Построение геологической модели и прогнозного разреза

Построение геологической модели и прогнозного разреза.

Решетников П.М. 

При работе с телесистемой LWD используется программное обеспечение аналогичное используемому при работе с телесистемой ЗТС. Данное программное обеспечение помимо инклинометрических параметров обеспечивает приём, оцифровку, фильтрацию и дешифрацию геофизических параметров передаваемых телесистемой LWD. Им же осуществляется регистрация КС, расчёт КС и преобразование геофизической информации в соответствии с тарировочными данными. Вся технологическая и геофизическая информация построчно записывается в текстовый файл. 



На подготовительном этапе программа, используя, имеющиеся данные ГИС и инклинометрические данные для трех соседних скважин (см. рис.5.1), расположенных вокруг бурящейся скважины (далее опорные скважины) позволяет построить объемную геологическую модель простирания реперных пластов. На основе этой информации для проектной траектории бурящейся скважины строится прогнозный разрез.

В процессе бурения данные ГИС бурящейся скважины, поступающие от геонавигационного модуля, после первичной обработки, используются для оценки местоположения забоя этой скважины относительно выделенных на подготовительном этапе реперных пластов. На основе этого, а также поступивших от телесистемы инклинометрических данных и построенной на подготовительном этапе объемной геологической модели определяется, какие выделенные реперные пласты были вскрыты или пройдены данной скважиной. Используя эту информацию, также оценивается, расстояние до пересечения с ближайшим из выделенных реперов, и угол этого пересечения при продолжении траектории скважины по прямой.

Программно-методический модуль позволяет по данным ГИС для трех соседних скважин, расположенных вокруг бурящейся скважины (далее опорные скважины) построить объемную геологическую модель простирания реперных пластов, в которой пласты представляются как объёмы ограниченные двумя плоскостями. Опорные скважины следует выбирать так, чтобы они оконтуривали прослеживаемый участок скважины и были расположены возможно ближе к нему. 



Рис. 5.2.

Для оценки точности представления пластов построенной моделью следует произвести построение модели по нескольким наборам трёх скважин и сравнить азимуты и углы падения отмеченных пластов, полученные при разных наборах скважин, которые в идеале должны совпадать. При наличии в интересующем районе трёх скважин расположенных на одной линии возможна, после выделения программно–методическим модулем реперных участков ГИС на всех трёх скважинах, оценка расхождения между линейно интерполируемым по двум крайним скважинам и фактическому реперному участку ГИС для скважины расположенной в середине (см. рис.5.2). При наличии материала по вертикальной скважине и её боковому стволу он также может быть использован для оценки точности, используемой модели.

Возможно, при простирании пластов близком к горизонтальному, построение модели по одной скважине, для чего следует использовать данные по этой скважине и для двух других скважин.

Была проведена запись диаграмм геонавигационным модулем на ряде скважин. На данных ОУГР была опробована работа программно-методического модуля. Результаты приведены на рис.5.3.

На рисунках показаны окна программы (screenshorts) при работе с программно-методическим модулем (скв. 1793С Туймазинской пл., для построения модели простирания реперных пластов используются скв. 1212, 1792, 1794 Туймазинской пл.).



Рис. 5.3. Скважина 283С Туймазинской пл.



Рис. 5.4. Скв. 79С Мустафинской площади.



Рис. 5.5. Скв. 125С Тюменякской площади.



Рис. 5.6. Окно отображения кривых ГИС с отображением найденных реперов.



Рис. 5.7. Просмотр коэффициента корреляции, соответствующего найденному реперному участку ГИС.



Рис. 5.8. Окно трёхмерного отображения построенной модели простирания реперных пластов, траектории ствола бурящейся скважины.

Рисунки лишний раз подтверждают хорошую корреляцию кривых КС, полученных при бурении и контрольных, а также то, что кривые ВК безусловно несут информацию о свойствах пластов, которую еще предстоит изучать и сопоставлять с другими методами. Важность параметра заключается в том, что информация идет непосредственно от долота, т.е. самая оперативная. 

По полученным данным можно констатировать, что на основе реализованных методов возможна привязка к разрезу по характерным регионально выдержанным его участкам. Данная возможность достаточна для реализации геонавигации в процессе бурения.

Проведенные исследования показали, что эффективно работающее программное обеспечение, включающее редактирование и обработку первичных геофизических полей в процессе бурения, создание базы геолого-геофизической информации о геологической среде, в которой бурится наклонная скважина, математическое описание геонавигационных задач, графическое представление пространственной интерпретации полученной информации и положения траектории скважины возможно при разделении общего модуля на отдельные подмодули, которые могут разрабатываться и видоизменяться в дальнейшем независимо друг от друга. 

