового пространства и увеличивают проницаемость коллекторов. Необходимо понимать распределение сети трещин вдоль ствола скважины для выбора оптимальной системы заканчивания скважины и влияния трещин на приток.
Для исследования трещиноватости часто используют имиджеры, которые дают полную развертку строения пласта по всей скважине. Технологии получения имиджей сопротивления высокого разрешения во время бурения (LWD) широко используются в буровых растворах на водной основе. Бурение трещиноватых карбонатных коллекторов часто связано с катастрофическими поглощениями бурового раствора, из-за чего все чаще при бурении используют буровой раствор на углеводородной основе (РУО) совместно с технологией БРД. С применением таких технологий бурится множество скважин в карбонатных коллекторах Восточной Сибири. В условиях бурения на РУО применять имиджеры сопротивления не представляется возможным, так как буровой раствор имеет высокое сопротивление.
Решение задачи записи имиджей высокого разрешения в РУО во время бурения для идентификации структурных особенностей пласта, выделения естественных и техногенных трещин разрабатывалось долго и пришло с внедрением технологии ультразвукового каротажа. Технология ультразвукового каротажа позволяет получать имиджы высокого разрешения в растворах как на водной, так и на углеводородной основе.
Возможность получать ультразвуковые имиджи высокого разрешения при бурении скважин с высоким углом искривления диаметром от 149 до 184 мм и применением РУО позволяет получать более точные характеристики коллектора и знание о качестве пробуренной скважины. Получаемые ультразвуковые имиджи имеют высокое как горизонтальное, так и вертикальное разрешение. Качество данных сравнимо с данными, записанными при каротаже на кабеле. При использовании сервиса ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения в реальном времени появляется возможность отслеживать стабильность ствола скважины по имиджу кавернометрии за счет анализа формы ствола скважины, а также обновлять на основе этих данных геомеханическую модель и тем самым снижать риски при бурении.
Обзор сервиса ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения
Сервис ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения во время бурения представляет собой прибор диаметром 121 мм. Он используется для получения двух типов имиджей высокого разрешения– имиджа 3D кавернометрии (радиус-имидж) и имиджа акустической амплитуды. Радиус-имидж используется для решения технических задач: оценки формы ствола скважины, техногенных образований и анализа стабильности ствола скважины. Имидж акустической амплитуды используется для решения геологических задач, таких как: выделение структурных особенностей пласта, трещин, определение углов падения напластований и обновление геомеханической модели на основе данных по техногенным трещинам.
На рис. 1 представлена компоновка прибора, который состоит из трех секций. Прибор имеет собственную батарею и память, за счет чего может быть использован как в компоновке с другими приборами LWD, там и в автономном режиме.
Четыре трансмиттера, установленные в основной секции, расположены по окружности тела прибора под углом в 90° друг к другу. Каждый пьезоэлектрический трансмиттер работает в режиме сигнал-эхо. Время прохождения ультразвуковой волны от трансмиттера до стенки скважины и обратно позволяет рассчитать радиус скважины, а амплитуда эхо-сигнала позволяет определить разницу акустических импедансов на поверхности ствола скважины. Каждый источник работает на частоте 500 импульсов в секунду, а это означает, что 2000 эхо-сигналов в секунду может быть получено прибором и соответственно зарегистрировано.
Оптимальное вертикальное и горизонтальное разрешение имиджей определяется исходя из параметров бурения – скорости бурения и частоте оборотов инструмента в минуту. Максимальное вертикальное разрешение, которое может быть получено, – 2,5 мм, а количество секторов имиджей после считывания из данных памяти составляет 256. Количество секторов может быть увеличено на пост-обработке имиджей специалистом-интерпретатором и также зависит от параметров бурения, при которых был записан ультразвуковой каротаж. Для сравнения, имидж плотности при бурении имеет 32 сектора и вертикальное разрешение 380 мм, что не позволяет выделять трещины.
Ранние полевые испытания прибора ультразвукового каротажа во время бурения выявили влияние плохой стабилизации инструмента на качество получаемых имиджей, в результате чего была введена рекомендация использовать стабилизаторы размером на 3,2 мм меньше номинального размера долота выше и ниже прибора. Также был разработан алгоритм введения компенсации за движение или эксцентриситет прибора в данные для уменьшения результирующих искажений. В интервале, где наблюдается значительный эксцентриситет инструмента, применяя поправку на затухание к каждой амплитуде эхо-сигнала, амплитудное изображение может быть нормализовано по затуханию.
Этот алгоритм был разработан с пониманием того, что существуют ситуации, когда рекомендуемый план стабилизации невозможно выполнить ввиду условий бурения или когда пласт начинает вести себя иначе, чем ожидалось.
