СПОСОБ ОТБОРА КОНДИЦИОННОЙ ПРОБЫ ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ОПРОБОВАТЕЛЕЙ ПЛАСТОВ НА КАБЕЛЕ
METHOD OF SELECTION OF CONDITIONAL SAMPLE OF FORMATION WATER WITH THE HELP OF CABLE PLASTERS

Область техники.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, к области исследования скважин - отбор представительных проб пластовой воды в скважинах, пробуренных на нефть и газ, с помощью современных приборов ОПК (опробователи пластов на кабеле) для дальнейшего изучения физико-химических свойств воды и использования полученных данных при подсчете запасов УВС (углеводородного сырья).
Способ был разработан, в большей степени, для использования на скважинах в условиях шельфа Арктических и северных морей, но ввиду того, что он позволяет отбирать кондиционные пробы пластовой воды, рекомендуется и для использования на скважинах, которые бурятся, в том числе, и на суше.
Уровень техники.
Состав и свойства пластовой воды, содержащейся и подстилающей залежи углеводородов, влияют как на различные методы геофизических исследований скважин при их проведении, так и на коэффициент извлечения УВС при разработке месторождений. Поэтому получения кондиционных проб чистой пластовой воды является такой же важной задачей, как и изучения непосредственно свойств углеводородов.
Анализ пластовой воды используется для подсчета запасов УВ, динамического моделирования резервуаров, а также для технико-экономической оценки эффективности разработки, включая оценку капитальных и эксплуатационных затрат в процессе промышленного освоения месторождений УВС.
В настоящее время существует целый ряд нормативных документов, содержащих требования к отбору проб воды при проведении поисково-оценочных и разведочных работ залежей УВС. Наиболее подробные требования к изучению состава пластовых вод и предоставления результатов сформулированы в «Методических рекомендациях по применению классификации запасов и ресурсов нефти и горючих газов», приказе №564 Министерства природных ресурсов и экологии РФ «Об утверждении требований к составу и правилам оформления представляемых на государственную экспертизу материалов по подсчету запасов нефти и горючих газов» и «Методических рекомендациях по подсчету геологических запасов нефти и газа объемным методом». Требования к объему исследований и форме представления результатов также описаны в отраслевом стандарте России ОСТ 153-39.2-048-2003 «Нефть. Типовое исследование пластовых флюидов и сепарированных нефтей».
Согласно действующим инструкциям пробы пластовых вод для изучения физико-химических свойств, отбираются на устье скважины или глубинными пробоотборниками в процессе испытания водоносных пластов в эксплуатационной колонне, после проведения перфорации. При этом необходимо вызвать приток воды различными методами интенсификации, отобрать флюид в два - три объема скважинного пространства и получить близкие параметры в трех, последовательно отобранных пробах воды. Параметры и свойства пластовых вод, отобранных подобным образом, являются наиболее представительными.
Недостатками этого метода являются сравнительно большие сроки проведения работ и высокая их стоимость, включая затраты по утилизации пластовых флюидов. Особенно при исследовании скважин, пробуренных на шельфе. Так, например, в условиях шельфа Арктических и северных морей за короткий навигационный период не всегда хватает времени на испытание продуктивных пластов на многопластовых залежах УВС, не говоря уже об испытании интервала с подошвенной водой. Также не всегда имеется возможность установки дополнительного оборудования для интенсификации притока пластовой воды из скважины на СПБУ (самоподъемная буровая установка) и ППБУ (полупогружная буровая установка).
Альтернативой метода испытания в эксплуатационной колоне, может служить применение современных приборов на кабеле для опробования пластов (ОПК).
Если ранее, приборами ОПК прошлого поколения отбирались пробы пластовых флюидов в заданной точке без возможности контроля притока и прокачки значительного объема флюида из пласта до момента отбора, то чаще всего такие пробы были не кондиционными. Настоящее поколение приборов дополнительно позволяет отслеживать различные параметры откачиваемого пластового флюида в режиме контроля на поверхности, прокачивать значительные объемы пластового флюида, иметь возможность проводить дополнительную откачку по периферийному контуру, отсекая поступления нового фильтрата со скважины в зону откачки и др. Что позволило найти им более широкое применение, в том числе отбирать кондиционные пробы пластовых флюидов.
Современные приборы ОПК представлены достаточно широкой линейкой их типов. Наиболее простым вариантом является прижимной зонд, разработана его разновидность с возможностью откачки пластового флюида через экранирующею линию отбора (фокусированный зонд), что уменьшает влияние скважинного пространства и ускоряет очистку призабойной зоны от фильтрата бурового раствора (ФБР), двухпакерный вариант прибора и прибор, представляющий собой пакерующийся элемент с четырьмя эллиптическими портами для откачки пластового флюида по диаметру вокруг ствола скважины (радиальный зонд).