Они должны быть связаны между собой информацией, организованной в соответствующие файлы, пригодные для обмена между различными подмодулями. При такой организации в каждом подмодуле или даже в различных частях одного подмодуля программы могут быть написаны на различных языках программирования, наиболее подходящих для решения этого класса задач. Для математического описания геонавигационных задач лучше всего использовать Фортран, с его богатством готовых математических функций, для описания графических задач - более приспособленные для этого языки С++ и Delphi.

На основании изложенных представлений выбраны следующие независимые подмодули: 

Программно-методическое обеспечение геофизических навигационных измерений, реализующее обработку результатов измерений и представление измеренных данных в виде диаграмм и обменных LAS-файлов параметров геофизических полей с любым синхронизированным шагом по глубине;

Программно-методическое обеспечение пространственных построений околоскважинной среды, реализующих построение поверхностей параметров (глубин идентичных горизонтов и их свойств) по соседним скважинам и картам.

Программно-методическое обеспечение геолого-геофизической привязки забоя, реализующее определение местоположения забоя путем корреляции данных, полученных в процессе бурения по соседним скважинам и картам.

Подмодуль 1 обеспечивает сбор первичной геофизической информации, поступающей с различных датчиков аппаратурного модуля системы LWD. Количество обрабатываемых каналов в подмодуле может быть переменным, но в настоящее время оно рассматривается равным 7 (в соответствии с ТЗ), включающим гамма-каротаж, электрокаротаж, каротаж спонтанной поляризации, виброкаротаж, механический каротаж, кажущееся сопротивление пород по амплитуде и по фазе сигнала канала связи.

В подмодуле 1, в соответствии с информацией о проходимых глубинах ствола скважины, поступающей от бурового мастера, проводится осреднение, статистическая фильтрация, первичная увязка со скоростью бурения и формирование текущего обменного LAS-файла первичной информации, полученной LWD.

Основные требования к первичной информации измеренных параметров LWD определяются характером их дальнейшего использования. Так как для навигационных вычислений с помощью корреляции должна быть установлена идентификация горизонтов и основные подходы базируются на идеях поиска коррелятивных признаков, то не имеет большого значения метрология измеряемых параметров. Важно их приведение к условиям, позволяющим достоверно сравнивать относительные картины аномалий, поведение кривых текущих геофизических измерений LWD с измерениями стандартных геофизических методов на соседних скважинах и типовых нормальных разрезов.

Подмодуль 2 предполагает работу с текущим обменным LAS-файлом информации LWD, объединение его с LAS-файлами информации LWD, полученными на предыдущем этапе, с информацией, содержащейся в виде карт, таблиц и каротажных диаграмм в базе геолого-геофизической информации об окружающем околоскважинном пространстве. В процессе его работы проводится глубокая обработка данных инклинометрии в соответствии с аппроксимационными предположениями о пространственном искривлении скважин, приведение их к вертикали, при необходимости – к нормальному разрезу, построение структурных и трендовых поверхностей методами аналитической геометрии. Результатами обработки данного подмодуля будут несколько различных LAS-файлов с промежуточными результативными кривыми, необходимыми для графического представления траектории скважины в геологической среде околоскважинного пространства.

Подмодуль 3 обеспечивает работу с LAS-файлами геофизических кривых соседних скважин и объединенными текущими LAS-файлами бурящейся наклонно-направленной скважины. В процессе обработки проводится многократная корреляция кривых и установление соответствия глубин горизонтов в наклонно-направленной скважине с аналогичными в соседних скважинах. После установления идентичности горизонтов рассчитывается положение текущего забоя скважины относительно целевого пласта, в котором требуется расположить необходимым образом участок наклонно-направленной скважины. С этой целью рассчитываются расхождения между глубинами забоя бурящейся скважины и проектной траекторией скважины.

В процессе обработки во всех подмодулях рассчитываются промежуточные кривые ГИС, собранные в LAS-файлы различного вида, которые будут использоваться в программах графического представления.

Информация, накопленная в базе данных, является исходной для получения графического представления результатов обработки на экране монитора, облегчая тем самым процесс принятия решения при управлении бурением.

Визуальное представление реализуется через интерактивный выбор следующих окон, в которых реализуются следующие графические функции:

Нарисовать призму с возможностью ее поворота вокруг вертикальной оси, проходящей через устье наклонной скважины D.

Нарисовать инклинограмму в принятых масштабах.

Нарисовать многократно вертикальный разрез в задаваемых направлениях.

Нарисовать аксонометрию «занавесок»- следов траектории скважины на ряде вертикальных плоскостей, проходящих прямолинейные отрезки инклинограммы. Окончательная реализация данного рисунка будет зависеть от предварительного опробования.

