УДК:
DOI:

Прогнозирование осложнений при бурении скважин с использованием данных сейсморазведки и геомеханики

Predicting complications when drilling wells using seismic and geomechanics data

G.A. Safonov,
T.V. Grosheva,
M.M. Menshchikova

Surgut research and design
Institute SurgutNIPIneft
Surgut, Tyumen region, 628404, Russian Federation

Строительство скважин в сложных горно-геологических условиях часто сопровождается осложнениями, связанными с поглощением раствора, обрушениями стенок скважины, недохождением обсадных колонн до проектного забоя. Модель механических свойств позволяет сформировать представление о геомеханическом состоянии горных пород вдоль ствола скважин. На ее основе выполняется расчет устойчивости ствола скважины для выработки рекомендаций по снижению рисков геологических осложнений при бурении.

В настоящее время накоплен значительный опыт строительства сложных, в том числе, горизонтальных скважин на месторождениях Западной Сибири. Однако, выход на новые месторождения, бурение горизонтальных скважин на нижележащие горизонты требуют не только развития существующих технологий бурения, но и разработки новых подходов.

The construction of wells in difficult mining and geological conditions is often accompanied by complications associated with absorption of solution, collapse of the well walls, and failure of the casing to reach the design bottom. The mechanical properties model allows us to form an idea of the geomechanical state of rocks along the wellbore. On its basis, the wellbore stability is calculated to develop recommendations for reducing the risks of geological complications during drilling.
Currently, significant experience has been accumulated in the construction of complex, including horizontal wells in the fields of Western Siberia. However, reaching new fields and drilling horizontal wells into underlying horizons require not only the development of existing drilling technologies, but also the development of new approaches.

Геомеханическая модель предоставляет возможность переноса опыта и технологии бурения на новые объекты. Моделирование и анализ реакции горной породы на бурение (техногенные трещины, вывалы кусков породы) позволяют прогнозировать процесс бурения и степень отклика пласта на механическое воздействие.
Месторождения Сургутского свода в настоящее время являются интенсивно разрабатываемыми. Для акустически аномальных тонких пластов (таких как баженовская свита) методика интерпретации данных и прогнозирование осложнений, в том числе с учетом региональной тектоники, являются значимыми.
Разработка методики прогноза осложнений при бурении сложных горизонтальных скважин на месторождениях Западной Сибири на основе комплексной интерпретации скважинных данных и материалов сейсморазведки обеспечит повышение достоверности геомеханических моделей и позволит объяснить ряд осложнений, которые не может решить 1D-геомеханика.
Для достижения этих целей в работе было выполнено несколько основных задач:
– определение и расчет мощности зон осложнений в интервалах пересечения проектируемых скважин с тектоническими разломами;
– анализ и консолидация данных сейсморазведки и геомеханики;
– выполнение обоснования возможности прогнозирования зон поглощений по данным геомеханических и сейсмических исследований.
В рамках данной работы выполнено геомеханическое моделирование по восьми скважинам четырех кустовых площадок в районе активного бурения одного из месторождений Сургутского свода.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
Моделирование было выполнено для четырех кустовых площадок.
Согласно тектонической карте центральной части Западно-Сибирской плиты, месторождение приурочено к Ай-Пимскому валу – структура I порядка, в границах которого выделена одноименная структура II порядка, осложненная с юга на север тремя локальными поднятиями III порядка: Ай-Пимское 1, Ай-Пимское 2, Западно-Ай-Пимское. На северо-западе от Ай-Пимского локального поднятия расположено Верхне-Ай-Пимское, а на север от него Северо-Ай-Пимское поднятия – тоже структуры III порядка. На юго-западе исследуемой территории расположена группа Студеных локальных поднятий: на западе – Хотыптинские, Северо- и Ново-Камынские, на юге – группа Чигоринских локальных поднятий. На юго-востоке Ай-Пимский вал граничит с Картурскими локальными поднятиями.
В связи с наличием тектонических нарушений в юрских отложениях и возможных напряжений в расположенных выше горных породах меловой системы возможна потеря устойчивости стволов скважин при бурении, в связи с чем необходимы мероприятия по предупреждению подобных осложнений.