Все зонды имеют модули глубинного анализа отбираемого пластового флюида с возможностью передачи информации на поверхность в режиме online. Минимальный набор датчиков для качественного контроля притока флюида из пласта составляет;
- датчик замера УЭС;
- датчик замера плотности;
- датчик замера рН.
Приборы может быть оснащены дополнительными датчиками, при необходимости.
Насосный модуль позволяет регулировать заданную депрессию на пласт тоже в режиме online, производительность насоса зависит от используемого поршневого блока, который может быть заменен для работы в условиях с разными фильтрационно-емкостными свойствами пород, содержащих пластовые флюиды.
Для разных приборов были определены оптимальные горно-геологических условия, при которых наиболее эффективно можно их использовать. Для отбора кондиционных проб пластовой воды наибольшее распространение получили радиальный и фокусированный зонды.
Для сохранения пробы в пластовых условиях при транспортировке, не достаточно чтобы в пробоотборнике сохранялось пластовое давление, т.к. при подъеме пробы из скважины на поверхность происходит ее охлаждение и соответственно изменение объема при постоянном давлении, в результате чего могут выделятся растворенные в воде газы, что может приводит к изменению свойств отобранной воды. Для исключения данного факта в современных пробоотборниках используются камеры с компенсацией давления, которые позволяют сохранить пробу в однофазном первоначальном состоянии.
Раскрытие изобретения.
Технический результат, на выполнение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности и оптимизации геологоразведочных работ, уменьшение финансовые затраты на их проведение, в том числе в условиях шельфа Арктических и северных морей.
По действующим инструктивным документам пробы пластовых вод для изучения физико-химических свойств, отбираются на устье скважины или глубинными пробоотборниками в процессе испытания водоносных пластов в эксплуатационной колонне, после проведения перфорации. Представленный способ позволит отбирать кондиционные пробы пластовой воды в открытом стволе приборами на кабеле ОПК (опробователи пластов на кабеле) и исключить испытание в колонне интервала пласта с подошвенной водой и в итоге сократит время и финансовые затраты на проведения геологоразведочных работ.
Поставленная задача решается за счет отбора кондиционной пробы пластовой воды с использованием современных приборов ОПК на кабеле в открытом стволе пробуренной скважины. Данные исследований физико-химических свойств которой могут быть использованы при подсчете запасов и проектировании разработки месторождений, требования действующих РД при этом не нарушаются.
Указанный технический результат достигается тем, что для отбора пробы пластовой воды должны быть использованы современные приборы ОПК на кабеле и пробоотборники с выполненными минимальными требованиями к ним, выбран необходимый модуль прибора ОПК в зависимости от геологических условий для отбора пробы, оценена зона проникновения ФБС в пласт, рассчитаны требуемые объем и временя откачки флюида из пласта для получения кондиционной пробы пластовой воды, проконтролированы параметры откачки с оценкой степени загрязнения пробы в режиме online с использованием модулей для глубинного анализа флюида приборов ОПК, сохранены пробы во время транспортировки до лаборатории.
Способ также характеризуется тем, что прежде чем отобрать кондиционную пробу необходимо очистить призабойную зону от проникновения ФБР, после очистки которой отобрать чистую пробу пластовой воды с содержанием ФБР не более 5% и сохранить все начальные свойства воды, при ее транспортировке до лаборатории.
От геологических условий и литолого-петрофизических и фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пород зависит эффективность использования различных, существующих на сегодняшней день, моделей приборов ОПК для контакта с пластов. При определенных условиях некоторые модули использовать не рекомендуется, в связи с невозможностью достичь ожидаемого результата. Также от выбора используемого модуля прибора и его поршневой группы будет зависеть эффективность откачки, т.е. необходимые объем, скорость и время откачки для получения пробы пластовой воды со степенью загрязнения ФБР не более 5%. Время откачки ограничено рисками прихвата и возможной потерей прибора ОПК.
После отбора пробы в глубинный пробоотборник необходимо сохранить все свойства пластовой воды в пластовых условиях, исключить выпадение осадка и выделения растворенных газов, что приведет к необратимому изменению свойств отобранной воды и невозможности ее рекомбинации. В связи с чем, необходимо использовать современные пробоотборники с определенными требованиями к ним.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 изображена палетка для оценки объема откачки для прижимного зонда. Для эффективной пористости 20% (при необходимости пересчитать пропорционально).
На фиг. 2 изображена палетка для оценки депрессии при проведении испытаний с разными зондами.
На фиг. 3 изображена палетка для оценки максимального расхода насоса в зависимости от величины дифференциального давления в скважине.
На фиг. 4 изображен пример оценки уровня содержания фильтрата бурового раствора в притоке.
