Развитие технологий акустических исследований в нефтегазовых скважинах

Вид материала

Автореферат

Содержание Рис. 3.1. Результаты испытаний зон приточности О средствах выявления трещиноватости НПК- пород Глубинное акустическое зондирование О закономерностях развития трещиноватости пород

Подобный материал:

• Развитие системы метрологического обеспечения геофизических исследований в нефтегазовых, 824kb.
• Устройство для проведения гидродинамических исследований в скважинах, 34.11kb.
• «Способ ликвидации фонтанов на нефтегазовых скважинах при бурении на шельфе и устройство, 17.04kb.
• Определение характера насыщения коллекторов Вобсаженных нефтегазовых скважинах на основе, 322.49kb.
• Н. А. Смирнов нпц "Тверьгеофизика", внпф "Геогерс", 1623.08kb.
• Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами, 3293.09kb.
• Темы рефератов Кпрограмме «Геофизические методы исследования скважин», 27.72kb.
• Конференция «новая техника и технологии для геофизических исследований скважин» Организаторы, 81.97kb.
• Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, 274.51kb.
• Реферат Отчет 119 с., 8 рис., 9 табл., 33 источника, 84.92kb.

Рис. 3.1. Результаты испытаний зон приточности

в скважинах № 261 и № 518 Уньвинского месторождения

Несмотря на достаточно высокую эффективность, метод выделения приточных зон обладает определёнными недостатками. В частности, остаётся неизвестным строение приточных зон, метод не чувствителен к вертикальной и субвертикальной трещиноватости пород. Существует также непропорциональность получаемых притоков величинам коэффициентов приточности. Очевидно, что причина непропорциональности – присутствие развитой субвертикальной и вертикальной трещиноватости.

Таким образом, одна из важнейших задач исследований НПК-разрезов – задача выделения субвертикальной и вертикальной трещиноватости пород. Эта трещиноватость обеспечивает проницаемость продуктивной толщи по вертикали и по горизонтали и тем самым открывает пути для движения флюида к интервалу перфорации и по вертикали и по горизонтали. Именно она является причиной аномально высокой продуктивности скважин, причём весьма продолжительной. Подтверждением этого являются результаты испытаний в колонне НПК-отложений ряда скважин (скв. 36 Уньвинская – 100 т/сут, 1980 г.; скв.71 Северная – 60 т/сут, 1994 г.; скв.79 Б-Пашня – 40 т/сут, 2004 г.) и примеры длительной эксплуатации низкопористых турне-фаменских продуктивных пластов Уньвинской, Юрчукской, Сибирской, Логовской и других площадей Соликамской депрессии.


О средствах выявления трещиноватости НПК- пород

Для выявления трещин в разрезе используют прямые и косвенные методы исследований. Прямые методы – наблюдение и фотографирование фото- и телевизионными камерами, сканирование трещинных структур акустическими и электрическими сканерами. Косвенные признаки существования трещин – аномальное поведение кривых сопротивлений пород, аномальные притоки флюида при испытаниях НП-отложений и др.

Методы фотографирования требуют прозрачности раствора и, соответственно, специальной подготовки скважины.

Для выявления трещинных структур ведущими геофизическими фирмами (например, Schlumberger, 1988) используются различные сканирующие методы, том числе электрические сканеры. Проведение работ для оценки их эффективности, конечно, требует больших затрат.

Из сканеров на месторождениях севера Пермской области с 1979 года нами эффективно применяется акустический сканер – скважинный акустический телевизор (САТ).

По снимкам САТ выявляются макротрещины (раскрытием свыше 0.3 см) любой густоты и направления (включая и вертикальные) и кавернозность диаметром 1 см и более. С учётом эффекта расширения размеров трещин при разбуривании и промывке буровым раствором (обламывания и размывания краёв) можно ожидать, что разрешающая способность телевизора по выявлению трещин может доходить до миллиметра. Трещины могут иметь раскрытие до десятков сантиметров, а в отдельных случаях и до единиц метров (скв.154 Красновишерской пл.).