Подготовка к работе с сервисом ультразвукового каротажа при бурении скважины на БРД
Сервис ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения во время бурения показал хорошую сходимость c данными ультразвукового каротажа на кабеле при бурении на РУО. Таким образом, была подтверждена работоспособность сервиса ультразвукового каротажа во время бурения на РУО и кондиционность получаемых данных. На рис. 2 представлен интервал сравнения полученных данных.
Далее встала более сложная задача – применение сервиса ультразвукового каротажа во время бурения с БРД. На месторождениях Восточной Сибири часто применяют систему БРД при разбуривании карбонатных коллекторов. Это связано с тем, что при вскрытии сильно трещиноватых зон коллектора происходят катастрофические поглощения бурового раствора, победить которые вводом кольматирующих пачек не удается, и в некоторых случаях удается ликвидировать осложнение только установкой цементного моста. При установке цементного моста исключается из разработки интервал, который обладал высокой проницаемостью, что может привести впоследствии к меньшим дебитам скважин, а использование кольматирующих составов для ликвидации поглощений ухудшает проницаемость пласта.
Технология БРД позволяет оперативно реагировать на изменение скважинных условий (поглощение, проявление) увеличением давления в затрубном пространстве за счет дросселирования потока промывочной жидкости или понижением его эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП) за счет аэрации этой жидкости. В отличие от традиционных технологий бурения, которые опираются на плотность раствора для управления давлением, в технологии БРД для уравновешивания давления вскрытого пласта используется сочетание нескольких факторов: давление на устье, гидродинамическая составляющая, плотность раствора.
На рассматриваемом месторождении Восточной Сибири плотность раствора регулировалась за счет применения многофазной промывочной жидкости с закачкой инертного газа (азота). Использование специального оборудования и технологии БРД позволяет достичь значительного снижения воздействия промывочной жидкости на продуктивный пласт (снижение скин-эффекта в призабойной зоне скважины), дает возможность проводить бурение трещиноватых коллекторов без необходимости кольматирования продуктивных зон, способствует увеличению коэффициента извлечения нефти и сроков продуктивности скважин.
Влияние аэрированного раствора на показания ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения не проверялось на практике. Согласно теории, при прохождении через буровой раствор с содержанием азота или другого газа, ультразвуковая волна должна гаситься или полностью затухать. Поведение ультразвуковых волн должно зависеть от распределения газа в растворе и его содержания. Все компании, проводящие ультразвуковой каротаж на кабеле, производят запись данных только после дегазации раствора.
Анализ возможности работы прибора ультразвукового каротажа в двухфазной аэрированной среде был начат с расчета режима течения газа в жидкости в специализированном ПО WellPlan, модуль UBD (Underbalanced Drilling).
Принято выделять 5 режимов течения (SPE 112679 Modeling of Three-Phase Flow in the Annuli During UBD Operations): 1) Bubbly (пузырьковый), 2) Dispersed Bubble (дисперсный-пузырьковый), 3) Slug (снарядный), 4) Churn (вспененный), 5) Annular (кольцевой). На рис. 3 обозначено разделение режимов течения в зависимости от приведенных скоростей жидкости (VSL) и газа (VSG).
Моделирование в специализированном ПО показало, что при плановых режимах бурения и объемах закачки азота, режим течения ожидался Bubbly и Dispersed Bubble (рис. 4).
Было принято решение провести опытно-промышленную работу с применением сервиса ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения во время бурения с БРД для точной оценки применимости технологии в данных условиях. Целью работы являлось получение имиджей высокого разрешения для проведения структурного анализа и выявления закономерностей влияния закачки азота на качество данных.
Анализ проведенной работы и результаты
Сервис ультразвукового каротажа был проведен во время бурения горизонтальной секции скважины совместно с гамма-каротажем и работой системы БРД. С самого начала бурения производилась постоянная закачка азота в буровой раствор. Данные имиджера анализировались после считывания из памяти прибора.
Результаты расчетов режима течения по фактическим данным режимов бурения и объемов закачки азота представлены на рис. 5.
Основным режимом течения был определен режим типа Bubblу. Также было проанализировано качество полученного имиджа во время бурения и все интервалы, в которых структурная интерпретация не может быть произведена, и качество оценено как «неудовлетворительное». Таких интервалов при записи в реальном времени было выявлено менее 18 % от общей длины записи, что не превышает процент некондиционного материала при записи ультразвукового каротажа на кабеле после бурения и дегазации раствора. В некоторых случаях процент некондиционного материала при записи ультразвукового каротажа на кабеле после бурения гораздо выше и превышает 50 % в случаях проявления газа или десорбции пластового флюида.