На фиг. 5 изображен пример оценки объема для очистки до кондиционной пробы.
Осуществление изобретения.
Данный способ был уже опробован на пробуренных разведочных морских скважинах в Охотском и Каспийском морях и показал достаточно высокую сходимость результатов по изученным свойствам отобранной пластовой воды при испытании скважин в колонне и опробовании водоносной части продуктивных пластов современными приборами ОПК.
Для осуществления предложенного способа отбора кондиционной пробы пластовой воды с помощью приборов ОПК были разработаны рекомендации по выбору модулей приборов ОПК для контакта с пластом в зависимости от типов коллекторов, литолого-петрофизических и фильтрационно-емкостных свойств вмещающих пород. Рекомендации основаны на технических характеристиках существующих приборов и накопленном опыте работы с ними.
Приборы ОПК для осуществления способа, кроме модуля для контакта с пластом, должны включать насос, позволяющий прокачивать флюид из пласта в относительно значительных объемах с учетом давления столба жидкости в скважине, и модуль глубинного анализа флюида с возможностью передачи данных на поверхность в режиме online. Минимальное количество необходимых датчиков, для качественного контроля очистки поступающего из пласта флюида, это: датчик удельного электрического сопротивления (УЭС), датчик плотности прокачиваемого флюида и датчик рН воды.
Пробоотборные камеры рекомендуется использовать с компенсацией давления, которые позволяют способствуют сохранению отобранных проб воды в однофазном состоянии на всем пути от момента отбора до лаборатории, где выполняются исследования проб. Компенсатор давления позволяет избежать выделения растворенного газа и изменения свойств воды при охлаждении, возникающем при подъеме пробоотборников на поверхность.
На этапе планирования отбора проб пластовой воды выбирается оптимальный модуль прибора ОПК для контакта с пластом, в зависимости от ожидаемого типа коллектора продуктивного пласта и его ФЕС, и проводится предварительная оценка объема и время откачки пластового флюида до получения кондиционной пробы пластовой воды, подбирается поршневой блок насоса прибора с оптимальной производительности для данных геологических условий, рекомендуется при планировании подбирать насос с характеристиками, превышающими оптимальные. Глубина зоны проникновения ФБР может быть оценена по данным интерпретации комплекса электрических методов геофизических исследований скважины (ГИС) с зондами разной глубины исследований.
С начала процесса опробования, после установки прибора ОПК в интервале исследования, включается модуль глубинного анализа флюида, позволяющий получать непрерывные значения параметров откачиваемых флюидов - УЭС, плотность, рН. С появлением тренда на очистку по регистрируемым параметрам, производится переоценка объема и времени откачки уже по фактическим данным (фиг. 4). При этом точность оценок, как текущего содержания ФБР в притоке, так и времени откачки увеличивается по мере выполаживания кривых опорных параметров (УЭС, плотность, рН) и возрастает в процессе откачки. Опробование проводится до момента относительной стабилизации данных параметров (УЭС, плотность, рН) и достижения необходимого уровня очистки (фиг. 5).
Отобранные пробы в пробоотборных камерах с компенсацией давления, удовлетворяющих условиям транспортировки, направляются в исследовательскую лабораторию. Транспортировку проб в лабораторию рекомендуется осуществляется с поддержанием температурного режима во время всего пути следования с использованием специальных термоконтейнеров. Объемы проб должны предварительно согласовываться с лабораторией, проводящей исследования.
Способ осуществляют следующим образом:
В первую очередь, выбирается модуль прибора ОПК для контакта с пластом в зависимости от типа и ФЕС коллектора (Таблица 1).
* - рекомендации носят общий характер, применимость конкретного модуля необходимо оценивать в зависимости от геолого-технических условий.
Далее проводится предварительная оценка объема и времени откачки в зависимости от глубины зоны проникновения ФБР в пласт, коэффициента анизотропии по проницаемости вмещающих пород (фиг. 1, фиг. 2), и дифференциального давления на модуль насоса (фиг. 3). На месторождениях уже находящихся на стадии разведочного этапа, когда уже есть пробуренные поисково-оценочная и разведочные скважины, планировать можно заранее, до мобилизации оборудования ОПК на скважину, что не значительно уменьшит затраты на проведение этих работ. В этом случае, уже есть исследования кернового материала по месторождению, данные по анизотропии пород и глубиной зон проникновения, возможно есть опыт работы с приборами ОПК. Если данных по глубине проникновения нет, то она может быть оценена по выполненным на пробуренных скважинах методам ГИС. На новых объектах, где еще нет пробуренных скважин, оценку можно провести только после бурения первой поисково-оценочной скважины и записи методов ГИС. В этом случае возможна мобилизация нескольких приборов и выбор модулей выполнить уже по факту бурения, коэффициент анизотропии может быть взят только по аналогии с отложениями на соседних месторождениях.