Нарисовать корреляционную схему с кривыми ГИС (по заданию и выбору) для наклонной скважины (D) и любой из 3х вертикальных (A, B, C).

Дать на экране таблицу, в которой указаны расстояния от текущего положения долота до точки входа в пласт, угол входа в пласт, кратчайшее расстояние от текущей точки до пласта, направление скважины в текущей точке.

Обработка данных инклинометрии.

Данные инклинометрии могут обрабатываться различными методами, неравноценными с точки зрения математики, по точности результатов. В связи с этим ряд методов был опробован на модельных скважинах для оценки величины расхождений в результатах и выбора наилучшего. Учитывая необходимость работы программы в режиме реального времени, было решено использовать методы позволяющие обходится без использования большого объема памяти и сложных вычислений, что вполне допустимо, учитывая относительно малый шаг по глубине, с которым проводятся инклинометрические измерения. Данные методы позволяют для каждого интервала, соответствующего участку ствола скважины между двумя замерами, найти приращения по трем координатным осям X,Y,Z используя длину интервала и значения азимута и зенитных углов на концах интервала. Суммируя эти приращения и зная координаты точки привязки (для устья скважины (0,0,0), азимут= азимут1, зенит=0) можно определить текущее положение забоя и траекторию скважины.

Ниже приведены описания опробованных методов: (ось X на восток, ось Y на север, ось Z вниз)

Метод усреднения углов - исследуемый участок ствола скважины между двумя точками замера представляется отрезком прямой, причем зенитный угол и азимут на протяжении участка интерполяции принимаются равными средним арифметическим соответствующих углов замеренных на концах интервала. Приращения координат:

x = l* sin()*cos(), y = l* sin()*sin(),

(азимут с учетом перехода через нуль)

z = l*cos()

Балансный тангенциальный метод - исследуемый участок ствола скважины между двумя точками замера разбивается на два участка одинаковой длины: верхний и нижний. Каждый участок интерполируется отрезком прямой, причем зенитный угол и азимут прямой, интерполирующей верхний участок, принимаются равными соответствующим углам в верхней точке замера, а зенитный угол и азимут прямой, интерполирующей нижний участок, принимаются равными соответствующим углам в нижней точке замера. Приращения координат:

x = ,

y = ,

z = .

Метод кольцевых дуг - исследуемый участок ствола скважины между двумя точками замера представляется как дуга окружности. Каждая дуга лежит на наклонной плоскости, положение которой определяется по известным зенитным углам и азимутам в точках замера. Дуги проводятся таким образом, чтобы касательные вектора в точках замера были касательными к проводимым дугам. Радиус дуги определяется из условия, что длина дуги должна быть такой же, как измеренное по стволу скважины расстояние между точками замера.

Метод, основанный на предположении о линейном изменении параметров (метод трапеций) - предполагается, что на исследуемом участке траектории ствола скважины азимут и зенитный угол изменяются линейно:

, где , , где ,

тогда приращения координат:

x =  

y =  z = 

Для проверки и сравнения этих методов они были опробованы на модельных скважинах. Траектория скважины задавалась параметрическими уравнениями вида: x = x(t), y = y(t), z = z(t). Касательный вектор  к траектории скважины в точке соответствующей параметру t = t0 – (x(t0),y(t0), z(t0)). Зная его можно найти значения азимута и зенита в данной точке.

для 1й четверти (для остальных аналогично)

Азимут=arcsin()





Зенит=arctg()

Глубина по стволу l, соответствующая параметру t=t0: l=,

(константа интегрирования находится из условия l=0 при t=начальному значению). Найденные таким образом тройки значений Глубина, Азимут, Зенит – использовались в качестве исходных данных для проверяемых методов, результаты, работы которых сравнивались со значениями полученными из уравнения траектории скважины.

Ниже указаны три наиболее характерные модели и результаты, полученные на них.

№

Уравнения

Глубина по стволу

.

x = 5*t

y = 5*t

z =





x = axt2+bxt+cx

y = ayt2+byt+cy

z = azt2+bzt+cz

c=4(ax2+ay2+az2), b=4(axbx+ayby+azbz) a=bx2+by2+bz2, R=a+bt+c2t , =4ac-b2

ax=1,bx=6,ay=5,by=1,az=7,bz=1,cx=cy=cz=0





x = 5*ln(t)

y = t-1

z = 25*ln(t)

 + const

По полученным результатам не удается выделить какой-либо из методов как более точный, хотя следует отметить несовершенство моделей – траектория ствола реальной скважины не является «гладкой» и имеет перегибы в разные стороны, предполагается, что положение инклинометра в какой-либо точке скважины совпадает с направлением касательного вектора в этой точке и т.д. Однако, несмотря на это был сделан вывод, что выбор метода не является существенным и решено взять за основу метод усреднения углов, рекомендованный стандартами ЕАГО. 

Заключение

Необходимость повышения экономической эффективности (рентабельности) геологоразведочных работ, разработка труднодоступных месторождений и месторождений с трудно извлекаемыми запасами углеводородов требуют применения более эффективных технологий, новых технических средств и грамотного мониторинга на всех стадиях разработки месторождений.

Построение информационных моделей немыслимо без геофизического сопровождения процесса разработки залежей, использования контроля за процессами интенсификации режима работы скважин и месторождений.

Одной из современных технологий увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов является разработка месторождений углеводородов наклонно-направленными, горизонтальными и разветвленно-горизонтальными скважинами.

Это потребовало создания новых технических средств и технологий бурения, освоения скважин, вскрытия пластов и эксплуатации месторождений.

Оказались ограниченными методы оптимизации процесса бурения и геофизических исследований пологих и горизонтальных скважин аппаратурой на каротажном кабеле, систем с проводными каналами связи.

Рассмотренные в работе вопросы оптимизации процесса проводки точно направленных скважин и геофизических исследований в процессе бурения бескабельными системами открывают новые перспективы повышения эффективности разведки и разработки месторождений нефти и газа.

Исследования по оценке возможностей каналов связи, накопленный опыт конструирования телеметрических систем различного назначения, позволили определить область применения канала “забой – устье”, их перспективность для решения конкретных технических и геологических задач.

Следует заметить, что некоторая ограниченность пропускной способности разработанных каналов передачи сообщений требуют их использования для передачи оперативной информации, необходимой для управления процессом бурения и прогнозирования геологического разреза с целью выделения зон аномального пластового давления, обнаружения тектонических нарушений, уверенной проводки скважины по продуктивному пласту.

Большая часть данных измерений может быть записана в память для последующего извлечения на поверхность, воспроизведения и анализа.

Достаточно заметить, что более 80 % всех нефтяных и газовых скважин в мире бурятся с горизонтальным окончанием. Выполненный нами анализ эффективности применения новой технологии дает эффект тогда, когда все этапы проводки скважины, ее освоения и эксплуатации выполняются квалифицированно совместными усилиями геологов, геофизиков, буровиков, нефтяников и технологов.

Скважинные измерительные системы с различными каналами связи уже сейчас решают широкий круг производственных задач при бурении скважин, их исследовании, и промышленной эксплуатации.

Бескабельные и комбинированные измерительные системы надо рассматривать как средство получения дополнительной, а порой и единственной информации об объекте исследований при решении конкретной геологической или технической задачи в общем комплексе геологоразведочных работ, в различных отраслях промышленности и научных исследованиях.

Инклинометрия и применение дополнительных геофизических модулей занимает одно из самых существенных положений в проводке, исследовании и документировании траекторий и геофизических параметров наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Повышение требований к точности проводки таких скважин потребовали разработки более точных систем, встраиваемых в буровой инструмент, спускаемых на бурильных трубах. 

Список литературы

1. А.А. Молчанов, Г.С. Абрамов. Бескабельные системы для исследований нефтегазовых скважин (теория и практика). /Под общей редакцией А.А. Молчанова– Москва: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003.—450 с.

2.Молчанов А. А., Абрамов Г. С., Терехов Г. В. Электромагнитный канал связи «забой-устье», Наука в СПГГИ (ТУ), № 2, 1999, Санкт-Петербург.

3.Молчанов А. А., Абрамов Г. С., Сараев А. А. Телеизмерительные системы с электромагнитным каналом связи для проводки и геофизических исследований наклонно-направленных и горизонтальных скважин Западной Сибири (опыт применения и перспективы). НТВ АИС «Каротажник», №59,1999.—С.85-91.

4.Абрамов Г. С., Барычев А. В., Камнев Ю. М., Молчанов А. А., Сараев А. А., Сараев А.Н.Опыт эксплуатации и перспективы развития забойных инклинометрических систем с электромагнитным каналом связи. НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», №1-2, 2001г., с.23-26.

5.Харкевич А. А. Борьба с помехами.—М.: Наука, 1965.—212 с. с ил.

6.Чупров В. П., Епишев О. Е., Якимов В. А., Камоцкий В. А., Григорьев В. М. Телесистема ЗИС-4 с беспроводным электромагнитным каналом связи. Десять лет эксплуатации.— В кн.: Состояние и перспективы использования геофизических методов для решения актуальных задач поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых».—Октябрьский, 1999.—С. 362-366.