Снимки САТ фиксируют трещины, кавернозность в состоянии, близком к имевшемуся до проходки скважины. По керну же, если трещины протяжённые с раскрытием свыше 1-3 мм и присутствием раздробленных пород, их реальное раскрытие и положение в разрезе пород определить трудно. Реальный пример: точную привязку керна, даже при его 100% отборе, в низкопористых отложениях скважине № 79 пл. Б-Пашня удалось сделать только по снимкам САТ [1, 23].

На рис. 3.2. представлен снимок интервала испытаний кровельной части турне-фаменских отложений скважины № 36 Уньвинской площади (приток около 100 т/сут). Наибольшая часть притока нефти приурочена к наклонным трещинам (наклон до 75 ⁰).

Вертикальные и субвертикальные (с наклоном больше 70⁰) трещины выделяются по данным САТ относительно редко (обнаружены в скв.127 Голубятская пл., скв.114 Уньвинская пл., скв. 279 Уньвинская пл., скв.13-РГ Григорьевской пл.). Это, очевидно, является следствием того, что весьма мала вероятность попадания скважины в субвертикальные и вертикальные трещинные структуры. Но из этих данных можно сделать и другой вывод: если при относительно редких исследованиях САТ всё же фиксируются вертикальные и субвертикальные трещины – их образование в карбонатных толщах довольно распространенное явление.

В комплексе геофизических методов изучения НПК-отложений акустический телевизор как средство визуального изучения строения разреза пород играет уникальную роль и является источником исключительно важной и многомерной информации. Именно с помощью САТ открыта закономерность формирования и размещения трещиноватости в НПК-толщах. В результате появился инструмент прогнозирования местонахождения проницаемых трещинных зон в НПК-разрезах. Благодаря открытию этой закономерности возможны доразведка разрабатываемых НПК-месторождений путем переобработки данных ГИС и получение дополнительной нефти за счёт дострела неохваченных разработкой участков продуктивных пластов [1, 11, 13, 16, 34].

Из этого очевидно, что акустические методы, позволяющие выделять субвертикальную и вертикальную макро и микротрещиноватость и реализующие значительную глубинность исследований, весьма перспективны.

Глубинное акустическое зондирование

Односкважинный метод глубинного АК-зондирования (ГАКЗ) для изучения околоскважинного пространства на дальности до 100 и более метров предложен В.Н. Носовым [28]. Цель – выявление неоднородностей и оценка нефтенасыщенности пород методом отраженных волн. Для его реализации нами разработана аппаратура «Геовизор» с направленным преобразователем, выполняющим функции и излучателя, и приёмника (1998-1999 гг.).

Испытаниями прибора в различных скважинных условиях (открытые и обсаженные стволы) получены дальности зондирования до 70 и более метров.

В низкопористых карбонатных (НПК) разрезах установлена сильная изменчивость сигнала по разрезу, сложность спектра частот (от 1 до 2.5 кгц) и отсутствие корреляции получаемых данных с разрезом пород.

С целью изучения неоднородностей типа приточных зон и выявления вертикальной и субвертикальной трещиноватости в 2002 году соискателем разработан вариант ближнего (до 2-3 м) зондирования. Метод назван глубинным акустическим зондированием ближним (ГАКЗб) [1, 28].

Радиальная неоднородность низкопористых карбонатных (НПК) пород связана с их сложным строением, кавернозностью, присутствием вертикальной и субвертикальной множественной трещиноватости [1, 12, 30-32]. Актуальность выявления зон открытой субвертикальной и вертикальной трещиноватости в низкопористом разрезе очевидна, поскольку она обеспечивает проницаемость продуктивной толщи по вертикали и по горизонтали и, в том числе емкость коллектора.

Исследования в скважинах Озёрной площади показали существование корреляции получаемых с помощью ГАКЗ данных с материалами комплекса ГИС и АКПЗ. Сопоставления получаемого по ГАКЗ параметра Кg (коэффициента радиальной неоднородности карбонатных пород) показали работоспособность метода. Коэффициент Кg вычисляется в тех же единицах, что и коэффициент приточности Ке, соответственно, критерии выделения сложнопостроенных и трещинных зон по данным параметра Kg аналогичны критериям выделения приточных зон по [30].

Изучение характеристик пород ведётся акустическими волнами, распространяющимися, соответственно, при АКПЗ – вдоль оси, при ГАКЗ – перпендикулярно. Отсюда вытекает необходимость комплексирования этих методов для всестороннего решения задачи выделения низкопористых коллекторов и в том числе для оценки содержания вертикальной трещинной составляющей в их составе [1, 12, 31].

Работоспособность нового метода установлена на примерах исследований в открытом стволе (Озёрная, скв. 437; Аптугайская, скв. 35 и др.) и в обсаженной скважине (Широковская, скв. 1). Работы выполнены в комплексе с исследованиями методом АКПЗ.

В скважине № 1 Широковской площади исследования ГАКЗ проведены в НПК-отложениях (Кпн<6%). Разрез осложнён ярко выраженными вертикальными желобами, характерными для турне-фаменских отложений большинства площадей севера Пермской области. В колонне испытаны интервалы 2096-2105 м и 2120-2129 м. Получены незначительные притоки нефти (1.7 т/сут) и газа (4.45 тыс. м³). По керновым данным породы в продуктивных интервалах микротрещиноватые, по ГИС – низкопористые, приток получен благодаря микротрещиноватости низкопористых пород.

Именно в пластах-коллекторах повышены показания коэффициента Кg, но по данным АКПЗ продуктивные интервалы не выделяются, т.е. низкопористые, микротрещиноватые по керну пласты-коллекторы по значениям коэффициента приточности Ке не фиксируются. Это означает, что микротрещиноватость вертикальная (или близкая к вертикальной) и методом АКПЗ она не может фиксироваться. Подтверждают это поведение показания БК – аномальные снижения сопротивлений в микротрещиноватых пластах.

Таким образом, по результатам опробования сделан следующий вывод: применение методов АКПЗ и ГАКЗ позволяет оценить вклад открытой вертикальной и субвертикальной трещиноватости пород в строение сложного коллектора и выделить проницаемые за счёт множественной вертикальной и субвертикальной трещиноватости низкопористые пласты.

О закономерностях развития трещиноватости пород

Трещиноватость толщи турне-фаменских отложений выявлена по снимкам CAT в скважинах, пробуренных на Уньвинской, Юрчукской, Сибирской, Дуринской, Логовской, Шершнёвской, Чусовской, Боровицкой, Колвинской, Волимской и других площадях Соликамской депрессии. Она является следствием тектонических процессов, создающих разнонаправленные напряжения в мощных толщах пород и вызывающих взаимные смещения частей этих толщ. Такие смещения толщ пород происходят под воздействием горизонтальных (или почти горизонтальных) полей напряжений, имеющих региональный характер.

Изучение полей напряжений (в том числе вертикальных и горизонтальных) в земной коре проведено учёными разных стран, в том числе, в России (С.А. Батугин, 1988). В результате установлено, что:

- около 75% всех измерений дают неравные горизонталь­ные напряжения и их отношение достигает порядка 5 ед. и более;

- свыше 75% всех измерений свидетельствуют о том, что горизонтальные напряжения больше вертикальных в 1.5-6 раз.

Из этих данных видно, сколь велики и неравны могут быть разнонаправленные горизонтальные напряжения в толщах пород. Отмечено, что при горизонтальных сжимающих напряжениях (ГСН) в горных породах происходит разрушение типа скалывания и возникают трещины скалывания. При растягивающих напряжениях возникают трещины отрыва. Установлено, что угол наклона трещин скалывания, образующихся при ГСН, около 75 градусов (И.В. Баклашов, 1988). Снимками САТ низкопористых отложений ряда скважин, пробуренных на территории Соликамской депрессии, подтверждается существование наклонных трещин такого рода.

Силы горизонтальных напряжений, под воздействием которых происходили взаимные сдвиги, деформации и разрушения массивов пород, частью сохраняют свое действие и проявляются при бурении скважин образованием вертикальных набуренных желобов (ВНЖ). По данным американских исследователей (Джон Кокс У., 1988) ВНЖ – это вывалы пород в направлении, перпендикулярном вектору напряжений горных пород. Они представляют собой эллипсовидные расширения ствола и образуются чаще всего при проходке мощных низкопористых толщ [1, 2, 13, 14]. По данным наклономера НИД-1 (Губина А.И., 1991) и САТ-2 [2, 23] установлено, что в пределах территории севера Пермской области желоба ориентированы с севера на юг.

Процесс разрушения развивается длительно и непрерывно, совместно с пластическим и упругим деформированием пород. Пластическое деформирование приводит к разрушению структуры пород в плоскости взаимного сдвига и скольжения толщ пород. Это проявляется в аномально высоких сопротивлениях пород, измеренных методом бокового каротажа в интервалах деформированных низкопористых толщ, вскрытых при бурении глубоких скважин.

Кроме образования на плоскостях сдвига зон перемятых и уплотнённых пород в момент их взаимного смещения, выше и ниже этих зон формируются множественные трещины определённого направления [1, 3, 11, 16, 34]. Эти трещины действительно существуют и выявляются по снимкам САТ в участках, примыкающих к зонам ВНЖ – как правило, это трещины с наклоном от 50-60 градусов вплоть до вертикальных (см. рис. 3.2).

На основании изучения данных САТ, ГИС и результатов испытаний низкопористых карбонатных разрезов сделаны следующие основные выводы:

1. зоны повышенных напряжений (ПН) пород, проявляющие себя при бурении скважины ВН-желобами и аномально высокими сопротивлениями пород, являются зонами гидродинамической изоляции и раздела литологически однородной толщи;
   
2. к окрестностям зон повышенных напряжений, как правило, приурочена открытая трещиноватость пород;
   
3. между раздельными зонами повышенных напряжений неравномерно размещаются зоны трещиноватости и макрокавернозности;
   

Именно трещинные системы такого рода играют первостепенную роль в высокой производительности скважин и, в целом, в добычных возможностях низкопористых залежей. Причём их размещение, как следует из приведённых данных, подчиняется перечисленным выше закономерностям. Для их демонстрации на рис. 3.3. представлены результаты исследований САТ и данные испытаний НПК-отложений по скважине № 79 площади Б-Пашня.





Рис. 3.3. Скважина № 79, пл. Б-Пашня.

Результаты исследований низкопористой толщи, ограниченной

зонами повышенных напряжений пород (2003 г.).

Данные обработаны программой ГИС-АКЦ.


Характеристика низкопористых турне-фаменских отложений в скважине № 79:

1. существуют две раздельные зоны ПН (см. наличие ВНЖ), окаймляющие продуктивную толщу (1987-2021 м), причём 1-я – находится в кровле низкопористой турне-фаменской залежи (1985-1987 м), 2-я – проявляет себя в толще зоной вертикальных желобов (2021-2040 м);
   
2. между этими зонами ПН в продуктивной толще пород существует ряд неравномерно развитых зон макро- и микротрещиноватости, кавернозности пород, в том числе, две из них (интервалы 1988-1991 м и 2019-2021 м) непосредственно прилегают к зонам повышенных напряжений.
   

Их кавернозность, трещиноватость установлена по керну и снимкам САТ, проницаемость – определена по аномально низким сопротивлениям пород, а продуктивность – подтверждается притоками нефти.

Перфорация произведена в интервалах: 1987-1991, 1993-1995, 1999-2002, 2005-2013, 2019-2021 м; при освоении получен приток безводной нефти в объеме 40 т/сут. Часть объема приходится на интервал 2019-2021 м.

Закономерности подтверждены при разбуривании турне-фаменских отложений Шершнёвской (скв. 416, 418, 408, 105, 207), Колвинской (скв.131), Волимской (скв.5 и др.), Енапаевской (скв.75,78,80 и др.) площадей (2002-2007 гг.). Анализом материалов ГИС по ряду других месторождений Соликамской депрессии (включая Гежское, Северное, Маговское, Чусовское, Уньвинское, Дуринское, Юрчукское, Озерное и др.) получено дополнительное подтверждение выявленной закономерности.