ОЦЕНКА ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
При оценке интервалов осложнений были привлечены данные сейсмических исследований куб сейсмических данных.
Алгоритм выделения разломных зон:
– трассирование разрывных нарушений;
– построение карт когерентности;
– определение точки пересечения траектории ствола скважины с разломом;
– расчет амплитуды разлома;
– определение ширины разломной зоны.
Закартировать по сейсмическим материалам возможно не все нарушения, т.к. малоамплитудные разломы не позволяет выделить разрешающая способность сейсморазведки.

ВЫДЕЛЕНИЕ РАЗЛОМНЫХ ЗОН И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
Нарушения, выделенные по гравиметрическим данным (рис. 1), характеризуются региональным распространением из доюрского основания в осадочный чехол юрских и неокомских отложений и небольшими амплитудами сдвига, т.к. представляют обширную область, подверженную тектоническим изменениям, а не локальный тектонический сдвиг с резким нарушением прослеживаемости фазы.
На месторождении были нанесены траектории скважин, выделены тектонические нарушения. Найдена точка пересечения с разломом на глубине 2 870 м, амплитуда разлома составила 10 м, общая зона осложнений с учетом погрешности сейсморазведки составила 50 м. Построена итоговая геомеханическая модель по скважине № 1 (рис. 2).
В прогнозируемой зоне также регистрировались осложнения в виде посадок, что позволяет сделать вывод о работоспособности и эффективности методики прогноза осложнений.

ОБОСНОВАНИЕ ОСЛОЖНЕНИЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
По результатам геомеханического моделирования на большинстве горизонтальных скважин присутствует интервал с несовместимыми условиями бурения, что подтверждается опытом бурения горизонтальных скважин. При изучении данной площади стало понятно, что площадь исследования покрыта не локальными тектоническими сдвигами, а имеет обширную область, подверженную тектоническим нарушениям. В связи с этим актуальным будет рассмотрение полученных при бурении результатов более детально – на предмет анализа различных видов осложнений во время бурения. Для этого были построены карты плотности бурового раствора, произведен учет региональной тектоники и изобарических условий.

ПРИРОДА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
В начале разработки баженовская свита (далее – Ю0) характеризовалась наличием аномально высокого пластового давления (далее – АВПД), имеющим различную интенсивность и линзовидное распространение, т.е. развитого не повсеместно. В процессе эксплуатации месторождения давление в пласте достаточно быстро снизилось, в настоящий момент истощение в некоторых скважинах сопровождается аномально низким пластовым давлением (далее – АНПД). А природой так заложено, что АВПД в терригенном разрезе (как в Западной Сибири) связано с разуплотнением пород. Однако при быстром снижении пластового давления в процессе эксплуатации достаточно крепкий скелет породы не дает также быстро (относительно геологических процессов) данному разуплотнению уменьшиться и уплотниться. В результате этих процессов образовалась недоуплотненная зона с нормальным или пониженным пластовым давлением. Необходимо также учесть, что, несмотря на плотную покрышку и подошву зоны с АВПД, пластовое давление все равно оказывает влияние на вмещающие породы и близлежащие пласты. Данное явление может наблюдаться на протяжении 30, 50 и даже 80 м по вертикали.
Как результат влияния АВПД, в пласте Ю0 распространены осложнения при бурении в виде посадок при подходе к пласту и поглощения в самом пласте Ю0. На рис. 3 представлены карты изменения давления по хронологии с 2009 по 2022 год. Анализ рисунка показывает наличие прямой зависимости снижения давления с начала разработки в зонах с наибольшим количеством добывающих скважин, чем и объясняются поглощения при бурении скважин на данной площади.
Кроме пласта Ю0 осложненной зоной является абалакская свита, представленная в основном глинами. Наиболее неблагоприятной для бурения зоной в абалакской свите является ее верхняя часть – Окефорд-Кембриджский ярус. В данном интервале наблюдаются как значительные осыпи и обвалы, так и поглощения бурового раствора.
На одном из кустов во время бурения поглощения не были зарегистрированы, это объясняется расположением куста в областях сжатия, которые с высокой вероятностью могут выступать в качестве барьеров, препятствующих либо сильно ограничивающих миграцию пластового флюида по латерали, что наряду с наличием надежных покрышек объясняет природу возникновения АВПД.
На рис. 4 представлено сопоставление амплитудного разреза с разрезом азимутов через куст 1. Красная область (более крутонаклонная) в районе куста 1 сопоставляется с областью сжатия. Слева от куста зеленая («спокойная») область сопоставляется с областью растяжения.