Глубина зоны проникновения ФБР оценивается по результатам электрометрических исследований комплекса ГИС. В частности, может быть установлена по данным фокусированного многозондового бокового каротажа или индукционного каротажа. Глубина зоны проникновения является одной из выходных величин при инверсии данных сопротивлений с целью получения оценок УЭС пласта.
Оценка требуемого объема откачки выполняется при помощи программного обеспечения для гидродинамического моделирования, позволяющего воспроизводить процессы очистки при работе с приборами ОПК. Для ориентировочной оценки объема откачки и исключения необходимости выполнения гидродинамического моделирования при каждом проведении работ ОПК разрабатываются специальные палетки с зависимостью объема откачки от коэффициента анизотропии проницаемости и эффективной толщины пласта. Для каждого типа приборов ОПК такие палетки необходимо создавать отдельно. Для оптимального выбора прибора ОПК не достаточно только оценки объема откачки, необходимо также определить и скорость откачки.
Скорость откачки зависит не только от объема, который надо откачать из пласта для получения чистой пластовой воды, но и от производительности насоса и дифференциального давления на насос, учитывающее в том числе и репрессию, создаваемую столбом жидкости в скважине. Для оценки скорости откачки вначале необходимо определить депрессию. В работе были созданы палетки для определенных типов приборов, определяющие необходимую депрессию при единичном расходе и единичной подвижности флюида, для последующего пересчета в требуемые геолого-технические условия. Также для каждого типа прибора ОПК, или точнее его поршневого модуля, были получены гидравлические характеристики (зависимость расхода насоса от дифференциального давления). Для каждого типа приборов должны быть созданы аналогичные палетки, по результатам гидродинамического моделирования.
Исходя из полученных оценок объема и скорости откачки, рассчитывается время, которое потребуется для отбора представительных проб с тем или иным зондом и поршневым блоком. Затем выбираются соответствующие параметры испытания (зонд и интервал испытания), при которых временные затраты будут минимальны. Для оценки объема откачки в случае несмешивающихся флюидов, кроме перечисленных выше параметров, также требуется учитывать возможный контраст в вязкости флюидов и влияние фазовых проницаемостей, в этом случае необходимо использовать гидродинамическое моделирование в каждом отдельно взятом случае. При расчетах необходимо учитывать ограничения насосных групп по лимитам суммарного дифференциального давления. После расчета необходимого объема откачки и скорости (расход насоса в зависимости от суммарного дифференциального давления) определяется время откачки, по этим данными подбирается оптимальный тип прибора ОПК для отбора кондиционной пробы пластовой воды при заданных геолого-технических условиях.
Во вторую очередь осуществляется контроль параметров откачки и оценки степени очистки в ходе проведения ОПК. С начала процесса опробования, после установки прибора ОПК в интервале исследования, включается модуль глубинного анализа флюида, позволяющий получать непрерывные значения параметров откачиваемых флюидов - УЭС, плотность, рН. Во время откачки производится переоценка объема и времени уже по фактическим данным. При этом точность оценок, как текущего содержания ФБР в притоке, так и времени откачки увеличивается по мере изменения кривых опорных параметров (УЭС, плотность, рН), при этом для количественной оценки относительного содержания ФБР в потоке флюида вычисляются предельные значения данных параметров по аппроксимирующей кривой. Опробование проводится до момента относительной стабилизации данных параметров и достижения необходимого уровня очистки, после чего выполняется отбор пробы пластовой воды. Учитывая, что описываемые параметры напрямую зависят от минерализации прокачиваемой воды, принимается допущение о линейной зависимости между УЭС и минерализацией. Для контроля уровня загрязнения производится пересчете УЭС в минерализацию откачиваемого флюида для конкретных условий. В случае, если оценка уровня загрязнения все же производится без пересчета в минерализацию, то требуется необходимо пересчитать УЭС в удельную электропроводность, дополнительно учитывая возможные изменения температуры в ходе опробования, влияющие на значения параметра независимо от процесса очистки. Для оценки свойств пластовой воды строится аппроксимирующая функция, учитывающая изменение определенного параметра во времени; минерализации, удельной электропроводности или плотности флюида. Полученная функция сопоставляется с фактическими данными, откуда и определяется процент загрязнения ФБР откачиваемого флюида. Расчет рекомендуется производить в специальном программном обеспечении, при достижения уровня ФБР 5% может быть отобрана кондиционная проба пластовой воды.
В третью очередь осуществляют транспортировку отобранных проб используя пробоотборные камеры с компенсацией давления, которые способствуют сохранению отобранных проб воды в однофазном состоянии на всем пути следования от момента отбора до лаборатории, где выполняются исследования проб, и с поддержанием температурного режима с использованием специальных термоконтейнеров.