Полученные данные были проанализированы на наличие связи между режимами бурения, работой насосов, объемом закачки азота и качеством данных ультразвукового каротажа. Были сделаны следующие заключения:
1) Прямой зависимости качества каротажа от объема закачки азота не выявлено.
2) Процент каротажа неудовлетворительного качества увеличивался при резком изменении режимов закачки азота и/или расхода насоса.
3) Наблюдались случаи, когда получали кратковременное ухудшение качества ультразвукового каротажа в результате изменения дифференциального давления на ВЗД.
На рис. 6 показано относительно более резкое увеличение суммарного метража каротажных данных неудовлетворительного качества в момент изменения режимов бурения и/или объема закачки азота. Тем не менее, не наблюдается прямой зависимости ухудшения/улучшения качества каротажа от большего/меньшего количества закачиваемого азота. Ухудшение качества каротажа носило скорее моментный характер при изменении режимов, очевидно, связанный со сложным процессом течения газа в жидкости, возникающим при данных изменениях.
На рис. 7 представлено появление интервалов данных неудовлетворительного качества с шагом 10 см, а также режимы расхода буровых насосов и объема закачки азота. Четко прослеживается, как резкое изменение объема закачиваемого газа или расхода приводит к появлению интервалов с низким качеством данных.
Дополнительным фактором, влияющим на качество каротажа, явилась специфика работы винтового забойного двигателя (ВЗД) с аэрированным раствором. На рис. 8 отмечен момент изменения трубного давления, без изменения затрубного давления, что свидетельствует об изменении дифференциального давления на ВЗД. При этом наблюдаются артефакты на имидже прибора ультразвукового каротажа. Это объясняется тем, что изменение дифференциального давления на ВЗД при бурении аэрированным раствором может сопровождаться накоплением и резким высвобождением пачки газа, что отрицательно сказывается на качестве каротажа.
В связи с этим, при использовании роторно-управляемых систем (РУС) ожидается более высокое качество ультразвукового каротажа, так как в данном случае практически отсутствует изменение дифференциального давления при бурении.
Также следует отметить влияние количества растворенного в буровом растворе газа на силу затухания амплитуды ультразвуковой волны.
На рис. 9 представлен интервал записи, на котором чередуются более темные и светлые интервалы. Изменение цвета происходит из-за разной силы затухания амплитуд ультразвукового сигнала. Запись ультразвукового каротажа во время бурения весь рейс велась с одними и теми же запрограммированными параметрами: частотой и силой сигнала. Это означает, что различное затухание сигнала одной и той же амплитуды, силы и частоты происходит из-за разной плотности раствора, которая вызвана неравномерным растворением азота. При этом структурные элементы, которые прослеживаются в этих интервалах (рис. 9, выделены синей прерывистой линией), прослеживаются и в обеих зонах имиджа. Степень растворения азота можно определить лишь на качественном уровне– большее или меньшее растворение.
Оценить количественно степень растворения не представляется возможным.
Неравномерность растворения газа в растворе усложняет работу интерпретатора при структурном анализе полученного имиджа акустической амплитуды. Для дальнейших подобных работ и прогнозирования степени растворения газа в буровом растворе необходимы дополнительные исследования.
По данным ультразвукового каротажа был получен имидж акустической амплитуды с разрешением по вертикали 2,5 мм. При его структурной интерпретации было выделено более 2000 структурных элементов, таких как углы напластования, трещины различных типов, микроразломы. Ни рис. 10 представлены примеры выделения структурных элементов. Черным цветом обозначены «улыбки», соответствующие углам напластований, зеленым – частичные трещины, зелено-голубым – микроразлом, а синим – техногенные образования. Все типы структурных элементов были также проанализированы по каждому типу с выделением тенденций в углах падения и азимутах простирания.
Выводы
Опыт применения сервиса ультразвукового каротажа с записью имиджей высокого разрешения во время бурения совместно с системой БРД показал хорошие результаты. На основе проведенной работы можно сделать выводы, что при правильном планировании режима бурения, применении роторно-управляемых систем, снижения интервалов резкого изменения закачиваемого азота и/или расхода буровых насосов можно получить кондиционные данные (лучше, чем на рассматриваемой скважине), пригодные для проведения структурной интерпретации, а также данные с качеством, не уступающим данным ультразвукового каротажа на кабеле. Полученные данные позволили произвести полноценную структурную интерпретацию и анализ структурных элементов. Также запись ультразвукового каротажа во время бурения позволит получать данные с минимальным временем между вскрытием пласта и временем проведения каротажа, а также наиболее достоверные данные о породе, минимизировав влияние временного фактора на пласт.