ПРИРОДА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОСЫПЕЙ, ОБВАЛОВ СТВОЛА СКВАЖИНЫ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
На месторождении выделяются косослоистые фазы, выклинивающиеся на доюрское основание и совпадающие с зоной разделения гравиметрических данных с положительных на отрицательные (рис. 5). Граница характеризуется высокой тектонической активностью, что находит свое подтверждение даже по неокомским пластам, по которым также наблюдаются обрушения на границе бровки палеошельфа.
На рис. 6 представлены карты когерентности по интервалам пластов черкашинской свиты (АС12/2), баженовской свиты (Ю0), тюменской свиты (ЮС2). На кусте 1 зона тектонических неоднородностей прослеживается по всем представленным картам.
Тектонические нарушения являются центрами концентрации напряжений, под действием которых формируется высокоанизотропная локальная трещинная область. При ее бурении следует ожидать низкую стабильность пород и сопутствующие этому осложнения при бурении. Это подтверждается на ряде горизонтальных и наклонно-направленных скважин.
Наибольшее количество осложнений при бурении скважин на юрские отложения возникает при проводке ствола в интервале абалакской свиты. Опыт строительства скважин 1, 2 и 3 кустов показал, что в процессе бурения интервала абалакской свиты, а также в процессе промывки ствола скважины с применением бурового раствора плотностью 1330–1370 кг/м3 (эквивалентная циркуляционная плотность 1460–1510 кг/м3), осложнения отсутствуют или незначительны. В основном осложнения ствола скважины наблюдаются в процессе спускоподъемных операций (далее – СПО), шаблонирования и проработки.
Анализ показывает, что причинами осложнений ствола скважины являются:
– снижение давления на стенки скважины при отсутствии циркуляции (разница между эквивалентной циркуляционной плотностью бурового раствора и статической);
– длительное воздействие бурового раствора на неустойчивые горные отложения абалакской свиты;
– скопление шлама в процессе проработки ствола скважины в интервале горизонтального участка.
Отмечены положительный опыт заканчивания скважины №1 куста 1 месторождения Сургутского свода при снижении зенитного угла вскрытия кровли пласта тюменской свиты до 75 градусов и, как следствие, прохождение абалакской свиты при меньших зенитных углах.
В результате выполненных исследований доказано, что частота затяжек и посадок увеличивается в разломных зонах.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СУРГУТСКОГО СВОДА
Таким образом, при наложении проектной траектории горизонтального ствола на карты сейсмических атрибутов можно прогнозировать различные классы осложнений при бурении.
В этой связи с целью предупреждения осложнений предлагается рассмотреть следующий комплекс мероприятий:
– при проектировании профиля предусмотреть минимально возможный зенитный угол в интервале абалакской свиты;
– бурение интервала под хвостовик осуществлять на буровом растворе плотностью 1 350–1 370 кг/м3 с производительностью 14–16 л/с;
– перед подъемом компоновки нижней части бурильной колонны (далее – КНБК) после достижения проектного забоя производить замещение буровым раствором, заблаговременно утяжеленным до плотности 1 400 кг/м3;
– подъем КНБК после бурения производить с обратной проработкой с целью качественной очистки ствола скважины от остатков шлама с производительностью 12–14 л/с;
– после смены КНБК произвести спуск до забоя, проработку производить по необходимости только в интервале посадок;
- по окончании промывки на забое производить замещение буровым раствором с плотностью
1 420 кг/м3 с повышенным содержанием смазывающих добавок;
– по результатам СПО производить спуск хвостовика с оборудованием под многостадийный гидравлический разрыв пласта;
– плотности бурового раствора необходимо уточнять для каждой конкретной скважины по результатам
геомеханического моделирования, а также в процессе бурения скважины при наличии осложнений;
– при бурении в зонах прогнозируемого снижения пластового давления предусмотреть применение материалов для ликвидации поглощений в интервале пласта баженовской свиты, в том числе, быстрофильтрующихся составов (по типу применяемых в Восточной Сибири, доставка которых производится через КНБК) с последующим рассмотрением возможности установки башмака эксплуатационной колонны на глубине 1–2 м до кровли пласта тюменской свиты;
– провести опытно-промышленные работы по применению ингибитора глин с целью предупреждения осложнений в интервале абалакской свиты;
– провести опытно-промышленные работы по применению прорабатывающих башмаков в составе оснастки обсадных колонн с целью исключения осложнений при спуске эксплуатационной колонны, а также для защиты оборудования, входящего в состав оснастки хвостовика;
– при проектировании необходимо учитывать, что северная часть площади находится в тектонически активной зоне (зоне сжатия), характеризующейся повышенными напряжениями; для бурения горизонтальных стволов в заданную область лучше проектировать строительство скважин через более предсказуемую толщу для бурения, характеризующую зону растяжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполнены определение и расчет мощности зон осложнений в интервалах пересечения проектируемых скважин с тектоническими разломами на основе анализа и консолидации данных сейсморазведки и геомеханики для месторождения Сургутского свода.
Опробован новый подход к прогнозированию осложнений на основе комплексирования геологического, сейсмического и геомеханического моделирования на примере месторождения Сургутского свода. В результате выполненных исследований показано, что частота затяжек и посадок увеличивается в разломных зонах, поглощение происходит вне зон разломов, в области интенсивной разработки вышележащих пластов.
Доказано, что геомеханическая модель, с учетом комплексной интерпретации скважинных данных и материалов сейсморазведки, повышает достоверность.
В рамках работы построено восемь геомеханических моделей.
Разработка методики прогнозирования осложнений на примере месторождения Сургутского свода показала необходимость построения геомеханических моделей ЗD для учета межскважинного пространства и проектирования профилей скважин с учетом тектонических нарушений.
Экономическая эффективность достигается за счет соблюдения рекомендаций, данных по результатам геомеханического моделирования, что позволит сократить непроизводительное время при бурении скважин, снизить расходы на дополнительные материалы для предупреждения осложнений и ликвидацию поглощений бурового раствора при строительстве скважин.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

    Авторизация


    регистрация

    Сафонов Г.А.

    Сафонов Г.А.

    ведущий геофизик научноисследовательского отдела геомеханического моделирования Тюменского отделения «СургутНИПИнефть

    Сургутский научно- исследовательский и проектный институт «СургутНИПИнефть» г. Сургут, Тюменская область, 628404, Российская Федерация

    Грошева Т.В.

    Грошева Т.В.

    к.т.н., начальник научно- исследовательского отдела геомеханического моделирования Тюменского отделения «СургутНИПИнефть»

    Менщикова М.М.

    Менщикова М.М.

    заведующая научно- исследовательской лабораторией региональных сейсмических исследований научно-исследовательского отдела сейсмического моделирования научно- производственного комплекса сейсмических исследований Тюменского отделения «СургутНИПИнефть»

    Сургутский научно- исследовательский и проектный институт «СургутНИПИнефть» г. Сургут, Тюменская область, 628404, Российская Федерация

    Просмотров статьи: 594

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru